tRNA 衍生片段（tRF）在腫瘤侵襲轉移中的機制及研究進展

劉穎軍 陳文慧 趙建夫★

惡性腫瘤的侵襲轉移涉及多個生物學過程：癌細胞可以通過單個細胞或集體遷移進入淋巴管或血流，并定植于遠處器官［1］。因此如果能早期進行患者的惡性腫瘤侵襲轉移的風險評估，并據此提早進行預防干預，將會提高患者的生存率。隨著高通量RNA 測序技術和生物信息學的發展，人們發現小型非編碼RNA（Small non-coding RNAs，sncRNAs）作為生物標記物在腫瘤的診斷和治療上具有潛在價值［1-2］。而tRNA 衍生片段（tRNA-derived fragments，tRF）作為一種新興調節性sncRNAs，其生物學功能逐漸受到關注。在過去，tRF被認為是 轉運RNA（transfer RNA，tRNA）降解過程中產生的隨機副產物，但隨著對sncRNAs 的深入研究及高通量技術的發展，tRF 被發現其通過特定的生物學功能及表達模式參與腫瘤、神經系統疾病、代謝性疾病、免疫性疾病等疾病的發生發展［3］?，F對tRF 的生物功能及其分子機制展開綜述。

1 tRNA 衍生片段

1.1 tRF 的生物產生、分類

根據tRNA 對前tRNA 或成熟tRNA 不同的切割位點，主要分為兩大類。

1.1.1 tRNA 衍生的應激誘導RNA（tRNA-Derived Stress-Induced RNA or tRNA halves，tiRNA）

tiRNA 是在應激條件下主要由血管生成素（Angiogenin，ANG）在細胞質特異性切割成熟tRNA 的反密碼子環形成的tRNA 片段，長度約為30～50 nt，分為tiRNA-5 和tiRNA-3［4］。近年來還發現了一種性激素依賴性tRNA 衍生RNA（Sex Hormone-dependent TRNA-derived RNAs，SHOTRNAs）在性激素受體陽性的乳腺癌和前列腺癌中特異性過表達促進惡性細胞增殖［5］。

1.1.2 tRNA 衍生小RNA 片 段（tRNA-derived small fragments，tRFs）

tRFs 為前tRNA 或成熟RNA 在細胞質或細胞核裂 解形 成的tRNA 片 段，長 度約 為14～30 nt［4］。目前已發現的tRFs 主要分為五大類：tRF-1、tRF-2、tRF-3、tRF-5 和i-tRF［5］。tRF-1 是由RNase Z 核酸內切酶或其細胞質同系物ELAC2 對前tRNA 末端的3′尾序列進行切割形成，其末端終止于多聚-U，因此也被稱為3′U-tRF［5］。tRF-2 是近年來在乳腺癌細胞中缺氧誘導tRNA 的反密碼子環中分解產生的一 種tRF 亞 型，它來源 于tRNAGlu、tRNAAsp、tRNAGly和tRNATyr，因此不具備5′端 和3′端［6］。tRF-3 是由ANG、Dicer 或RNase A 超家族成員切割成熟tRNA T?C 環形成，多包含成熟tRNA 3′端所具有的CCA 尾序列，分為tRF-3a、tRF-3b［4］。tRF-5 主要由Dicer 酶依賴的方式裂解成熟tRNA的D 環或D 環和反密碼子環之間的莖形成，部分由ANG 核酸內切酶形成［7］，可分為tRF-5a、tRF-5b 和tRF-5c［4］。i-tRF 來自于成熟tRNA 的內部結構，其命名方式取決于tRNA 的5′末端起始的位置，可分為D-tRF、A-tRF、V-tRF［4］。

1.2 tRF 的生物功能

1.2.1 miRNA 樣作用

研究發現tRFs 長度多小于30 nt，與miRNA 相似，由此推測其可能具有與miRNA 一樣的性質：tRFs 可以通過參與形成RNA 誘導沉默復合物（RNA Induced Silencing Complex，RISC），并直接結合靶向信使核糖核酸（messenger RNA，mRNA）的非編碼區來誘導基因沉默［8-10］。tRF-5s 直接與Ago 1（Argonaute1）結合靶向并切割內源性轉錄子影 響mRNA 的穩定 性［10］。此 外，Deng 等［11］發 現tRF5-GluCTC 一方面通過與Ago4 蛋白結合形成RISC 誘導基因沉默的典型miRNA 途徑來調節基因表達，另一方面與Ago1 結合通過載脂蛋白E 受體2（Apolipoprotein E receptor 2，APOER2）的3′UTR 靶點相互作用這一非典型方式引導tRF5-GluCTC 進行基因調節。在B 細胞淋巴瘤中低表達的tRNA-3s（CU1276）可作為miRNA 片段靶向抑制RPA1表達，抑制細胞增殖并調節對DNA 損傷的分子反應。綜上，tRF 可通過與不同的Ago 蛋白結合，以典型或非典型的miRNA 途徑調節［12-13］基因表達在腫瘤進展中發揮重要作用。此外，tRF-3s 具有特殊的堿基表達使tRF 與靶基因mRNA 的堿基配對減少從而加強基因沉默［14］。但tRF 不一定是通過與mRNA 靶點特異性結合調節基因表達。細菌tRF-IletRF-5X 從大腸桿菌外膜囊泡釋放后可轉移至結直腸癌細胞中，與人類宿主miRNA 和/或tRF 競爭結合MAP3K4mRNA 3′UTR 基因表達下調［15］。

1.2.2 結合RNA 結合蛋白

tRF 可通過競爭性結合RNA 結合蛋白（RNABinding Protein，RBP）來調節基因表達。缺氧誘導乳腺癌細胞產生的tRF-2 通過競爭性結合RBP Ybox 結合蛋白1（Y-box binding protein，YBX1）的3′-UTR 以抑制癌細胞中多種致癌轉錄物的穩定性，下調致癌基因表達來抑制腫瘤增殖轉移［6］。在甲狀腺乳頭狀癌細胞中tiRNA-Gly 直接結合RBP重組人RNA 結合基序蛋白17（Recombinant Human RNA Binding Motif Protein 17，RBM17）的UHM 結構域，通過RBM17 介導的選擇性剪接使RBM17從細胞質轉移到細胞核并激活MAP4K4致癌［16］。

1.2.3 蛋白質翻譯

多項研究發現tRF 具有促進或抑制翻譯的作用。一些具有特殊的堿基結構的tRF 可抑制蛋白質翻譯，包括mTOG、Ψ 以及G-四鏈體結構［17-18］。tRF 還可通過多種方式與核糖體作用來調節翻譯。Gebetsberger 等［10，18］發現應激條件下嗜鹽太古菌中產生的Val-tRF 不僅能夠與小核糖體亞基結合使mRNA 從起始復合物中移位，還可以抑制肽鍵的形成協同抑制蛋白質翻譯。ANG 誘導產生的5′tiRNAs 可代替mRNA 與翻譯起始因子eIF4A/F/G結合以抑制翻譯并誘導應激顆粒的組裝［18］。根據Kim 等［19］的研究，3′tsRNA-Leu-CAG 與核糖體蛋白S28mRNA 的編碼區和3′非翻譯區結合，改變其次級結構并促進翻譯過程，同時維持人類核糖體的生物發生。

1.2.4 表觀遺傳調控

目前發現部分tRF 通過Piwi-piRNA 通路在生殖細胞和干細胞發育中介導表觀遺傳學調控［20］。在豬性腺和腎臟細胞中發現5′tRFWal（CAC）、5′tRFGly（GCC）可與PiWi4 蛋白結合，同時對人類癌細胞分離的PIWIL4/RNA 復合物進行免疫沉淀分析亦發現這兩種5′tRF 分子最普遍，因此這兩種分子有可能作為piRNA 與PiWi4 蛋白結合參與調節表觀遺傳調控并可能對癌細胞的增殖轉移發揮作用［10］。

1.2.5 調節細胞周期

tRF 可通過調節細胞周期影響疾病進展。在胃癌組織中tRF-33-P4R8YP9LON4VDP 顯著低表達，它通過在G0/G1 期阻斷細胞周期來抑制胃癌細胞增殖轉移并誘導凋亡［21］。一些tRF 可通過形成Caspase 表型以調節凋亡小體的形成。由炎性細胞因子介導產生的tRF-21 在胰腺導管腺癌通過SRSF5/tRF-21/hnRNP L/caspase 9/ mH2A1 調節軸促進胰腺導管腺癌細胞惡性表型形成以介導侵襲轉移［22］。

2 tRF 與腫瘤的侵襲轉移

隨著對tRF 研究的深入，tRF 被發現在腫瘤發生發展的各個環節中異常表達并通過各種機制調節腫瘤進展，其在其發揮的作用不容小覷。

2.1 乳腺癌

tRF 以多種機制在乳腺癌侵襲轉移中發揮作用，包括miRNA 樣作用或與RBP 結合等。tRF 可作為miRNA 直接與mRNA 靶點結合來調控乳腺癌進展。Mo 等［23］發現tRF-17-79mp9pp 在BC 的侵襲轉移過程中低表達，它作為miRNA 與血小板反應蛋白（thrombospondin1，THBS1）3′UTR 結合并通過THBS1/TGF-b1/smad3 信號通路來抑制腫瘤進展。tRF 與RBP 結合參與BC 的侵襲轉移。在乳腺癌組織過表達的5′-tRF-GlyGCC直接與脂肪和肥胖相關蛋白結合并增加脂肪和肥胖相關基因（Fat mass and obesity-associated，FTO）去甲基化酶的活性，減少eIF4G1 甲基化，抑制細胞自噬，促進乳腺癌細胞增殖轉移［24］。腫瘤抑制因子RUNX1可能通過抑制ts-112 的上調以防止乳腺上皮細胞過度增殖來發揮抑癌作用［25］。近期一項研究利用單細胞RNA 測序技術鑒定出與乳腺癌肝腦轉移中腫瘤內異質性和免疫抑制微環境相關的基因和信號通路并發現tRFs 可能在乳腺癌對PD-1/L1mi免疫耐藥機制中發揮作用，但確切的機制還有待進一步探索［26］。綜上，tRF 可通過調控基因表達、蛋白質翻譯等途徑調節乳腺癌進展。

2.2 結直腸癌

目前tRF 對結直腸癌惡性侵襲轉移的研究主要集 中miRNA 樣作用 調控基 因表達［12，27-28］。Huang 等［29］發現了一個來自tRNALeu和pre-miRNA在結直腸癌中低表達的片段tRF/miR-1280，其通過與JAG2 3′UTR 直接結合抑制Notch/Gata 和miR-200b 信號通路抑制結直腸癌增殖轉移。缺氧可能是影響結直腸癌細胞增殖遷移的一個關鍵因素。缺氧誘導ANG 產生的5′tiRNA-His-GTG 在結直腸癌組織中表達上調，與Ago1 和Ago3 結合靶向LATS2 抑制Hippo 信號通路，促進促增殖和抗凋亡相關基因的表達［28］。tRF 還可通過調節細胞周期來參與調控結直腸癌進展。Lu 等［30］發現在結直腸癌組織中過表達的tRF-3022b 與半乳糖結合蛋白1（galectin 1，LGALS1）和巨噬細胞遷移抑制因子（macrophage migration inhibitory factor，MIF）結合，其下調能夠阻斷結直腸癌細胞的G2/M 期，促進細胞凋亡。綜上，tRF 可在基因調控、細胞周期、缺氧等方面調控結直腸癌侵襲轉移。

2.3 胃癌

tRF 主要在胃癌侵襲轉移中以miRNA 樣片段與Ago 結合形成RISC 復合物介導基因沉默［11，31-32］。在胃癌淋巴結轉移患者中過表達的tRF-3017A 通過與Ago2 特異性結合形成RISC 復合物來下調抑癌基因NELL2表達，促進胃癌淋巴結轉移［33］。tRF 也可通過調節細胞周期來影響胃癌進展。Shen 等［21］發現在胃癌組織中低表達的tRF33-P4R8YP9LON4VDP 通過在G0/G1 期阻斷細胞周期，抑制癌細胞增殖轉移并誘導凋亡［21］。

2.4 肺癌

近年關于肺癌的研究越來越多。在肺腺癌細胞中高表達的tsRNA-5001a 與腫瘤抑癌基因GADD45G結合，促進癌細胞增殖［34］。在非小細胞肺癌細胞中過表達的AS-tDR-007333 通過與內源 性熱休克蛋白β-1（Heat Shock Protein β-1，HSPB1）特異性結合，激活MED29促進其惡性增殖［35］。該tRF 分子還可通過刺激ELK4 的表達來增強MED29啟動子的活性并增強其轉錄，協同促進惡性增殖［35］。

2.5 其他腫瘤

tRF 也在其他腫瘤如前列腺癌、甲狀腺癌、肝細胞癌、膽囊癌、胰腺癌、宮頸癌、卵巢癌等中的惡性侵襲中發揮作用。但相關研究較少，可能與它們的發生率低有關，但對tRF 在它們的發生、侵襲中的作用不容忽視。

3 總結與展望

惡性腫瘤的侵襲轉移在臨床上是一大難題，盡早地發現腫瘤細胞的惡性行為并進行干預可極大地提高患者的生存率。tRF 作為一種非侵入性的生物標志物，在臨床檢驗具有方便快捷、無創安全的優勢。通過檢測患者體液中的tRF 表達以動態檢測患者腫瘤進展、治療效果，可及時調整治療方案、減輕患者經濟負擔、提高患者依從性。盡管目前對tRF 在惡性腫瘤進展的具體機制研究仍較少，但現有的研究已經為tRFs 在癌癥進展中的生物功能提供了寶貴的見解。期待有更多的研究發現在癌癥進展過程中tRF 的生物學作用，為腫瘤的早期診斷及腫瘤提供新方向。