核仁小RNA在肿瘤发生发展中的研究进展

刘琳，付婷，牟相成，朱文静#

1青岛市妇女儿童医院药学部，山东 青岛266000

2青岛市市立医院药剂科，山东 青岛266000

3东营市广饶县中医院影像科，山东 东营257300

肿瘤将成为21世纪世界范围内人类疾病死亡的主要原因[1]。肿瘤是因维持细胞生长和凋亡的蛋白质编码基因及非编码基因的表达紊乱引起的。人类基因组中约含有25 000个具有编码蛋白质功能的基因，这些基因占基因组总序列的比例不超过2%，绝大部分DNA序列被转录为不具有编码蛋白质功能的RNA，即非编码RNA（non-coding RNA，ncRNA），根据片段的长度可分为小分子ncRNA和长链ncRNA，其比编码蛋白质的基因更加复杂[2-6]。ncRNA包括微小RNA（microRNA，miRNA）、核仁小RNA（small nucleolar RNA，snoRNA）、干扰小RNA（small interfering RNA，siRNA）、pi蛋白结合RNA（piwi-interacting RNA，piRNA）、小卡哈尔体特异性RNA（small Cajal body-specific RNA，scaRNA）、核小RNA（small nuclear RNA，sn-RNA）。研究表明，人类肿瘤的miRNA表达谱已经用于肿瘤的诊断、治疗以及预后评估[7-10]。snoRNA是一类长度为60～300个核苷酸的小分子ncRNA，具有保守的结构元件，在核糖体RNA（ribosomal RNA，rRNA）前体的剪接加工和转录后修饰过程中起重要作用[11-14]。研究表明，部分小分子ncRNA与肿瘤的发生、发展密切相关，尤其是snoRNA的异常表达直接影响着肿瘤的发生、发展及预后[1,15-17]。

1 snoRNA的结构与功能

snoRNA位于真核生物细胞的核仁中，根据snoRNA保守的结构元件将其分为C/D box snoRNA和H/ACA box snoRNA两类，常与组蛋白形成snoRNP而发挥作用[12-13]，主要功能是指导rRNA的修饰、加工和折叠过程。常见的snoRNA主要有三类：C/D box snoRNA、H/ACAbox snoRNA和scaRNA[13]。

C/D box snoRNA包含两个短的序列元件，即位于 5'端的C box（5'PuUGAUGA3'）和3'端的D box（5'CUGA3'），其内部含有类似于C box和D box的结构，分别称为box C'和box D'，两端有4～6个核苷酸的反向重复序列，通过碱基互补配对形成单个发夹结构。C/D box snoRNA在rRNA前体的剪接加工过程中起重要作用，其引导序列长度为10～21个核苷酸的rRNA的折叠，并且在一些情况下，snoRNA可增强甲基化rRNA的甲基化修饰[18]。C/D box snoRNA主要通过碱基互补作用行使功能，参与指导rRNA上特定位点的2'-O-核糖甲基化修饰[19-20]。而构成C/D box snoRNP的其他蛋白质组分如Nop56、Nop58和Snu13（在人类中为15.5K），使前体rRNA与邻近box D/D'的snoRNA更容易发生碱基配对。

H/ACA box snoRNA具有“发夹-铰链-发夹-尾部”的典型二级结构，绞链区和尾部分别具有H box（ANANNA）和ACA box保守序列元件，ACA box通常位于3'末端上游3个核苷酸处。大多数H/ACA box snoRNA指导真核生物rRNA和snRNA中特定位点的假尿嘧啶化修饰，即指导RNA分子由尿嘧啶向假尿嘧啶进行转换[13,20]。由于H box（5'-ANNA-3'）和ACA box的存在，H/ACA box snoRNA可以形成双发夹结构。H/ACA box snoRNA与前体rRNA的碱基配对发生在双发夹内部的“假尿苷化口袋”中，与靶向的尿苷发生非碱基配对，因此，可通过假尿苷合成酶Cbf5进行异构化。构成H/ACA box snoRNP的其他成分如Nop10、Nhp2和Gar1，主要发挥稳定三级折叠结构的功能，确保靶RNA在Cbf5活性位点的精确定位[21]。此外，scaRNA是snoRNA的一个特定子集，其在哈尔卡体内积累，并指导剪接体RNA的转录后修饰[22]。

2 snoRNA的组织特异性表达

不同类型的snoRNA在不同组织中的表达水平不同，C/D box snoRNA和H/ACA box snoRNA在不同组织中的表达水平亦不同[17,23-25]。通过分析11种人类组织中全基因组snoRNA的表达水平发现，同一类型的snoRNA在下丘脑、睾丸、脾脏组织中的表达水平存在差异[24]。而且，部分snoRNA如脑特异性表达的snoRNA（brain-specific snoRNA，bsnoRNA）]广泛表达于大脑组织中[23,26]，且这些bsnoRNA不参与rRNA或snRNA的修饰，它们可能参与信使RNA（messenger RNA，mRNA）亚基的剪切[27]。例如，脑特异性C/D box snoRNA HBⅡ-52与5-羟色胺2C受体mRNA的关键区段具有18个互补的保守核苷酸序列，指示了脑特异性C/D box snoRNA在该mRNA加工过程中的潜在作用[25]。

3 snoRNA宿主基因的异常表达与肿瘤的关系

在哺乳动物中，大部分snoRNA位于蛋白质编码或非蛋白质编码基因的内含子中，而这些基因称为snoRNA的宿主基因[28]。随着对snoRNA研究的不断深入，发现snoRNA通过影响其宿主基因的表达从而影响肿瘤的发生、发展和预后[16]。C/D box snoRNA的主基因ZFAS1是乳腺发育的调控因子，也是乳腺癌的潜在标志物[29]。snoRNA的主基因生长抑制特异性基因5（growth arrest specific 5，GAS5）在乳腺癌组织中的转录水平低于正常乳腺上皮组织，表明GAS5参与乳腺癌的发生、发展过程[30-31]。GAS在乳腺癌和头颈部鳞状细胞癌中发挥着抑癌基因的作用，其表达水平的降低与乳腺癌和头颈部鳞状细胞癌患者的预后不良有关，而且位于其内含子中的snoRNARNU44也与患者的预后有一定的关系[32]。snoRNA的主基因SNHG1和SNHG16的高表达可以促进肝癌和结直肠癌的发生、发展[33-34]。其中，SNHG1的表达与骨肉瘤、结直肠癌、肝细胞癌、非小细胞肺癌、食管癌、卵巢癌、神经胶质瘤和胃癌患者的总生存期均有关[35]。另外，SNHG1在多种肿瘤的诊断中具有重要的意义[36-37]。

4 snoRNA作为肿瘤标志物和肿瘤治疗的靶点

部分snoRNA可以作为肿瘤标志物，不仅能够通过影响其主基因的表达从而影响肿瘤的发生、发展，还会影响肿瘤患者的预后；另外，snoRNA亦可以作为肿瘤患者治疗的新靶点。snoRNA是筛查早期结直肠癌的生物标志物，SNORA21和SNORA42可促进结直肠癌的发生、发展，并且可以作为预测结直肠癌预后的生物标志物[38-40]。沉默SNORA74B基因可以提高PHLPP基因的表达水平，阻断蛋白激酶B（protein kinase B，PKB，又称AKT）/雷帕霉素靶蛋白（mechanistic target of rapamycin，MTOR）信号通路，从而抑制胃癌的发生、发展，提示SNORA74B可能成为胃癌治疗的新靶点[41]。有研究发现，上调SNORD47的表达不但能够抑制胶质瘤细胞的增殖，诱导细胞阻滞于G2期，从而抑制胶质瘤细胞的侵袭和上皮-间充质转化过程，还能够增强替莫唑胺的抗肿瘤作用[42]。另外，snoRNA还可通过影响细胞周期、细胞凋亡及上皮-间充质转化过程从而影响肿瘤的发生、发展。在非小细胞肺癌中，抑制SNORD78的表达可以诱导细胞周期停滞在G0/G1期，从而抑制非小细胞肺癌细胞的增殖。此外，SNORD78还可通过诱导上皮-间充质转化的发生从而促进非小细胞肺癌细胞的侵袭。SNORD78在肿瘤干细胞样细胞中的表达也明显上调，是非小细胞肺癌自我更新的必需环节[43]。有研究发现，SNORA42的表达与非小细胞肺癌患者的生存情况呈负相关（P＜0.05），且与CD133-对应物相比，SNORA42在CD133+的非小细胞肺癌细胞中的表达水平较高；敲除SNORA42降低了体外肿瘤起始细胞的增殖和自我更新能力，但SNORA42在非肿瘤起始细胞中的高表达却可以增强细胞的增殖和自我更新能力[44]，提示snoRNA能够通过影响肿瘤细胞的干性从而影响肿瘤的发生、发展。

综上所述，snoRNA的异常表达与肿瘤的发生、发展密切相关，其在肿瘤的早期诊断、肿瘤治疗方案的优化、患者预后的判断等方面具有重要的指导意义。另外，snoRNA的特征使其成为肿瘤治疗的理想靶点，例如，通过介导snoRNA所在区域的基因转录从而引起snoRNA沉默的途径可能具有良好的肿瘤治疗效果，其通过选择性地沉默致癌的snoRNA从而抑制肿瘤的发生、发展，在肿瘤治疗中已经得到了应用；但是，其发挥致癌或抑癌作用的具体分子机制尚不十分明确，仍需进一步研究。