小核仁RNA的生物学特征及其与肿瘤关系的研究进展

吕鉴峰，李少一，刘云会

中国医科大学附属盛京医院，沈阳110004

小核仁RNA(snoRNAs)是一类广泛分布于真核生物细胞核仁的小分子非编码RNA，长度为60～300个核苷酸，主要参与rRNA和其他小RNA转录后的成熟加工过程[1]。snoRNAs主要分为C/D box snoRNAs和H/ACA box snoRNAs两类，C/D box snoRNAs主要介导rRNA特定位点的2′-O-甲基化，而H/ACA box snoRNAs主要介导rRNA特定位点的假尿苷化，二者均能与核糖核蛋白(RNPs)结合形成稳定的、具有功能的snoRNPs复合体[2]。由于snoRNAs功能较为单一，其与肿瘤的关系曾一度被人们所忽视。然而近年研究发现，在非小细胞肺癌中SNORD78(C/D box)过表达[3]；SNORD50A/B(C/D box)能够直接结合K-Ras蛋白，从而导致肿瘤的发生[4]；沉默SNORA55(H/ACA box)表达能够抑制前列腺癌细胞的增殖和迁移[5]。这些证据表明，snoRNAs在肿瘤的发生、发展过程中可能发挥重要的调控作用。本文结合文献就snoRNAs的生物学特征及其在肿瘤中作用的研究进展作一综述。

1 snoRNAs的生物学特征

1.1 snoRNAs的分子结构 根据保守序列和二级结构的不同，snoRNAs主要分为C/D box snoRNAs、H/ACA box snoRNAs两类。

典型的C/D box snoRNAs长度为60～90个核苷酸，其特征是在5′端和3′端分别具有保守的C box序列(UGAUGA)和D box序列(CUGA)[6]。C box和D box序列分别对齐并折叠成较为稳定的茎环结构，称为kink-turn，包含非经典的G-A、A-G、U-U碱基对，是snoRNAs生物合成和核仁定位过程中的核心结构，也是C/D box snoRNPs核心蛋白的结合位点，其核心蛋白包括Snu13、Nop56、Nop58、核仁纤维蛋白Nop1p[6,7]。Kiss等[7]研究表明，Nop58和Snu13能够与kink-turn上的C box、D box序列结合；Nop56和核仁纤维蛋白Nop1p能够与C′ box、D′ box(C box、D box的内部副本)交叉连接形成C/D box snoRNPs，从而发挥生物学作用。

H/ACA box snoRNAs长度为120～140个核苷酸，包含由两个发夹结构组成的特征性二级结构。H box(ANANNA，N代表任一核苷酸)位于连接两个发夹结构的铰链区域，而高度保守的ACA box位于第二个发夹之后3′端上游3个核苷酸处[8]。最近研究证实，在人类细胞中负责将尿苷转化为假尿苷的假尿苷合成酶与H/ACA snoRNAs的H box具有很强的相关性，而ACA box对H/ACA snoRNAs的稳定性十分重要[9]。H/ACA box snoRNAs主要与DKC1、Nhp2、Nop10、Gar1四种核心蛋白结合形成H/ACA box snoRNPs，每个H/ACA box snoRNPs包含DKC1和其余三种核心蛋白中的任意一种，两种核心蛋白分别与H/ACA box snoRNAs的两个发夹结构相关联，在rRNA加工和假尿苷化过程中发挥重要作用[9]。

1.2 snoRNAs的生物学功能

1.2.1 C/D box snoRNAs的生物学作用 C/D box snoRNAs的主要功能是介导rRNA的2′-O-甲基化。每个指导甲基化的RNA都包含一个或两个长度为10～21个核苷酸的指导序列，介导碱基与特定的rRNA区域配对。C/D box snoRNAs的生物学功能主要取决于特征性的C/D box(C′/D′ box)序列和指导序列[10]。snoRNAs的指导序列始终位于D box(和/或D′ box)的上游，在D box上游5个核苷酸的snoRNA/rRNA双链上，rRNA核苷酸被靶向修饰，这种修饰作用没有碱基特异性，A、C、G、U均能被甲基化，而且snoRNA/rRNA双链的长度也不确定，一般为10～21个碱基对[11]。D box上游5个核苷酸这一位置最初由snoRNAs序列和甲基化的定位位点推断得出，而改变指导序列与D box的间隔，会导致相应的修饰位点转移到一个新的位置，而这个新的位置仍然是D box上游5个核苷酸处。因此，只要在snoRNAs中设计新的指导序列，就可以在体内靶向新的甲基化位点[12]。

在人类细胞C/D box snoRNAs的核心蛋白中，纤维蛋白具有甲基化转移酶的重要结构特征。当纤维蛋白的类甲基化转移酶结构域发生突变时，rRNA上的甲基化被阻断。因此，纤维蛋白可能是与C/D box snoRNAs起协同作用的2′-O-核糖甲基化酶。Nop56和Nop58在序列上高度相似，可能源自同一祖先，尽管Nop58一直被认为是所有C/D box snoRNAs的核心成分，但也有一部分C/D box snoRNAs不受敲除Nop58的影响，而受Nop58敲除影响的C/D box snoRNAs通常具有一个长末端，即从C box上游5个核苷酸到D box下游4或5个核苷酸为止[13]。Snu13能特异性地结合C box和D box的结构元件参与pre-mRNA的加工[14]。

1.2.2 H/ACA box snoRNAs的生物学作用 H/ACA box snoRNAs的主要功能是介导rRNA的假尿苷化。与C/D box snoRNAs不同，H/ACA box snoRNAs最多可识别两种不同的底物rRNA，其引导序列穿过H/ACA box snoRNAs两个发夹中间的凸起，通过碱基互补配对原则确定目标rRNA中假尿苷化的确切位置，被修饰的尿苷通常位于H或ACA box上游14或15个核苷酸处[9]。

H/ACA box snoRNPs的蛋白组分与H/ACA box snoRNAs共同作用，指导哺乳动物100余种rRNA的假尿苷化。每一个H/ACA box snoRNPs均由一个起引导作用的H/ACA box snoRNAs和DKC1、Nhp2、Nop10、Gar1等核心蛋白构成的蛋白复合物[7]。由于DKC1具有假尿苷化酶的信号元件，而且这些信号元件的突变或缺失可导致H/ACA box snoRNAs指导的rRNA假尿苷化明显减少。因此，DKC1被认为是H/ACA box snoRNPs指导假尿苷化过程中的催化物[15]。另外，Nhp2和Nop10能够特异性结合到转录中的H/ACA box snoRNAs基因上，是H/ACA box snoRNPs发挥功能所必需的[16]。

2 snoRNAs在肿瘤发生、发展中的作用

尽管对snoRNAs在肿瘤中作用的认识尚处于初步阶段，但已有研究证实snoRNAs能够通过调控细胞增殖、分化和凋亡等参与肿瘤的发生、发展。snoRNAs可通过参与rRNA的成熟加工过程来调控核糖体生成，从而发挥促癌作用。如SNORD3A、SNORD118通过增加维持细胞高增殖率所必需的核糖体产生，促进肺肿瘤的发生[17]。snoRNAs还能参与细胞凋亡调控，从而影响肿瘤的发生、发展。如SNORA80E(1q22)可通过抑制p53诱导的细胞凋亡并促进其增殖，从而促进肺肿瘤发生和恶性进展[17]。此外，snoRNAs还能参与细胞周期调控，影响肿瘤细胞增殖。如SNORD76能够使肿瘤细胞停滞于细胞周期S期，从而抑制肿瘤的发生、发展[18]；SNORD47诱导细胞周期G2期停滞，从而抑制脑胶质瘤侵袭和转移[19]；SNORA71A通过调控MAPK信号通路影响细胞周期，最终介导肿瘤的发生、发展[4]。另外，在多种肿瘤中还发现了snoRNAs突变，导致snoRNAs功能障碍，继而导致肿瘤的发生、发展。snoRNA U50在前列腺癌细胞中发生突变或表达下调，可能以抑癌基因作用参与前列腺癌的发生、发展[20]。当SNORD50A/B缺失时，K-Ras通路过度激活，从而刺激肺肿瘤细胞增殖和分裂[4]。snoRNAs还可作为原癌基因或抑癌基因直接参与肿瘤的发生、发展。SNORD66、SNORD76分别定位于人染色体3q27.1和1q25.1，这两个区域基因在人类实体瘤中最易扩增，尤其是在非小细胞肺癌中[21]。SNORD33定位于人染色体19q13.3，该区域含有与肺肿瘤相关的潜在致癌基因[22]。以上研究表明，snoRNAs可直接依靠其转录或通过调控细胞周期及细胞增殖、分化、凋亡等，参与肿瘤的发生、发展。

3 snoRNAs在肿瘤诊断中的潜在作用

目前，非编码RNA中的微小RNA和长链非编码RNA已被作为多种肿瘤诊断的生物标志物。snoRNAs由于长期被认为仅执行管家功能，很少被认为是肿瘤诊断的生物标志物。然而近年研究发现，在肿瘤细胞中部分snoRNAs异常表达，这为其成为肿瘤诊断潜在的生物标志物提供了可能。有研究报道，肺癌组织SNORA80E、SNORA73B、SNORD33、SNORD66、SNORD76、SNORD78六种snoRNAs表达较正常肺组织至少高出1.5倍[3]。Nogueira Jorge等[23]报道，正常组织与肿瘤组织有28种snoRNAs差异表达。与其他部位肿瘤相比，肺癌还包含少数特定的snoRNAs，如肺鳞癌可出现SNORA31A、SNORA47、SNORD83B表达差异，肺腺癌可出现SNORD7、SNORD81、SNORD99表达差异[24]。H5sn2属于H/ACA box snoRNAs，在人类脑膜瘤组织中表达降低[25]。SNORD113-1在肝细胞癌组织中表达下调[26]。SNORD76、SNORD78、ACA11、SNORA42在结直肠癌组织中表达明显高于正常结直肠组织[27]。这些在肿瘤中特异性表达的snoRNAs对肿瘤诊断可能具有提示作用。另外，肿瘤特异性snoRNAs不仅存在于肿瘤组织中，在外周血中亦可稳定检测到，而且血液标本取材便捷，更易被患者接受。因此，通过PCR技术定量分析在血液中稳定存在的异常表达snoRNAs，对肿瘤诊断具有重要意义。有研究报道，检测血浆C/D box snoRNAs中的SNORD33、SNORD66和SNORD76在区分非小细胞肺癌患者与健康人群的敏感性为81.1%、特异性为95.8%[3]。因此，这些差异表达的snoRNAs具有成为肿瘤诊断生物标志物的潜力。

4 snoRNAs在肿瘤治疗中的潜在作用

尽管snoRNAs在肿瘤发生、发展中的分子生物学机制尚不完全清楚，但目前研究认为，snoRNAs有可能成为肿瘤治疗的有效靶点。由于snoRNAs本身可作为原癌基因或抑癌基因，能够利用siRNA、慢病毒转染及反义寡核苷酸等手段抑制或过表达snoRNAs，这为其作为肿瘤靶向药物奠定了基础。如SNORA42在肺肿瘤组织中高表达，采用SNORA42-siRNA转染的肺肿瘤细胞表现出SNORA42表达缺失，尾静脉或皮下注射SNORA42-siRNA可用于治疗小鼠肺肿瘤[22]。反义寡核苷酸介导的SNORA23表达下调能够延缓胰腺导管腺癌生长、侵袭和转移[28]。通过慢病毒转染过表达SNORD76能够明显抑制脑胶质瘤生长[18]。溶瘤腺病毒能够促进SNORD44过表达，从而抑制结肠癌生长和转移[29]。此外，一些snoRNAs的生物学功能依赖于二级结构具有蛋白质结合能力，通过破坏snoRNAs的二级结构有可能抑制肿瘤生长。因此，干预snoRNAs表达或功能状态有可能成为肿瘤治疗新的方向，但目前这方面的研究较少。

5 snoRNAs在肿瘤预后评估中的潜在作用

研究表明，肿瘤组织RNU43、RNU44、RNU48低表达与患者预后不良有关[30，31]。C/D box snoRNAs中SNORD43、SNORD44、SNORD48低表达与头颈部鳞癌患者预后不良有关[32]。因此，snoRNAs可能与肿瘤患者预后有关，有可能成为判断肿瘤预后的一个新指标。有研究报道，与SNORA42低表达的非小细胞肺癌患者比较，SNORA42高表达患者生存时间更短[22]。SNORD47高表达的神经胶质瘤患者较SNORD47低表达患者总体生存期更长[19]。肝癌组织中SNORA18L5表达变化与患者生存时间密切相关[33]。Okugawa等[27]报道，SNORD42、SNORD21能够预测结直肠癌患者预后。这些研究结果提示，snoRNAs对肿瘤预后评价具有一定价值，有可能成为判断肿瘤预后的潜在生物标志物。

综上所述，snoRNAs主要分为C/D box snoRNAs、H/ACA box snoRNAs两类，二者功能主要为介导rRNA的2′-O-甲基化和假尿苷化；snoRNAs可通过调控细胞增殖、分化、凋亡等参与肿瘤的发生、发展，有可能成为肿瘤诊断和预后判断的生物标志物以及潜在的治疗靶点。但目前对snoRNAs在肿瘤发生、发展中作用的研究尚处于起步阶段，仍需要进一步深入研究。