转运RNA衍生片段在心血管疾病中的研究进展

崔楠，张俊哲，马群，Muisha B MBIKYO，李昭

（中国医科大学附属第一医院心血管内科，沈阳 110001）

心血管疾病是危害人类健康的疾病之一。尽管在心血管疾病的预防和治疗方面取得了显著进展，但它仍然是发病率和死亡率的主要原因［1-2］，常见的致死性疾病包括心肌梗死、心律失常、心力衰竭、心肌病等。因此，研究心血管疾病的发病机制具有重要的社会意义。

非编码RNA的发现，为疾病的诊疗提供了新的方向。这些新的非编码RNA是由其他细胞RNA通过特定和调节的RNA加工或裂解产生的［3］。这种非编码RNA的来源是多种细胞RNA，包括转运RNA（transfer RNA，tRNA）。转运RNA衍生片段 （transfer RNA derived fragments，tRFs） 是一种新发现的非编码小RNA，由成熟tRNA或前体tRNA在应激、缺氧等条件下裂解产生，其功能主要参与RNA的降解、逆转录、基因沉默，抑制蛋白质合成，阻滞翻译，进而影响细胞的增殖和存活。目前对tRFs的研究越来越广泛，肿瘤是热点领域，与心血管疾病相关的研究较少。

本文总结、分析了tRFs在心血管疾病的发生、发展中的作用，并介绍了tRFs的产生和生物学功能，以期为心血管疾病的防治提供新的诊疗思路。

1 tRFs的生物发生

1.1 tRFs的分类

tRFs的丰度因细胞类型和组织的不同而不同，一般与亲本tRNA的丰度无相关性。此外，一些片段仅在特定条件下产生，如发育阶段、增殖状态、应激或病毒感染。尽管tRNA片段的大小不同，但它们不是随机的tRNA裂解或降解的产物，它们的末端是由RNA裂解序列决定因素决定的。

tRFs主要分为4类：（1） 5’ tRFs；（2） 3’ tRFs；（3） tRNA halves （tiRNA） ，其包含2种亚型，即5’ tRNA halves 和3’ tRNA halves；（4） 来自前体tRNA 3’端的tRF1s［4］。由于tRNA受剪切酶剪切的位置不同，tRFs的分子长度也不同，其中5’ tRFs、3’ tRFs、tRF1s的分子长度为14～30 nt，而tRNA halves的分子长度为29～50 nt。

1.2 tRF1s的生物发生

tRNA通过RNA聚合酶Ⅲ在细胞核中转录，作为具有5’前导序列和3’尾部序列的前体tRNA，5’前导序列由RNase P裂解、3’尾部序列由Elac2 （RNase Z） 切除，产生成熟的tRNA，由此产生的3’尾部序列被称为tRF1s［5］。

1.3 5’ tRFs、3’ tRFs、tRNA halves的生物发生

成熟tRNA的二级结构具有类似三叶草的结构，经过折叠最终形成紧凑的L型三级结构［6-7］。成熟tRNA的二级结构具有D环、反密码子环、可变环、TψC环。5’ tRFs （含有磷酸基）、3’ tRFs （含有-CCA结构） 由Dicer剪切酶分别在D环、TψC环之间进行剪切形成，而tRNA halves则由血管生成素在反密码子环剪切而成。

2 tRFs的生物学功能

2.1 tRNA halves的生物学功能

tRNA halves是血管生成素诱导成熟tRNA在应激条件下分裂产生的，如氧化应激、热休克或紫外线照射［8-12］。

作为对应激的反应，只有来自tRNAAla和tRNACys的5’ tRNA halves抑制翻译［11］。从机制上说，活性tRNA halves 通过干扰降解物基因活化蛋白结合复合物eIF4F的组装来抑制翻译起始，并与翻译沉默子Y-box 结合蛋白1结合［13-15］。5’ tRNA halves对翻译起始的抑制也诱导了应激颗粒的装配［9-11］，应激颗粒包含翻译停滞的mRNA、相关的启动前因子、特异性RNA结合蛋白和信号分子［16-19］。也有研究［20］表明，血管生成素诱导的tRNA halves抑制应激细胞的高渗性凋亡，这是通过tRNA halves与细胞色素c直接结合来实现的，细胞色素c在应激期间从线粒体释放出来，以促进凋亡体的形成，并随后激活细胞凋亡蛋白酶。

2.2 tRF1s的生物学功能

tRF1s是由Elac2在前体tRNA的3’尾部序列切除而成。目前，研究得最多的前体tRFs是3’U tRFs（19～25 nt），3’U tRFs是相对稳定的分子，集中在细胞质中［21-22］，也存在于人类胚胎干细胞和类胚体中［23］。在细胞质中，3’U tRFs与AGO蛋白结合，优先与AGO3和AGO4结合，并与细胞微RNA和干扰小RNA竞争，以并入RNA诱导的沉默复合物中，进而导致基因沉默［24］。

2.3 5’ tRFs和3’ tRFs的生物学功能

5’ tRFs在细胞质中，与RNA诱导的沉默复合物功能中心的AGO1～AGO4蛋白相关［25］。3’ tRFs的3’端存在-CCA结构。有研究［24，26-28］认为，3’CCA-tRFs的生物发生依赖于Dicer产生，还有研究［29］认为其是独立于Dicer产生的 （如通过血管生成素介导的T臂分裂）。3’CCA-tRFs与 AGO相关，并具有RNA干扰的作用［24，27］，RNA干扰可以诱导转录后和转录基因沉默［30］。

3 tRFs与心血管疾病

3.1 tRFs与心肌肥厚

最近的一项研究［31］发现，tRFs1富含于异丙肾上腺素诱导的肥大大鼠心脏中，并证明tRFs1与肥厚调节因子Timp3mRNA的3’非翻译区结合，抑制其表达，导致心肌细胞肥大。重要的是，与健康雄性小鼠相比，tRFs1富含于异丙肾上腺素诱导的肥大小鼠精子中。此外，与健康对照组的F1相比，异丙肾上腺素处理的小鼠其F1后代的心脏表现出心肌纤维断裂、肥厚标志基因表达、细胞凋亡和纤维化增加。

3.2tRFs与糖尿病心肌病

糖尿病心肌病是糖尿病患者心力衰竭、恶性心律失常和猝死的重要原因之一，表现为心肌结构和功能异常［32-33］。糖尿病心肌病存在多种病理生理异常，如高血糖、胰岛素抵抗、氧化应激和炎症［34］。其中，心肌细胞功能障碍在糖尿病心肌病的发生和发展中起着重要作用［35-36］。有研究［37］分析tRFs在糖尿病心肌病的作用机制，旨在确定tRFs在高糖刺激的原代心肌细胞中的表达和潜在作用，结果表明，高糖引起心肌细胞损伤，并伴有差异表达的tRFs。其中tRF-5014a可能通过调节ATG5的表达，在高糖诱导的自噬功能障碍中发挥作用。tRF-5014a的抑制不仅消除了自噬失活，而且减弱了细胞活力降低、细胞死亡增加以及促炎性细胞因子释放。这些发现表明，在糖尿病心肌病进展过程中，tRFs可能促进高糖诱导的心肌细胞损伤。

3.3 tRFs与血管平滑肌

血管平滑肌细胞 （vascular smooth muscle cell，VSMC） 是血管的主要成分，在血管疾病中发挥着重要作用。有研究［38］探讨了tRFs在VSMC表型转换和血管内膜新生中的作用，发现tiRNA-Gly-GCC在合成型人主动脉平滑肌细胞、动脉粥样硬化动脉、血浆和球囊损伤的大鼠颈动脉中上调。在功能上，抑制tiRNA-Gly-GCC可以抑制人主动脉平滑肌细胞的增殖、迁移和逆转去分化，而tiRNA-Gly-GCC过表达具有相反的作用。从机制上讲，tiRNA-Gly-GCC通过下调CBX3，在人主动脉平滑肌细胞上发挥这些功能。体内实验也验证了这一结果，即抑制tiRNA-Gly-GCC可以通过在体内靶向CBX3，减少VSMC的增殖和去分化，从而改善新生内膜的形成。

有研究［39］探讨了tRFs在主动脉夹层中的潜在作用，发现主动脉夹层组织中5’-tiRNA-Cys-GCA表达显著低于正常主动脉。离体实验表明，过表达5’-tiRNACys-GCA可以抑制VSMC增殖、迁移和表型转化，然而敲除5’-tiRNA-Cys-GCA则具有相反作用。该研究还发现，5’-tiRNA-Cys-GCA通过靶向STAT4调节VSMC增殖和表型转变。因此，5’-tiRNA-Cys-GCA/STAT4信号通路可能为主动脉夹层和其他心血管疾病提供一种新的治疗策略。

也有研究［40］表明，动脉损伤诱导的tRFGlnCTG促进VSMC增殖。该研究复制了大鼠颈总动脉内膜增生模型，检测tRFs/tiRNAhalves在动脉中的表达。结果发现，tRFGlnCTG在受伤的颈总动脉中过表达。在体外实验中，合成的tRFGlnCTG模拟物提高了大鼠VSMC的增殖和迁移。通过生物信息学分析和过表达实验，发现tRFGlnCTG对FAS细胞表面死亡受体 （FAS） 的表达具有负调控作用。细胞实验证实，VSMC中FAS的过度表达消除了tRFGlnCTG对VSMC增殖的上调作用。结果表明，tRFGlnCTG是促进VSMC增殖的关键调节因子。tRFGlnCTG-FAS通路可能是导致动脉损伤后内膜增生的机制之一。tRFGlnCTG抑制剂的使用，可能是缓解新生内膜形成的可行策略。

4 结论

tRFs是一种新发现的非编码小RNA，由特定剪切酶在成熟tRNA或前体tRNA不同位点切割而成。目前已有研究阐明了tRFs的产生机制及其在人类疾病中的相关作用，如心血管疾病、神经系统疾病、肿瘤 （如乳腺癌、结直肠癌、胃癌、膀胱癌、肝细胞癌等）、病毒感染、慢性肾脏病等。期望通过这些研究加深对心血管疾病过程的理解，进而发现新的治疗方法，提高患者的生活质量。