tRNA 衍生片段（tRF）在肿瘤侵袭转移中的机制及研究进展

刘颖军 陈文慧 赵建夫★

恶性肿瘤的侵袭转移涉及多个生物学过程：癌细胞可以通过单个细胞或集体迁移进入淋巴管或血流，并定植于远处器官［1］。因此如果能早期进行患者的恶性肿瘤侵袭转移的风险评估，并据此提早进行预防干预，将会提高患者的生存率。随着高通量RNA 测序技术和生物信息学的发展，人们发现小型非编码RNA（Small non-coding RNAs，sncRNAs）作为生物标记物在肿瘤的诊断和治疗上具有潜在价值［1-2］。而tRNA 衍生片段（tRNA-derived fragments，tRF）作为一种新兴调节性sncRNAs，其生物学功能逐渐受到关注。在过去，tRF被认为是 转运RNA（transfer RNA，tRNA）降解过程中产生的随机副产物，但随着对sncRNAs 的深入研究及高通量技术的发展，tRF 被发现其通过特定的生物学功能及表达模式参与肿瘤、神经系统疾病、代谢性疾病、免疫性疾病等疾病的发生发展［3］。现对tRF 的生物功能及其分子机制展开综述。

1 tRNA 衍生片段

1.1 tRF 的生物产生、分类

根据tRNA 对前tRNA 或成熟tRNA 不同的切割位点，主要分为两大类。

1.1.1 tRNA 衍生的应激诱导RNA（tRNA-Derived Stress-Induced RNA or tRNA halves，tiRNA）

tiRNA 是在应激条件下主要由血管生成素（Angiogenin，ANG）在细胞质特异性切割成熟tRNA 的反密码子环形成的tRNA 片段，长度约为30～50 nt，分为tiRNA-5 和tiRNA-3［4］。近年来还发现了一种性激素依赖性tRNA 衍生RNA（Sex Hormone-dependent TRNA-derived RNAs，SHOTRNAs）在性激素受体阳性的乳腺癌和前列腺癌中特异性过表达促进恶性细胞增殖［5］。

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

tRFs 为前tRNA 或成熟RNA 在细胞质或细胞核裂 解形 成的tRNA 片 段，长 度约 为14～30 nt［4］。目前已发现的tRFs 主要分为五大类：tRF-1、tRF-2、tRF-3、tRF-5 和i-tRF［5］。tRF-1 是由RNase Z 核酸内切酶或其细胞质同系物ELAC2 对前tRNA 末端的3′尾序列进行切割形成，其末端终止于多聚-U，因此也被称为3′U-tRF［5］。tRF-2 是近年来在乳腺癌细胞中缺氧诱导tRNA 的反密码子环中分解产生的一 种tRF 亚 型，它来源 于tRNAGlu、tRNAAsp、tRNAGly和tRNATyr，因此不具备5′端 和3′端［6］。tRF-3 是由ANG、Dicer 或RNase A 超家族成员切割成熟tRNA TѰC 环形成，多包含成熟tRNA 3′端所具有的CCA 尾序列，分为tRF-3a、tRF-3b［4］。tRF-5 主要由Dicer 酶依赖的方式裂解成熟tRNA的D 环或D 环和反密码子环之间的茎形成，部分由ANG 核酸内切酶形成［7］，可分为tRF-5a、tRF-5b 和tRF-5c［4］。i-tRF 来自于成熟tRNA 的内部结构，其命名方式取决于tRNA 的5′末端起始的位置，可分为D-tRF、A-tRF、V-tRF［4］。

1.2 tRF 的生物功能

1.2.1 miRNA 样作用

研究发现tRFs 长度多小于30 nt，与miRNA 相似，由此推测其可能具有与miRNA 一样的性质：tRFs 可以通过参与形成RNA 诱导沉默复合物（RNA Induced Silencing Complex，RISC），并直接结合靶向信使核糖核酸（messenger RNA，mRNA）的非编码区来诱导基因沉默［8-10］。tRF-5s 直接与Ago 1（Argonaute1）结合靶向并切割内源性转录子影 响mRNA 的稳定 性［10］。此 外，Deng 等［11］发 现tRF5-GluCTC 一方面通过与Ago4 蛋白结合形成RISC 诱导基因沉默的典型miRNA 途径来调节基因表达，另一方面与Ago1 结合通过载脂蛋白E 受体2（Apolipoprotein E receptor 2，APOER2）的3′UTR 靶点相互作用这一非典型方式引导tRF5-GluCTC 进行基因调节。在B 细胞淋巴瘤中低表达的tRNA-3s（CU1276）可作为miRNA 片段靶向抑制RPA1表达，抑制细胞增殖并调节对DNA 损伤的分子反应。综上，tRF 可通过与不同的Ago 蛋白结合，以典型或非典型的miRNA 途径调节［12-13］基因表达在肿瘤进展中发挥重要作用。此外，tRF-3s 具有特殊的碱基表达使tRF 与靶基因mRNA 的碱基配对减少从而加强基因沉默［14］。但tRF 不一定是通过与mRNA 靶点特异性结合调节基因表达。细菌tRF-IletRF-5X 从大肠杆菌外膜囊泡释放后可转移至结直肠癌细胞中，与人类宿主miRNA 和/或tRF 竞争结合MAP3K4mRNA 3′UTR 基因表达下调［15］。

1.2.2 结合RNA 结合蛋白

tRF 可通过竞争性结合RNA 结合蛋白（RNABinding Protein，RBP）来调节基因表达。缺氧诱导乳腺癌细胞产生的tRF-2 通过竞争性结合RBP Ybox 结合蛋白1（Y-box binding protein，YBX1）的3′-UTR 以抑制癌细胞中多种致癌转录物的稳定性，下调致癌基因表达来抑制肿瘤增殖转移［6］。在甲状腺乳头状癌细胞中tiRNA-Gly 直接结合RBP重组人RNA 结合基序蛋白17（Recombinant Human RNA Binding Motif Protein 17，RBM17）的UHM 结构域，通过RBM17 介导的选择性剪接使RBM17从细胞质转移到细胞核并激活MAP4K4致癌［16］。

1.2.3 蛋白质翻译

多项研究发现tRF 具有促进或抑制翻译的作用。一些具有特殊的碱基结构的tRF 可抑制蛋白质翻译，包括mTOG、Ψ 以及G-四链体结构［17-18］。tRF 还可通过多种方式与核糖体作用来调节翻译。Gebetsberger 等［10，18］发现应激条件下嗜盐太古菌中产生的Val-tRF 不仅能够与小核糖体亚基结合使mRNA 从起始复合物中移位，还可以抑制肽键的形成协同抑制蛋白质翻译。ANG 诱导产生的5′tiRNAs 可代替mRNA 与翻译起始因子eIF4A/F/G结合以抑制翻译并诱导应激颗粒的组装［18］。根据Kim 等［19］的研究，3′tsRNA-Leu-CAG 与核糖体蛋白S28mRNA 的编码区和3′非翻译区结合，改变其次级结构并促进翻译过程，同时维持人类核糖体的生物发生。

1.2.4 表观遗传调控

目前发现部分tRF 通过Piwi-piRNA 通路在生殖细胞和干细胞发育中介导表观遗传学调控［20］。在猪性腺和肾脏细胞中发现5′tRFWal（CAC）、5′tRFGly（GCC）可与PiWi4 蛋白结合，同时对人类癌细胞分离的PIWIL4/RNA 复合物进行免疫沉淀分析亦发现这两种5′tRF 分子最普遍，因此这两种分子有可能作为piRNA 与PiWi4 蛋白结合参与调节表观遗传调控并可能对癌细胞的增殖转移发挥作用［10］。

1.2.5 调节细胞周期

tRF 可通过调节细胞周期影响疾病进展。在胃癌组织中tRF-33-P4R8YP9LON4VDP 显著低表达，它通过在G0/G1 期阻断细胞周期来抑制胃癌细胞增殖转移并诱导凋亡［21］。一些tRF 可通过形成Caspase 表型以调节凋亡小体的形成。由炎性细胞因子介导产生的tRF-21 在胰腺导管腺癌通过SRSF5/tRF-21/hnRNP L/caspase 9/ mH2A1 调节轴促进胰腺导管腺癌细胞恶性表型形成以介导侵袭转移［22］。

2 tRF 与肿瘤的侵袭转移

随着对tRF 研究的深入，tRF 被发现在肿瘤发生发展的各个环节中异常表达并通过各种机制调节肿瘤进展，其在其发挥的作用不容小觑。

2.1 乳腺癌

tRF 以多种机制在乳腺癌侵袭转移中发挥作用，包括miRNA 样作用或与RBP 结合等。tRF 可作为miRNA 直接与mRNA 靶点结合来调控乳腺癌进展。Mo 等［23］发现tRF-17-79mp9pp 在BC 的侵袭转移过程中低表达，它作为miRNA 与血小板反应蛋白（thrombospondin1，THBS1）3′UTR 结合并通过THBS1/TGF-b1/smad3 信号通路来抑制肿瘤进展。tRF 与RBP 结合参与BC 的侵袭转移。在乳腺癌组织过表达的5′-tRF-GlyGCC直接与脂肪和肥胖相关蛋白结合并增加脂肪和肥胖相关基因（Fat mass and obesity-associated，FTO）去甲基化酶的活性，减少eIF4G1 甲基化，抑制细胞自噬，促进乳腺癌细胞增殖转移［24］。肿瘤抑制因子RUNX1可能通过抑制ts-112 的上调以防止乳腺上皮细胞过度增殖来发挥抑癌作用［25］。近期一项研究利用单细胞RNA 测序技术鉴定出与乳腺癌肝脑转移中肿瘤内异质性和免疫抑制微环境相关的基因和信号通路并发现tRFs 可能在乳腺癌对PD-1/L1mi免疫耐药机制中发挥作用，但确切的机制还有待进一步探索［26］。综上，tRF 可通过调控基因表达、蛋白质翻译等途径调节乳腺癌进展。

2.2 结直肠癌

目前tRF 对结直肠癌恶性侵袭转移的研究主要集 中miRNA 样作用 调控基 因表达［12，27-28］。Huang 等［29］发现了一个来自tRNALeu和pre-miRNA在结直肠癌中低表达的片段tRF/miR-1280，其通过与JAG2 3′UTR 直接结合抑制Notch/Gata 和miR-200b 信号通路抑制结直肠癌增殖转移。缺氧可能是影响结直肠癌细胞增殖迁移的一个关键因素。缺氧诱导ANG 产生的5′tiRNA-His-GTG 在结直肠癌组织中表达上调，与Ago1 和Ago3 结合靶向LATS2 抑制Hippo 信号通路，促进促增殖和抗凋亡相关基因的表达［28］。tRF 还可通过调节细胞周期来参与调控结直肠癌进展。Lu 等［30］发现在结直肠癌组织中过表达的tRF-3022b 与半乳糖结合蛋白1（galectin 1，LGALS1）和巨噬细胞迁移抑制因子（macrophage migration inhibitory factor，MIF）结合，其下调能够阻断结直肠癌细胞的G2/M 期，促进细胞凋亡。综上，tRF 可在基因调控、细胞周期、缺氧等方面调控结直肠癌侵袭转移。

2.3 胃癌

tRF 主要在胃癌侵袭转移中以miRNA 样片段与Ago 结合形成RISC 复合物介导基因沉默［11，31-32］。在胃癌淋巴结转移患者中过表达的tRF-3017A 通过与Ago2 特异性结合形成RISC 复合物来下调抑癌基因NELL2表达，促进胃癌淋巴结转移［33］。tRF 也可通过调节细胞周期来影响胃癌进展。Shen 等［21］发现在胃癌组织中低表达的tRF33-P4R8YP9LON4VDP 通过在G0/G1 期阻断细胞周期，抑制癌细胞增殖转移并诱导凋亡［21］。

2.4 肺癌

近年关于肺癌的研究越来越多。在肺腺癌细胞中高表达的tsRNA-5001a 与肿瘤抑癌基因GADD45G结合，促进癌细胞增殖［34］。在非小细胞肺癌细胞中过表达的AS-tDR-007333 通过与内源 性热休克蛋白β-1（Heat Shock Protein β-1，HSPB1）特异性结合，激活MED29促进其恶性增殖［35］。该tRF 分子还可通过刺激ELK4 的表达来增强MED29启动子的活性并增强其转录，协同促进恶性增殖［35］。

2.5 其他肿瘤

tRF 也在其他肿瘤如前列腺癌、甲状腺癌、肝细胞癌、胆囊癌、胰腺癌、宫颈癌、卵巢癌等中的恶性侵袭中发挥作用。但相关研究较少，可能与它们的发生率低有关，但对tRF 在它们的发生、侵袭中的作用不容忽视。

3 总结与展望

恶性肿瘤的侵袭转移在临床上是一大难题，尽早地发现肿瘤细胞的恶性行为并进行干预可极大地提高患者的生存率。tRF 作为一种非侵入性的生物标志物，在临床检验具有方便快捷、无创安全的优势。通过检测患者体液中的tRF 表达以动态检测患者肿瘤进展、治疗效果，可及时调整治疗方案、减轻患者经济负担、提高患者依从性。尽管目前对tRF 在恶性肿瘤进展的具体机制研究仍较少，但现有的研究已经为tRFs 在癌症进展中的生物功能提供了宝贵的见解。期待有更多的研究发现在癌症进展过程中tRF 的生物学作用，为肿瘤的早期诊断及肿瘤提供新方向。