陶恩威，高琴琰

上海交通大学医学院附属仁济医院消化内科，上海200001

肿瘤是指机体在各种致瘤因素下，局部组织细胞增生所形成的赘生物，在某些情况下会发展成为恶性肿瘤，严重危害人类的健康。但肿瘤的发生发展过程极为复杂，目前普遍认为与癌基因、表观遗传学、非编码RNA、微环境、免疫及细胞代谢等有着密切的关系。近年来，越来越多的研究表明非编码RNA在肿瘤发生发展、诊断及治疗中有着重要作用，特别是微小RNA（microRNA，miRNA）[1]和长链非编码RNA（long noncoding RNA，lncRNA）[2]。随着研究的深入，转运RNA（tRNA）及其相关片段作为一类新型的小分子非编码RNA，也逐渐受到人们的关注。人们发现这类小分子RNA与人类疾病密切相关，特别是在肿瘤中发挥着重要的调控作用。因此，本文根据最新的一些研究，着重论述tRNA及其相关片段与肿瘤之间的关系。

1 tRNA及其相关片段的产生

tRNA长度为74～93个核苷酸，占细胞核内总RNA的4%～10%，通常被认为是蛋白质翻译过程中氨基酸的转运体，但是越来越多的研究发现tRNA及其相关片段与组织氧化应激损伤[3]、肿瘤的发生发展[4-5]、神经系统病变[6]、感染[7]等都有着密切的关系。

在人类基因组中，有513种编码tRNA的基因，可以编码49种同工tRNA[8]。在真核细胞中，RNA聚合酶Ⅲ在核内通过识别tRNA基因区上特定序列进行转录形成前体tRNA，然后经过复杂的剪切加工、碱基修饰及构型改变形成具有“三叶草”特殊结构的tRNA[9]。核内成熟的tRNA进入细胞质，在同源氨基酰-tRNA合成酶的催化下，结合相对应的氨基酸，并在延伸因子eEF1（原核生物为EF-Tu）的作用下进入核糖体，识别特定mRNA上的密码子，然后将携带的氨基酸转移到肽链上[10]，完成其在蛋白质合成过程中“适配器”的重要功能。

tRNA相关片段在很长一段时间内被人们认为是tRNA形成过程中的副产品，但随着基因技术的高速发展和深入研究，其潜在生物学功能逐渐显现出来，并且越来越受到关注。目前研究认为，tRNA相关片段来源于前体tRNA或成熟tRNA在特定的情况下被特异性核酸内切酶剪切后的产物，主要可分为两类：半tRNA halves，tiRNA（tRNA）和小tRNA片段（small tRNA fragments，tRF）[11]。这些小分子RNA片段类似于miRNA、环状RNA（circRNA）、Piwi-interacting RNA（piRNA），在细胞的生命活动中，具有一定的调节作用，甚至有些小分子在过去一直被误认为是miRNA，例如miRNA-1274、miRNA-1280、miRNA-720等[12]。

tiRNA是在多种应激条件下，由特定的核糖核酸酶（血管生成素，酵母中称为RNY1）对成熟tRNA的反密码子环特异性切割产生，其长度为29～50个核苷酸，且根据tiRNA序列的特点，可分为2个亚类：3'tiRNA、5'tiRNA[13]。tRF是各种核糖核酸酶（RNase、Dicer等）对tRNA作用的产物，相比于tiRNA，长度稍短，长度为14～30个核苷酸，可分为3个亚类：tRF-1、tRF-3、tRF-5[14]。来源于前体tRNA的3'-UTR区、3'末端含有多聚U序列的tRF称为tRF-1；来源于成熟tRNA 3'端到TψC环附近的tRF称为tRF-3，由于TψC环上酶切位点差异，tRF-3可以继续分为tRF-3a、tRF-3b；来源于成熟tRNA 5'端到D环附近的tRF称为tRF-5，由于D环上酶切位点差异，tRF-5可以继续分为tRF-5a、tRF-5b、tRF-5c[15]；有学者认为还存在第四类tRF小分子：内部tRNA片段（i-tRF），不同于之前的三类，其主要来自成熟tRNA的中间区域，包含反密码子环[16]。

2 tRNA与肿瘤

tRNA最初被人们认为只是作为“适配器”单纯地参与基因表达，而不对其进行调控，但是近些年来，大量的研究表明，tRNA的含量在正常组织与肿瘤组织间存在明显的差异，这可能表示tRNA的表达水平与肿瘤有密切的关系。Pavon-Eternod等[4]利用基因芯片技术，发现乳腺癌组织细胞核和线粒体中tRNA的表达水平相较于正常乳腺组织均明显升高；Zhou等[17]也利用同样的技术，发现多发性骨髓瘤细胞中tRNA的表达水平高于正常骨髓细胞。这些在肿瘤中异常表达的tRNA引起了科学家们的广泛关注，它们是否是肿瘤发生的原因？其具体的作用机制又是如何？

研究发现，tRNA会影响细胞的生命代谢甚至导致肿瘤的发生和转移。tRNAimet是真核细胞内参与启动翻译的复合物，Pavon-Eternod等[18]发现tRNAimet会影响整个tRNA的表达谱，以及使人乳腺上皮细胞的代谢和增殖能力加强。Ladang等[19]发现在小鼠的大肠癌模型中，延伸复合体3（elongator complex protein 3，ELP3）发挥着重要的作用，进一步发现ELP3可以使tRNA的34号位点的尿苷发生结构修饰，从而促进蛋白SOX9（Wnt通路相关蛋白）的合成，导致肿瘤的发生。

Birch等[20]发现tRNAimet可以促进黑色素瘤的转移，作用机制可能与整合素α5β1及其构成的翻译起始复合体有关。Delaunay等[21]发现ELP3和CTU1/2可以对tRNA的34号位点的尿苷进行结构修饰，促进原癌蛋白DEK的合成，继而导致原癌基因LEF1的转录增加，最终促进乳腺癌细胞的转移。除此之外，Goodarzi等[5]发现人类乳腺癌中某些tRNA表达水平的上升会导致肿瘤细胞的转移能力增强，究其原因，发现在高转移性细胞组中有两种tRNA：tRNAArgCCG和tRNAGluUUC，无论是在前体tRNA水平还是在成熟tRNA水平都明显高于正常细胞组和低转移性细胞组；而且进一步的机制研究发现tRNAGluUUC可以通过上调EXOSC2和GRIPAP1靶基因促进肿瘤细胞的转移，直接说明了tRNA不仅参与基因的表达，还可以调控基因的表达。

tRNA除了可以促进肿瘤的发生和转移，还可以抑制肿瘤的形成。Zhou等[22]发现tRNASerAAU可以抑制乳腺癌细胞的活力，并促进细胞死亡，另外在肿瘤移植的小鼠体内，tRNASerAAU处理组相比于其他对照组，具有明显的肿瘤抑制作用。tRNASerAAU对肿瘤的抑制作用不同于目前大部分RNA对靶基因的干扰作用，而是通过形成错构蛋白激活细胞凋亡。这一发现为肿瘤治疗提供了新思路。

3 tRNA相关片段与肿瘤

tRNA相关片段是来源于前体tRNA或成熟tRNA在特定情况下被酶切的产物，主要包括tiRNA和tRF两类，目前认为，tRNA的水平与tRNA相关片段水平之间并没有必然的联系[23-24]。在20世纪70年代，tRNA相关片段就被发现存在于肿瘤患者的尿液和血浆中，且水平与肿瘤的进展有一定的相关性[25-27]。现今随着对非编码RNA的研究深入及高通量基因芯片技术的广泛应用，人们发现越来越多tRNA相关片段与人类疾病有关[28-29]，并且大量的研究证明了tRNA相关片段与各类肿瘤有着密切的关系。

血管生成素（angiopoietin，ANG）在tiRNA分子形成过程中有着至关重要的作用，且几乎在所有肿瘤中过表达[30-32]，因此可以推测tiRNA可能与肿瘤有一定的关系。研究发现，tiRNA中与肿瘤密切相关的主要是5'tiRNA，且在肿瘤的发生发展中具有双重作用。Nientiedt等[33]发现在肾透明细胞癌组织中，某种特异5'tiRNA的表达水平明显下调，且下调程度与肿瘤分期有关。Ⅰvanov等[34]发现5'tiRNA可以促进骨肉瘤细胞内应激颗粒（stress granule，SG）的组装，而应激颗粒具有抑制蛋白合成、诱导细胞修复的功能，因此可以推测5'tiRNA有利于肿瘤细胞抵抗外界不利环境。除此之外，Honda等[35]发现某些5'tiRNA是性激素依赖的产物，可以促进细胞增殖，导致乳腺癌及前列腺癌的发生。Shao等[36]也发现某些5'tiRNA可以促进细胞增殖以及调控细胞周期活动，且其含量与非小细胞肺癌的分期有关。

相比于tiRNA，tRF的分子量更小一些，与肿瘤之间的关系更为密切，且更具有小分子非编码RNA的特性，其含量仅次于miRNA，所以得到人们的广泛关注。tRF可以像miRNA一样，影响靶基因的转录水平，例如：来源于tRNAHis和tRNALeu的两种tRF-3可以直接结合Argonaute2（Ago2）蛋白切割人类内源性逆转录病毒的RNA，从而抑制其复制[37]。tRF主要包括tRF-1、tRF-3、tRF-5三类，且这些小分子在肿瘤的发生发展中也具有双重作用。CU1276来源于tRNAGly，属于tRF-3中的一种。Maute等[38]发现B淋巴瘤细胞中CU1276的表达水平下降，且其可以结合Ago蛋白抑制RPA1基因的表达，而RPA1与DNA的复制及修复有关，即肿瘤细胞可能通过下调CU1276的表达水平，减弱对RPA1基因的抑制作用，从而促进自身的增殖。tRF-1001是一种来自tRNASer前体的tRF-1，在大多数肿瘤细胞增殖过程中高表达，而敲低tRF-1001之后可以发现细胞周期停留在G2期，细胞增殖被抑制，说明tRF-1001可以促进肿瘤细胞的增殖[14]。ts-46、ts-47、ts-53、ts-101都属于tRF-1小分子，来自前体tRNA的特异性酶切产物，与多种肿瘤密切相关。Pekarsky等[39]发现ts-53、ts-101的表达水平在慢性淋巴细胞白血病和肺癌患者中都明显下调，而且它们可以结合Ago和Piwi蛋白，发挥类似miRNA与piRNA的功能。另外，外源性过表达ts-53可以抑制肺癌细胞的增殖。同样，Balatti等[40]发现在所有具有突变基因KRAS和PIK3CA的细胞中，ts-46、ts-47表达水平明显上升，说明这些小分子可能在突变基因致瘤过程中具有重要意义，并且ts-46、ts-47也都可以抑制肺癌细胞的增殖。tRFGln是tRF-5中的一种，Sobala和Hutvagner[41]发现tRFGln可以通过结合mRNA，阻碍蛋白翻译过程，抑制细胞增殖。除了以上3种tRF外，Goodarzi等[42]还发现i-tRFs（tRFGlu、tRFAsp、tRFGly）可以与3'UTR竞争性结合YBX1蛋白，降低原癌基因转录的稳定性及原癌基因蛋白表达水平，从而抑制肿瘤的生长与转移，这一发现为抗肿瘤治疗提供了新思路。

从上述研究发现，tRNA相关片段在许多肿瘤中表达异常，且在肿瘤的发生发展中具有促进和抑制的双重作用，其作用机制可能主要与细胞增殖、细胞周期和基因调控有关，这些都表明了tRNA相关片段与肿瘤有着密切的关系。

4 小结与展望

tRNA及其在特定条件下产生的相关片段具有复杂的生物学功能，在肿瘤等疾病的发生发展中发挥着重要的调控作用。人类细胞中有49种同工tRNA，参与翻译的过程，但其表达谱的紊乱以及tRNA转录后特定位点的修饰可能直接影响蛋白质的合成，从而导致某些肿瘤的发生。此外，某些特定tRNA还可以对基因进行调控。tiRNA与tRF可以直接影响肿瘤细胞增殖，并且作为新型的小分子非编码RNA，具有miRNA以及piRNA相似的特性，可以调控基因的表达，在肿瘤中具有双重调控的作用。

总而言之，tRNA及其相关片段与肿瘤的关系密切，在肿瘤的诊断与治疗中具有潜在的应用价值，但是关于tRNA及其相关片段的研究仍处于初始阶段，其机制不是十分明确，有待进一步研究。

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