吳茹嘎，陳新華，王玲，武潁彩，陳苗

（1.內(nèi)蒙古醫(yī)科大學(xué)，內(nèi)蒙古 呼和浩特；2. 內(nèi)蒙古醫(yī)科大學(xué)附屬人民醫(yī)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特）

1 介紹

非編碼小RNA(non-coding RNA, ncRNA)主要分為siRNA(small interfering RNA)、miRNA(microRNA)和piRNA(piwi-interacting RNA)三類，大量的研究已經(jīng)證明了非編碼RNA（ncRNA）在介導(dǎo)人類癌變中的關(guān)鍵作用[1]。近年來，致癌作用與小的非編碼調(diào)節(jié)RNA之間的關(guān)聯(lián)頗為引起研究人員的關(guān)注[2-4]。其中，最廣泛研究的小型非編碼調(diào)控RNA是miRNA，根據(jù)其靶基因的功能可以作為癌基因或腫瘤抑制因子[5-7]。并且研究已經(jīng)證實(shí)一些 miRNA的上調(diào)或下調(diào)可能導(dǎo)致人類癌癥發(fā)生與進(jìn)展[8,9]。而PIWI-相互作用RNA(PiRNA)是一種大小為24～31nt的新型RNA，其長度明顯長于大小為21～23 nt的siRNAs或miRNAs。與miRNAs不同，piRNA在 3’-末端是 2’-O-甲基化的[10]，推測(cè)可能對(duì)piRNA的穩(wěn)定性及功能至關(guān)重要。piRNA通過與piwi蛋白的特異性結(jié)合發(fā)揮其生物學(xué)作用[11,12]。之前的研究證實(shí)了piRNA也可以發(fā)揮與miRNAs相似的作用，在多種癌癥中充當(dāng)癌基因或腫瘤抑制因子[13]，盡管如此，這仍然是一項(xiàng)相當(dāng)新的知識(shí)，人們對(duì)piRNA的表達(dá)模式及其在人類癌癥中的特定功能仍然知之甚少，使其成為研究調(diào)查的一個(gè)重要領(lǐng)域。在這篇綜述文章中，我們將討論piRNA的疾病相關(guān)生物學(xué)功能，為未來的piRNA研究領(lǐng)域提供一些新的見解。

2 piRNA的生物發(fā)生

為了更好地理解piRNA的臨床作用，首先簡(jiǎn)要討論其生物起源途徑。piRNA的前體是單鏈轉(zhuǎn)錄物，通常由含有重復(fù)元件的特定基因組位置產(chǎn)生，該過程通常通過Dicer非依賴性途徑進(jìn)行編排。新生的piRNA在成為成熟的piRNA之前需要額外的轉(zhuǎn)錄后修飾。

piRNA的生物發(fā)生包括2個(gè)主要途徑：初級(jí)擴(kuò)增和次級(jí)生成-通常也稱為“乒乓模型”(ping-pong model) 。piRNA衍生自相對(duì)少量的基因組區(qū)域，稱為piRNA簇。該簇由各種轉(zhuǎn)座DNA元件組成。長的單鏈前體piRNA從piRNA簇轉(zhuǎn)錄，其具有與轉(zhuǎn)座子互補(bǔ)的許多序列（轉(zhuǎn)座子衍生的piRNA）。研究人員后來發(fā)現(xiàn)除了那些轉(zhuǎn)座子衍生的piRNA外，一些piRNA有不同的起源。生物信息學(xué)研究表明，有三種不同的piRNA來源：轉(zhuǎn)座子衍生的piRNA，蛋白質(zhì)編碼區(qū)衍生的piRNA和基因間區(qū)衍生的piRNA。隨后將長的單鏈轉(zhuǎn)錄物通過PIWI蛋白切割成各種長度的piRNA片段，導(dǎo)致初級(jí)piRNA的產(chǎn)生[14]。在piRNA次級(jí)生成途徑中，PIWI/piRNA以轉(zhuǎn)座子轉(zhuǎn)錄本為前體，通過乒乓模型切割產(chǎn)生新的piRNA；在完成piRNA生物合成的同時(shí)直接切割轉(zhuǎn)錄本，實(shí)現(xiàn)了在轉(zhuǎn)錄后水平沉默轉(zhuǎn)座子[15]。因此，研究人員通過“乒乓模型”來解釋piRNAs從轉(zhuǎn)錄前體物中循環(huán)增生[16]。

3 PiRNA：腫瘤中的新功能和作用

piRNA特異性地與Argonuat蛋白家族中的Piwi亞家族蛋白結(jié)合，可以指導(dǎo)PIWI蛋白及其相關(guān)的表觀遺傳機(jī)制通過識(shí)別大量piRNA互補(bǔ)序列來編程基因組或轉(zhuǎn)錄組，從而導(dǎo)致特定靶基因的轉(zhuǎn)錄沉默，同時(shí)有助于維持DNA完整性，腫瘤干細(xì)胞分化，表觀遺傳調(diào)控與胚胎發(fā)育和疾病發(fā)生和發(fā)展[13,14,16]。

3.1 piRNA在維持腫瘤干細(xì)胞和化療耐藥中的作用

近期研究表明PIWI途徑與腫瘤干細(xì)胞的維持有關(guān)[17]，piRNA和PIWI復(fù)合物的破壞可導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞形成受損和化學(xué)反應(yīng)性增強(qiáng)。例如：在宮頸癌細(xì)胞中Hiwi（人類PIWI蛋白）的過度表達(dá)可導(dǎo)致其化療耐藥性增加，腫瘤細(xì)胞形成以及增強(qiáng)體內(nèi)致瘤性，并且?guī)追N干細(xì)胞相關(guān)基因也被激活[18]等。總體來說，PIWI蛋白及其相關(guān)的piRNA在維持癌細(xì)胞的干細(xì)胞特性方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。因此，靶向PIWI途徑可能會(huì)為臨床腫瘤化療提供更加有意義的策略。

3.2 piRNA通過沉默轉(zhuǎn)座因子維持基因組完整性

多年的研究表明，piRNA對(duì)轉(zhuǎn)座子轉(zhuǎn)座的調(diào)控方式是多層次、多方面6的。轉(zhuǎn)座子是一類可以在染色體上或不同染色體間自由移動(dòng)的DNA。在高等生物中，處于活躍狀態(tài)的轉(zhuǎn)座子多為通過RNA中間體進(jìn)行轉(zhuǎn)座的逆轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子。由于逆轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子在細(xì)胞基因組中占有很高的比例，它的頻繁轉(zhuǎn)座能引起細(xì)胞基因組結(jié)構(gòu)和功能的改變，導(dǎo)致癌癥等嚴(yán)重基因疾病的發(fā)生，因此宿主細(xì)胞在長期的進(jìn)化中形成了多種自我保護(hù)機(jī)制用以控制逆轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子活性。屬于非編碼小RNA的piRNA以其獨(dú)特的機(jī)制在轉(zhuǎn)錄及轉(zhuǎn)錄后水平控制逆轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子RNA中間體的產(chǎn)生，抑制了逆轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座過程的發(fā)生[19]。因此，piRNA-PIWI通路通過沉默轉(zhuǎn)座子與調(diào)節(jié)基因表達(dá)而影響干細(xì)胞功能。

3.3 PiRNA通過調(diào)節(jié)DNA甲基化促進(jìn)腫瘤發(fā)生

DNA甲基化是指在DNA甲基轉(zhuǎn)移酶(DNA methyltransferase，DNMT)的催化下，將S-腺苷甲硫氨酸(S-adenosylmethionine，SAM)的甲基轉(zhuǎn)移到特定堿基上的過程。DNMT分為兩類：一類是持續(xù)性甲基轉(zhuǎn)移酶DNMT 1，主要參與DNA復(fù)制過程中新合成鏈的甲基化；另一類是從頭甲基轉(zhuǎn)移酶，包括DNMT 3A和DNMT 3B，主要介導(dǎo)CpG位點(diǎn)甲基化，通過表觀遺傳學(xué)機(jī)制調(diào)控細(xì)胞生長分化。DNA甲基化參與了基因組印記、X染色體失活以及重復(fù)元件抑制過程，為正常發(fā)育所必需。近年來研究發(fā)現(xiàn)，DNA甲基化異?？蓪?dǎo)致原癌基因激活以及抑癌基因失活，從而導(dǎo)致癌癥的發(fā)生。DNA甲基化異常是最主要的表觀遺傳學(xué)改變，包括總體基因的低甲基化和特定區(qū)域的高甲基化，前者可導(dǎo)致原癌基因激活，后者主要發(fā)生在啟動(dòng)子區(qū)域的Cp G島，可導(dǎo)致抑癌基因失活。piRNA-PIWI通路在腫瘤干細(xì)胞(tumor stem cell，TSC)中高表達(dá)，在腫瘤發(fā)生發(fā)展中抑制凋亡通路、提高耐藥性、擾亂miRNA系統(tǒng)、維持TSC的干性與過度甲基化。使用甲基化酶抑制劑與熱休克蛋白90抑制劑可以抑制piRNA-PIWI通路，因此，可以說明piRNA-PIWI通路可以作為抗腫瘤治療的新靶點(diǎn)。

3.4 piRNA對(duì)基因表達(dá)的轉(zhuǎn)錄后調(diào)控

Argonaute蛋白是小分子非編碼RNA介導(dǎo)基因表達(dá)調(diào)控的核心組分。Argonaute蛋白可分為Ago亞家族和PIWI亞家族。miRNA/siRNA與Ago蛋白在生物體的各個(gè)組織器官廣譜表達(dá)，主要在轉(zhuǎn)錄后水平介導(dǎo)基因表達(dá)調(diào)控。根據(jù)組織細(xì)胞類型和與靶mRNA配對(duì)的程度不同，miRNA/siRNA途徑可以通過不同機(jī)制調(diào)控基因表達(dá)。與Ago-miRNA/siRNA途徑相比，目前對(duì)PIWIpiRNA途徑介導(dǎo)基因表達(dá)調(diào)控的機(jī)制還知之甚少[15]。予未來piRNA研究領(lǐng)域提供更大的空間。

4 piRNA作為腫瘤生物標(biāo)志物的潛在臨床應(yīng)用

先前報(bào)道，piRNA-piR651在幾種類型的人類癌癥組織中與配對(duì)的鄰近正常組織相比過度表達(dá)，包括胃癌，肺癌，間皮癌，宮頸癌，結(jié)腸癌，肝癌，乳腺癌和多發(fā)性骨髓瘤癌組織[20,21]。這些發(fā)現(xiàn)表明 piR651 可能在癌發(fā)生中起致癌作用。近期研究還發(fā)現(xiàn)，piR651可以提供改善非小細(xì)胞肺癌臨床診斷和治療的機(jī)會(huì)[13]。另外，在有關(guān)透明細(xì)胞腎癌（ccRCC）的研究中，揭示了一些可以作為預(yù)后預(yù)測(cè)因子的特定piRNA的特征。通過使用piRNA微陣列并在更大的隊(duì)列中進(jìn)一步確認(rèn)候選piRNA，Busch等人鑒定了3種與腫瘤復(fù)發(fā)和總體存活顯著相關(guān)的piRNA，分別為piR-30，924，piR-57，125和piR-38，756[22]。上述研究表明，piRNA可通過其與疾病相關(guān)生物學(xué)作用，或?qū)⒊蔀槟[瘤標(biāo)志物，可能在未來也可以作為臨床潛在的治療工具。

5 結(jié)論與展望

迄今為止，piRNA因其在腫瘤生物學(xué)中的作用而被廣泛研究。在這篇綜述文章中，我們說明了piRNA的生物發(fā)生，生物學(xué)作用以及可能作為腫瘤生物標(biāo)志物的潛在臨床意義。雖然我們?cè)谖恼轮薪榻B了許多機(jī)制研究，揭示了piRNA在癌變過程中的分子功能，對(duì)piRNA的生物生成和功能已有一些假設(shè)和認(rèn)識(shí)，但是該研究尚處于一個(gè)初步階段。近年來，隨著研究的不斷深入，piRNA和PIWI蛋白能否成為腫瘤相關(guān)疾病的預(yù)后生物標(biāo)志物也正在積極探索中，以及piRNA可以提供改善腫瘤疾病臨床診斷和治療機(jī)會(huì)等越來越多的生物學(xué)功能將被揭示。總言之，對(duì)非編碼小分子RNA，尤其是對(duì)新發(fā)現(xiàn)的piRNA的研究，可以使人們更加深刻地了解機(jī)體較為復(fù)雜的調(diào)節(jié)機(jī)制，亦有望成為抗腫瘤治療的新靶點(diǎn)，這將對(duì)未來臨床醫(yī)學(xué)與生物醫(yī)學(xué)的發(fā)展產(chǎn)生至關(guān)重要的作用。