崔楠，張俊哲，馬群，Muisha B MBIKYO，李昭

（中國醫(yī)科大學附屬第一醫(yī)院心血管內(nèi)科，沈陽 110001）

心血管疾病是危害人類健康的疾病之一。盡管在心血管疾病的預防和治療方面取得了顯著進展，但它仍然是發(fā)病率和死亡率的主要原因［1-2］，常見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，研究心血管疾病的發(fā)病機制具有重要的社會意義。

非編碼RNA的發(fā)現(xiàn)，為疾病的診療提供了新的方向。這些新的非編碼RNA是由其他細胞RNA通過特定和調(diào)節(jié)的RNA加工或裂解產(chǎn)生的［3］。這種非編碼RNA的來源是多種細胞RNA，包括轉運RNA（transfer RNA，tRNA）。轉運RNA衍生片段 （transfer RNA derived fragments，tRFs） 是一種新發(fā)現(xiàn)的非編碼小RNA，由成熟tRNA或前體tRNA在應激、缺氧等條件下裂解產(chǎn)生，其功能主要參與RNA的降解、逆轉錄、基因沉默，抑制蛋白質合成，阻滯翻譯，進而影響細胞的增殖和存活。目前對tRFs的研究越來越廣泛，腫瘤是熱點領域，與心血管疾病相關的研究較少。

本文總結、分析了tRFs在心血管疾病的發(fā)生、發(fā)展中的作用，并介紹了tRFs的產(chǎn)生和生物學功能，以期為心血管疾病的防治提供新的診療思路。

1 tRFs的生物發(fā)生

1.1 tRFs的分類

tRFs的豐度因細胞類型和組織的不同而不同，一般與親本tRNA的豐度無相關性。此外，一些片段僅在特定條件下產(chǎn)生，如發(fā)育階段、增殖狀態(tài)、應激或病毒感染。盡管tRNA片段的大小不同，但它們不是隨機的tRNA裂解或降解的產(chǎn)物，它們的末端是由RNA裂解序列決定因素決定的。

tRFs主要分為4類：（1） 5’ tRFs；（2） 3’ tRFs；（3） tRNA halves （tiRNA） ，其包含2種亞型，即5’ tRNA halves 和3’ tRNA halves；（4） 來自前體tRNA 3’端的tRF1s［4］。由于tRNA受剪切酶剪切的位置不同，tRFs的分子長度也不同，其中5’ tRFs、3’ tRFs、tRF1s的分子長度為14～30 nt，而tRNA halves的分子長度為29～50 nt。

1.2 tRF1s的生物發(fā)生

tRNA通過RNA聚合酶Ⅲ在細胞核中轉錄，作為具有5’前導序列和3’尾部序列的前體tRNA，5’前導序列由RNase P裂解、3’尾部序列由Elac2 （RNase Z） 切除，產(chǎn)生成熟的tRNA，由此產(chǎn)生的3’尾部序列被稱為tRF1s［5］。

1.3 5’ tRFs、3’ tRFs、tRNA halves的生物發(fā)生

成熟tRNA的二級結構具有類似三葉草的結構，經(jīng)過折疊最終形成緊湊的L型三級結構［6-7］。成熟tRNA的二級結構具有D環(huán)、反密碼子環(huán)、可變環(huán)、TψC環(huán)。5’ tRFs （含有磷酸基）、3’ tRFs （含有-CCA結構） 由Dicer剪切酶分別在D環(huán)、TψC環(huán)之間進行剪切形成，而tRNA halves則由血管生成素在反密碼子環(huán)剪切而成。

2 tRFs的生物學功能

2.1 tRNA halves的生物學功能

tRNA halves是血管生成素誘導成熟tRNA在應激條件下分裂產(chǎn)生的，如氧化應激、熱休克或紫外線照射［8-12］。

作為對應激的反應，只有來自tRNAAla和tRNACys的5’ tRNA halves抑制翻譯［11］。從機制上說，活性tRNA halves 通過干擾降解物基因活化蛋白結合復合物eIF4F的組裝來抑制翻譯起始，并與翻譯沉默子Y-box 結合蛋白1結合［13-15］。5’ tRNA halves對翻譯起始的抑制也誘導了應激顆粒的裝配［9-11］，應激顆粒包含翻譯停滯的mRNA、相關的啟動前因子、特異性RNA結合蛋白和信號分子［16-19］。也有研究［20］表明，血管生成素誘導的tRNA halves抑制應激細胞的高滲性凋亡，這是通過tRNA halves與細胞色素c直接結合來實現(xiàn)的，細胞色素c在應激期間從線粒體釋放出來，以促進凋亡體的形成，并隨后激活細胞凋亡蛋白酶。

2.2 tRF1s的生物學功能

tRF1s是由Elac2在前體tRNA的3’尾部序列切除而成。目前，研究得最多的前體tRFs是3’U tRFs（19～25 nt），3’U tRFs是相對穩(wěn)定的分子，集中在細胞質中［21-22］，也存在于人類胚胎干細胞和類胚體中［23］。在細胞質中，3’U tRFs與AGO蛋白結合，優(yōu)先與AGO3和AGO4結合，并與細胞微RNA和干擾小RNA競爭，以并入RNA誘導的沉默復合物中，進而導致基因沉默［24］。

2.3 5’ tRFs和3’ tRFs的生物學功能

5’ tRFs在細胞質中，與RNA誘導的沉默復合物功能中心的AGO1～AGO4蛋白相關［25］。3’ tRFs的3’端存在-CCA結構。有研究［24，26-28］認為，3’CCA-tRFs的生物發(fā)生依賴于Dicer產(chǎn)生，還有研究［29］認為其是獨立于Dicer產(chǎn)生的 （如通過血管生成素介導的T臂分裂）。3’CCA-tRFs與 AGO相關，并具有RNA干擾的作用［24，27］，RNA干擾可以誘導轉錄后和轉錄基因沉默［30］。

3 tRFs與心血管疾病

3.1 tRFs與心肌肥厚

最近的一項研究［31］發(fā)現(xiàn)，tRFs1富含于異丙腎上腺素誘導的肥大大鼠心臟中，并證明tRFs1與肥厚調(diào)節(jié)因子Timp3mRNA的3’非翻譯區(qū)結合，抑制其表達，導致心肌細胞肥大。重要的是，與健康雄性小鼠相比，tRFs1富含于異丙腎上腺素誘導的肥大小鼠精子中。此外，與健康對照組的F1相比，異丙腎上腺素處理的小鼠其F1后代的心臟表現(xiàn)出心肌纖維斷裂、肥厚標志基因表達、細胞凋亡和纖維化增加。

3.2tRFs與糖尿病心肌病

糖尿病心肌病是糖尿病患者心力衰竭、惡性心律失常和猝死的重要原因之一，表現(xiàn)為心肌結構和功能異常［32-33］。糖尿病心肌病存在多種病理生理異常，如高血糖、胰島素抵抗、氧化應激和炎癥［34］。其中，心肌細胞功能障礙在糖尿病心肌病的發(fā)生和發(fā)展中起著重要作用［35-36］。有研究［37］分析tRFs在糖尿病心肌病的作用機制，旨在確定tRFs在高糖刺激的原代心肌細胞中的表達和潛在作用，結果表明，高糖引起心肌細胞損傷，并伴有差異表達的tRFs。其中tRF-5014a可能通過調(diào)節(jié)ATG5的表達，在高糖誘導的自噬功能障礙中發(fā)揮作用。tRF-5014a的抑制不僅消除了自噬失活，而且減弱了細胞活力降低、細胞死亡增加以及促炎性細胞因子釋放。這些發(fā)現(xiàn)表明，在糖尿病心肌病進展過程中，tRFs可能促進高糖誘導的心肌細胞損傷。

3.3 tRFs與血管平滑肌

血管平滑肌細胞 （vascular smooth muscle cell，VSMC） 是血管的主要成分，在血管疾病中發(fā)揮著重要作用。有研究［38］探討了tRFs在VSMC表型轉換和血管內(nèi)膜新生中的作用，發(fā)現(xiàn)tiRNA-Gly-GCC在合成型人主動脈平滑肌細胞、動脈粥樣硬化動脈、血漿和球囊損傷的大鼠頸動脈中上調(diào)。在功能上，抑制tiRNA-Gly-GCC可以抑制人主動脈平滑肌細胞的增殖、遷移和逆轉去分化，而tiRNA-Gly-GCC過表達具有相反的作用。從機制上講，tiRNA-Gly-GCC通過下調(diào)CBX3，在人主動脈平滑肌細胞上發(fā)揮這些功能。體內(nèi)實驗也驗證了這一結果，即抑制tiRNA-Gly-GCC可以通過在體內(nèi)靶向CBX3，減少VSMC的增殖和去分化，從而改善新生內(nèi)膜的形成。

有研究［39］探討了tRFs在主動脈夾層中的潛在作用，發(fā)現(xiàn)主動脈夾層組織中5’-tiRNA-Cys-GCA表達顯著低于正常主動脈。離體實驗表明，過表達5’-tiRNACys-GCA可以抑制VSMC增殖、遷移和表型轉化，然而敲除5’-tiRNA-Cys-GCA則具有相反作用。該研究還發(fā)現(xiàn)，5’-tiRNA-Cys-GCA通過靶向STAT4調(diào)節(jié)VSMC增殖和表型轉變。因此，5’-tiRNA-Cys-GCA/STAT4信號通路可能為主動脈夾層和其他心血管疾病提供一種新的治療策略。

也有研究［40］表明，動脈損傷誘導的tRFGlnCTG促進VSMC增殖。該研究復制了大鼠頸總動脈內(nèi)膜增生模型，檢測tRFs/tiRNAhalves在動脈中的表達。結果發(fā)現(xiàn)，tRFGlnCTG在受傷的頸總動脈中過表達。在體外實驗中，合成的tRFGlnCTG模擬物提高了大鼠VSMC的增殖和遷移。通過生物信息學分析和過表達實驗，發(fā)現(xiàn)tRFGlnCTG對FAS細胞表面死亡受體 （FAS） 的表達具有負調(diào)控作用。細胞實驗證實，VSMC中FAS的過度表達消除了tRFGlnCTG對VSMC增殖的上調(diào)作用。結果表明，tRFGlnCTG是促進VSMC增殖的關鍵調(diào)節(jié)因子。tRFGlnCTG-FAS通路可能是導致動脈損傷后內(nèi)膜增生的機制之一。tRFGlnCTG抑制劑的使用，可能是緩解新生內(nèi)膜形成的可行策略。

4 結論

tRFs是一種新發(fā)現(xiàn)的非編碼小RNA，由特定剪切酶在成熟tRNA或前體tRNA不同位點切割而成。目前已有研究闡明了tRFs的產(chǎn)生機制及其在人類疾病中的相關作用，如心血管疾病、神經(jīng)系統(tǒng)疾病、腫瘤 （如乳腺癌、結直腸癌、胃癌、膀胱癌、肝細胞癌等）、病毒感染、慢性腎臟病等。期望通過這些研究加深對心血管疾病過程的理解，進而發(fā)現(xiàn)新的治療方法，提高患者的生活質量。