0 引言

肿瘤的发生通常伴有基因突变、表观遗传修饰异常、新生血管、免疫逃逸等多个标志性事件^[1]。其中表观遗传的改变，如DNA甲基化，可激活癌基因并且抑制抑癌基因的表达。可移动遗传元件（mobile genetic elements）监管着人类一半基因组，通过几种特定方式导致基因组不稳定^[2]。在基因组中，群集于转座子基因中的piRNA被认为可以通过DNA甲基化使可移动遗传元件沉默，以维持生殖干细胞的完整性^[3]。大量研究报道，piRNA与多种肿瘤的发生发展密切相关，例如肝癌、乳腺癌、胃肠道肿瘤、卵巢癌等^[4]。本文旨在总结piRNA在肿瘤中的最新研究进展，浅析其潜在的致癌机制，为肿瘤的早期诊断、后续精准治疗及预后提供新的研究方向。

1 piRNA与PIWI蛋白家族

非编码RNA（non-coding RNA,ncRNA）是指不编码蛋白质的RNA，通常包括小干扰RNA（siRNA）、微小RNA（microRNA,miRNA）和piRNA等^[5]。而piRNA是一种长度约为24~31 nt的新型非编码RNA，通过与PIWI蛋白家族成员结合来调控mRNA的稳定性、蛋白质的合成、染色质组织和基因组的结构^[6]。根据他们的起源，piRNA可分为三组：转座子派生piRNA（transposon-derived piRNAs），此类piRNA通常由两条基因链转录生成正义和反义piRNA；mRNA派生piRNA（mRNA-derived piRNAs），往往源自拥有39个非编码区的mRNA；lncRNA派生piRNA（lncRNAs-derived piRNAs），是由整个转录物产生^[7]。

PIWI蛋白家族是Argonaute蛋白的一种亚家族，Argonaute蛋白最初于植物中被发现，而真核生物Argonaute蛋白随进化逐渐演变为两个蛋白亚科，即AGO和PIWI蛋白家族^[8]。AGO家族蛋白广泛存在于许多生物中并通过与miRNA和siRNA结合调控基因表达，而PIWI蛋白家族主要存在于生殖细胞，并和piRNA结合形成一个特殊的核酸诱导的沉默复合物（RNA-induced silencing complex,RISC）^{[3, 9]}。人类的PIWI蛋白包含四个成员，PIWIL1/HIWI、PIWIL2/HILI、PIWIL3和PIWIL4/HIWI²，均在睾丸中被发现^[10-12]。

2 piRNA与肿瘤 2.1 piRNA作用与消化系统肿瘤的发生发展

2.1.1 piRNA可为胃癌诊断、治疗的潜在靶点

Cheng等^[13]发现piR651在胃癌组织中表达上调，并且其上调水平与胃癌TNM分期相关。同时发现piR651在其他肿瘤中表达量也增加，如肺癌、结肠癌、乳腺癌，几种肿瘤细胞株结果表明piR651在多个癌细胞株中均显著高表达，这些结果表明piR651在癌变过程中至关重要。而且piR651抑制物可以抑制胃癌细胞生长并使其停留在G₂/M期，提示piR651可能作为癌基因发挥作用。Cheng等^[14]研究发现piR823在胃癌组织中的表达水平显著低于非癌组织，胃癌细胞中piR823水平上调会导致胃癌细胞生长抑制，所以piR823与胃癌的发生发展密切相关。piRNA通路的基因突变会导致DNA损伤和端粒长度的改变，促进肿瘤的发生。此外，胃癌患者外周血中的piR823明显低于对照组，说明piR823可能成为外周血中胃癌细胞的标志物。而Martinez等^[15]对318个piRNA进行检测，发现在胃癌中近一半的piRNA过度表达，胃piRNA图集表明piRNA多位于内蛋白质编码序列，这与蛋白编码基因转录的顺式和反式调控作用有关。此外，他们发现了三个piRNA标志物（FR290353、FR064000、FR387750/FR157678），可以有效的将胃癌患者分为高危复发和低危复发。这些阐述了piRNA的临床应用价值，piR651和piR823等或许比糖类抗原199（CA199）及血清癌胚抗原（CEA）更加敏感，所以piRNA有望成为胃癌诊断、治疗的新靶点^[16]。

2.1.2 HIWI和HILI共同作用于结直肠癌的发生

近年来，LncRNAs得到广泛研究，它们通过调节转录、转录后过程和关键基因的表观遗传参与肿瘤的发生发展。Lnc00964-3是一种包含piR-015551序列的长链非编码RNA，Chu等^[17]研究发现与相应的正常组织相比，结直肠癌（CRC）组织中Lnc00964-3的表达水平显著降低，而piR015551表达与LNC00964-3的表达水平呈正相关，由此推测piR015551可能由LNC00964-3生成，继而参与了结直肠癌的发生。而Litwin等^[18]在许多非癌组织中未能检测到HIWI的表达，但在癌组织中HIWI却呈现高水平状态；此外，HIWI的高表达与癌细胞淋巴结转移密切相关。与此相反，HILI在癌组织中表达水平却显著降低。研究发现癌组织中的HIWI和HILI存在强负相关性，提示HIWI和HILI可能在结肠癌的发生中相互监管、相互制约，这可能为结肠癌的发生机制提供一个新的思路。

2.1.3 piRHep可能通过与PIWIL2/HILI结合影响PI3K/AKT信号通路促进肝癌细胞的增殖和侵袭

Law等^[19]通过深度测序技术发现与相邻的非肿瘤肝组织相比，肝癌组织中piRHep1上调了46.6%，上调的piRHep有可能通过与PIWIL2/HILI结合影响PI3K/AKT信号通路，进而促进癌细胞的增殖和侵袭。

2.2 piRNA与泌尿系统肿瘤发生发展关联

2.2.1 piRNA与肾癌发生发展密切相关，可作为预后评估标志物

Li等^[20]发现piRNA在良性肾组织、非转移和转移性透明细胞肾细胞癌（clear cell renal cell carcinoma,ccRCC）中存在表达差异，并且通过反转录聚合酶链反应（reverse transcription-polymerase chain reaction,RT-PCR）证实了来自同一piRNA群的piR-32051、piR-39894和piR-43607的高表达与肿瘤分期、转移以及患者的特定癌症生存率显著相关。这些特定的piRNA可作为生物标志物，应用到临床ccRCC的早期诊断及转移检测^[21]。Busch等^[22]在初始piRNA微阵列分析的基础上通过RT-qPCR确定了三种piRNA（piR 30924、piR 57125和piR 38756），发现在在结直肠癌中低表达的piR-30924在肾癌中高表达，这可能与它在不同肿瘤产生不同的信号通路有关。piR38756是一个预测非转移肿瘤复发和生存的独立因子。研究表明与非转移性肿瘤相比，piR57125在转移性肿瘤中低表达，而piR30924和piR38756表达增加，并且与肿瘤的复发率和总生存率显著相关。piR30924、piR57125和piR38756与肾癌的发生密切相关，并可以用于肾癌患者预后评估。

2.2.2 HIWI-piRNA通路可作用于膀胱癌发生

Chu等^[23]创建了一个piRNA微阵列来探讨膀胱癌中piRNA的表达情况，发现piRABC的过表达可抑制细胞增殖并促进细胞凋亡。PIWIL1/HIWI蛋白在正常组织中的表达高于癌组织，提示HIWI的高水平表达可以降低膀胱癌的风险，piRABC与HIWI蛋白结合从而抑制癌症的发展。同时，在应用3'UTR序列互补法之后，他们发现TNFSF4基因是piRABC的潜在目标基因，TNFSF4可以由抗原提呈细胞表达并激活T淋巴细胞。已有研究证实OX40-TNFSF4通路通过影响免疫耐受减少癌症的发生。正常膀胱组织中的TNFSF4的mRNA和蛋白表达均高于癌组织，无癌血清中TNFSF4的表达较高于膀胱癌患者血清。由此提出，piRABC可能通过作用于TNFSF4促进膀胱癌细胞凋亡。此外，HIWI蛋白的下调与软组织肉瘤、胰腺癌，胃癌和结直肠癌的发生有关，再次证实HIWI-piRNA通路可以调节癌症的发生发展^[24-25]。

3 piRNA与生殖系统肿瘤的发生机制探索 3.1 piRNA过表达可抑制卵巢肿瘤细胞侵袭

Lim等^[26]研究显示piRNA通路基因和L1元素的过表达在卵巢癌的发生过程中扮演一个特别的角色。与良性病变和正常卵巢组织相比，PIWIL1和MAEL在卵巢癌的表达明显上调。原位分析揭示了L1、PIWIL1、PIWIL2和MAEL在恶性肿瘤组织中强烈表达，并且在肿瘤组织的基质细胞内也发现了MAEL和PIWIL2，提示恶性肿瘤组织基质细胞恶变。体外实时入侵检测表明，过度表达的piRNA路径组件，如PIWIL1和MAEL具有抑制卵巢肿瘤细胞侵袭的作用。

3.2 PIWIl1可通过DNMT1介导的PTEN甲基化增加子宫内膜癌的发生概率

PIWIl1-PIWI家族的成员，已被充分证明可通过调解相关DNA甲基化参与肿瘤的发生，抑癌基因PTEN在子宫内膜癌变过程中有重要的肿瘤抑制作用。Chen等^[27]研究发现PIWIl1可使PTEN表达减少，并且增加石川细胞（Ishikawa cell）中PTEN基因启动子甲基化。Ishikawa细胞系是含有雌激素及孕激素受体的人类子宫内膜腺癌细胞系。沉默的DNA甲基转移酶1（DNMT1）基因可以上调PTEN基因的表达并且更改Ishikawa细胞中PTEN基因启动子区的甲基化状态，而PIWIl1能调节DNMT1的表达。这些结果表明Piwil1通过DNMT1介导的PTEN基因甲基化来减少PTEN的表达，从而增加了子宫内膜癌的发生概率。

4 piRNA与其他肿瘤 4.1 piRNA在乳腺癌中表达异常，为诊治的潜在标志物和靶点。

Huang等^[28]在乳腺癌中发现了数百个特异的piRNA序列，随后他们通过深度测序从数百个piRNA中筛选出六个差异表达的piRNA，5种上调和1种下降。然后扩大样本量，采用RT-PCR技术进一步验证。四种piRNA（piR 20582、piR 20365、piR 20485、piR 4987）被证实为上调表达。经分析得出，转座子异常可能会引起基因突变，导致细胞癌变，piRNA通过调节转座子影响肿瘤的发生。此外，piRNA也可能通过影响癌基因和抑癌基因表达参与肿瘤的发生。而Hashim等^[29]发现PIWIl2、PIWIl4和其他编码基因在乳腺癌中表达，其中有一组特定的基因在乳腺细胞系和体内组织中均高水平表达，说明乳腺癌中存在一个比较活跃的piRNA通路。而且40%的乳腺癌piRNA来自基因组中编码蛋白的基因区域和核仁小分子RNA（snoRNA）基因组，这表明他们的转录产物可能是piRNA的前体，由此得出，piRNA会受与控制其载体基因相同的信号的调节，所以piRNA可以在肿瘤细胞基因转录和转录后的调节中发挥作用。此外，大部分piRNA对雌激素敏感，而雌激素不足可导致piRNA在细胞内水平的改变。ERβ是一种可以控制癌细胞扩散的新型雌激素受体，在乳腺癌中ERβ可能直接调节piRNA的表达，并对癌症所致的细胞内外刺激做出反应。因此，雌激素不足及ERβ作用于piRNA从而影响其表达均能对癌细胞产生生长抑制作用。Zhang等^[30]发现piR932和PIWIL2在乳腺癌细胞中高表达，并且PIWIL2与患者年龄、肿瘤大小、组织学类型、肿瘤分期和淋巴结转移相关。Latexin是一种肿瘤抑制物，可以降低旧干细胞转化为肿瘤干细胞的风险。piR932和PIWIL2的复合物可能通过促进Latexin的甲基化来增加乳腺癌的发生。所有数据表明，piRNA在乳腺癌中表达异常，可能是潜在的肿瘤标志物和肿瘤治疗靶点。

4.2 piRNA与多发性骨髓瘤发病相关

Yan等^[31]在研究中第一次证明了piRNA-823在多发性骨髓瘤（MM）患者表达显著上调并与临床分期呈正相关。MM细胞中沉默的piRNA-823诱导细胞周期调控因子放松管制及细胞凋亡相关蛋白表达，继而抑制癌细胞的生成。在原CD138+MM细胞中piRNA-823与de novo DNA甲基转移酶（de novo DNA methyltransferases）、DNMT3A和3B直接相关，piRNA-823的表达抑制导致DNMT3A和3B显著减少，反过来导致全部DNA甲基化及肿瘤抑制基因p16INK4A重新表达。此外，MM细胞中piRNA-823的缺少诱导血管内皮生长因子分泌，降低其促血管生成活性。以上阐述了piRNA-823在MM中的致癌作用，为MM的piRNA 靶向治疗的发展提供了可行性。

5 展望

迄今为止，piRNA的研究已经取得了阶段性的成果，但人类对piRNA仍知之甚少，诸多问题有待探讨，如piRNA复杂的生物源、piRNA在肿瘤中是否是异位表达、piRNA和PIWI蛋白如何调节癌症的发生发展等等。随着科学技术的不断创新，piRNA将会为肿瘤的治疗开辟一个新的道路。