環狀RNA在腫瘤發生發展過程中的作用

李欣 張金鳳 周麗艷

(吉林工程職業學院，吉林 四平 136001)

環狀RNA(circular RNA)在真核細胞基因表達過程中起到重要的調控作用〔1～3〕。最近的研究表明，circRNA在腫瘤的發生、進展和治療抵抗過程中同樣發揮著重要的基因調控功能〔4～6〕，可以作為腫瘤抑制劑或加速器發揮作用〔5〕。隨著高通量測序技術的發展，已經可以很容易的比較circRNA在腫瘤組織和癌旁組織中表達水平的差異。截至目前，已經發現數千個在腫瘤組織表達水平明顯變化的circRNA〔7〕。與線性RNA不同，circRNA的結構是共價閉合的環，在5′-3′端口沒有尾部，這一結構能夠抵抗RNA酶的消化，使其保持完整結構〔2，8～10〕。因此，circRNA是腫瘤診斷、監測和預后的理想的生物標志物。circRNA主要可以分為3中：外顯子來源的circRNA、內含子來源的circRNA及內外外顯子混合來源的circRNA，其在腫瘤發生過程中的調控作用是一個十分復雜的分子調控網絡。由于circRNA的表達水平具有組織特異性等特點，并且在病理條件下其表達水平變化顯著，這些特點使得其在人類疾病和腫瘤中的作用具有重要的研究價值〔11，12〕。雖然circRNA參與基因調控的確切作用和機制仍有待研究，但是circRNA具有作為疾病和腫瘤生物標志物和新治療靶標的潛力。本文將針對circRNA在腫瘤發生發展過程中的作用及相關研究進展進行簡要綜述。

1 circRNA在腫瘤中的作用機制

1.1內源競爭RNA機制 關于circRNA發揮生物學功能的機制有很多假說，其中最受關注的是內源競爭RNA(ceRNA)機制，這一假說認為circRNA能夠特異性識別微小RNA(miRNA)的應答元件(MREs)并與miRNA互補結合，作為miRNA海綿吸附miRNA〔13〕，從而降低miRNA的表達水平，抑制其生物學功能，調節轉錄或轉錄后水平的基因表達〔5，14，15〕。miRNA的重要功能是之一就是調節靶基因mRNA的表達水平〔16〕。在ceRNA網絡中研究最多的miRNA之一是miR-7，最新的研究表明miR-7的表達水平受到ciRS-7的調控。miR-7可以直接下調表皮生長因子受體(EGFR)，P21激活的激酶-1(Pak1)，胰島素受體底物(IRS)-1，磷酸肌醇3-激酶催化亞基(PIK3CD)及哺乳動物雷帕霉素靶蛋白(mTOR)等腫瘤相關基因〔17〕。在某些條件下，RNA結合蛋白(RBP)可以作為circRNA形成的調節激活劑或抑制劑〔18〕。RBP可以影響前體mRNA形成，mRNA轉換和翻譯等過程，并且在多種癌癥及其他疾病中發揮作用〔19〕。

1.2融合circRNA在腫瘤中的作用 腫瘤細胞復制過程中發生的染色體易位能夠產生異常的融合-circRNA(f-circRNA)〔20〕。致癌融合蛋白是由兩個分離的基因連接在一起而形成，導致融合基因的形成和突變蛋白的產生，這種融合蛋白可導致癌癥發生和進展〔21～23〕。Barrett等〔24〕的研究發現，在circRNA形成過程中同樣會發生這種基因融合現象，產生f-circRNA。F-circRNA由不相關的內含子序列組合在一起形成，從而發揮新的反向調節作用。Guarnerio等〔20〕通過RNA-seq檢測證實了肺癌中f-circRNA存在EML4/ALK1易位和與Ewing肉瘤相關的EWSR1/FLI1易位。應用細胞系模型進行的體外實驗發現，f-circRNA能夠激活PI3K和MAPK信號轉導通路，促進癌癥發展的原始致癌和促增殖〔9〕。此外，f-circRNA也能夠增加腫瘤細胞對治療的抵抗性，體外研究顯示在用三氧化二砷(ATO)處理白血病細胞時，f-circM9能夠對白細胞起到保護作用〔3〕。實際上，在克服腫瘤細胞治療抗性的過程中，靶向抑制f-circRNA比靶向抑制circRNA的效果更為明顯。

1.3circRNA可作為腫瘤分子標志物 檢查與癌發生有關的信號傳導通路，可以篩選出可用作腫瘤分子標志物的circRNA。例如，circRNA在Wnt/β-連環蛋白通路的調節過程中起到重要的調控作用〔25〕。Wnt信號傳導通路是參與腫瘤進展的重要機制之一〔26〕。如果確認circRNA調節該通路，則可以通過靶向抑制circRNA的方法阻斷該通路，抑制腫瘤生長和發育。許多研究已經證明，ciRS-7在腫瘤組織中的過表達可以抑制miR-7，并激活EGFR和RAF1癌基因。這些結果進一步驗證了circRNA在癌癥發生和發展中發揮著重要的基因調控作用〔27〕。此外，circRNA也參與了PI3K/ATK和Raf/MEK/ERK等通路的調節過程。

2 circRNA與不同腫瘤之間的關系

2.1胃癌 盡管許多發達國家的胃癌發病率呈明顯下降趨勢，但胃癌仍然是世界范圍內由于癌癥導致死亡的主要原因之一。Li等〔28〕的研究認為hsa_circ_002059與胃癌的發生之間存在潛在的相關性。與正常對照相比，胃腫瘤組織中hsa_circ_002059表達量顯著下調。此外，在患有胃癌的患者的血漿樣品中可檢測到游離的hsa_circ_002059分子，并且與健康對照相比，血漿中的游離hsa_circ_002059含量也顯著下調。hsa_circ_002059的表達水平還與性別、年齡病理分期、遠處轉移等臨床和病理特征相關。同樣，Chen等〔29〕已經鑒定出在胃癌組織中circPVT表達水平上調，并通過特異性吸附miR-125，進而促進細胞增殖。

2.2結直腸癌(CRC) CRC是世界范圍內發病率第三的惡性腫瘤，在腫瘤中死亡率也排名第三。Bachmayr-Heyda等〔30〕比較了患者的正常黏膜組織和腫瘤組織樣品中的circRNA表達水平，研究發現大多數circRNA呈下調趨勢。隨機選擇5個circRNA驗證其表達水平變化趨勢，結果表明與正常結腸黏膜組織相比，5個circRNA中的4個在腫瘤組織中的表達水平降低，其中僅有一個circRNA(circ6229)變化水平具有統計學差異。Dou等〔31〕在針對KRAS突變型CRC的研究中發現，與KRAS野生型CRC相比，KRAS突變型CRC腫瘤細胞中circRNA表達水平下調更為顯著。類似研究還發現cirITCH在CRC組織中也呈下調趨勢〔25〕。 cirITCH特異性吸附miRNA并提高ITCH基因的表達水平。ITCH基因參與Wnt/β-連環蛋白途徑，其與CRC的發生和進展相關〔32〕。

2.3膀胱癌 膀胱癌起源于膀胱上皮細胞，是全球第九大常見腫瘤。Zhong等〔33〕使用高通量微陣列鑒定膀胱癌中circRNA的表達特征，他們以癌旁非腫瘤組織為對照，鑒定了2個在腫瘤組織中顯著下調的circRNA(circFAM169A，circTRIM24)和4個在瘤組織中顯著上調circRNA(circTCF25，circZFR，circPTK2和circBC048201)。此外還發現，circTCF25通過miRNA海綿作用下調腫瘤組織中的miR-103a-3p和miR-107，從而導致CDK6表達水平升高，這與膀胱癌的發展密切相關〔33〕。

2.4肝細胞癌(HCC) HCC是肝臟的原發性惡性腫瘤，主要發生在潛在的慢性肝病和肝硬化患者中。研究顯示與癌旁正常組織相比，在HCC中circRNA的表達水平失調〔7〕。Qin等〔34〕發現與對應的癌旁正常肝組織相比，hsa_circ_0001649的表達水平顯著下調。同時，Shang等〔35〕研究發現與癌旁正常組織相比，hsa_circ_0005075在HCC中顯著上調。同樣，Yu等〔36〕研究發現ciRs-7的表達水平在HCC腫瘤組織顯著上調。

2.5其他癌癥 研究發現，與癌旁正常組織相比，食管癌和肺癌組織中circRNA的表達水平降低〔37，38〕，上消化道癌癥、胰腺癌中circRNA的表達水平異常〔39〕。在前列腺和腎細胞癌等腫瘤組織中circHIPK3的表達水平顯著上調〔7〕。此外，通過靶向抑制癌基因相關的circRNA，還可能有助于開發克服治療相關耐藥性的新方法〔37，38〕。最近的研究表明，circHIAT1作為轉移抑制劑起到抑制雄激素受體增強的腎細胞癌細胞遷移和侵襲的作用，并且可以通過增加circHIAT1表達以靶向抑制雄激素受體，從而抑制腎細胞癌的侵襲和遷移能力〔40〕。

目前為止，已經發現并驗證了數千種具有特定功能的circRNA。隨著人們對circRNA分子作用機制更透徹的研究及對復雜circRNA分子調控網絡的進一步探索，circRNA將為研究細胞發育、疾病形成和腫瘤發生機制等領域提供新的重要的見解。