環(huán)狀RNA在腫瘤發(fā)生和發(fā)展過程中的作用研究進(jìn)展

鄭喬安，陳玉華 ，陳曉銘* （. 廣東醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院，廣東湛江 5400；. 廣東省深圳市龍崗區(qū)人民醫(yī)院，廣東深圳 58000）

提 要：環(huán)狀RNA(circular RNA，circRNA)是一種廣泛存在于各種生物體中具有閉合環(huán)狀結(jié)構(gòu)的非編碼RNA 雖曾一度被認(rèn)為是基因轉(zhuǎn)錄過程中的副產(chǎn)物或剪切錯(cuò)誤產(chǎn)生的無功能片段，但隨著基因組微陣列以及全基因組測序技術(shù)的進(jìn)步，人們已發(fā)現(xiàn)circRNA在腫瘤的發(fā)生、發(fā)展過程中起著舉足輕重的作用，且有望成為新型的腫瘤標(biāo)志物或治療靶點(diǎn)，為腫瘤的診斷和治療提供新的思路和方向。該文就circRNA的生物學(xué)特征及在腫瘤發(fā)生和發(fā)展過程中的最新進(jìn)展進(jìn)行了綜述。

環(huán)狀RNA(circular RNA，circRNA)是一類內(nèi)源性非編碼RNA，Hsu等[1]在1979年第一次發(fā)現(xiàn)RNA以環(huán)狀的結(jié)構(gòu)形式存在于真核細(xì)胞的胞質(zhì)中，由于circRNA表達(dá)水平低，最初被認(rèn)為是剪接體介導(dǎo)的拼接錯(cuò)誤所產(chǎn)生的副產(chǎn)品或逃逸內(nèi)含子套索的中介產(chǎn)物，因此并未受到廣泛的關(guān)注。但近年來，隨著基因組微陣列以及全基因組測序技術(shù)的快速發(fā)展，人們發(fā)現(xiàn)circRNA密切參與了腫瘤的發(fā)生、發(fā)展，在腫瘤細(xì)胞的增殖與凋亡、侵襲、轉(zhuǎn)移等過程中均有著舉足輕重的作用，circRNA有望成為新型的腫瘤標(biāo)志物及治療靶點(diǎn)，本文就circRNA的結(jié)構(gòu)、形成、特征及在腫瘤方面的進(jìn)展進(jìn)行了綜述。

1 circRNA概述

1.1 circRNA結(jié)構(gòu)

circRNA通過特殊的剪接方式，將RNA的5'帽結(jié)構(gòu)和3'多聚腺苷酸尾結(jié)構(gòu)連接形成閉合的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，因此結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定，不容易被降解[2-4]。

1.2 circRNA種類

根據(jù)基因組的來源及構(gòu)成序列的不同，目前已知的常見circRNA的種類有3種：外顯子來源的環(huán)狀RNA(exonic circ RNAs，ecircRNAs)、內(nèi)含子來源的環(huán)狀RNA(intronic circRNA，ciRNAs)、由內(nèi)含子及外顯子共同形成的環(huán)狀RNA(exon-intron circ RNA，Elci RNAs)，其形成過程及種類見圖1[5]，此外還有基因內(nèi)來源的circRNA及基因間來源的circRNA[5-6]。

1.3 circRNA形成方式

circRNA的形成方式有多種假說[3-4,7-9]，其中以套索驅(qū)動的環(huán)化機(jī)制(圖2a)和內(nèi)含子配對驅(qū)動的環(huán)化機(jī)制(圖2b)最為常見，另還有內(nèi)含子形成的circRNA(圖2c)和RNA結(jié)合蛋白驅(qū)動的環(huán)化機(jī)制(圖2d)。Circ-RNA的形成機(jī)制的研究對于人類探究circRNA的功能有著積極的促動作用，但許多機(jī)制的研究仍處于起步階段，仍需進(jìn)一步解析和驗(yàn)證。

1.4 circRNA的特征

圖1 circRNA的形成及種類[5]

圖2 circRNA的形成機(jī)制[9]

circRNA具有以下特征：(1)廣泛存在于動物、植物、病毒等各種生物體內(nèi)，且在不同的物種中具有高度保守性；(2)大部分circRNA位于細(xì)胞質(zhì)中，在細(xì)胞核、血漿、外泌體、唾液中也有一定的表達(dá)，具有一定的組織、時(shí)間特異性；(3)circRNA大多數(shù)來源于外顯子，少部分來源于內(nèi)含子[5-6]；(4)呈閉合環(huán)狀結(jié)構(gòu)，穩(wěn)定性強(qiáng)；(5)大多數(shù)circRNA是非編碼RNA。

2 circRNA與腫瘤

自從20世紀(jì)70年代circRNA被發(fā)現(xiàn)以后，現(xiàn)已經(jīng)有大量的報(bào)道證實(shí)了circRNA與肺癌、胃癌、肝癌等腫瘤密切相關(guān)，circRNA在腫瘤中的差異性表達(dá)起著原癌基因或抑癌基因的作用，且與腫瘤的侵襲轉(zhuǎn)移、分期分型等臨床特征密切相關(guān)，其最主要是通過作為微小RNA(miRNA)的“海綿”來發(fā)揮作用，現(xiàn)將新近發(fā)現(xiàn)的circRNA在常見腫瘤的表達(dá)總結(jié)如表1所示。

2.1 circRNA與消化道腫瘤

肝癌是一種常見的惡性腫瘤。大多數(shù)原發(fā)性肝癌病例為肝細(xì)胞癌(HCC)，且往往在晚期才能被確診，雖然外科手術(shù)及放化療技術(shù)有所進(jìn)步，但肝癌預(yù)后仍較差[32-33]。有研究將一個(gè)在HCC組織中顯著上調(diào)的circRNA命名為circFBLIM1，并發(fā)現(xiàn)下調(diào)該circRNA可抑制HCC的生長和侵襲，促進(jìn)細(xì)胞凋亡，通過采用熒光素酶和RNA免疫沉淀法(RIP)得出結(jié)論：circFBLIM1可能作為一種內(nèi)源競爭RNA(competing endogenous RNAs，ceRNA)，通過海綿化miR-346來調(diào)控肝癌的FBLIM1表達(dá)[10]。

食管鱗狀細(xì)胞癌(ESCC)是全球排名第六的癌癥相關(guān)死亡原因，是人類健康面臨的挑戰(zhàn)之一[34]。腫瘤的轉(zhuǎn)移是導(dǎo)致這種疾病治療失敗的主要原因之一[35]，但關(guān)于ESCC轉(zhuǎn)移的機(jī)制尚未完全闡明，有研究報(bào)道了circRNA參與ESCC的遷移與侵襲，該研究指出circRNA ciRS-7在ESCC細(xì)胞和組織中過表達(dá)，它可通過調(diào)節(jié)miR-7/KLF4軸和激活NF-κB p65信號從而引起食管鱗癌細(xì)胞的遷移和侵襲[11]。 Cao等[12]也指出circRNA_100876在ESCC組織中表達(dá)上調(diào)，與腫瘤不良預(yù)后相關(guān)，該circRNA可能通過促進(jìn)ESCC細(xì)胞遷移、侵襲和上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化(epithelialmesenchymaltransition，EMT)進(jìn)展，從而促進(jìn)腫瘤轉(zhuǎn)移。

表1 circRNA在常見腫瘤的表達(dá)

胃癌(GC)是消化系統(tǒng)最常見的腫瘤，也是全球癌癥相關(guān)死亡的第二大原因[36]。 Sun等[13]通過基因芯片及定量即時(shí)聚合酶鏈鎖反應(yīng)(Quantitative real time polymerase chain reaction, qRT-PCR)技術(shù)對62例GC組織及對應(yīng)癌旁組織檢測，發(fā)現(xiàn)胃癌組織中circPVRL3的表達(dá)明顯低于癌旁組織，通過ROC曲線研究還發(fā)現(xiàn)circPVRL3水平的下降與TMN分期呈負(fù)相關(guān)，在進(jìn)一步的分析中也證明了circPVRL3表達(dá)水平較低的患者生存時(shí)間明顯短于circPVRL3表達(dá)水平較高的患者，這些結(jié)果表明circPVRL3可能在胃癌的發(fā)生、發(fā)展中起著保護(hù)作用，并可作為評估患者治療的獨(dú)立預(yù)后因素，此外該研究還指出circPVRL3可能具有編碼蛋白質(zhì)的潛在能力。Ouyang等[14]則發(fā)現(xiàn)circPDSS1(Circ0093398)在GC組織中高表達(dá)，circPDSS1通過海綿作用miR-186-5p促進(jìn)GC細(xì)胞周期，抑制細(xì)胞凋亡，而miR-186-5p通過靶向NEK2抑制細(xì)胞周期，促進(jìn)細(xì)胞凋亡。因此，circPDSS1通過調(diào)節(jié)miR-186-5p和NEK2發(fā)揮腫瘤啟動子的作用，circPDSS1/miR-186-5p/ NEK2軸可能是一種潛在的生物標(biāo)志物和治療靶點(diǎn)。

結(jié)直腸癌(CRC)也是一種常見的消化道惡性腫瘤。circITGA7是由整合素亞基alpha 7基因(ITGA7)的外顯子4反向剪接衍生形成的一種新的circRNA，其對應(yīng)的線性ITGA7是則通過線性剪切形成[37]；Li等[15]通過體內(nèi)和體外實(shí)驗(yàn)證明了circITGA7和ITGA7在CRC組織和細(xì)胞系中均顯著下調(diào)，且兩者對CRC細(xì)胞均有抑制作用；circITGA7通過競爭性結(jié)合miR-370-3p上調(diào)NF1轉(zhuǎn)譯而抑制Ras信號通路的同時(shí)也可通過RAS途徑抑制轉(zhuǎn)錄因子RREB1，從而促進(jìn)其宿主基因ITGA7的轉(zhuǎn)錄，最終達(dá)到抑制CRC細(xì)胞增殖和轉(zhuǎn)移的作用。Jin等[16]發(fā)現(xiàn)hsa_circ_0136666在CRC組織和細(xì)胞系中明顯過表達(dá)，下調(diào)該circRNA可明顯抑制CRC細(xì)胞的增殖，hsa_circ_0136666高表達(dá)與CRC患者總生存率低有關(guān)，這可能是通過“海綿化”miR-136和正向調(diào)控SH2B1表達(dá)，促進(jìn)了CRC細(xì)胞的增殖和侵襲。這揭示了hsa_circ_0136666/miR-136/SH2B1軸在CRC中的關(guān)鍵作用，為CRC的治療提供了新的分子靶點(diǎn)。

胰腺癌(PDAC)仍然是全球第四大癌癥相關(guān)死亡原因[38]。有研究通過20例胰腺癌組織的表達(dá)譜分析發(fā)現(xiàn)在胰腺癌組織有289個(gè)circRNA表達(dá)異常，并在進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了多個(gè)circRNA與miR-15a/miR 506 的互補(bǔ)序列，推測circRNA可以通過與miR-15a/miR506的相互作用調(diào)節(jié)胰腺癌的進(jìn)展[39]。Jiang等[17]發(fā)現(xiàn)hsa_circ_0001649在胰腺導(dǎo)管腺癌(PDAC)組織中表達(dá)下調(diào)，這種下調(diào)與PDAC患者腫瘤分期和分化程度相關(guān)，hsa_circ_0001649可作為PDAC患者術(shù)后獨(dú)立預(yù)后因素。有學(xué)者發(fā)現(xiàn)circ-IARS在胰腺癌組織和血漿外泌體中表達(dá)上調(diào)，circ-IARS通過外泌體進(jìn)入人微血管內(nèi)皮細(xì)胞(HUVECs)，促進(jìn)腫瘤的侵襲和轉(zhuǎn)移[18]。circ-IARS表達(dá)與肝轉(zhuǎn)移、血管浸潤、腫瘤結(jié)節(jié)轉(zhuǎn)移分期呈正相關(guān)，與術(shù)后生存時(shí)間呈負(fù)相關(guān)。

2.2 circRNA與呼吸道腫瘤

肺癌是全球癌癥相關(guān)死亡的主要原因之一，可分為非小細(xì)胞肺癌(non-small cell Lung cancer,NSCLC)和小細(xì)胞肺癌(small cell Lung cancer,SCLC[40-41]。 Qu等[19]在NSCLC的研究中發(fā)現(xiàn)與正常肺組織相比，hsa_circ_0020123在腫瘤組織中表達(dá)升高，hsa_circ_0020123的上調(diào)被認(rèn)為與NSCLC患者分化程度差、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移、TNM分期高、預(yù)后不良預(yù)后密切相關(guān)，并在進(jìn)一步研究的中發(fā)現(xiàn)miR-144是與該circRNA相關(guān)的miRNA，hsa_circ_0020123可以下調(diào)miR-144的表達(dá)，調(diào)控miR-144靶點(diǎn)(包括ZEB1和EZH2)。與該實(shí)驗(yàn)類似，Chen等[20]發(fā)現(xiàn)hsa_circ_100395在肺癌組織中表達(dá)下調(diào)，hsa_circ_100395水平與TNM分期及腫瘤轉(zhuǎn)移呈負(fù)相關(guān)，過表達(dá)該circRNA可顯著抑制肺癌細(xì)胞增殖，抑制細(xì)胞周期進(jìn)展，減少細(xì)胞遷移和侵襲，而這可能是通過作為miR-1228靶向TCF21的“海綿”來發(fā)揮作用的。Qin等[21]應(yīng)用qRT-PCRs方法檢測59例NSCLC腫瘤組織和鄰近非腫瘤組織的配對樣本發(fā)現(xiàn)circ-UBR5在NSCLC組織中表達(dá)明顯下調(diào)，且與腫瘤分化相關(guān)，該實(shí)驗(yàn)還通過Huprot TM芯片和RIP等實(shí)驗(yàn)方法提出circ-UBR5可能是參與RNA剪接調(diào)控過程的一種新型小核RNA(small nuclear RNA，snRNA)，此外，他們還首次提出可以應(yīng)用人類蛋白質(zhì)微陣列(Huprot?Protoarray)尋找特定circRNA結(jié)合蛋白的實(shí)驗(yàn)方法。

2.3 circRNA與泌尿系腫瘤

Wang等[22]同樣利用qRT-PCR技術(shù)通過對52對腎透明細(xì)胞癌(clear cell renal cell carcinoma, ccRCC)組織及對應(yīng)癌旁組織中進(jìn)行檢測，發(fā)現(xiàn)Hsa_circ_0001451在ccRCC細(xì)胞中表達(dá)下調(diào)，在體外實(shí)驗(yàn)中Hsa_circ_0001451的敲除顯著促進(jìn)了體外腫瘤的生長，生物信息學(xué)結(jié)果也表明Hsa_circ_0001451可能參與了腫瘤進(jìn)展的調(diào)控。

有文獻(xiàn)報(bào)道circMYLK 在前列腺癌(PCa)組織和細(xì)胞中的表達(dá)水平明顯高于正常組織和前列腺細(xì)胞[23]。circMYLK可通過下調(diào)miR-29a的表達(dá)從而促進(jìn)PCa細(xì)胞增殖、侵襲和遷移。

2.3 circRNA與其他腫瘤

神經(jīng)膠質(zhì)瘤是中樞神經(jīng)系統(tǒng)最常見的原發(fā)性惡性腫瘤[42]， Li等[24]發(fā)現(xiàn)與正常腦組織相比，circ-U2AF1在不同級別的神經(jīng)膠質(zhì)瘤組織中表達(dá)均上調(diào)，在細(xì)胞試驗(yàn)中沉默該circRNA可降低膠質(zhì)瘤細(xì)胞的轉(zhuǎn)移和侵襲能力，而這可能是通過調(diào)控hsamiR-7-5p/NOVA2通道來發(fā)揮致癌基因的作用的。膠質(zhì)母細(xì)胞瘤(GBM)是膠質(zhì)瘤中惡性程度最高的腫瘤，GBM患者可能受益于額外的治療，如針對分子靶點(diǎn)的個(gè)性化治療。Wang等[25]通過39例GBM患者的標(biāo)本分析了circRNA在GBM發(fā)生中的表達(dá)譜，并通過細(xì)胞和動物的進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證CircNT5E作為miR-422a的“海綿”參與了膠質(zhì)母細(xì)胞瘤的增殖、侵襲和遷移。

口腔鱗狀細(xì)胞癌(OSCC)是口腔頜面部最常見的惡性腫瘤之一，大多數(shù)OSCC患者都是在晚期診斷，預(yù)后較差[43-44]。 Zhao等[26]對3例OSCC患者唾液中的circRNA進(jìn)行微陣列篩選，并與3例健康對照組進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)hsa_circ_0001874與TNM分期、腫瘤分級相關(guān)，hsa_circ_0001971與TNM分期相關(guān)，兩者可能成為OSCC患者早期診斷、預(yù)后評估和治療的新靶點(diǎn)。

甲狀腺癌是內(nèi)分泌器官最常見的惡性腫瘤，近幾十年來，發(fā)病率持續(xù)上升[45]。 Ren等[27]利用circRNA 芯片和實(shí)時(shí)定量逆轉(zhuǎn)錄聚合酶鏈反應(yīng)等方法推測異常達(dá)的circRNA參與了甲狀腺乳頭狀癌的發(fā)生、發(fā)展，其中hsa_circRNA_047771和hsa_circRNA_ 007148可以作為PTC患者的潛在診斷生物標(biāo)志物和預(yù)后預(yù)測因子。Wnt信號通路參與了脊椎動物胚胎發(fā)育的許多階段，其異常激活可促進(jìn)各種人類癌癥的進(jìn)展[46-47]， 而卷曲蛋白8[48](Frizzled class receptor 8，F(xiàn)ZD8)是Wnt信號通路的細(xì)胞表面受體之一，Chen等[28]發(fā)現(xiàn)CircNEK6通過上調(diào)FZD8和靶向miR-370-3p激活Wnt信號通路從而促進(jìn)甲狀腺癌的進(jìn)展。而Li等[29]發(fā)現(xiàn)circNUP214在甲狀腺癌組織中表達(dá)上調(diào)，該circRNA可能是通過作為miR-145的“海綿”促進(jìn)鋅指E-box結(jié)合同源異構(gòu)體2(ZEB2)[49]的上調(diào)來發(fā)揮致癌作用，提出circNUP214/miR-145/ZEB2軸可能是甲狀腺癌靶向治療的新方向。

乳腺癌是女性中最常見、最具侵襲性的癌癥之一，雖然在過去的幾十年中已經(jīng)有了很多的治療策略，但是乳腺癌的發(fā)病率在逐漸增加，患者的預(yù)后仍然不理想。為了使乳腺癌的治療效果最大化，開發(fā)早期診斷的生物標(biāo)志物和新的治療靶點(diǎn)有至關(guān)重要的意義[50-51]。 Liu等[30]研究發(fā)現(xiàn)circRNA hsa_circ_0008039 在乳腺癌組織中表達(dá)上調(diào)，通過小鼠腫瘤模型下調(diào)該circRNA可顯著抑制乳腺癌細(xì)胞的增殖，該研究表明hsa_circ_0008039作為miR-432-5p的ceRNA，hsa_circ_0008039的過表達(dá)促進(jìn)了miR-432-5p功能靶點(diǎn)(E2F3)在乳腺癌中的表達(dá)，這意味著hsa_circ_ 0008039/miR-432-5p/E2F3軸可能是乳腺癌一個(gè)潛在的治療靶點(diǎn)。Chen等[31]通過3例三陰性乳腺癌(TNBC)組織及癌旁正常組織進(jìn)行表達(dá)譜分析，并選擇其中表達(dá)上調(diào)最為異常的circEPSTI1(hsa_circRNA_000479)進(jìn)行驗(yàn)證及進(jìn)一步研究：通過240例TNBC患者的circEPSTI1表達(dá)，發(fā)現(xiàn)其高表達(dá)與腫瘤大小、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移、TMN分期及不良預(yù)后呈正相關(guān)；該研究也發(fā)現(xiàn)下調(diào)circEPSTI1可抑制TNBC細(xì)胞增殖，誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡；體內(nèi)外實(shí)驗(yàn)均證實(shí)circEPSTI1通過作為miR-4753和miR-6809的“海綿”來調(diào)節(jié)BCL11A的表達(dá)從而影響TNBC的增殖和凋亡。

3 小結(jié)

circRNA是一種結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的且廣泛表達(dá)的一種新型的RNA，大量的研究已證實(shí)了circRNA對腫瘤的發(fā)生、發(fā)展有著顯著的調(diào)控作用，提示circRNA有望成為一種新的腫瘤標(biāo)志物及治療靶點(diǎn)。但有關(guān)circRNA的研究仍處于初始階段，仍有許多的問題有待解決。如circRNA除了通過作為miRNA的“海綿”外還可參與基因的轉(zhuǎn)錄調(diào)控從而調(diào)控腫瘤細(xì)胞的增殖、凋亡及侵襲，但其具體分子機(jī)制是什么?circRNA是否可通過其他途徑影響miRNA的表達(dá)?另外，circRNA在血漿及外泌體中也有表達(dá)，但現(xiàn)今大部分研究仍著重于circRNA在組織中的表達(dá)，對于circRNA在血漿、外泌體、體液中的表達(dá)也是知之甚少。這些可能是今后有關(guān)circRNA如何調(diào)控腫瘤表達(dá)的研究方向。雖然circRNA距離真正應(yīng)用于臨床仍任重道遠(yuǎn)，但相信隨著研究的深入，circRNA終將為腫瘤的診治提供新的方向和思路。