環狀RNA在急性髓系白血病中的研究進展

張蕾 查顯豐 溫旺榮

急性髓細胞性白血病（Acute Myeloid Leukemia AML）是造血干細胞的惡性疾病，其特征是髓系譜系異常分化的胚細胞的克隆擴增。未成熟骨髓細胞的異常增殖導致未成熟祖細胞（成纖維細胞）的積聚，損害了正常的造血功能，導致嚴重的感染，貧血和出血［1］。隨著年齡增長發病率越高，多發生在老年人群［2］。目前國際上主要通過細胞形態學（Morphology）、免疫學（Immunology）、細胞遺傳學（Cytogenetics）和分子生物學（Molecular biology）分型，即MICM 分型對AML 進行診斷以及預后監測。隨著分子生物學技術的發展，越來越多的與AML 發病相關的生物分子被發現，有望成為AML診斷和預后監測的標志物。環狀RNA（Cirular RNA，CircRNA）作為近年研究熱門的生物分子，具有豐度高、進化保守性、高特異性及高穩定性特點，可作為優良的疾病診治的生物標志物［3］。很多研究已經表明，癌癥的發生和進展與circRNAs 表達失調有關，尤其是在實體腫瘤中已經有較多的研究，比如胃癌［4］、結直腸癌［5］、肺癌［6］、乳腺癌［7］等。近期在AML 中也發現多種與腫瘤發生發展密切相關的circRNAs，本文主要對這些circRNAs在AML 中診斷和預后中的研究現狀進行綜述，旨在探討circRNAs 在AML 中診斷和預后監測中的應用價值。

1 環狀RNA 簡介

CircRNA 是具有共價閉合環狀同種型的單鏈ncRNA 家族，是由前體mRNA（pre-mRNA）生成的，由下游的5′剪接位點與上游的3′端連接在一起，因此既沒有5′至3′端極性，也沒有多聚腺苷酸尾。并且所得到的circRNA 仍舊通過3′-5′磷酸二酯鍵連接［8］。目前認為circRNA 的形成主要有四種：內含子配對驅動環化套索驅動環化內含子自身驅動環化RNA 結合蛋白（Retinol-Binding Protein,RBP）或反式因子驅動環化［9］。CircRNA 具有種類豐富［10，15］、進化保守及組織特異性［17］、結構穩定［3，11］等特點，能在細胞中穩定存在［12］。CircRNA 的最突出功能是其作為miRNA 海綿的作用，可通過抑制miRNA 活性來調節靶基因的表達［13］，circRNAmiRNA 調控基因網絡在癌癥進展和治療功效中起到至關重要的作用；除了能夠與miRNA 相互作用外，circRNA 還可作為蛋白質誘餌來影響細胞功能［14，15］；還可以作為轉錄和剪接的調節因子，Li等［9］就發現一類與人類細胞中的RNA聚合酶II（Pol II）相關的EIciRNA 可能與U1 小核核糖體蛋白（U1 snRNP）形成EIciRNA-U1 snRNP 復合物在親本基因啟動子處進一步與Pol II 轉錄復合物相互作用，促進親本基因的轉錄，起到順勢調節的作用；可能參與翻譯蛋白質及加工核糖體，研究發現某些circRNA 可能編碼的幾種肽可參與到癌細胞增殖過程，并能夠與核糖體結合翻譯蛋白［16］。另外有研究發現環狀反義非編碼RNA（circANRIL）可以通過控制核糖體RNA（rRNA）成熟來賦予動脈粥樣硬化保護作用和調節動脈粥樣硬化的途徑［17］。

2 急性髓系白血病中的環狀RNA

2.1 f-circRNA

在白血病中，染色體易位常導致基因融合。融合circRNA（f-circRNA）的發現及其功能研究為了解白血病的機理和為患者量身定制療法創造了新的見解。Guarnerio J［18］等猜測并驗證了帶有染色體易位的腫瘤也帶有來自重排基因組的circRNA：異常融合circRNA（f-circRNA），并進一步研究了兩種類型AML 中的PML-RARα 和MLL/ AF9 融合基因產生的多個f-circRNA。通過小鼠實驗發現f-circM9 不足以獨自導致白血病發生而是可能與其他致癌刺激物（例如MLL-AF9 融合蛋白）結合，促進體內白血病發生。另外進一步研究發現，沉默內源性f-circRNA 會誘導癌細胞會發生凋亡，這說明f-circRNA 有望成為抗腫瘤藥物的重要靶標。f-circRNA 的發現及其功能研究為了解白血病的機理和為患者量身定制療法創造了新的方向。

2.2 CircNPM1

核蛋白（nucleophosmin/nucleoplasmin family,member1，NPM1）是AML 中最常見的突變基因之一，具有原癌基因和抑癌特性，可通過編碼多功能伴侶蛋白來參與核糖體的生物發生以及細胞凋亡和細胞增殖。CircNPM1 位于5 號染色體上。Hirsch［19］等 通 過RNA-Seq 的轉錄 組 分析探索了NPM1 的circRNA 變體，并定量檢測了NPM1 野生型和突變的AML 中的circRNA hsa_circ_0075001，發現hsa_circ_0075001 表達與總NPM1 表達呈正相關，但與NPM1 突變狀態無關。Hsa_circ_0075001 表達的高與低定義了以不同的基因表達模式為特征的患者亞組，例如在hsa_circ_0075001 高表達情況下Toll 樣受體信號轉導途徑的成分表達較低。這些發現將有助于通過circRNA表達譜區分不同的AML 亞組，并為探索白血病細胞的生物學特性提供新的見解。

2.3 CircVIM

波形蛋白（VIM）是III 型中間絲（IF）蛋白的主要成分，由VIM基因編碼，并在內皮細胞和其他間充質細胞中普遍表達。VIM在重要的生理和病理過程中至關重要，例如黏附，遷移，細胞信號傳導，炎癥，神經突擴展和血管形成［20］，可能與腫瘤的生長，浸潤和不良預后有關［21］。circ-VIM是VIM基因的circRNA，位于10 號染色體上。Yi［22］等檢測了113 例AML 患者和42例健康對照者骨髓標本中的circVIM，發現與對照組相比，circVIM在AML中顯著上調，并且與白細胞（WBC）計數呈正相關。circVIM表達的上調說明其可能作為有前途的生物標志物，用于AML 的診斷。生存分析進一步表明，在全隊列AML，非急性早幼粒細胞白血病AML 和細胞遺傳學正常AML 患者中，過表達的CircVIM與總體生存期（OS）和無白血病生存期（Leukemia-Free Survival，LFS）顯著縮短有關。多變量分析還顯示，Circ-VIM過表達是AML 患者OS和LFS 的獨立不良預后因素，它可能有助于預測生存期較低，并且可能作為AML 治療結果的評估標準。

2.4 CircRNA-DLEU2

CircRNA-DLEU2（hsa_circ_0000488）位于13號染色體。Wu［23］等研究發現，在AML 組織和細胞中circRNA-DLEU2 被上調，circRNA-DLEU2 抑制miR-496 表達并促進PRKACB（蛋白激酶依賴cAMP 的催化β，是Ser/Thr 蛋白激酶家族的成員，是cAMP/PKA 誘導的信號轉導的關鍵效應子，參與許多細胞過程包括細胞增殖，凋亡，基因轉錄，代謝和差異化。）表達。miR-496 拮抗PRKACB 對MOLM-13 細胞增殖和凋亡的影響，進而判斷circRNA-DLEU2 通過抑制miR-496 和促進PRKACB表達來促進人AML。另外還發現circRNADLEU2 加速了體內AML 相關腫瘤的形成。通過靶向miR-496/PRKACB 通道，circRNA-DLEU2 可以作為人類AML 的新型生物標志物和治療靶標。

2.5 CircPAN3

CircPAN3（源自PAN3基因轉錄本；基因符號mmu_circ：chr5：147450653-147488258），是通 過Pan3pre-mRNA 的反向剪接產生的。Zhu［24］等發現小鼠和人的Lgr5+腸道干細胞（Lgr5+ISCs）與免疫細胞相關的circPan3 高表達，Lgr5-GFP+ISC中的circPan3 通過隱窩ILC2 介導的IL-13-IL-13R信號傳導來促進ISC 自我更新能力。另外，Shang［25］等發現具有化學敏感性和化學抗性的AML 細胞之間差異表達的circRNA-circPAN3 可能通過circPAN3-miR-153-5p/ miR-183-5p-X 連鎖的凋亡蛋白抑制劑（XIAP）軸而成為化學耐藥性的關鍵介體，證明CircPAN3 可以作為預測AML 患者化療臨床療效的重要指標，并且還可以作為逆轉AML 耐藥性的潛在靶標。隨后通過進一步的生物信息學分析和機制實驗發現，circPAN3 可能通過調節自噬和影響凋亡相關蛋白的表達來促進AML 耐藥，而AMPK/ mTOR 信號傳導在circ-PAN3 對自噬的調節中起關鍵作用。這些發現可能為circRNA在介導AML 耐藥中的作用提供新的重要見解［26］。

2.6 Hsa_circ_0004277

Hsa_circ_0004277 位于10 號染色體，位于相同染色體上的WDR37 是Hsa_circ_0004277 的線性同工型。它們與細胞凋亡，信號通路和細胞周期有關［27］。Li［28］等借助circRNA 芯片，證明了circRNA在急性髓細胞性白血病患者中的表達譜，并鑒定了大量可能以白血病特異性方式表達的circRNA。并在115 個人類樣品的隊列中對下調的circRNA hsa_circ_0004277 進行了表征和功能評估，發現化學療法可以顯著恢復hsa_circ_0004277 的表達，表明hsa_circ_0004277 的水平升高與成功的治療相關。除了分析AML 患者和健康對照之間的circRNA，他們還進行了高風險和低風險AML 亞組之間的比較，發現有5 個circRNA 失調，尤其是在低危亞組中，這可能有助于AML 風險狀況評估。因此根據AML 的進展階段，hsa_circ_0004277 的動態表達，結合ROC 曲線分析，hsa_circ_0004277 很可能是AML 中的診斷性生物標志物或治療靶標。

2.7 其它circRNA

近年來越來越多的研究人員開始探索與AML相關的circRNA。范［29］等發現hsa_circ_100290 在AML 臨床樣本中高表達，并通過靶向miR-203/Rab10 軸確定了hsa_circ_100290 在AML 細胞增殖和凋亡中的關鍵調節作用。不同于其他研究者對比AML 與健康人之間差異表達的circRNA，Ping L［30］等通過circRNA 測序鑒定AML 患者和缺鐵性貧血（對照）的骨髓樣品中差異表達的circRNA，發現AML 患者的circ_0009910 明顯上調，進行進一步的體內外實驗表明，敲除circ_0009910 通過使miR-20a-5p 海綿化，抑制細胞增殖并誘導凋亡，因此可作為AML 的新結局生物標志物，circ_0009910和miR-20a-5p也可能都是未來AML治療的潛在治療靶標。一種來自ANAPC7 基因位點的circRNA（hsa_circRNA_101141），也稱circ-ANAPC7，是有前途的AML 生物標志物，它可能通過充當miR-181家族的海綿參與AML 的發病機制［31］。細胞遺傳學和分子遺傳學特征是AML 患者的重要預后因素。由8 號染色體上PVT1 的外顯子2 產生的Circ-PVT1 通常伴隨著8q24 擴增子。擴增后的AML 患者（AML-amp）中circ-PVT1 的表達水平顯著高于正常核型的患者。在AML-amp 病例中發現與8q24 擴增基因有關的轉錄后嵌合體和circRNA，可能會拓寬我們對人類白血病潛在機制的探索［32］。

3 小結與展望

隨著高通量測序技術以及生物信息學的發展，人們對circRNA 的認知和了解也越來越深入，積極探索了circRNA 的形成潛在機制、生物信息學功能、在體內作用的機制。不同的circRNA 的不表達譜與臨床特征有關，尤其是在腫瘤的發生發展、轉移和復發中表現出越來越重要的地位，使其成為疾病研究的主題之一。本文主要闡述與總結了AML 中circRNA 的相關研究，我們了解到circRNA在AML 中可能起到早期診斷的生物標記物作用，并在疾病的發生發展以及與AML 相關的體內腫瘤有關，對AML 的治療以及相關藥物的耐藥性研究也有重要的意義，同時可能是疾病療效觀察和預后的重要檢測目標。但由于目前缺乏對circRNA 缺乏全面的了解以及實驗研究缺乏相應的標準規范，因此需要通過更深入的研究，以及通過總結歸納制定出相關的實驗研究范本，并積極探索circRNA在疾病診斷中的更明確的作用，期望基于circRNA 的相關藥物早日應用到臨床之中。