circRNA在犬乳腺腫瘤分子機制中的應用前景

吳居業，賈 坤

（華南農業大學獸醫學院，廣東 廣州 510642）

犬乳腺腫瘤主要是發生在未絕育的雌犬上，約占犬腫瘤疾病發病率的一半，其惡性程度比較高，并且有腫瘤轉移的傾向，嚴重降低患犬的生活質量，甚至危害犬的生命健康[1-2]。目前對犬乳腺腫瘤的診斷方法主要有超聲檢查[3]、X射線檢查[4]、組織病理學檢查[5]等。雖然這些診斷方法在一定程度上可確定疾病的發展階段，但如何做到早診斷、早預防和針對性治療，依然是研究犬乳腺腫瘤的一大難題。臨床上最常用治療犬乳腺腫瘤的方法是手術切除和化療[6]，具有一定的局限性。犬乳腺腫瘤的早期癥狀不明顯，確診的犬往往處于腫瘤發生的中晚期。因此，需要精確、快速的診斷方法和針對性強的治療方法才能解決上述問題，從分子機制上揭示犬乳腺腫瘤的進展至關重要。

目前，現有研究未能清晰地揭示犬乳腺腫瘤的發生發展機制。circRNA作為一種具有特殊的生物學特性和巨大調控潛力的非編碼RNA分子，已經被廣泛應用于各種癌癥的研究。所以circRNA在犬乳腺腫瘤分子機制研究中可能同樣具有很大的應用前景。文章綜述circRNA在犬乳腺腫瘤分子機制研究的應用前景，為深入探索circRNA在犬乳腺腫瘤中的機制提供支撐，推動臨床獸醫對乳腺腫瘤診斷的準確性和快速檢測技術的研發。

1 circRNA研究概況

1.1 circRNA的來源

circRNA廣泛存在于生物體中[7-8]。circRNA由編碼基因轉錄生成，占所有轉錄本的10%以上[9]。circRNA是通過特殊的反向剪接產生的共價閉合環狀結構，沒有5'端帽子或3'端poly A尾[10]。circRNA參與各種細胞的增殖、分化、凋亡和轉移等過程，circRNA的異常表達與各種癌癥有關[11]。由于circRNA在細胞外的穩定性較好，能從外泌物、細胞外液等中檢測到[12]。所以circRNA有成為各種癌癥疾病的生物學標志物的潛力。

1.2 circRNA的生物學特征

circRNA具有特殊的生物學特征：（1）豐富性和廣泛性。在人類細胞中的circRNA種類超過1 200種，也廣泛存在于動植物細胞中，且主要存在于細胞質中[13]。（2）相對穩定性。由于特殊的剪接方式，circRNA形成的環狀結構不易受核酸酶影響，而且circRNA的半衰期比mRNA長，circRNA在24 h內的表達量變化不大[13-14]。（3）差異性和特異性。circRNA在細胞類型、組織、發育階段、病理條件下的表達具有差異性和特異性[15]。（4）選擇調控性。circRNA上有與miRNA特異性結合所需的應答元件，能充當競爭性內源RNA，通過circRNA吸附靶向miRNA來間接地改變游離miRNA的表達水平，從而選擇性地使miRNA對靶基因的調控能力發生改變[16]。基于這些特殊的生物學特征，circRNA在尋找犬乳腺腫瘤生物標志物和分子機制研究等方面有很大潛在價值。

1.3 circRNA的作用

最初發現環狀RNA時，由于當時生物學技術的局限性，circRNA曾被認為是mRNA合成過程中因錯誤剪接而形成的[17]。隨著研究的深入，有關circRNAs表達和功能的研究也取得突破性進展。circRNA在生物體中發揮的調節功能和作用不斷被發現和證實。

1.3.1 circRNA作為競爭性內源RNA或miRNA海綿體

circRNA可以作為競爭性內源RNA，競爭性地結合miRNA，從而調控相關靶RNA的豐度或翻譯活性[18]。circRNA可以作為miRNA的海綿體，在真核生物中發揮調節miRNA 活性的作用，調控下游靶基因的表達[19]。有的circRNA具有同種類的miRNA結合位點，通過結合這些位點與miRNA相互作用，調節miRNA靶標的表達水平[20]；有的circRNA具有不同種類的miRNA結合位點，circRNA既可以與1種miRNA結合，也可以與多種miRNA結合，從而發揮海綿作用[21]。

1.3.2 circRNA調控基因表達和轉錄等過程

含有內含子序列的circRNA可以與RNA結合蛋白結合，從而影響親本基因表達，內含子間競爭性互補配對可以與線性RNA分子之間形成平衡，能影響mRNA的表達[22]。一些存在于細胞核內的circRNA通過與聚合酶Ⅱ相互作用以順勢反應方式調控宿主轉錄活性，促進其親代基因的表達[14]。例如，鼠甲酸精基因（Fmn）通過反向拼接產生的circRNA作為mRNA陷阱，隔離轉錄起始位點，從而捕獲mRNA，使得mRNA不能被翻譯而形成功能性Fmn蛋白產物，導致Fmn蛋白的表達異常[23]。由此說明，circRNA同基因表達或轉錄調控都密切相關。

1.3.3 circRNA參與蛋白翻譯活動

在人成纖維細胞中，許多單個外顯子來源的circRNA都包含1個翻譯起始位點，細胞質內的miRNA與mRNA的非編碼區進行堿基互補配對，從而調控mRNA的蛋白翻譯水平，但只有少數circRNA能被翻譯成蛋白質[24]。當circRNA經過人工設計具備翻譯所需的啟動子和開放閱讀框，就能夠進行蛋白翻譯過程[25]。circRNA在參與蛋白翻譯方面的功能仍需要深入的研究，進一步闡釋circRNA在參與蛋白翻譯和蛋白互作方面的新功能。

2 circRNA在犬乳腺腫瘤分子機制研究的基礎

2.1 circRNA在乳腺癌上的相關研究

circRNA的特殊生物學特征展示circRNA在乳腺腫瘤分子機制研究中的巨大潛力，其強大的調控功能在乳腺癌等癌癥上有更明顯的作用。研究表明，與癌旁非腫瘤組織相比，circRNA在腫瘤組織中表達異常，這些異常表達的circRNA能通過干擾miRNA或參與其他生物學過程來影響癌癥的發生[26]。此外，circRNA與miRNA存在復雜的互作網絡，尋找circRNA與miRNA相互作用的相關通路將是研究乳腺癌的1個方向。circRNA在乳腺癌上的相關研究主要集中在2個方面。一是circRNA與乳腺癌miRNA形成海綿機制，通過與miRNA結合位點結合，在乳腺癌發生發展的關鍵信號通路中作為關鍵的節點，調控circRNA-miRNA-mRNA網絡，從而發揮對乳腺癌進展的調控。例如通過circANKS1B通過海綿miR-148a-3p和miR-152-3p，增加轉錄因子USF1的表達，從而轉錄上調TGF-β1的表達，激活TGF-β1/Smad信號通路促進乳腺上皮細胞向間充質細胞轉化，從而促進乳腺癌侵襲和轉移[27]。二是circRNA通過調控癌基因的表達，從而發揮對乳腺癌進展的影響，例如circ-AMOTL-1促進腫瘤轉錄因子C-myc的表達，從而調控多種致癌基因的表達[28]。此外，circRNA含有與miRNA結合的眾多位點，這些結合位點的功能機制都有待進一步探索，有助于闡明circRNA在乳腺腫瘤中的分子機制，也可能是未來治療犬乳腺腫瘤的靶點和探索治療犬乳腺腫瘤方法的新思路。

2.2 人乳腺癌上的circRNA研究成果推動circRNA在犬乳腺腫瘤上的探索

近幾年，針對circRNA在人乳腺癌的研究取得一些進步，可以作為探索犬乳腺腫瘤的基礎，可以作為探索circRNA在犬乳腺腫瘤分子機制的借鑒[29]。

犬乳腺腫瘤和人乳腺癌有許多相似之處，如組織病理學特征、分子模式、臨床分期等[30]。此外，犬復合癌在分子水平上為人乳腺癌的基礎研究提供不可或缺的模型[31]。一些在人乳腺癌上表達的基因和蛋白，被證實同樣出現在犬乳腺腫瘤中，更加表明揭示人乳腺癌發生發展的circRNA在犬乳腺腫瘤分子機制研究的可借鑒性。例如CA15-3的表達在人乳腺癌的進展中具有重要作用。有研究表明，犬血清中的CA15-3同樣可以作為犬乳腺腫瘤早期診斷和預后評估的生物標志物，而且CA15-3的表達與腫瘤組織學分級密切相關，可評估犬乳腺腫瘤惡性程度[32]。犬乳腺腫瘤與人乳腺癌在分子基礎上具有相似性，所以借鑒于人乳腺癌的研究成果，犬乳腺腫瘤應該在分子機制層面上有更深入的研究，而circRNA具有特殊的生物學特性和在癌癥方面有出色的功能作用，因此犬乳腺腫瘤在circRNA上的深入研究具有很好的前景。

3 circRNA在犬乳腺腫瘤分子機制的研究優勢

目前尚沒有早期檢測和治療犬乳腺腫瘤的有效方法，從分子上揭示犬乳腺腫瘤的發生發展機制成為迫切需要。臨床獸醫對犬乳腺腫瘤病例的檢查越來越全面詳細，對病例的信息收集也越來越來規范和全面，對從分子機制上全面分析犬乳腺腫瘤的進展有很大幫助。此外，分子生物信息學技術的進步和普及都極大地推動犬乳腺腫瘤分子機制的研究，充實circRNA在犬乳腺腫瘤分子機制上研究的理論基礎。研究已經表明，在犬的轉移性腫瘤與非轉移性腫瘤之間的miRNA表達顯著差異，而且差異表達的miRNA構成潛在的轉移標志物[33]。此外，circRNA與miRNA存在復雜的相互作用網絡，闡明circRNA在這些互作網絡中的功能作用將是揭示犬乳腺腫瘤分子機制的關鍵。目前，在人乳腺癌上發現的circRNA可能在今后犬乳腺腫瘤的早期診斷、病情監測及預后判斷等方面作為潛在的生物學標志物，也為犬乳腺腫瘤的診斷、治療和機制研究提供新思路。這些都極大地推動circRNA在犬乳腺腫瘤分子機制上的研究。目前，還沒有關于circRNA在犬乳腺腫瘤的深入研究，所以circRNA在犬乳腺腫瘤分子機制上的研究仍然是一個空缺。

4 展望

隨著circRNA領域被不斷探索，越來越多的circRNA被發現，分子學技術和生物信息學技術的發展使得circRNA數據庫不斷完善，同時有關circRNA的生物學功能的報道也越來越多，circRNA與犬乳腺腫瘤的關系也將得到更深入的研究。circRNA分子有復雜的調控網絡，使得circRNA在犬乳腺腫瘤的診斷和治療中具有很大的潛在價值，針對犬乳腺腫瘤上circRNA的分子機制研究有望發現更多新型腫瘤標志物，犬乳腺腫瘤標志物的檢測方法也將變得更加便捷。