胃癌分子標(biāo)志物環(huán)狀RNA研究進(jìn)展*

魯彥 李德紅 綜述 楊偉林 審校

環(huán)狀RNA（circular RNA，circRNA）是廣泛存在于人類、嚙齒類動(dòng)物等不同物種細(xì)胞中結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、高度保守、表達(dá)量豐富、可充當(dāng)微小RNA （micro RNA，miRNA）海綿、具有剪切和轉(zhuǎn)錄調(diào)控、親代基因修飾功能的內(nèi)源性單鏈閉合circRNA[1-3]。circRNA分為外顯子circRNA、內(nèi)含子circRNA、外顯子-內(nèi)含子circ-RNA、反義鏈circRNA、基因間circRNA和基因內(nèi)circRNA等種類，具有穩(wěn)定性、保守性、亞細(xì)胞定位、組織和時(shí)空特異性、多樣性等線性RNA不具有的特點(diǎn)[4-5]。circRNA在胃癌組織差異化表達(dá)，與胃癌細(xì)胞的增殖和胃癌進(jìn)展密切相關(guān)，提示circRNA可作為胃癌早期診斷和預(yù)后的生物學(xué)指標(biāo)，并可作為新的治療靶點(diǎn)。

1 circRNA的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、合成和功能

circRNA分子是以共價(jià)鍵方式結(jié)合的單鏈閉合circRNA（圖1），分子結(jié)構(gòu)中沒(méi)有5’-帽和3’-多聚腺苷酸A尾（poly A），主要存在于細(xì)胞質(zhì)中[6]。circRNA的長(zhǎng)度平均為500個(gè)核苷酸，大部分circRNA少于1 500個(gè)核苷酸[7-8]。根據(jù)circRNA的來(lái)源序列，分為6類[7,9]：外顯子circRNA、內(nèi)含子circRNA、外顯子-內(nèi)含子circRNA、反義鏈circRNA、基因間circRNA和基因內(nèi)circRNA。與線性RNA結(jié)構(gòu)不同，circRNA具有獨(dú)特的閉合環(huán)狀結(jié)構(gòu)，因此也擁有線性RNA不具備的穩(wěn)定性、保守性、亞細(xì)胞定位、組織和時(shí)空特異性、多樣性等特點(diǎn)。circRNA主要通過(guò)3種方式合成[5,10-11]：1）套索驅(qū)動(dòng)的環(huán)化：剪接供體和剪接受體之間共價(jià)結(jié)合，形成一個(gè)含有外顯子的套索（圖1B）；2）內(nèi)含子配對(duì)驅(qū)動(dòng)的循環(huán)：內(nèi)含子互補(bǔ)的堿基對(duì)使相鄰的兩個(gè)外顯子靠在一起。外顯子和內(nèi)含子被剪接體切斷，形成circRNA（圖1C）；3）內(nèi)含子環(huán)化：內(nèi)含子從pre-mRNA上裂解形成circRNA（圖1D）。circRNA主要功能：1）作為miRNA海綿觸發(fā)對(duì)mRNA切割或阻遏mRNA翻譯（圖1E）；2）選擇性剪切調(diào)控與premRNA的線性剪接競(jìng)爭(zhēng)剪接位點(diǎn)[12]；3）調(diào)節(jié)親代基因轉(zhuǎn)錄（圖1G）；4）作為蛋白質(zhì)翻譯模板，參與某些蛋白質(zhì)的翻譯（圖1F），有翻譯功能的circRNA可能在人類轉(zhuǎn)錄體中較為普遍。

圖1 circRNA結(jié)構(gòu)、合成方式和主要功能

2 circRNA和胃癌密切相關(guān)

大量研究表明circRNA在胃癌的發(fā)生發(fā)展過(guò)程中起重要作用。與癌旁組織比較，胃癌組織內(nèi)circRNA大量差異化表達(dá)，提示circRNA能夠用于胃癌診斷或作為胃癌治療的靶點(diǎn)（表1）。

表1 不同circRNA在胃癌患者血液或胃癌組織中的表達(dá)方式、靶基因及其在胃癌增殖和進(jìn)展中的作用

2.1 胃癌組織circRNA差異化表達(dá)且與胃癌的增殖和進(jìn)展密切相關(guān)

與癌旁組織或正常組織比較，不同種類的circRNA在胃癌組織中表達(dá)不一致，部分circRNA上調(diào)，部分circRNA下調(diào)，提示circRNA在胃癌的發(fā)病過(guò)程中作用可能不一致。1）部分circRNA胃癌組織中表達(dá)上調(diào)，且與胃癌患者TNM分期呈正相關(guān)。與癌旁組織比較hsa_circRNA_102 958[13]、circRNA_0005075[14]、circRNA_100 876[15]、circRNA_0023642[16]在胃癌組織和細(xì)胞系中表達(dá)上調(diào)，且與胃癌患者的TNM呈正相關(guān)。2）與健康對(duì)照組血漿、癌旁組織和正常細(xì)胞株比較，hsa_circ_0000520[17]、circRNA_100 269[18]、hsa_circ_0067582[19]、circPSMC3[20]、circRNA CDR1as[21]、hsa_circ_0000745[22]在胃癌組織、血漿和胃癌細(xì)胞系中表達(dá)顯著下調(diào)。

目前研究認(rèn)為，胃癌組織circRNA主要通過(guò)以下機(jī)制參與胃癌發(fā)病。

2.1.1 circRNA作為癌基因 circRNA通過(guò)miRNA/p53/EMT軸等機(jī)制促進(jìn)胃癌增殖、遷移。 circRNA_0005075通過(guò)與miR-431海綿作用參與胃癌發(fā)病。circRNA_0005075在胃癌組織和細(xì)胞系中顯著上調(diào)，circRNA_0005075通過(guò)和miR-431的海綿作用促進(jìn)胃癌細(xì)胞增殖和轉(zhuǎn)移，導(dǎo)致胃癌患者預(yù)后差。沉默circRNA_0005075可以削弱對(duì)miR-431的海綿作用，上調(diào)p53的表達(dá)，降低胃癌細(xì)胞內(nèi)bcl-2，增加細(xì)胞內(nèi)Bax，阻斷上皮細(xì)胞-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化（epithelialmesenchymal transition，EMT）信號(hào)通路，最終抑制胃癌的腫瘤發(fā)生[14]。 Chen等[23]研究表明，circPVT1在胃癌組織和細(xì)胞系表達(dá)均上調(diào)，其機(jī)制可能和circPVT1通過(guò)與miR-125家族的海綿作用啟動(dòng)細(xì)胞增生有關(guān)。circPVT1可能是胃癌的增殖和進(jìn)展因子。circRNA_100 876促進(jìn)胃癌細(xì)胞增殖、侵襲和遷移。抑制circRNA_100 876能夠抑制胃癌細(xì)胞株AGS和SGC7901細(xì)胞增殖、遷移。遷移和侵襲增強(qiáng)子（migration and invasion enhancer 1，MIEN1）是一種在多種人類癌癥中過(guò)表達(dá)的膜相關(guān)蛋白。circRNA_100 876通過(guò)與miR-136的海綿作用阻滯miR-136對(duì)相應(yīng)靶點(diǎn)MIEN1的抑制作用。MIEN1表達(dá)和胃癌預(yù)后呈負(fù)相關(guān)。敲除circRNA_100 876下調(diào)胃癌細(xì)胞系A(chǔ)GS和SGC7901中MIEN1的表達(dá)，轉(zhuǎn)染anti-miR-136質(zhì)粒逆轉(zhuǎn)敲除circRNA_100 876下調(diào)AGS和SGC7901中MIEN1表達(dá)的作用。這些結(jié)果表明circRNA_100 876通過(guò)與miR-136海綿作用調(diào)控胃癌細(xì)胞MIEN1表達(dá)[15]。

2.1.2 circRNA作為抑癌基因抑制腫瘤細(xì)胞增殖和遷移 circPSMC3可抑制MGC823和AGS細(xì)胞系的細(xì)胞增殖[20]；相反，si-circPSMC3可促進(jìn)BGC823和SGC7901細(xì)胞系增殖。進(jìn)一步的研究表明，circPSMC3通過(guò)miR-296-5p的海綿作用，調(diào)控磷酸酶和Tensin同源物（PTEN）的表達(dá)，進(jìn)而抑制胃癌細(xì)胞的增殖[20]。胃癌組織中circRNA_100 269及其線性異構(gòu)體LPHN2 mRNA表達(dá)水平下調(diào)[18]。circRNA_100 269通過(guò)與miR-630的海綿作用，抑制細(xì)胞增殖。將miR-630模擬物轉(zhuǎn)染到過(guò)表達(dá)circRNA_100 269的胃癌細(xì)胞株能抑制circRNA_100 269的功能。circRNA_100 269在胃癌中下調(diào)，且與miR-630呈負(fù)相關(guān)[18]。hsa_circ_0027599 （circ_0027599）在胃癌患者和胃癌細(xì)胞中表達(dá)明顯下調(diào)。circ_0027599過(guò)表達(dá)抑制胃癌細(xì)胞的增殖和轉(zhuǎn)移，circ_0027599通過(guò)與miR-101-3p的海綿作用調(diào)控Pleckstrin同源結(jié)構(gòu)域家族A成員1（PHLDA1），進(jìn)而抑制胃癌細(xì)胞生存和轉(zhuǎn)移[24]。

2.1.3 影響細(xì)胞周期、通過(guò)EMT等其他機(jī)制參與胃癌發(fā)病 hsa_circ_0000096具有致癌活性，與胃癌患者性別、腫瘤侵襲和TNM分期相關(guān)。敲除hsa_circ_0000096能降低cyclin D1、CDK6、MMP-2和MMP-9表達(dá)使胃癌細(xì)胞處于G0/G1期，抑制胃癌細(xì)胞增殖和遷移[25]。circRNA_0023642通過(guò)EMT信號(hào)通路促進(jìn)胃癌細(xì)胞增殖、遷移、侵襲，抑制細(xì)胞凋亡。下調(diào)circRNA_0023642能降低N-鈣黏蛋白和波形蛋白表達(dá)，促進(jìn)e-cadherin mRNA和蛋白表達(dá)[16]。

2.2 circRNA是胃癌早期診斷和預(yù)后潛在的生物學(xué)標(biāo)志

有研究在人類唾液、胃液、血漿等成分中檢測(cè)出與疾病相關(guān)的circRNA。測(cè)序技術(shù)和生物技術(shù)的不斷發(fā)展表明circRNA具有作為胃癌診斷標(biāo)志物的潛力，能為胃癌的早期診斷提供新思路。circRNA不僅能作為胃癌早期診斷的指標(biāo)，也能作為胃癌預(yù)后的指標(biāo)。胃癌患者組織和血漿樣本中hsa_circ_0000181顯著低于癌旁組織和健康人群血漿標(biāo)本[26]，血漿標(biāo)本中hsa_circ_0000181降低的程度與胃癌分化程度、CEA水平相關(guān)；組織中hsa_circ_0000181的表達(dá)與腫瘤直徑、淋巴轉(zhuǎn)移、遠(yuǎn)端轉(zhuǎn)移及CA19-9水平相關(guān)，表明胃癌患者血漿和組織hsa_circ_0000181可能是一種可靠的胃癌診斷指標(biāo)。與相鄰組織和正常胃上皮細(xì)胞相比，胃癌組織和胃癌細(xì)胞系中hsa_circ_0000096和hsa_circ_0003159下調(diào)，兩種circRNA的表達(dá)水平與患者的性別、侵襲、TNM分期等病理特征有關(guān)[25，27-28]。其他的研究表明，circRNA與胃癌患者預(yù)后有關(guān)，可作為術(shù)后隨訪的標(biāo)志物。血漿hsa_ circ_0001649水平與腫瘤分化有顯著相關(guān)性。與術(shù)前血漿標(biāo)本相比，術(shù)后hsa_circ_0001649表達(dá)上調(diào)，提示hsa_ circ_0001649可作為胃癌患者術(shù)后隨訪標(biāo)志物[29]。胃癌前病變、胃癌組織中、胃癌細(xì)胞系（AGS、BGC-823、HGC-27、MGC-803、SGC-7 901）中hsa_circ_0001895表達(dá)較健康組織和正常胃上皮細(xì)胞顯著下調(diào)且與胃癌細(xì)胞分化、Borrmann類型、CEA水平相關(guān)[30]。Yu等[19]研究表明，與正常組織相比，胃癌組織中hsa_circ_0067582水平明顯降低。hsa_circ_0067582診斷胃癌的曲線下面積（area under the curve，AUC）為0.693 7，敏感度為66.67%，特異度為61.29%。hsa_circ_0067582與腫瘤直徑和糖類抗原19-9有明顯相關(guān)性。同時(shí)，低水平組胃癌患者術(shù)后預(yù)后較好。hsa_circ_0067582可能是胃癌診斷和預(yù)后評(píng)估的潛在生物標(biāo)志物。

3 circRNA是胃癌治療的新靶點(diǎn)

越來(lái)越多的證據(jù)表明，circRNA在胃癌細(xì)胞的增殖和進(jìn)展中發(fā)揮重要作用，是未來(lái)胃癌治療的靶點(diǎn)。目前部分抗腫瘤藥物通過(guò)circRNA發(fā)揮作用。1）干預(yù)circRNA表達(dá)，提高抗腫瘤藥物敏感度。黃獨(dú)素B（Diosbulbin-B，DB）是薯蕷科薯蕷屬植物黃獨(dú)的有效成分，廣泛應(yīng)用于胃癌治療。研究表明DB顯著降低胃癌細(xì)胞circRNA CDR1as水平。DB通過(guò)下調(diào)circRNA CDR1as表達(dá)、上調(diào)miR-7-5p表達(dá)，減輕circRNA CDR1as對(duì)miR-7-5p的海綿作用抑制胃癌細(xì)胞REGgamma的表達(dá)，抑制胃癌細(xì)胞增殖并促進(jìn)胃癌細(xì)胞凋亡[21]。順鉑是治療胃癌最常用的藥物。有研究表明，circAKT3在順鉑耐藥的患者胃癌組織和細(xì)胞中表達(dá)高于順鉑敏感患者組織和細(xì)胞。在接受順鉑治療的胃癌患者中，circAKT3的上調(diào)與侵襲性特征顯著相關(guān)，是無(wú)病生存的獨(dú)立危險(xiǎn)因素。circAKT3促進(jìn)DNA損傷修復(fù)，抑制胃癌細(xì)胞的凋亡。進(jìn)一步機(jī)制研究表明，circAKT3通過(guò)與miR-198的海綿作用促進(jìn)PIK3R1表達(dá)[31]。紫杉醇是治療胃癌的一線化療藥物，但其耐藥性降低了治療效果。Liu等[32]研究顯示circPVT1在紫杉醇耐藥的胃癌組織和細(xì)胞中表達(dá)上調(diào)。下調(diào)circPVT1通過(guò)與miR-124-3p海綿作用上調(diào)鋅指蛋白E-box結(jié)合同源框1（ZEB1）表達(dá)提高耐紫杉醇治療胃癌的敏感度，提示了一種針對(duì)胃癌的潛在治療策略。2）人工合成circRNA，通過(guò)與促進(jìn)胃癌細(xì)胞增殖、侵襲的miRNA之間的海綿作用，達(dá)到治療胃癌的目的。Liu等[33]通過(guò)人工合成耐核酸酶消化的circRNA。人工合成的circRNA作為miR-21海綿，通過(guò)抑制miR-21及其下游DAXX等蛋白靶的活性抑制胃癌細(xì)胞增殖。合成circRNA通過(guò)海綿作用抑制miRNA是一種簡(jiǎn)單、有效、方便的體外實(shí)現(xiàn)miRNA功能靶向喪失的策略，在人類患者中具有潛在的治療應(yīng)用前景。

4 結(jié)語(yǔ)

在中國(guó)胃癌是僅次于肺癌和肝癌的第三種發(fā)病率最高的腫瘤。科技進(jìn)步使得胃癌早診斷、早治療取得了重大進(jìn)步，胃癌患者5年生存率明顯提高。雖然在過(guò)去的幾十年里，胃癌治療取得了巨大進(jìn)展。然而，胃癌的發(fā)病率和死亡率仍居高不下。生物學(xué)方法和信息學(xué)技術(shù)的發(fā)展促進(jìn)了大量與胃癌相關(guān)的circRNA的識(shí)別和研究。circRNA作為胃癌診斷和預(yù)后的生物標(biāo)志物以及新的治療靶點(diǎn)具有很大潛力。雖然目前對(duì)胃癌患者中circRNA的循環(huán)、降解、細(xì)胞定位和功能的精確機(jī)制尚不清楚，但隨著研究深入，上述有關(guān)circRNA的問(wèn)題終將被解決，基于circRNA的新型診療策略將在未來(lái)有效地服務(wù)于臨床實(shí)踐。