環(huán)狀RNA在腫瘤中的治療進(jìn)展

姚瑤 郭琳瑯

綜 述

環(huán)狀RNA在腫瘤中的治療進(jìn)展

姚瑤 郭琳瑯

環(huán)狀RNA(circRNA)是一種大量存在于生物中的非編碼RNA，因其特殊的環(huán)狀結(jié)構(gòu)得名。近年來發(fā)現(xiàn)，circRNA具有高豐度性、穩(wěn)定性、保守性的特點(diǎn)，并且能夠作為微小RNA(miRNA)的“海綿”、RNA結(jié)合蛋白(RBP)以及轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)功能參與到基因的表達(dá)調(diào)控中去，從而對宮頸癌、食管癌、結(jié)腸癌等惡性腫瘤的發(fā)生發(fā)展起到重要作用。本文總結(jié)了circRNA與腫瘤方面的前沿及經(jīng)典研究，闡述了circRNA的生成、生物學(xué)功能、在腫瘤中的作用及臨床治療中的意義。

環(huán)狀RNA;長鏈非編碼RNA;惡性腫瘤;臨床治療

惡性腫瘤是病死率極高的疾病之一，在最新的2012年流行病學(xué)統(tǒng)計(jì)中，全世界有1.41千萬人新發(fā)惡性腫瘤疾病，820萬人致死，而中國新發(fā)惡性腫瘤病例約358.6萬人，死亡病例218.7萬人［1-2］。所以，腫瘤的發(fā)生發(fā)展及治療一直是全世界的研究熱點(diǎn)，但是在腫瘤的預(yù)測和治療等研究上還有很長的一段路要走。

非編碼RNA(ncRNA)是一類不能編碼蛋白質(zhì)的RNA的總稱，根據(jù)大小可以分為兩大類，一類是小RNA，長度不超過200 nt，包括微小RNA(miRNA)，Piwi蛋白相互作用RNA(piRNA)和核仁小分子RNA(snoRNA)，另一類是長鏈RNA，長度大于200 nt［3］。近年來，大量研究報(bào)道ncRNA在生物的正常發(fā)育調(diào)控和疾病發(fā)生中起到重要作用，并且發(fā)現(xiàn)ncRNA可以在表觀遺傳調(diào)控、轉(zhuǎn)錄調(diào)控以及轉(zhuǎn)錄后調(diào)控等多種層面來調(diào)控蛋白編碼基因，進(jìn)而在腫瘤的預(yù)測、治療、預(yù)后中具有重要意義［4-9］。

環(huán)狀RNA(circRNA)于20世紀(jì)70年代就有學(xué)者在某些高等植物中發(fā)現(xiàn)，但在其后的20年里，circRNA一直被認(rèn)為是沒有明顯生物學(xué)功能的ncRNA，是細(xì)胞內(nèi)的“暗物質(zhì)”［10-11］。但是隨著第二代RNA測序的到來，人們發(fā)現(xiàn)，circRNA是區(qū)別于線性RNA的一類新型RNA，它的3’端和5’端是鏈接在一起的，構(gòu)成了具有閉合環(huán)狀結(jié)構(gòu)，并且circRNA大量存在于真核轉(zhuǎn)錄組中［12-14］。circRNA雖然還有很多未知需要我們探索，但它在腫瘤研究中具有重要的未來前景。本文將就circRNA在腫瘤中的表達(dá)、發(fā)揮的功能、介導(dǎo)的通路、臨床治療及發(fā)展前景進(jìn)行探討。

1 circRNA生成及生物學(xué)功能

目前circRNA的生成主要有兩種模型:套索驅(qū)動的環(huán)化和內(nèi)含子驅(qū)動的環(huán)化，又被稱為外顯子跳讀和直接反向剪切。這兩種模型生成circRNA的構(gòu)成不同，套索驅(qū)動的環(huán)化由外顯子構(gòu)成的剪切受體和剪切供體共價(jià)結(jié)合，再由剪切體切除內(nèi)含子形成circRNA;而內(nèi)含子驅(qū)動的環(huán)化由內(nèi)含子互補(bǔ)配對結(jié)合構(gòu)成，是circRNA生成的主要方式［12，15］。

circRNA的生物學(xué)功能與miRNA有關(guān)。以競爭性抑制機(jī)制形成調(diào)控作用網(wǎng)絡(luò)［16］。miRNA是一類內(nèi)生的、長度約21個(gè)左右核苷酸的小RNA，目前大量關(guān)于miRNA的研究證明，miRNA可以作為參與調(diào)控基因表達(dá)的分子，可以與靶基因轉(zhuǎn)錄體序列互補(bǔ)結(jié)合，從而對腫瘤的發(fā)生發(fā)展有巨大作用［17-18］。而在2013年Hansen等［19］和Memczak等［13］發(fā)現(xiàn)，circRNA在腫瘤中可以作為“海綿”來阻斷及競爭性抑制miRNA來發(fā)揮作用，因此circRNA可以作為內(nèi)源性競爭RNA參與到腫瘤的發(fā)病(或病理)機(jī)制中。有研究發(fā)現(xiàn)環(huán)狀RNA-7(ciR-7)的序列上存在多于60個(gè)的保守結(jié)合位點(diǎn)與miR-7結(jié)合，并且在細(xì)胞質(zhì)中大量存在，可以與細(xì)胞中超過20 000個(gè)miR-7結(jié)合，從而影響了miR-7在細(xì)胞中的轉(zhuǎn)錄抑制功能［13，20］。circRNA SRY也被發(fā)現(xiàn)有6個(gè)結(jié)合位點(diǎn)，從而作為miR-138“海綿”［20-21］。有研究者在哺乳動物中發(fā)現(xiàn)，circRNA保守序列上和上千個(gè)miRNA存在匹配［22］。而已有大量實(shí)驗(yàn)證明miRNA可以轉(zhuǎn)錄或下調(diào)靶基因，從而對腫瘤的發(fā)生發(fā)展具有重要作用［23-26］。

研究顯示circRNA可以通過競爭性抑制miRNA來參與介導(dǎo)腫瘤的信號通路中去。例如在宮頸癌細(xì)胞中差異表達(dá)的ciRS-7，可以作為miR-7結(jié)合的海綿在腫瘤細(xì)胞中發(fā)揮生物學(xué)功能，而miR-7可能促進(jìn)基因α-突觸核蛋白(α-synuclein)、X連鎖凋亡抑制蛋白(XIAP)及表皮生長因子受體(EGFR)的表達(dá)，而XIAP促進(jìn)了轉(zhuǎn)化生長因子-β(TGF-β)/smad信號通路的發(fā)生。miR-7還可以在乳腺癌和肝癌中靶向FAK24和胰島素樣生長因子-1受體(IGF1R)基因表達(dá)而上調(diào)上皮細(xì)胞鈣粘蛋白(EC)，從而抑制上皮間質(zhì)化轉(zhuǎn)換(EMT)發(fā)生［27-31］。Li等［32］報(bào)道了循環(huán)RNA-ITCH(cir-ITCH)在食管鱗癌中可以和miR-7，miR-17和miR-214競爭性抑制ITCH的表達(dá)，并且影響散亂蛋白2(Dvl2)泛素化從而影響Wnt(wingless/int)信號通路。cir-ITCH在結(jié)直腸癌中同樣介導(dǎo)抑制Wnt/β-連環(huán)蛋白(Wnt/β-catenin)信號通路［33］。見表1。

表1 circRNA相關(guān)腫瘤信號通路

circRNA不光可以作為miRNA的“海綿”，有報(bào)道發(fā)現(xiàn)circRNA可以抑制RNA結(jié)合蛋白(RBP)的表達(dá)，例如hsa_circ_0024707有85個(gè)位點(diǎn)可以和Argonaute2(AGO2)結(jié)合，circ_0000020 可以作為HuR和脆性X智力低下蛋白(FMRP)的“海綿”，這些circRNA可能參與到RBP的儲存、運(yùn)輸中，作為一種競爭原件參與到RBP的調(diào)節(jié)中去，進(jìn)而影響生物學(xué)功能［34-35］。還有一類circRNA被發(fā)現(xiàn)位于細(xì)胞核內(nèi)，并且直接參與腫瘤基因的調(diào)控轉(zhuǎn)錄，例如ci-ankrd52和ci-sirt7可以與聚合酶Ⅱ(PolⅡ)復(fù)合體相互作用，從而影響靶基因的轉(zhuǎn)錄，雖然具體機(jī)制尚不清楚［36］。還有一類被命名為外顯子-內(nèi)含子環(huán)狀RNA(EIciRNA)，此類ncRNA可以通過招募U1小RNA蛋白復(fù)合物(U1 snRNP)來促進(jìn)基因轉(zhuǎn)錄的起始從而調(diào)控其自身所在的基因的表達(dá)，而在該報(bào)道中circ-EIF3J和circ-PAIP2通過上述作用參與了對宮頸癌細(xì)胞的調(diào)控［37-38］。另外有報(bào)道，circRNA通過結(jié)合位點(diǎn)MBL從而反向調(diào)控前體mRNA(pre-mRNA)剪切而影響腫瘤壞死因子α(TNF-α)或者腫瘤壞死因子β(TNF-β)的生成［14-15，39］。

2 circRNA與腫瘤

通過高通量測序和生物信息學(xué)分析，已經(jīng)證明有大量的circRNA存在，并且通過實(shí)驗(yàn)證明大部分是存在在細(xì)胞質(zhì)中。已有很多關(guān)于circRNA的數(shù)據(jù)庫平臺出現(xiàn)，如CircNet數(shù)據(jù)庫報(bào)道，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了212 950個(gè)circRNA，而在nc2Cancer數(shù)據(jù)庫中，報(bào)道已收錄了172個(gè)circRNA和人類的31種惡性腫瘤相關(guān)，Liu等［40］通過CircNet數(shù)據(jù)庫搜索發(fā)現(xiàn)了circ-ZEB1.5、 circ-ZEB1.19、 circZEB-1.17和 circ-ZEB1.33在肺癌中表達(dá)低于正常組織。有學(xué)者利用生物學(xué)分析比較不同部位的乳腺癌小鼠circRNA表達(dá)發(fā)現(xiàn)，有6 824和4 523個(gè)circRNA存在于不同乳腺癌階段的小鼠乳腺組織中，還有學(xué)者報(bào)道了circ-EIF3J、circ-PAIP2、circ-FUNDC1在宮頸癌細(xì)胞中顯著表達(dá);用反轉(zhuǎn)錄-聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)(RT-PCR)技術(shù)發(fā)現(xiàn)cir-ITCH在食管鱗癌和結(jié)直腸癌中下調(diào)，hsa_circ_002059 被報(bào)道在胃癌中表達(dá)低于正常組織，circ_0001649同樣在肝癌中表達(dá)低于正常組織［41-43］。近年來研究最多的ciRS-7在成神經(jīng)細(xì)胞瘤、星形細(xì)胞瘤、肺癌、宮頸癌細(xì)胞中均有差異表達(dá)。circRNA不僅在腫瘤細(xì)胞中大量存在并差異表達(dá)，而且在臨床中可以通過血液、唾液、臨床標(biāo)本等不同方式中檢測出表達(dá)情況，并且與腫瘤分期、生存率、性別等因素相關(guān)［44］。另外，也有研究報(bào)道circRNA與腫瘤的耐藥相關(guān)，Guarnerio等［45］報(bào)道在白血病小鼠模型中，f-circM9可以促進(jìn)腫瘤的發(fā)展且具有一定的耐藥作用。

3 circRNA檢測的臨床意義

circRNA具有以下幾個(gè)特性:① 普遍性:存在在各種不同生物中，例如人和鼠。② 保守性:由于結(jié)構(gòu)的3’端和5’端鏈接在一起(外顯子構(gòu)成的circRNA)或2’端和5’端鏈接在一起(內(nèi)含子構(gòu)成的circRNA)，使之在真核生物中具有保守基因，亞型很少。③ 高豐度性:大量存在在正常細(xì)胞和癌細(xì)胞內(nèi)，98%的外顯子表達(dá)生成circRNA。Memczak等［9］發(fā)現(xiàn)特異表達(dá)的circRNA在人類細(xì)胞中有1 950，鼠類中有1 903，線蟲中有724。④ 穩(wěn)定性:它的環(huán)狀結(jié)構(gòu)特性使之不被脫枝酶(DBE)和RNA核酸內(nèi)切酶(REN)降解，并且半衰期最長可到48 h，而mRNA平均半衰期只有10 h［46-47］。因?yàn)閏ircRNA的普遍性、高豐度性、保守性、穩(wěn)定性，已有報(bào)道circRNA在腫瘤患者腫瘤樣本和血液中可以得到，并作為腫瘤診斷和預(yù)防的生物標(biāo)記物。例如hsa_circ_002059在胃癌組織中表達(dá)量明顯低于周圍無瘤組織，可以作為潛在的標(biāo)記物應(yīng)用于胃癌的早期診斷中;hsa_circ_0001649 可以應(yīng)用于肝癌的早期診斷中等［41-42］。

4 展望

circRNA是ncRNA家族中的一員，隨著近年來對腫瘤細(xì)胞的研究發(fā)現(xiàn)，circRNA可以通過對miRNA、RBP的競爭抑制和轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)而對腫瘤發(fā)揮功能，并且circRNA參與了多個(gè)腫瘤信號通路的調(diào)控，與癌癥的耐藥也有一定關(guān)系，證明了circRNA可能在腫瘤研究中占有重要地位。因?yàn)閏ircRNA具有穩(wěn)定、保守、高豐度等特點(diǎn)，不久的將來可以作為臨床預(yù)測和診斷腫瘤標(biāo)記物，并且為腫瘤靶向藥物的開發(fā)和腫瘤治療提供新思路。雖然目前研究circRNA仍存在許多技術(shù)困難，但circRNA必將成為腫瘤研究的一大分支。

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(本文編輯:李銀平)

510282 廣州，南方醫(yī)科大學(xué)珠江醫(yī)院病理科

郭琳瑯，Email:linlangg@yahoo.com

10.3969/j.issn.1674-7151.2016.04.015

2016-10-25)