環(huán)狀RNA的生物學(xué)功能及其在腫瘤發(fā)生中的作用

謝依，李田文，莫小燕，郭俊明

寧波大學(xué)醫(yī)學(xué)院生物化學(xué)與分子生物學(xué)研究所 浙江省病理生理學(xué)技術(shù)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江 寧波 315211

環(huán)狀RNA的生物學(xué)功能及其在腫瘤發(fā)生中的作用

謝依，李田文，莫小燕，郭俊明

寧波大學(xué)醫(yī)學(xué)院生物化學(xué)與分子生物學(xué)研究所 浙江省病理生理學(xué)技術(shù)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江 寧波 315211

謝依, 李田文, 莫小燕, 等. 環(huán)狀RNA的生物學(xué)功能及其在腫瘤發(fā)生中的作用. 生物工程學(xué)報(bào), 2016, 32(11): 1507-1518.

Xie Y, Li TW, Mo XY, et al. Circular RNAs and their roles in tumorigenesis. Chin J Biotech, 2016, 32(11): 1507-1518.

近年來，隨著RNA研究技術(shù)的進(jìn)步，研究者們在多種生物中發(fā)現(xiàn)了數(shù)量眾多的環(huán)狀RNA，且發(fā)現(xiàn)它們具有重要的生物學(xué)功能。環(huán)狀RNA來源于內(nèi)含子或外顯子，可以充當(dāng)微小RNA海綿，還能與蛋白質(zhì)相結(jié)合，從而參與基因表達(dá)調(diào)控并影響蛋白質(zhì)的功能，此外，個(gè)別環(huán)狀RNA甚至能編碼蛋白質(zhì)。更重要的是，環(huán)狀RNA在腫瘤 (如：胃癌、肝癌、結(jié)直腸癌、乳腺癌、宮頸癌和卵巢癌等) 的發(fā)生和發(fā)展過程中起著重要的調(diào)控作用。因此，環(huán)狀RNA有希望成為腫瘤診斷的標(biāo)志物和治療的新靶點(diǎn)。

環(huán)狀RNA，微小RNA海綿，腫瘤，發(fā)生

環(huán)狀RNA (Circular RNA, circRNA) 是廣泛存在于轉(zhuǎn)錄組中的一類閉合環(huán)狀的RNA分子。參與生物體多種生命活動的調(diào)控。circRNA不易被核酸酶降解，比線性RNA更穩(wěn)定，可能是一種較為理想的疾病診斷標(biāo)志物。

隨著轉(zhuǎn)錄組研究的深入和RNA測序技術(shù)的發(fā)展，科研工作者在生物體內(nèi)檢測到大量的circRNA。它們與蛋白質(zhì)相互作用可以影響細(xì)胞周期進(jìn)程、細(xì)胞衰老和凋亡等基本生命活動。另外，circRNA還與胃癌、結(jié)直腸癌、乳腺癌、膽管癌、胰腺癌和卵巢癌等腫瘤的發(fā)生和發(fā)展有著直接或間接的聯(lián)系。本文針對國內(nèi)外circRNA的最新研究進(jìn)展，對其種類、生物合成、特征、功能及其與腫瘤的關(guān)系作一綜述。

表1 環(huán)狀RNA在生物體的分布情況Table 1 Distribution of circRNAs among organisms

1 環(huán)狀RNA的分類

circRNA是一類長期被忽視的、卻具有重要生物學(xué)功能的RNA分子。早在1976年，第一個(gè)circRNA就在病毒中被發(fā)現(xiàn)[1]。隨后，研究者們在不同種類的生物體中發(fā)現(xiàn)了越來越多的circRNA，包括古生菌circRNA[2-3]、小鼠circRNA[4]以及人類circRNA[5]等。

通過RNA測序、單細(xì)胞RNA測序等技術(shù)，科研人員已經(jīng)在多種生物體中發(fā)現(xiàn)了數(shù)目可觀的circRNA[6-13](表1)。

目前發(fā)現(xiàn)的circRNA根據(jù)其來源主要分為3類：內(nèi)含子序列形成的circRNA (Circular intronic RNA, ciRNA)[14]、外顯子序列形成的circRNA(Exonic circular RNA, ecircRNA)[6-7,15-16]以及內(nèi)含子序列和外顯子序列共同形成的circRNA (Exon-intron circular RNA, EIciRNA)[17]。人類和小鼠的絕大部分circRNA來自編碼基因[7,18]。

圖1 環(huán)狀RNA的生成形式Fig. 1 Models of circRNA formation.

2 環(huán)狀RNA的生物合成

circRNA在單細(xì)胞生物中主要來自前核糖體RNA基因轉(zhuǎn)錄本的自我剪接[19]，但是在古生菌中則由蛋白質(zhì)編碼基因轉(zhuǎn)錄生成[3]。動物中circRNA主要來源自剪接體中同一外顯子5＇端和下游3＇序列環(huán)化而成[18]。3種circRNA的生成方式各不相同 (圖1)。

在ecircRNA的形成過程中，最常見的方式是索尾剪接。大致分為兩步：首先，待環(huán)化外顯子分叉點(diǎn)上游的2＇-羥基攻擊其下游5＇剪接位點(diǎn)，形成一個(gè)Y型結(jié)構(gòu)的中間產(chǎn)物；其次，待環(huán)化外顯子第一步新形成的3＇-羥基末端攻擊上游3＇剪接位點(diǎn)，最后釋放一個(gè)環(huán)狀RNA[20]。而在形成ecircRNA時(shí)，保留了內(nèi)含子序列則會產(chǎn)生EIciRNA。

索尾剪接時(shí)，circRNA的形成依賴側(cè)翼的互補(bǔ)序列，包括重復(fù)的或者非重復(fù)元件，序列的完美配對有利于circRNA的高效形成[15]。另外，剪切位點(diǎn)之間應(yīng)該彼此靠近才能促進(jìn)索尾剪接。這一步盡管機(jī)理簡單，卻具有高度選擇性，這些重復(fù)序列能夠徹底改變circRNA的產(chǎn)生效率。研究發(fā)現(xiàn)，越長的外顯子似乎環(huán)化效率越高，此外，3＇端的加工是環(huán)化所必需的，這表明circRNA的生成可能在轉(zhuǎn)錄后階段[21]。

但在ciRNA的形成過程中，關(guān)鍵序列（比如某些內(nèi)含子序列）是環(huán)化正常進(jìn)行所必需的[14]。有研究者發(fā)現(xiàn)，ciRNA的形成過程中存在一些共有的保守序列，如：5＇剪切位點(diǎn)附近存在一段7 nt左右富含GU堿基的結(jié)構(gòu)，分支點(diǎn)附近存在一段11 nt左右富含C堿基的結(jié)構(gòu)[14]。實(shí)際上，這些長度確定的關(guān)鍵RNA元件增加了ciRNA的形成效率，而其他順式作用元件可能進(jìn)一步促進(jìn)了該circRNA的生成[14]。

有趣的是，Zhang等[15]研究發(fā)現(xiàn)，同一基因位點(diǎn)可以生成多種circRNA，比如，人類CAMSAP1基因至少可以產(chǎn)生7種不同的ecircRNA，他們把這種現(xiàn)象叫作可變環(huán)化 (Alternative circularization, AC)。理論上，這一特點(diǎn)將使circRNA在調(diào)控基因表達(dá)方面更加靈活和方便。

3 環(huán)狀RNA的生物學(xué)特征

多數(shù)circRNA來自外顯子的索尾剪接，并且在細(xì)胞質(zhì)中穩(wěn)定存在[6-7]。細(xì)胞質(zhì)中的circRNA大多具有48 h以上的半衰期[7]，而mRNA的半衰期平均只有10 h[22]。circRNA的穩(wěn)定性可能是由于它們?nèi)狈︻愃苖RNA 的5＇帽子和3＇尾結(jié)構(gòu)，所以可以避免脫腺苷化、脫帽反應(yīng)以及與mRNA相關(guān)的正常降解反應(yīng)[23]。一些circRNA在不同組織和不同發(fā)育階段特異性表達(dá)[6]。circRNA的保守核苷酸序列豐度明顯增加，表明circRNA可與其他RNA或者微小RNA (MicroRNA, miRNA) 競爭性結(jié)合RNA結(jié)合蛋白 (RNA binding protein, RBP)[6]。因?yàn)楦偁幮詢?nèi)源RNA (Competing endogenous RNA, ceRNA)通過自身的miRNA應(yīng)答元件 (MicroRNA response element, MRE) 競爭性結(jié)合同一miRNA[24]，與其他具有MRE的ceRNA (假基因轉(zhuǎn)錄本、lncRNA和mRNA等) 相比，circRNA因其特殊結(jié)構(gòu)而具有的穩(wěn)定性使其成為一種優(yōu)勢ceRNA，對ceRNA網(wǎng)絡(luò)的平衡起著重要作用。

大部分人類circRNA僅在少數(shù)幾種細(xì)胞類型中表達(dá)且表達(dá)水平很低，它們的細(xì)胞特異性沒有相應(yīng)的mRNA強(qiáng)。盡管多數(shù)circRNA含有蛋白質(zhì)編碼序列，但是核糖體分析卻無法證明它們能指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成。有人發(fā)現(xiàn)635種小鼠circRNA中有20%與人類circRNA是直系同源，但這些同源circRNA的序列保守程度沒有其鄰近的同源線性外顯子高[8]。

細(xì)胞質(zhì)中來自索尾剪接的circRNA的主要作用之一是作為miRNA海綿[25]，而在細(xì)胞核中含量豐富的ciRNA的功能不同于細(xì)胞質(zhì)circRNA[14]。一系列實(shí)驗(yàn)表明，ciRNA與某些基因的調(diào)控相關(guān)；在細(xì)胞核中含量豐富的ciRNA可能參與基因表達(dá)的順式調(diào)控[14]。ciRNA在人類細(xì)胞中廣泛表達(dá)，但進(jìn)化上的保守性較低[14]。另外，研究者還發(fā)現(xiàn)一些ciRNA具有物種特異性[14]。因而可利用不同組織和物種特異性的相同或相似性去鑒別其他的ciRNA。

4 環(huán)狀RNA的生物學(xué)功能

生物大分子的生物學(xué)功能與其結(jié)構(gòu)和特性有著密切聯(lián)系。目前circRNA功能的相關(guān)研究表明，它們主要在miRNA海綿、轉(zhuǎn)錄調(diào)控、結(jié)合蛋白質(zhì)和翻譯等4個(gè)方面發(fā)揮作用 (圖2)。

4.1 miRNA海綿

充當(dāng)miRNA海綿是目前circRNA研究中最熱點(diǎn)的方向之一，同時(shí)也可能是其較為普遍的作用。

在可充當(dāng)miRNA海綿的circRNA中，最典型是ciRS-7 (Circular RNA sponge for miR-7)。它含有70多個(gè)保守的miRNA結(jié)合位點(diǎn)，并且很可能與依賴miR-7的阿格蛋白 (Argonaute, AGO) 有關(guān)系。該circRNA強(qiáng)烈抑制miR-7的活性，從而增加miR-7靶標(biāo)的水平[25]。

另一個(gè)作為miRNA海綿的circRNA是雄性性別決定基因 (Sex-determining region Y, Sry)的睪丸特異性轉(zhuǎn)錄本，它含有miR-138的16個(gè)保守結(jié)合位點(diǎn)[25]。

新發(fā)現(xiàn)的心臟相關(guān)環(huán)狀RNA (Heart-related circRNA, HRCR)作為miR-223的海綿，可以抑制miR-223的活性，導(dǎo)致miR-223的下游基因表達(dá)量增加，最終減緩心肌肥厚和心力衰竭的進(jìn)程[26]。

miRNA海綿是circRNA作為ceRNA的主要作用。在生物體內(nèi)，ceRNA網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜而精細(xì)，任何微小的紊亂都會改變基因的表達(dá)，導(dǎo)致腫瘤的發(fā)生，而circRNA作為其中的重要成員，對維護(hù)ceRNA網(wǎng)絡(luò)的平衡必不可少；另外，研究circRNA的miRNA海綿作用或許可以解釋某些腫瘤發(fā)生的分子機(jī)理。

4.2 調(diào)控轉(zhuǎn)錄

小鼠形成素 (Formin) 對肢體發(fā)育至關(guān)重要，其基因fmn可轉(zhuǎn)錄形成一個(gè)circRNA。在索尾剪接過程中涉及到fmn基因編碼序列上游的一個(gè)剪接受體，若敲除小鼠fmn基因中的這個(gè)剪接受體，將檢測不到該circRNA，小鼠肢體正常發(fā)育，但有不完全滲透腎發(fā)育不全的表型[27]。這說明該circRNA的剪接受體參與了小鼠基因的轉(zhuǎn)錄與翻譯，若缺失它，則會引起某些疾病。

結(jié)合生物化學(xué)、細(xì)胞功能檢測和生物信息學(xué)分析，研究者們發(fā)現(xiàn)小腦變性相關(guān)蛋白1反義轉(zhuǎn)錄物 (Antisense to the cerebellar degenerationrelated protein 1 transcript, CDR1as) 這一circRNA具有下調(diào)miR-7的功能，而miR-7在線蟲與人類中均具有完整的序列保守性[28]。這也表明circRNA是一個(gè)重要的轉(zhuǎn)錄后調(diào)控者[6]。

另外，Li等[17]研究發(fā)現(xiàn)，一些EIciRNA通過與U1核內(nèi)小分子RNA (Small nuclear RNA, snRNA) 的相互作用調(diào)控親本基因的表達(dá)，EIciRNA先與U1小分子核糖核蛋白體 (Small nuclear ribonucleoprotein, snRNP) 形成EIciRNAU1 snRNP復(fù)合物，該復(fù)合物再與RNA聚合酶Ⅱ轉(zhuǎn)錄復(fù)合物相互作用促進(jìn)基因的表達(dá)。這種RNA-RNA相互作用調(diào)控轉(zhuǎn)錄的模式既豐富了circRNA的功能，也為研究circRNA提供了一個(gè)新方向。

圖2 環(huán)狀RNA的主要功能Fig. 2 Main functions of circRNA.

4.3 與RNA結(jié)合蛋白相互作用

circRNA能穩(wěn)定地與AGO蛋白和RNA聚合酶Ⅱ結(jié)合。另外，它們還可以與多種RBP結(jié)合充當(dāng)RBP的腳手架[29]。circRNA也可能作為目標(biāo)序列元件，利用其互補(bǔ)序列同時(shí)結(jié)合RBP、RNA或者DNA[6]。

Ashwal-Fluss等[30]發(fā)現(xiàn)，剪接因子Muscleblind (MBL/MBNL1) 第2個(gè)外顯子形成的circRNA (circMBL) 能結(jié)合RBP。當(dāng)細(xì)胞內(nèi)含有過量的MBL蛋白時(shí)，會促進(jìn)circMBL的生成從而減少該蛋白的mRNA產(chǎn)量，而circMBL則會與過量的MBL蛋白相結(jié)合，使MBL蛋白的含量趨于正常。

最近，研究者發(fā)現(xiàn)叉形頭盒O3環(huán)狀RNA (CircRNA-forkhead box O3, circ-Foxo3) 在成年小鼠和年長的心臟病患者的心臟組織中過量表達(dá)；進(jìn)一步研究表明，circ-Foxo3能與缺氧誘導(dǎo)因子 (Hypoxia inducible factor 1α, HIF1α) 和局部粘著斑激酶 (Focal adhesion kinase, FAK) 相結(jié)合[31]。因?yàn)镠IF1α和FAK具有抑制細(xì)胞衰老的作用，當(dāng)細(xì)胞質(zhì)中circ-Foxo3的表達(dá)量增加時(shí)，這些蛋白質(zhì)被捕獲，它們的功能無法發(fā)揮，會導(dǎo)致細(xì)胞衰老的進(jìn)程加快。由此可見，circ-Foxo3的異常高表達(dá)可以促進(jìn)細(xì)胞衰老，而沉默該circRNA可以減緩細(xì)胞衰老。另外，circ-Foxo3還能與細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶2 (Cyclindependent kinase 2, CDK2) 和細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶抑制劑P21形成三元復(fù)合物抑制CDK2的活性，從而將細(xì)胞阻滯在G1/S期，影響細(xì)胞周期的進(jìn)展，抑制細(xì)胞增殖[32]。

上述circ-Foxo3的研究中，該circRNA均通過與功能蛋白質(zhì)相結(jié)合使后者失活，間接發(fā)揮調(diào)控作用。這說明，單個(gè)circRNA的功能并不單一，可能會涉及到多種蛋白質(zhì)。

4.4 環(huán)狀RNA翻譯成多肽

在哺乳動物細(xì)胞內(nèi)，已檢測到可編碼蛋白質(zhì)的外源性circRNA，如：來源于丁型肝炎病毒(Hepatitis D virus, HDV）的RNA[33]。HDV是乙型肝炎病毒 (Hepatitis B virus, HBV) 的衛(wèi)星病毒。HDV的circRNA可表達(dá)產(chǎn)生致病性病毒蛋白[29]。

如果circRNA含有內(nèi)部核糖體進(jìn)入位點(diǎn)，則有可能指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成，真核生物核糖體40S小亞基能夠進(jìn)入這些circRNA的內(nèi)部核糖體進(jìn)入位點(diǎn)，從而指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成[34]。實(shí)驗(yàn)證明，如果circRNA含有的堿基是3的倍數(shù)，則該編碼蛋白質(zhì)的circRNA會沿著閱讀框循環(huán)閱讀，從而翻譯出一段重復(fù)的多肽序列[34]。但是到目前為止，尚無較多證據(jù)證明真核生物內(nèi)源circRNA可以指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成，也沒有發(fā)現(xiàn)由circRNA翻譯生成的多肽。

但是，許多circRNA含有起始密碼子，有些甚至含有線性轉(zhuǎn)錄本中典型的AUG啟動子，所以探索內(nèi)源性circRNA作為轉(zhuǎn)錄本依然是一個(gè)活躍的研究方向[7]。

以上研究表明，HDV是目前僅有的能編碼蛋白質(zhì)的circRNA。盡管多數(shù)circRNA來自編碼區(qū)，甚至含有起始密碼子，但它們?nèi)詫儆诜蔷幋aRNA。

5 環(huán)狀RNA與腫瘤

近年來，越來越多的研究表明，circRNA通過直接或者間接作用，在腫瘤發(fā)生和發(fā)展過程中扮演著重要角色。比如，有研究發(fā)現(xiàn)，結(jié)直腸癌組織細(xì)胞中總circRNA豐度與癌癥轉(zhuǎn)移程度存在聯(lián)系[35]；本課題組首次發(fā)現(xiàn)，Has_circ_002059與胃癌患者的多種臨床病理因素密切相關(guān)，有希望成為胃癌診斷的新型標(biāo)志物[36]。為此，深入了解circRNA在腫瘤發(fā)生和發(fā)展中的作用，將有利于揭示腫瘤的發(fā)生機(jī)制，尋找腫瘤診斷和治療的新方法。

5.1 環(huán)狀RNA通過調(diào)控miR-7影響腫瘤的發(fā)生和發(fā)展

miRNA是生物體內(nèi)普遍存在的一種調(diào)控性非編碼RNA。它們通常在轉(zhuǎn)錄后水平通過降解或者抑制目標(biāo)mRNA來調(diào)控基因表達(dá)[37]。miRNA可起致癌或抑癌作用。一些circRNA含有miRNA的結(jié)合位點(diǎn)，可以調(diào)控miRNA的生物學(xué)功能，從而間接參與癌癥的發(fā)生和發(fā)展過程。在非編碼RNA的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)中，circRNA和miRNA的結(jié)合與競爭關(guān)系為我們理解癌癥發(fā)生和發(fā)展過程提供了新思路。

如上所述，ciRS-7能結(jié)合miR-7，從而抑制miR-7發(fā)揮其生物學(xué)功能[25]。例如：miR-7可以調(diào)控人類腫瘤細(xì)胞中表皮生長因子受體(Epidermal growth factor receptor, EGFR) 的表達(dá)，它通過結(jié)合EGFR mRNA 3＇非翻譯區(qū)(Untranslated region, UTR) 降低EGFR的mRNA和蛋白質(zhì)的水平[38]。miR-7抑制EGFR信號通路還通過鈍化蛋白激酶B (PKB/Akt) 和細(xì)胞外信號調(diào)節(jié)激酶1/2 (Erk1/2)[39-41]。因此，circRNA通過調(diào)控miR-7表達(dá)來影響腫瘤細(xì)胞生長——作為miRNA海綿，過表達(dá)ciRS-7可抑制miR-7的表達(dá)從而增加EGFR的表達(dá)量。EGFR過表達(dá)與多種腫瘤(包括腫瘤干細(xì)胞、胃癌、肝細(xì)胞癌和結(jié)直腸癌等) 發(fā)展、對化療和放療的抵抗以及不良預(yù)后有關(guān)[41-42]。

在胃癌細(xì)胞中，miR-7可抑制胰島素生長因子受體 (Insulin-like growth factor 1 receptor, IGF1R) 的表達(dá)。IGF1R表達(dá)的減少增加了E鈣黏蛋白的表達(dá)量，部分逆轉(zhuǎn)了上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化，結(jié)果使癌細(xì)胞轉(zhuǎn)移和增殖受阻，延緩了癌細(xì)胞的生長與侵襲的過程[43]。因此，ciRS-7使miR-7下調(diào)的結(jié)果是IGF1R原癌基因抑制解除，誘導(dǎo)癌細(xì)胞遷移和增殖。

在肝癌細(xì)胞中，若上調(diào)miR-7的表達(dá)，可能會使細(xì)胞周期停滯在G1/S期，從而抑制癌細(xì)胞增殖[44]。因?yàn)閙iR-7能結(jié)合到細(xì)胞周期素E1 (Cyclin E1, CCNE1) mRNA的3＇UTR上，直接沉默其表達(dá)；還作為CDK2的一個(gè)調(diào)控亞基，在G1期到S期過渡時(shí)起作用[44]。肝癌細(xì)胞中miR-7的其他靶標(biāo)——磷脂酰肌醇-3激酶催化亞基δ (Phosphoinositide 3-kinase catalytic subunit delta, PIK3CD)、哺乳動物雷帕霉素靶蛋白 (Mammalian target of rapamycin, mTOR) 和P70s6k，均被miR-7的過表達(dá)所抑制[41]。這表明，miR-7通過阻止細(xì)胞周期中的G0/G1階段以及干擾PI3K/Akt/mTOR信號通路來影響肝癌細(xì)胞的細(xì)胞周期。

結(jié)直腸癌中，miR-7具有腫瘤抑制的作用。它可以抑制癌基因yin yang1的表達(dá)[45]。該致癌基因通過抑制P53，調(diào)控下游的P15效應(yīng)器、Caspase級聯(lián)反應(yīng)和原癌基因c-jun來起作用；并且通過活化β-鏈蛋白、生存素和纖維母細(xì)胞生長因子-4來激活Wnt信號通路[45-46]。因此，miR-7能夠抑制結(jié)直腸癌細(xì)胞增殖，誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。

除了消化道腫瘤外，miR-7與其他癌癥也有關(guān)系。miR-7通過抑制多種腫瘤相關(guān)信號通路抑制Her-2調(diào)控的乳腺癌，并且部分逆轉(zhuǎn)曲妥珠單抗耐性[47-49]。此外，miR-7可增加非小細(xì)胞肺癌細(xì)胞對紫杉醇敏感性[50]。一項(xiàng)宮頸癌的研究發(fā)現(xiàn)，miR-7在轉(zhuǎn)錄和翻譯水平通過以黏著斑激酶為靶標(biāo)抑制宮頸癌的轉(zhuǎn)移和侵襲[51]。

由上可知，miR-7調(diào)控多種與腫瘤密切相關(guān)的信號通路，而ciRS-7可以通過結(jié)合miR-7而間接影響腫瘤的發(fā)生和發(fā)展過程。

5.2 環(huán)狀RNA通過調(diào)控miR-138影響腫瘤的發(fā)生和發(fā)展

除了ciRS-7外，還有其他一些circRNA對腫瘤的發(fā)生和發(fā)展有著重要影響。

sry是雄性性別決定基因所表達(dá)的睪丸特異性環(huán)狀轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物[8,52]。作為一種miRNA海綿，sry通過結(jié)合到miR-138上的16個(gè)保守位點(diǎn)來調(diào)控其生物學(xué)功能。

在膽管癌細(xì)胞中，sry抑制miR-138的表達(dá)，導(dǎo)致Ras同源基因家族的成員C (Ras homolog gene family member C, RhoC) 的mRNA及其編碼的蛋白質(zhì)表達(dá)量增加，結(jié)果使RhoC/p-ERK/ MMP-2/MMP-9通路上調(diào)，從而促進(jìn)膽管癌細(xì)胞的增殖、遷移以及侵襲[53]。在結(jié)直腸癌中，miR-138直接以堿性螺旋-環(huán)-螺旋家族成員Twist2作為靶標(biāo)，阻礙其功能，最終抑制了結(jié)直腸癌細(xì)胞的遷移和侵襲[54]。在卵巢癌中，miR-138通過阻止增殖細(xì)胞核抗原 (Proliferating cell nuclear antigen, PCNA) 和B細(xì)胞淋巴瘤-2通路來抑制癌細(xì)胞的生長；而抑制miR-138時(shí)，LIM激酶1 (Limk1)/cofilin信號通路被激活，將導(dǎo)致卵巢癌細(xì)胞的轉(zhuǎn)移[55-57]。小細(xì)胞肺癌細(xì)胞中，miR-138以H2A組蛋白家族成員X (H2A histone family member X, H2AX) 作為靶標(biāo)，參與調(diào)控DNA損傷應(yīng)答；它的上調(diào)增加了肺癌細(xì)胞的輻射敏感度[58-59]。

miR-138不僅在實(shí)體瘤中，也在慢性淋巴白血病 (Chronic lymphocytic leukemia, CLL) 中起重要作用。Berg等[60]研究表明，在CLL中，miR-138的顯著下調(diào)與抑制CD95調(diào)控的細(xì)胞凋亡有關(guān)。

circRNA作為一種重新引起研究者們重視的調(diào)控分子，目前關(guān)于其功能的研究多數(shù)都致力于發(fā)現(xiàn)其與下游靶標(biāo)的相互作用，比如ciRS-7和 sry分別與它們下游靶標(biāo)miR-7和miR-138的相互作用。對其他circRNA作為miRNA海綿的鑒定也一直在進(jìn)行中，比如最近發(fā)現(xiàn)的環(huán)狀RNAHRCR可作為miR-223的海綿[26]。由于成千上萬的功能未知的circRNA陸續(xù)在不同物種中被鑒定出來，所以我們有理由相信將會發(fā)現(xiàn)越來越多的circRNA與相應(yīng)miRNA之間的相互作用，以及它們參與更多種類癌癥的調(diào)控過程。

5.3 環(huán)狀RNA在腫瘤組織中的異常表達(dá)

從circRNA被發(fā)現(xiàn)至今，其與腫瘤的關(guān)系一直是研究的熱點(diǎn)。研究者們希望從circRNA中尋找腫瘤的發(fā)病機(jī)理，以及診斷和治療腫瘤的新方法。

研究發(fā)現(xiàn)，與癌旁組織相比，cir-ITCH的表達(dá)水平在食管鱗癌組織中明顯下調(diào)[35]，并且該circRNA也在結(jié)直腸癌組織中明顯下調(diào)[61]，Has_circ_002059、Has_circ_0001649和Has_circ_ 104912的表達(dá)水平分別在胃癌組織[36]、肝癌組織[62]和喉鱗癌組織中[63]下調(diào)；而Has_circ_ 100855的表達(dá)水平在喉鱗癌組織中明顯上調(diào)[63]。

這些circRNA在癌組織中異常表達(dá)的現(xiàn)象，說明了circRNA與腫瘤的發(fā)生和發(fā)展相關(guān)。

6 展望

隨著對circRNA研究的逐漸深入，我們對其了解也更加廣泛。雖然circRNA在幾十年前就被發(fā)現(xiàn)了，但最近幾年才受到重視，關(guān)于它的重大發(fā)現(xiàn)也越來越多。circRNA具有結(jié)構(gòu)特殊性、生物學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定性等特點(diǎn)，這為其成為新型腫瘤診斷生物標(biāo)志物奠定了基礎(chǔ)，并已有研究結(jié)果支持這方面的應(yīng)用，如：本課題組發(fā)現(xiàn)Has_circ_002059具有作為胃癌新型標(biāo)志物的可能性[36]；Lukiw等[64]研究表明，患有阿茲海默癥的患者體內(nèi)的CDR1as表達(dá)水平減少。另一方面，在尋找腫瘤診斷標(biāo)志物方面，因采集體液 (唾液、血液等) 創(chuàng)傷小、易于獲得等特點(diǎn)，一直是研究者們最理想的選擇。Li等[65]發(fā)現(xiàn)，外泌體中的circRNA (Exosome circRNA, exo-circRNA)含量豐富且性質(zhì)穩(wěn)定，而血清中多種exo-circRNA的表達(dá)量在癌癥患者和健康人中具有明顯差異，可據(jù)此將患者和正常人區(qū)分開。

circRNA雖然參與基因的表達(dá)調(diào)控、腫瘤的發(fā)生和發(fā)展，但目前發(fā)現(xiàn)大部分circRNA是通過調(diào)控miRNA間接實(shí)現(xiàn)其功能。circRNA與miRNA之間既存在競爭關(guān)系又存在協(xié)同關(guān)系，它們之間的平衡對生物體至關(guān)重要。我們可以以circRNA為靶標(biāo)，來調(diào)控miRNA，進(jìn)而調(diào)控一系列生命活動。所以，在臨床上，有可能針對circRNA用于某些腫瘤的靶向治療。這些都使circRNA具有很大的研究價(jià)值和應(yīng)用前景。

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(本文責(zé)編 郝麗芳)

Circular RNAs and their roles in tumorigenesis

Yi Xie, Tianwen Li, Xiaoyan Mo, and Junming Guo
Zhejiang Key Laboratory of Pathophysiology, Department of Biochemistry and Molecular Biology, School of Medicine, Ningbo University, Ningbo 315211, Zhejiang, China

Recently, with the development of RNA research techniques, a wide variety of circular RNAs (circRNAs) have been discovered and some of them are confirmed to have crucial biological functions. CircRNAs arise from exons (i.e. exonic circRNAs) or introns (i.e. intronic circRNAs). Acting as microRNA sponges or combining with proteins, circRNAs participate in the regulation of gene expression and influence the activity of some proteins. In addition, some circRNAs even encode proteins. More importantly, several circRNAs play a key role in the occurrence and progression of some tumors, including stomach, liver, colon, breast, cervical, and ovarian cancers. Therefore, circRNAs may be a novel type ofdiagnostic marker and therapeutic target of cancers.

March 29, 2016; Accepted: September 1, 2016

Junming Guo. Tel/Fax: +86-574-87600758; E-mail: guojunming@nbu.edu.cn

circular RNA, microRNA sponge, tumor, occurrence

Supported by: Applied Research Project on Nonprofit Technology of Zhejiang Province (No. 2016C33177), Zhejiang Provincial High-Education Teaching Reform Project (No. jg2015047).

浙江省公益技術(shù)應(yīng)用研究計(jì)劃項(xiàng)目 (No. 2016C33177)，浙江省高等教育教學(xué)改革項(xiàng)目 (No. jg2015047) 資助。

網(wǎng)絡(luò)出版時(shí)間：2016-09-23 網(wǎng)絡(luò)出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/11.1998.Q.20160923.1114.001.html