環(huán)狀RNA在胰腺癌中的研究進(jìn)展

彭立嗣 黃浩杰 王凱旋 李兆申

·綜述與講座·

環(huán)狀RNA在胰腺癌中的研究進(jìn)展

彭立嗣 黃浩杰 王凱旋 李兆申

環(huán)狀RNA(circularRNA，circRNA)是一類參與轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)錄后基因表達(dá)調(diào)節(jié)的非編碼RNA(noncodingRNA，ncRNA)[1]，與微小RNA(microRNA，miRNA)、長鏈非編碼RNA(1ong non-coding RNA，lncRNA)一起構(gòu)成了競爭性內(nèi)源RNA(competing endogenous RNA，ceRNA)家族，是RNA研究領(lǐng)域的熱點。近年來多種circRNA被證實與胰腺癌的發(fā)生及發(fā)展有關(guān)，本文就circRNA與胰腺癌關(guān)系的研究進(jìn)展作一綜述。

一、circRNA的分類及特征

circRNA由前體mRNA(precursor messenger RNA，pre-mRNA)反向剪接而成，其形成過程可分為外顯子環(huán)化(exon circularization)和內(nèi)含子環(huán)化(intron circularization)兩大機制。根據(jù)Jeck等[2]提出的模型，外顯子來源的circRNA(exonic circRNA，ecircRNA)有兩種形成方式：(1)套索驅(qū)動環(huán)化(1ariat-driven circularization)，即外顯子的3′剪接供體(splice donor)與5′剪接受體(splice receptor)共價結(jié)合形成套索，套索進(jìn)行內(nèi)部拼接后剪除內(nèi)含子形成circRNA；(2)內(nèi)含子配對驅(qū)動環(huán)化(intron-pairing-driven circularization)，即兩個內(nèi)含子的堿基互補配對形成環(huán)形結(jié)構(gòu)，然后切除內(nèi)含子形成circRNA[2]。Zhang等[3]則提出內(nèi)含子本身可以環(huán)化，形成內(nèi)含子來源的circRNA(circular intronic RNA，ciRNA)。最新研究發(fā)現(xiàn)，某些環(huán)化外顯子中間保留有內(nèi)含子，此類circRNA被稱為外顯子-內(nèi)含子circRNA ( exon-intron circRNA or EIciRNA)[4]。

circRNA具有以下生物學(xué)特征：(1)與線性RNA不同，circRNA形成封閉的共價環(huán)狀結(jié)構(gòu)，沒有游離的ploy A末端，因此不易被RNA核酸外切酶降解，比線性RNA更穩(wěn)定[2,5]；(2)與線性信使RNA(messenger RNA, mRNA)相比，circRNA更為豐富，種類繁多，如人的成纖維細(xì)胞中存在超過25 000種circRNA，為線性mRNA的l0倍[2]；(3)circRNA以外顯子來源為主，大量存在于真核細(xì)胞的胞質(zhì)中，但少數(shù)來源于內(nèi)含子或內(nèi)含子片段的circRNA則存在于胞核內(nèi)，且序列高度保守，具有不同組織及不同發(fā)育階段表達(dá)的時空特異性[2-3]；(4)絕大部分circRNA是ncRNA[2]，具有生物進(jìn)化保守性；(5)多數(shù)circRNA能在轉(zhuǎn)錄或轉(zhuǎn)錄后水平發(fā)揮調(diào)控作用[3]。

二、circRNA與腫瘤的關(guān)系

circRNA除在動脈粥樣硬化、帕金森病、阿爾茨海默癥、糖尿病、骨關(guān)節(jié)炎等疾病的發(fā)生和發(fā)展中扮演重要角色外，在腫瘤的發(fā)生中也發(fā)揮生物學(xué)功能[6]。

1．circRNA充當(dāng)miRNA海綿： miRNA是內(nèi)源性的翻譯抑制因子，可以與靶mRNA的3′端非翻譯區(qū)的堿基互補配對結(jié)合，切割或降解mRNA，最終誘導(dǎo)目的基因沉默，使相應(yīng)的功能蛋白表達(dá)受到影響[7]。miRNA這種在轉(zhuǎn)錄后基因表達(dá)中的重要作用被證實與多種疾病，特別是腫瘤相關(guān)[8]。 而胞質(zhì)中ecircRNA具有miRNA應(yīng)答原件(microRNA response element，MRE)，可以通過MRE與miRNA結(jié)合，競爭性抑制miRNA的活性，發(fā)揮“miRNA海綿(miRNA sponge)”或競爭性內(nèi)源RNA(ceRNA)的功能，進(jìn)而解除miRNA對其腫瘤靶基因的抑制作用，在轉(zhuǎn)錄后水平上上調(diào)腫瘤靶基因的表達(dá)[1]。其中最有代表性的是小腦變性相關(guān)蛋白1反義轉(zhuǎn)錄物(antisense to the cerebellar degeneration-related protein l transcript, CDR1as)和cir-SRY。CDR1as是CDR1基因的環(huán)狀天然反義轉(zhuǎn)錄物，含有超過70個miR-7的MRE，是miR-7的環(huán)狀抑制劑[9]，因此也被命名為ciRS-7(circular RNA sponge for miR-7)，即充當(dāng)“miR-7海綿”的circRNA[1]。 ciRS-7結(jié)合miR-7，導(dǎo)致miR-7活性降低，使miR-7靶向轉(zhuǎn)錄物水平增加。此前已多次報道，miR-7作為抑癌因子參與多種腫瘤的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，包括胃癌[10]、肝癌[11]、子宮頸癌[12]、肺癌[13]、乳腺癌[14]和舌癌[15]等。SRY即Y染色體性別決定區(qū)(sex-determining region Y)，其基因外顯子在成年睪丸細(xì)胞質(zhì)中可直接轉(zhuǎn)錄為cireRNA分子，形成cir-SRY。cir-SRY具有16個miR-138的MRE，作為“miR-138海綿”抑制miR-138的活性[1]，與膽管癌、結(jié)腸癌、卵巢癌、肺癌以及淋巴細(xì)胞白血病相關(guān)的幾種轉(zhuǎn)錄物相互作用，影響這些腫瘤的侵襲和轉(zhuǎn)移[16]。此外，cir-ITCH還通過“海綿化”miR-7、miR-17和miR-214在食管鱗狀細(xì)胞癌[17]和結(jié)腸癌[18]中發(fā)揮抗腫瘤功能；hsa_circRNA_001569作為“miR-145海綿”，抑制miR-145活性從而上調(diào)miR-145的靶基因(E2F5、BAG4 FMNL2等)轉(zhuǎn)錄物，提高其mRNA的蛋白表達(dá)水平，促進(jìn)結(jié)腸癌的增殖和侵襲[19]。

2．circRNA充當(dāng)RNA結(jié)合蛋白海綿：circRNA可“海綿化”或螯合RNA結(jié)合蛋白(RNA-binding protein，RBP)調(diào)控相關(guān)蛋白質(zhì)的活性。最近研究表明，circRNA可以穩(wěn)定地與阿格蛋白(argonaute，AGO)、RNA聚合酶Ⅱ、Moscleblind(MBL)蛋白、Quaking(QKI)RNA結(jié)合蛋白、EIF4A3和其他潛在的RBP關(guān)聯(lián)，其中一些circRNA是對于特定RBP具有特別高密度結(jié)合位點的“超海綿(super-sponges)”，如hsa_circ_0024707可以作為具有85個預(yù)測位置的AGO2的超海綿，hsa_circ_0000020包含多種RBP的結(jié)合位點，如HuR(6個位點)和FMRP(10個位點)。這些circRNA可作為載體來儲存、分選或呈遞RBP到特定的亞細(xì)胞位置，并且可能通過作為競爭元件來調(diào)節(jié)RBP的功能。而RBP可以參與多種轉(zhuǎn)錄后調(diào)節(jié)過程，例如RNA選擇性剪接、轉(zhuǎn)錄和翻譯，影響細(xì)胞增殖、分化、衰老、凋亡以及對氧化應(yīng)激的細(xì)胞應(yīng)答，在癌癥發(fā)展中發(fā)揮關(guān)鍵作用[6]。

3．circRNA充當(dāng)轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子：circRNA可與靶基因轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生的mRNA的部分堿基直接互補配對，影響mRNA的表達(dá)，發(fā)揮轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)作用，如CDR1as能與CDR1 mRNA互補配對，增強CDR1 mRNA的穩(wěn)定性[20]。許多內(nèi)含子來源的circRNA如ci-ankrd52、ci-mcm5和ci-sirt7可以分別增強與腫瘤發(fā)生相關(guān)的親本基因ankrd52、mcm5和sirt7 mRNA的表達(dá)，從而發(fā)揮腫瘤抑制基因或啟動子的作用[6]。

三、circRNA與胰腺癌的關(guān)系

circRNA與胰腺癌的關(guān)系是目前研究的新興熱點之一。Qu等[21]對比分析了circRNA在胰腺導(dǎo)管腺癌(PDAC)和正常胰腺組織中的微陣列表達(dá)譜。結(jié)果表明PDAC的一些circRNA表達(dá)與正常胰腺組織不同，異常表達(dá)主要有以下幾種：

1．ciRS-7：ciRS-7具有miR-7海綿樣吸附作用可抑制miR-7表達(dá)，進(jìn)而升高miR-7靶基因EGFR的水平，30%～50%的胰腺癌組織過表達(dá)EGFR蛋白，其過表達(dá)水平與胰腺癌患者腫瘤大小、臨床分期及預(yù)后呈負(fù)相關(guān)[22]。Duex等[23]證實，使用小干擾RNA(small interfering RNA, siRNA)敲除泛素特異性蛋白酶18基因(ubiquitin-specific protease 18，USP18)Ⅰ型干擾素誘導(dǎo)基因可以上調(diào)miR-7表達(dá)，使多種癌細(xì)胞系中的EGFR蛋白水平降低50%～90%。miR-7通過抑制EGFR mRNA和蛋白的表達(dá)及其下游分子ERK1/2和Akt的活性，參與抑制多種腫瘤細(xì)胞的生長[24]；而ciRS-7可減弱miR-7這種抑癌作用，且由于ciRS-7的穩(wěn)定性，因此ciRS-7/miR-7有可能是治療胰腺癌的一個潛在治療靶點。

2．ci-sirt7：翻譯后修飾在細(xì)胞中有重要作用，如DNA識別、蛋白-蛋白相互作用、催化活性和蛋白質(zhì)穩(wěn)定性。蛋白去乙?；瘜儆诮M蛋白共價修飾，主要由組蛋白去乙?；?histone deacetvlase，HDAC)催化。HDAC共有4類，Sirtuin屬于Ⅲ類HDAC，與酵母沉默信息調(diào)節(jié)因子2(silent information regulator 2，Sir2)同源[25]。Sirtuin家族里共有7種成員，包括SIRT1～SIRT7，參與調(diào)節(jié)細(xì)胞衰老、應(yīng)激和代謝過程[26]。Sirtuin在胰腺癌中作用機制的相關(guān)研究較少，大多數(shù)集中在SIRT1。Zhao等[27]證實，SIRT1基因敲除后胰腺癌細(xì)胞增殖和侵襲減弱而凋亡增加。Wauters等[28]報道，抑制SIRT1表達(dá)可以預(yù)防胰腺腺泡與導(dǎo)管的組織轉(zhuǎn)化，并減少胰腺導(dǎo)管腺癌腫瘤細(xì)胞活力。而McGlynn等[29]研究表明，與SIRT1相反，在PDAC中SIRT7以抗增殖的方式起作用，其低表達(dá)與PDAC的強侵襲性和較差的預(yù)后相關(guān)，而SIRT7在核仁中的高表達(dá)與生存期延長、復(fù)發(fā)間隔時間增加的相關(guān)數(shù)據(jù)和SIRT7的腫瘤抑制作用是一致的。Zhang等[3]設(shè)計了多種反義寡核苷酸(antisense oligodeoxynucleotide，ASO)敲除ci-sirt7，并排除了ASO直接作用于SIRT7 pre-mRNA的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)SIRT7 mRNA的表達(dá)下調(diào)，證明ci-sirt7對其親本基因有順式調(diào)控作用。其可能機制為ci-sirt7大部分定位于轉(zhuǎn)錄位點附近，可以與RNA聚合酶Ⅱ復(fù)合體(RNA Pol Ⅱ)結(jié)合，影響其延長，是pol Ⅱ的正調(diào)節(jié)因子，促進(jìn)RNA Pol Ⅱ?qū)IRT7基因的轉(zhuǎn)錄。

四、展望

circRNA可以調(diào)節(jié)胰腺癌的發(fā)生，在正常組織與腫瘤組織中具有表達(dá)特異性，同時比線性RNA更穩(wěn)定，具有更長的半衰期，而且在血清中大量富集[30]，這些特點使得circRNA作為胰腺癌的生物標(biāo)志物及治療靶點的潛力巨大。相信隨著對circRNA研究的不斷深入，會有越來越多與胰腺癌相關(guān)的circRNA被發(fā)現(xiàn)。雖然目前對circRNA在胰腺癌中發(fā)揮的生物學(xué)功能和具體作用機制并不十分明確，但可以從特定circRNA與miRNA的相互作用、對其靶基因的反饋作用、以及對所對應(yīng)的生理病理過程相關(guān)指標(biāo)的影響(如細(xì)胞周期、增殖、凋亡、遷移性改變及上皮-間質(zhì)樣轉(zhuǎn)變)等多視角著手，并以此為基礎(chǔ)探討circRNA在胰腺癌早期診斷和靶向治療的臨床應(yīng)用價值將是今后研究努力的方向。

[1] Hansen TB, Jensen TI, Clausen BH, et al. Natural RNA circles function as efficient microRNA sponges[J]. Nature, 2013,495(7441):384-388.DOI: 10.1038/nature11993.

[2] Jeck WR, Sorrentino JA, Wang K, et al. Circular RNAs are abundant, conserved, and associated with ALU repeats[J]. RNA, 2013,19(2):141-157.DOI:10.1261/rna.035667.112.

[3] Zhang Y, Zhang XO, Chen T, et al. Circular intronic long noncoding RNAs[J]. Mol Cell, 2013,51(6):792-806.DOI: 10.1016/j.molcel.2013.08.017.

[4] Li Z, Huang C, Bao C, et al. Exon-intron circular RNAs regulate transcription in the nucleus[J]. Nat Struct Mol Biol, 2015,22(3):256-264.DOI: 10.1038/nsmb.2959.

[5] Jeck WR, Sharpless NE. Detecting and characterizing circular RNAs[J]. Nat Biotechnol, 2014,32(5):453-461.DOI: 10.1038/nbt.2890.

[6] Wang F, Nazarali AJ, Ji S. Circular RNAs as potential biomarkers for cancer diagnosis and therapy[J]. Am J Cancer Res, 2016,6(6):1167-1176.

[7] Preall JB, Sontheimer EJ. RNAi: RISC gets loaded[J]. Cell, 2005,123(4):543-545.

[8] Romero-Cordoba SL, Salido-Guadarrama I, Rodriguez-Dorantes M, et al. miRNA biogenesis: biological impact in the development of cancer[J]. Cancer Biol Ther, 2014,15(11):1444-1455.DOI: 10.4161/15384047.2014.955442.

[9] Hansen TB, Kjems J, Damgaard CK. Circular RNA and miR-7 in cancer[J]. Cancer Res, 2013,73(18):5609-5612.DOI: 10.1158/0008-5472.

[10] Kong D, Piao YS, Yamashita S, et al. Inflammation-induced repression of tumor suppressor miR-7 in gastric tumor cells[J]. Oncogene, 2012,31(35):3949-3960.DOI: 10.1038/onc.2011.558.

[11] Fang Y, Xue JL, Shen Q, et al. MicroRNA-7 inhibits tumor growth and metastasis by targeting the phosphoinositide 3-kinase/Akt pathway in hepatocellular carcinoma[J]. Hepatology, 2012,55(6):1852-1862.DOI: 10.1002/hep.25576.

[12] Hao Z, Yang J, Wang C, et al. MicroRNA-7 inhibits metastasis and invasion through targeting focal adhesion kinase in cervical cancer[J]. Int J Clin Exp Med, 2015,8(1):480-487.

[13] Li J, Zheng Y, Sun G, et al. Restoration of miR-7 expression suppresses the growth of Lewis lung cancer cells by modulating epidermal growth factor receptor signaling[J]. Oncol Rep, 2014,32(6):2511-2516.DOI: 10.3892/or.2014.3519.

[14] Zhang H, Cai K, Wang J, et al. MiR-7, inhibited indirectly by lincRNA HOTAIR, directly inhibits SETDB1 and reverses the EMT of breast cancer stem cells by downregulating the STAT3 pathway[J]. Stem Cells, 2014,32(11):2858-2868. DOI: 10.1002/stem.1795.

[15] Jiang L, Liu X, Chen Z, et al. MicroRNA-7 targets IGF1R (insulin-like growth factor 1 receptor) in tongue squamous cell carcinoma cells[J]. Biochem J, 2010,432(1):199-207. DOI: 10.1042/BJ20100859.

[16] Zhao ZJ, Shen J. Circular RNA participates in the carcinogenesis and the malignant behavior of cancer[J]. RNA Biol, 2015:1-8.

[17] Li F, Zhang L, Li W, et al. Circular RNA ITCH has inhibitory effect on ESCC by suppressing the Wnt/beta-catenin pathway[J]. Oncotarget, 2015,6(8):6001-6013.

[18] Huang G, Zhu H, Shi Y, et al. cir-ITCH plays an inhibitory role in colorectal cancer by regulating the Wnt/β-Catenin pathway[J]. Plos One, 2015,10(6):e131225.DOI: 10.1371/journal.pone.0131225.

[19] Xie H, Ren X, Xin S, et al. Emerging roles of circRNA_001569 targeting miR-145 in the proliferation and invasion of colorectal cancer[J]. Oncotarget, 2016,7(18):26680-26691.DOI: 10.18632/oncotarget.8589.

[20] Hansen TB, Wiklund ED, Bramsen JB, et al. miRNA-dependent gene silencing involving Ago2-mediated cleavage of a circular antisense RNA[J]. EMBO J, 2011,30(21):4414-4422. DOI: 10.1038/emboj.2011.359.

[21] Qu S, Song W, Yang X, et al. Microarray expression profile of circular RNAs in human pancreatic ductal adenocarcinoma[J]. Genom Data, 2015,5:385-387.DOI: 10.1016/j.gdata.2015.07.017.

[22] 丁方謎, 蔣金玲, 張俊. 表皮生長因子受體通路阻斷在胰腺癌治療中的進(jìn)展[J]. 內(nèi)科理論與實踐, 2015,10(5):384-388.

[23] Duex JE, Comeau L, Sorkin A, et al. Usp18 regulates epidermal growth factor(EGF) receptor expression and cancer cell survival via microRNA-7[J]. J Biol Chem, 2011,286(28):25377-25386.DOI: 10.1074/jbc.M111.222760.

[24] Webster RJ, Giles KM, Price KJ, et al. Regulation of eidermal gowth fctor rceptor sgnaling in hman cncer clls by mcroRNA-7[J]. J Biol Chem, 2009,284(9):5731-5741.DOI: 10.1074/jbc.M804280200.

[25] 戚欣欣, 孫莉. Sirtuin家族及其生物學(xué)特性[J]. 華夏醫(yī)學(xué), 2016,29(1):169-174.DOI:10.19296/j.cnki.1008-2409.2016-01-060.

[26] Saunders LR, Verdin E. Sirtuins: critical regulators at the crossroads between cancer and aging[J]. Oncogene, 2007,26(37):5489-5504.

[27] Zhao G, Cui J, Zhang JG, et al. SIRT1 RNAi knockdown induces apoptosis and senescence, inhibits invasion and enhances chemosensitivity in pancreatic cancer cells[J]. Gene Ther, 2011,18(9):920-928.

[28] Wauters E, Sanchez-Arevalo Lobo VJ, Pinho AV, et al. Sirtuin-1 rgulates ainar-to-dctal mtaplasia and spports cncer cll vability in pncreatic cncer[J]. Cancer Res, 2013,73(7):2357-2367.DOI: 10.1158/0008-5472.

[29] McGlynn LM, McCluney S, Jamieson NB, et al. SIRT3 & SIRT7: potential novel biomarkers for determining outcome in pancreatic cancer patients[J]. Plos One, 2015,10(6):e131344.

[30] Abu N, Jamal R. Circular RNAs as promising biomarkers: A mini-review[J]. Front Physiol, 2016,7:355.DOI: 10.3389/fphys.2016.00355.

(本文編輯：屠振興)

10.3760/cma.j.issn.1674-1935.2017.02.014

國家自然科學(xué)基金面上項目(81372482)；上海市自然科學(xué)基金(138R1409300)

200433 上海，第二軍醫(yī)大學(xué)長海醫(yī)院消化科

王凱旋，Email: wangkaixuan224007@sina.com

2017-02-13)