環(huán)狀RNA在惡性腫瘤中的研究進展△

曹萱，張徐，蔣鵬程

1江蘇大學(xué)附屬人民醫(yī)院普外科，江蘇 鎮(zhèn)江212002

2江蘇大學(xué)醫(yī)學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江212000

1 circRNA概述

20世紀70年代，環(huán)狀RNA（circular RNA，circRNA）被Sanger等[1]在植物病毒中發(fā)現(xiàn)，是一種5'端和3'端首尾連接的閉合環(huán)狀RNA。然而，受當(dāng)時技術(shù)的限制，研究者們普遍認為circRNA是由于拼接錯誤產(chǎn)生的[2]。因此，circRNA未引起人們的重視。隨著生物信息學(xué)和RNA-seq技術(shù)的發(fā)展，circRNA被證明大量存在于生物體內(nèi)，且具有穩(wěn)定、保守、定位特異、表達特異等特性。circRNA根據(jù)來源可分為3種類型，包括外顯子circRNA（exonic circRNA，ecircRNA）、環(huán)狀內(nèi)含子RNA（circular intronic RNA，ciRNA）和外顯子-內(nèi)含子circRNA（extron-intron circRNA，EIciRNA）[3]。目前認為ecircRNA的形成有三種假說模型：套索驅(qū)動的環(huán)化、內(nèi)含子配對驅(qū)動的環(huán)化和RNA結(jié)合蛋白介導(dǎo)的環(huán)化[4]。

2 circRNA與惡性腫瘤的關(guān)系

惡性腫瘤區(qū)別于良性腫瘤，其最大的特點是不受約束地生長、擴散并浸潤周圍組織。全球惡性腫瘤的發(fā)病率和病死率均較高，嚴重影響人類健康。據(jù)統(tǒng)計，目前，中國惡性腫瘤的發(fā)病率為285.83/10萬，病死率為170.15/10萬，排名前10位的常見惡性腫瘤依次為肺癌、食管癌、胃癌、結(jié)直腸癌、胰腺癌、肝癌、乳腺癌、宮頸癌、甲狀腺癌和腦瘤[5]。惡性腫瘤病死率高的部分原因是患者癥狀不明顯而無法進行及時、早期的診斷，導(dǎo)致病情惡化，錯失最佳治療時機。若能盡早診斷并進行有效治療，則可以避免惡性腫瘤的進一步發(fā)展，提高生存率。然而，現(xiàn)有的影像學(xué)、內(nèi)鏡等檢查手段存在一定局限性，因此盡快尋找新的腫瘤標志物應(yīng)用于惡性腫瘤的臨床診斷至關(guān)重要。有研究發(fā)現(xiàn)，circRNA在腫瘤組織與正常組織中的表達量存在差異[6]，這就意味著circRNA有望成為新的腫瘤生物標志物用于指導(dǎo)臨床診斷。另外，研究還發(fā)現(xiàn)，circRNA可以充當(dāng)miRNA分子海綿或競爭性內(nèi)源RNA（competing endogenous RNA，ceRNA）進而調(diào)控靶基因的表達，與RNA結(jié)合蛋白（RNA-binding protein，RBP）結(jié)合從而調(diào)節(jié)特定蛋白的表達，參與蛋白翻譯等生物學(xué)功能，間接參與惡性腫瘤的發(fā)生、發(fā)展。例如，circTP63競爭性地與miRNA-873-3p結(jié)合，降低叉頭盒轉(zhuǎn)錄因子M1（forkhead box M1，F(xiàn)OXM1）水平，從而上調(diào)著絲粒蛋白A（centromere protein A，CENPA）和著絲粒蛋白B（centromere protein B，CENPB）的表達，最終促進細胞周期進程[7]。c-myc與circ-Amotl1的結(jié)合能力最強，circ-Amotl1通過誘導(dǎo)c-myc入核增加致瘤性[8]。LINC-PINT作為一種circRNA，可編碼長度為87個氨基酸的蛋白質(zhì)PINT87aa，在體外和體內(nèi)均能抑制膠質(zhì)母細胞瘤細胞的增殖[9]。因此，可以依據(jù)這些功能通過對circRNA進行干預(yù)從而實現(xiàn)對惡性腫瘤的抑制。

2.1 circRNA與肺癌

肺癌在全球的發(fā)病率和病死率均最高[10]。據(jù)統(tǒng)計，中國肺癌的新發(fā)病例約為78.7萬例，發(fā)病率為57.26/10萬[5]。Han等[11]發(fā)現(xiàn)，circ-BANP在肺癌組織中呈高表達，且與肺癌患者的低生存率有關(guān)。circ-BANP作為miRNA-503的ceRNA，與其結(jié)合后可導(dǎo)致La相關(guān)蛋白1（La-related protein 1，LARP1）的表達上調(diào)，從而促進肺癌的生長、遷移和侵襲。hsa_circ_100395過表達可顯著抑制肺癌細胞的增殖，通過阻滯細胞周期進程降低肺癌細胞的遷移和侵襲能力；此外，還發(fā)現(xiàn)hsa_circ_100395作為ceRNA能夠抑制miRNA-1228的表達，促進轉(zhuǎn)錄因子 21（transcription factor 21，TCF21）的表達，從而調(diào)控肺癌的發(fā)展[12]。有研究證實，circ_0001649在非小細胞肺癌組織和細胞中的表達水平降低，且與TNM分期、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移情況和預(yù)后不良有關(guān)[13]。Ding等[14]等發(fā)現(xiàn)circ_001569高表達肺癌患者的預(yù)后較差，這提示其可作為肺癌的一種預(yù)后預(yù)測指標。

2.2 circRNA與消化道腫瘤

2.2.1 circRNA與食管癌每年新診斷的食管癌病例數(shù)超過48萬例，其已成為全球第八大常見的惡性腫瘤死亡原因，在中國的發(fā)病率較高，為17.87/10萬[5,15]。食管鱗狀細胞癌是食管癌最常見的病理類型。Xia等[16]發(fā)現(xiàn)hsa_circ_0067934在食管鱗狀細胞癌中的表達上調(diào)；敲減實驗證明hsa_circ_0067934可阻止細胞周期的進展并影響食管鱗狀細胞癌細胞的增殖和遷移。很多食管癌患者于確診前已發(fā)生轉(zhuǎn)移，需術(shù)前進行新輔助治療。然而，食管鱗狀細胞癌細胞存在抗輻射性。Liu等[17]對食管癌細胞KYSE-150和耐輻射的食管癌細胞KYSE-150R進行了比較，發(fā)現(xiàn)沉默circRNA_100367可降低KYSE-150R細胞的增殖和遷移能力。circRNA_100367與miRNA-217結(jié)合后，miRNA-217以Wnt3為靶點，增強了KYSE-150R的抗輻射性。這些研究為食管癌的生物治療提供新的思路。Fan等[18]檢測到hsa_circ_0001946在食管鱗狀細胞癌患者血漿中的表達水平均低于健康者；通過受試者操作特征（receiver operating characteristic，ROC）曲線分析發(fā)現(xiàn)，ROC曲線下面積、靈敏度和特異度分別為0.894、92%和80%；hsa_circ_0001946的表達水平與食管鱗狀細胞癌的復(fù)發(fā)率有關(guān)。Hu等[19]發(fā)現(xiàn)circGSK3β的表達水平與食管癌的臨床分期及預(yù)后不良均呈正相關(guān)。以上研究結(jié)果表明circRNA具有作為臨床診斷和預(yù)后預(yù)測指標的潛在價值。

2.2.2 circRNA與胃癌胃癌是常見的消化系統(tǒng)惡性腫瘤，東亞國家是其高發(fā)地區(qū)，特別是日本和中國[20]。胃癌的發(fā)生、發(fā)展是一個復(fù)雜的過程，加之癌胚抗原（carcinoembryonic antigen，CEA）、糖類抗原19-9（carbohydrate antigen 19-9，CA19-9）、糖類抗原125（carbohydrate antigen 125，CA125）、甲胎蛋白（α-fetoprotein，AFP）在早期胃癌中的陽性率較低[21]，且部分患者的癥狀不明顯，未引起重視，忽略了胃鏡檢查。Zhang等[22]研究發(fā)現(xiàn)，circRNA_100269可預(yù)測胃癌的復(fù)發(fā)，進一步探究發(fā)現(xiàn)circRNA_100269在非腫瘤組織中呈高表達，在胃癌組織中呈低表達。通過Target-scan和Miranda在生物信息學(xué)數(shù)據(jù)庫中搜索circRNA_100269的潛在靶點，進一步揭示miRNA-630與circRNA_100269的表達水平呈負相關(guān)，二者相互作用能夠抑制胃癌細胞的增殖。circRNA還可以通過影響信號通路發(fā)揮作用。雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin，MTOR）是磷脂酰肌醇-3-羥激酶（phosphatidylinositol 3-hydroxy kinase，PI3K）/蛋 白 激 酶 B（protein kinase B，PKB，又稱AKT）的下游分子，AKT/MTOR通路是介導(dǎo)腫瘤代謝動態(tài)平衡的經(jīng)典信號通路之一[23]。circNRIP1作為miRNA-149-5p的海綿，通過AKT/MTOR介導(dǎo)的代謝和上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化（epithelial-mesenchymal transition，EMT）途徑促進胃癌的進展[24]。以circNRIP1為靶點探索胃癌的新的治療方法具有很好的應(yīng)用前景。

2.2.3 circRNA與結(jié)直腸癌結(jié)腸癌是常見的消化道惡性腫瘤，在中國，其發(fā)病人數(shù)為38.8萬，僅次于胃癌[5]。目前，手術(shù)和化療是腸癌的主要治療方式，但患者預(yù)后仍較差。有研究采用實時熒光定量聚合酶鏈反應(yīng)（quantitative real-time polymerase chain reaction，qRT-PCR）發(fā)現(xiàn)，circCCDC66在結(jié)腸癌中的表達水平較高，過表達的circCCDC66可增強結(jié)腸癌細胞的增殖、遷移和侵襲能力[25]。Zhang等[26]從198個在結(jié)腸癌中表達上調(diào)的circRNA中篩選出表達差異明顯的hsa_circ_0055625，并通過進一步的實驗分析發(fā)現(xiàn)，hsa_circ_0055625的表達與腫瘤TNM分期和轉(zhuǎn)移有關(guān)，并下調(diào)miRNA-106的表達可減少對整合素β8（integrin β8，ITGB8）的抑制，進而促進腫瘤的生長和轉(zhuǎn)移。circDDX17可作為腫瘤抑制因子在腸癌中發(fā)揮作用，且其表達水平與臨床病理參數(shù)有關(guān)，后期可能成為腸癌診斷的潛在生物標志物和治療靶點[27]。

2.2.4 circRNA與胰腺癌胰腺癌的惡性程度高，由于缺乏早期診斷和有效的治療，預(yù)后最差[28-29]。circLDLRAD3在胰腺癌細胞和組織中呈高表達。miRNA-137在胰腺癌中呈低表達，并與腫瘤大小、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移情況、腫瘤分期和預(yù)后不良密切相關(guān)。circLDLRAD3可直接靶向miRNA-137，上調(diào)circLDLRAD3的表達，從而減輕miRNA-137對胰腺癌細胞增殖、遷移和侵襲方面的抑制作用[30]。Chen等[31]發(fā)現(xiàn)，miRNA-124與circRNA_100782具有結(jié)合位點，miRNA-124降低了白細胞介素6受體（interleukin-6 receptor，IL6R）和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)及轉(zhuǎn)錄激活因子 3（signal transduction and activator of transcription 3，STAT3）的mRNA水平以及IL6R、磷酸化的JAK2（phosphorylation-JAK2，p-JAK2）、STAT3和 磷 酸 化 的STAT3（phosphorylation-STAT3，p-STAT3）蛋白的水平。這些結(jié)果表明，circRNA_100782可通過IL6-STAT3途徑與miRNA-124相互作用進而調(diào)控腫瘤細胞的增殖。circRNA的檢測為胰腺癌的早期診斷及治療提供了新的途徑。

2.2.5 circRNA與肝癌慢性乙型或丙型肝炎病毒感染、酗酒、免疫相關(guān)肝炎、肥胖等諸多因素均可導(dǎo)致肝癌發(fā)生。circ-DB被發(fā)現(xiàn)在體脂率高的肝癌患者中的表達水平升高，Zhang等[32]結(jié)合已有的研究報道和生物信息學(xué)預(yù)測分析發(fā)現(xiàn)，circ-DB可與miRNA-34a結(jié)合，調(diào)控其下游靶基因USP7的表達，誘導(dǎo)下游腫瘤基因相關(guān)的靶蛋白去泛素化增強，調(diào)控腫瘤相關(guān)蛋白cyclin A2的表達，減輕肝細胞癌的DNA損傷，促進肝細胞癌的增殖和遷移。另外，cSMARCA5被證實其表達水平的下調(diào)與肝細胞癌的侵襲性特征有關(guān)，其不僅可以抑制肝癌細胞的增殖和遷移，還可以促進腫瘤抑制因子組織金屬蛋白酶抑制劑3（tissue inhibitor of metalloproteinase 3，TIMP3）的表達[33]。circMTO1 亦被發(fā)現(xiàn)作為miRNA-9的海綿促進p21的表達，從而抑制肝癌的進展，提示circMTO1可成為治療肝癌的潛在靶點。通過與臨床病理參數(shù)的相關(guān)性進行分析，推測circMTO1也可能成為肝細胞癌患者預(yù)后不良的重要預(yù)測指標[34]。因此，尋找新的生物標志物對肝癌的治療及改善肝癌患者的預(yù)后至關(guān)重要。

2.3 circRNA與乳腺癌

乳腺癌是女性常見的惡性腫瘤，中國每年新發(fā)病例約為30.4萬[5,35]。乳腺癌的分子亞型可分為Luminal型、Basal-like型、人表皮生長因子受體2（human epidermal growth factor receptor 2，HER2）（+）型和Normal breast-like型。三陰性乳腺癌（triple negative breast cancer，TNBC）的侵襲性最強，且致死率和復(fù)發(fā)率均高。Ye等[36]發(fā)現(xiàn)，過表達的circFBXW7能夠明顯抑制乳腺癌細胞的增殖、遷移；深入研究發(fā)現(xiàn)，circFBXW7不僅可充當(dāng)miRNA-197-3p的海綿，還可編碼FBXW7-185aa蛋白，上調(diào)FBXW7的表達，下調(diào)c-myc的表達，從而發(fā)揮抑制TNBC細胞增殖和遷移的作用。EMT廣泛參與胚胎器官發(fā)育、傷口愈合和腫瘤轉(zhuǎn)移等生理和病理過程。研究證明，circANKS1B在乳腺癌中的表達水平升高，可激活轉(zhuǎn)化生長因子-β1（transforming growth factor-β1，TGF-β1）/Smad 信號通路，誘導(dǎo)EMT，進而促進乳腺癌在體內(nèi)、體外的侵襲和轉(zhuǎn)移，但對乳腺癌的生長無影響[37]。circ-叉頭框蛋白O3（forkhead box O3，F(xiàn)OXO3）通過促進p53的泛素化修飾和降解，穩(wěn)定FOXO3蛋白的表達，最終導(dǎo)致靶基因p53正向凋亡調(diào)節(jié)因子（p53 up-regulated modulator of apoptosis，PUMA）的表達上調(diào)，同時增加細胞凋亡的敏感性[38]。因此，circRNA可能是未來治療乳腺癌的一個新靶點。

2.4 circRNA與宮頸癌

近年來，宮頸癌的發(fā)病年齡逐漸趨于年輕化，因此，尋找新的生物標志物進行早診斷、早治療至關(guān)重要。Cai等[39]發(fā)現(xiàn)，hsa_circ_0000263通過作用于miRNA-150-5p進而上調(diào)鼠雙微體4（murine double minute 4，MDM4）的表達來抑制p53的表達，從而促進宮頸癌的發(fā)生。另外，hsa_circRNA_101996被證明可以作為miRNA-8075的海綿，靶向?qū)m頸癌細胞中的爪蟾驅(qū)動蛋白樣蛋白2靶蛋白（targeting protein for Xenopus kinesin-like protein 2，TPX2），抑制宮頸癌細胞的增殖、遷移和侵襲[40]。手術(shù)是宮頸癌的一個重要治療手段，但是，晚期宮頸癌患者由于發(fā)生了轉(zhuǎn)移而失去了手術(shù)切除病灶的機會，又不能承受放化療帶來的不良反應(yīng)，因此，尋求新的治療靶點顯得尤為重要。

2.5 circRNA與甲狀腺癌

甲狀腺癌是內(nèi)分泌系統(tǒng)常見的惡性腫瘤，一般分為4種類型，最常見的是乳頭狀甲狀腺癌，其次是濾泡癌、髓樣癌和未分化癌。WNT/β-catenin信號通路是一條經(jīng)典途徑，其異常激活通常導(dǎo)致多種惡性腫瘤的發(fā)生。circRNA_102171與CTNNBIP1相互作用，阻斷其與β-catenin/Tcf3/Tcf4/LEF1復(fù)合物的相互作用，從而激活WNT/β-catenin通路促進乳頭狀甲狀腺癌進展[41]。Notch信號通路可通過調(diào)節(jié)腫瘤微環(huán)境、腫瘤血管生成以及腫瘤的發(fā)生、進展、侵襲和轉(zhuǎn)移，參與多種腫瘤的發(fā)生與發(fā)展。Yao等[42]發(fā)現(xiàn)hsa_circ_0058124高表達與腫瘤分期、腫瘤大小、甲狀腺外侵犯、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移情況、遠處轉(zhuǎn)移情況均呈正相關(guān)，作為miRNA-2185p的ceRNA上調(diào)Numb的表達從而抑制Notch3通路，從而促進乳頭狀甲狀腺癌的發(fā)展?？梢?，circRNA有助于甲狀腺癌的早期診斷及治療。

2.6 circRNA與腦瘤

根據(jù)2018年全球癌癥統(tǒng)計數(shù)據(jù)，中樞神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤的新發(fā)病例占所有腫瘤新發(fā)病例的1.6%，占所有惡性腫瘤相關(guān)死亡病例的2.5%[43]。有研究發(fā)現(xiàn)，circAKT3能夠編碼長度為174個氨基酸的蛋白質(zhì)AKT3-174aa，進一步研究發(fā)現(xiàn)AKT3-174aa主要影響AKT2/3分子的磷酸化，負調(diào)控PI3K/AKT信號通路，從而起到抑制腦腫瘤發(fā)生、發(fā)展的作用[44]。真核生物起始因子4A3（eukaryotic translation initiation factor 4A3，EIF4A3）誘導(dǎo)的circ-基質(zhì)金屬蛋白酶 9（matrix metalloproteinase 9，MMP9）可 作 為miRNA-124的海綿上調(diào)細胞周期蛋白依賴激酶4（cyclin-dependent kinase 4，CDK4）和極光激酶 A（aurora kinase A，AURKA）的表達，促進多形性膠質(zhì)母細胞瘤細胞的增殖、遷移和侵襲，促進膠質(zhì)母細胞瘤的形成[45]。Ding等[46]證實環(huán)狀核轉(zhuǎn)錄因子Ⅸ（circular RNA nuclear factorⅨ，circNFⅨ）是miRNA-378e的海綿，miRNA-378的表達量因circ-NFIX過表達而明顯降低，并因circNFIX的敲降而增加。核糖體結(jié)合蛋白Ⅱ（ribophorinⅡ，RPN2）是miRNA-378e的靶標。沉默circNFIX可通過調(diào)節(jié)miRNA-378e/RPN2軸抑制膠質(zhì)瘤的進展。一些circRNA已被發(fā)現(xiàn)在膠質(zhì)瘤中發(fā)揮致癌作用，而另一些circRNA則被報道具有腫瘤抑制作用，circRNA也可能成為未來腦癌治療的理想選擇。

3 小結(jié)與展望

由于RNA技術(shù)的飛速發(fā)展，越來越多與腫瘤密切相關(guān)的circRNA被發(fā)現(xiàn)。大量研究證明circRNA在各種腫瘤組織和正常組織中的表達存在差異，并參與各種病理過程，包括凋亡、增殖和侵襲等方面。目前，對circRNA功能的認識尚不完全，關(guān)于其在惡性腫瘤中作用的機制主要集中于作為miRNA海綿的功能方面的研究。一些circRNA在相關(guān)的信號通路中與不同的蛋白相互作用，調(diào)節(jié)細胞活動。此外，circRNA與EMT有關(guān)，且circRNA通過EMT轉(zhuǎn)錄因子、EMT相關(guān)信號通路等機制調(diào)控EMT的進展。一些特異性表達的circRNA有望成為一種腫瘤標志物，為腫瘤的早期診斷及治療提供新的靶點。