環(huán)狀RNA在非小細胞肺癌放療抵抗中的研究進展

李煒龍 馬勝林 張仕蓉

癌癥是嚴重威脅人類生命的一種慢性非傳染性疾病，相關研究人員對全球20個主要區(qū)域的癌癥統(tǒng)計數(shù)據[1]表明，2012年新增癌癥病例1,410萬，死亡病例820萬，其中肺癌的死亡率最高，達到160萬。而在一項2015年的統(tǒng)計數(shù)據[2]中顯示，我國約有73萬的新發(fā)肺癌病例，占所有癌癥病例的17%，并且仍然有逐年上升趨勢，癌癥的防治已經成為一個迫在眉睫的問題。然而，在肺癌的主要類型中，非小細胞肺癌（non-small cell lung cancer, NSCLC）約占發(fā)病率的85%[3]，并且以生存率偏低、預后較差成為肺癌防治中的重點。

如今，隨著對癌癥的深入認識以及分子生物學的快速發(fā)展，科學家通過分子生物學手段對各種生物分子進行詳細解析，已經可以揭示部分癌癥在發(fā)展、侵襲和轉移等過程中的相關分子機制。研究[4-7]發(fā)現(xiàn)，環(huán)狀RNA（circluar RNA, circRNA）在癌癥的進程中發(fā)揮了重要的作用，并且與癌癥的侵襲、轉移、增殖和治療抵抗等有著密切聯(lián)系，有可能成為下一代診斷、治療和療效預測的新方向。

1 CircRNA的生物學結構和作用

1.1 CircRNA的生物學結構 早在1976年，科學家在研究高等植物類病毒中發(fā)現(xiàn)了circRNA的存在[8]，并于1979年用電子顯微鏡觀察到它的結構[9]。大多數(shù)circRNA是跨物種保守并且穩(wěn)定的，同時耐RNA酶R，常常表現(xiàn)出組織/發(fā)育階段的特異性表達[10]，它是由5'和3'末端以共價鍵相連組成的線性分子，并擁有不同的長度，既沒有5'到3'的極性，也沒有poly A尾巴[11]。從理論上來說，由于circRNA不具備5'到3'的極性，也沒有poly A尾巴，因此認為它沒有具備編碼的能力，將它歸類為非編碼RNA家族中的一員。

1.2 CircRNA的生物學作用 CircRNA作為一種非編碼RNA，在傳統(tǒng)的生物學概念上來說它并不具備編碼蛋白質的能力，因此也沒有太多的生物學特性。然而，隨著近幾十年來的深入研究，科學家發(fā)現(xiàn)它與多種疾病相關，如糖尿病腎病[12]、顳葉癲癇[13]、心肌纖維化[14]和阿爾茨海默病[15]等。另外，它還與多種癌癥的增殖、侵襲、轉移密切相關，近年來發(fā)現(xiàn)與癌癥相關的circRNA有以下幾種（表1）[16-33]。

表1 CircRNA與癌癥相關統(tǒng)計Tab 1 Statistics of the relation between circRNA and cancer

2 CircRNA與NSCLC的關系

一系列研究[34-50]表明，circRNA與癌細胞的增殖、生長、侵襲等方面存在著密切關系，因此circRNA可以作為生物標志物來診斷、治療和預測患者預后。目前，已經證明多種circRNA與NSCLC的進展有關，其中部分circRNA與NSCLC的關系如表2。

表2 CircRNA與NSCLC的關系Tab 2 Relation between circRNA and NSCLC

3 CircRNA與NSCLC放療抵抗

相關研究[51-53]表明，NSCLC與女性乳腺癌、大腸癌和黑色素瘤相比，肺癌的生存率仍然偏低，NSCLC的I期、II期、III期和IV期的5年生存率分別為55.1%、26.2%、15%和4.2%，部分患者還會發(fā)生腫瘤局部未控而導致復發(fā)，這可能與腫瘤細胞產生了放射耐受性有關。

目前，已有部分研究顯示除了長鏈非編碼RNA（long non-coding RNA, lncRNA）[54]、微小RNA（micro RNA,miRNA）[55]、轉錄激活因子5（activating transcription factor 5, ATF5）[56]、信號傳導和轉錄激活因子3（signal transducer and activator of transcription 3, STAT3）[57]、DNA依賴性蛋白激酶（DNA-dependent protein kinase, DNAPKi, M3814）、ATM絲氨酸/蘇氨酸激酶（ATM serine/threonine kinase,ATMi）[58]和泛素[59]等可引起癌細胞的放療抵抗外，circRNA也可以使細胞獲得放射抗性，從而影響局部控制率和患者的生存獲益。另外，對細胞circRNA表達譜的研究[60]表明，在接受放射后細胞會產生circRNA表達的差異，令細胞產生了放射敏感性的差異。目前，已報道的NSCLC放射抵抗相關的環(huán)狀RNA，具體有以下幾種。

3.1 Circ_0086720介導的放療抵抗 Jin等[61]在使用實時熒光定量PCR（quantitative real-time polymerase chain reaction, qRT-PCR）測量circ_0086720、miR-375和Spindlin 1（SPIN1）的表達差異時發(fā)現(xiàn)，circ_0086720、miR-375和SPIN1與NSCLC放療療效存在一定相關性。在抗放射動物模型的NSCLC組織中circ_0086720和SPIN1的表達增加，而miR-375的表達減少。實驗結果發(fā)現(xiàn)了circ_0086720通過靶向miR-375并抑制了miR-375的表達，而miR-375與SPIN1結合會抑制SPIN1的表達。后來，通過敲低circ_0086720后發(fā)現(xiàn)NSCLC細胞對放射線的敏感性增加，并且可以進一步阻斷體內腫瘤的生長，最終證實了circ_0086720的下調是通過調節(jié)miR-375/SPIN1通路增強了NSCLC對放射線的敏感性，從而有助于改善NSCLC的放射治療。

3.2 Circ_0001287介導的放療抵抗 Zhang等[62]使用qRTPCR研究circ_0001287、miR-21表達與NSCLC患者臨床病理參數(shù)之間的關系發(fā)現(xiàn)，circ_0001287在NSCLC組織和細胞系中的表達能力與NSCLC的分化程度和淋巴結轉移程度有著密切的關系。Circ_0001287在NSCLC組織和細胞系中的表達均存在下調，引起了癌細胞的放射抗性，而circ_0001287的過表達則可以抑制NSCLC細胞的增殖、遷移、侵襲和放射抗性。更深入的研究顯示，circ_0001287可以吸附miR-21并抑制其表達，并間接上調NSCLC細胞中基因功能磷脂酶和張力蛋白同源物（phosphatase and tensin homolog, PTEN）的表達，從而產生上述的效果。

3.3 CircMTDH.4介導的放療抵抗 星形膠質細胞升高基因1（astrocyte elevated gene 1, AEG-1）在多種癌癥細胞的侵襲、遷移中發(fā)揮著重要的作用，Li等[63]收集了28個NSCLC組織和30個正常組織進行NSCLC放療抵抗研究，并通過定量逆轉錄-聚合酶鏈反應和免疫印跡來檢測NSCLC細胞中的AEG-1的表達。實驗結果表明，circMTDH.4通過miR-630調節(jié)AEG-1的表達來使癌細胞獲得放射抗性，敲除circMTDH.4或者出現(xiàn)miR-630的過表達均可抑制NSCLC細胞的化學抗性和放射抗性。另外，AEG-1的過表達或miR-630的敲除則發(fā)揮了相反的作用。因此，證明了circMTDH.4/miR-630/AEG-1通路與NSCLC細胞的放射抵抗存在一定的關系。

3.4 CircRNA ZNF208介導的放療抵抗 Liu等[64]通過分析NSCLC細胞的circRNA差異表達譜發(fā)現(xiàn)，circRNA ZNF208在A549細胞和A549-R11細胞中顯著上調。在后續(xù)的基因敲除實驗表明circZNF208可以改變A549和A549-R11細胞對X射線的敏感性。最后，通過一系列的實驗證明了circZNF208通過充當miR-7-5p的海綿而上調α-突觸核蛋白（α-synuclein, SNCA）的表達，隨后促進NSCLC細胞對低線性能量轉移（linear energy transfer, LET）X射線的抵抗。另外，這項研究還發(fā)現(xiàn)了circRNA ZNF208并不能改變NSCLC細胞對碳離子的敏感性，因此，可以考慮circRNA ZNF208作為一個差異化治療的靶點。

3.5 CircRNA組差異表達介導的放療抵抗 很多情況下，細胞在接受放射性物質后，會產生DNA鏈的斷裂，從而導致基因突變，最終有一部分細胞會獲得對放射性物質的抗性。而這種抗性有可能是通過circRNA的差異性表達來實現(xiàn)的，從而在同一代細胞或下一代細胞間進行傳遞，使腫瘤細胞獲得抗性。

一項關于A549肺癌細胞在接受放射前后的RNA測序的數(shù)據[65]顯示，有1,875個靶點circRNA在A549細胞中對電離照射發(fā)生了差異性的表達。在經過電離輻射處理的A549肺癌細胞中，總共有30個環(huán)狀RNA表達上調、37個circRNA表達下調。另外，一項關于電離輻射暴露與circRNA表達譜之間關系的研究[66]也表明，通過敲除RecQ解旋酶介導的基因組不穩(wěn)定性蛋白1（recQ-mediated genome instability protein 1, RMI1）可增強輻射敏感性和輻射誘導的凋亡細胞死亡。而在此期間，在已知的RNA庫中發(fā)現(xiàn)有7,188個circRNA發(fā)生了表達改變，最后分別在敲除RMI1的細胞中沒有電離輻射（ionizing radiation, IR）和暴露于電離輻射的細胞中鑒定出有179個和160個差異表達的circRNA?？梢姡琧ircRNA在細胞中的差異性表達有可能是導致細胞獲得放療抵抗的原因，也將成為一個新的治療靶點。

4 展望與總結

目前，我們雖然擁有化療、放療、手術、免疫治療和靶向治療等多種與癌細胞對抗的手段，但對于多數(shù)NSCLC患者來說，治療抵抗仍然是治療效果不理想或病情復發(fā)的重要原因。盡管我們通過對癌細胞治療抵抗機制的深入研究獲得了很多關鍵通路與重要靶點的信息，但是在放療的過程中會使細胞中的DNA鏈斷裂，從而產生較多的DNA碎片，這樣就進一步增加了DNA重組的概率，導致了更多放療抗性基因的產生，最終降低了放療的療效。雖然放療存在著這些缺點，但為了彌補其他治療的不足，特別是對一些不能進行手術的NSCLC患者來說，這也是一個重要的治療方案。

一項III期NSCLC患者生存獲益與免疫系統(tǒng)照射劑量相關性的研究[67]表明，更高劑量的免疫系統(tǒng)放射線與腫瘤的進展和死亡有關，因此未來的放射治療方向應該是個體化的、量身定制的。如今，副作用更少的立體定向放射治療（stereotactic body radiation therapy, SBRT）[68]、加速超分割放射治療（accelerated hyperfractionated radiotherapy,AH-RT）[69]和連續(xù)加速超分割放射治療（continuous hyperfractionated accelerated radiotherapy, CHART）[70]等新放療技術已經應用于臨床，可以給患者提供更多可選擇的放療方案。因此，放療在NSCLC患者的全程管理中起到非常重要的作用，而放療抵抗則很大程度上影響了放療療效及患者的生存獲益。CircRNA作為一種細胞間傳遞信息的載體，不但與多種正常的生理活動有關，而且與多種疾病的發(fā)生、進展有關，特別是在癌癥的增殖、分化、侵襲和浸潤等起著重要的橋梁作用，因此進一步研究circRNA在NSCLC放療抵抗中的分子機制，對于深入了解circRNA介導的放療抵抗有著重要的作用。目前研究顯示circRNA與NSCLC放療抵抗有著密切的聯(lián)系，未來可利用circRNA在放療增敏、放療敏感和放療耐受人群中進行篩選以及放療療效方面進行預測，為臨床優(yōu)化NSCLC的放射治療策略提供實驗理論基礎。