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(guān)研究人員對全球20個主要區(qū)域的癌癥統(tǒng)計數(shù)據(jù)[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(jù)[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(jīng)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(jīng)可以揭示部分癌癥在發(fā)展、侵襲和轉(zhuǎn)移等過程中的相關(guān)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(zhuǎn)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(jié)構(gòu)和作用

1.1 CircRNA的生物學結(jié)構(gòu) 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(jié)構(gòu)[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(zhì)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(guān)，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(zhuǎn)移密切相關(guān)，近年來發(fā)現(xiàn)與癌癥相關(guān)的circRNA有以下幾種（表1）[16-33]。

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

2 CircRNA與NSCLC的關(guān)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(guān)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(jīng)證明多種circRNA與NSCLC的進展有關(guān)，其中部分circRNA與NSCLC的關(guān)系如表2。

表2 CircRNA與NSCLC的關(guān)系Tab 2 Relation between circRNA and NSCLC

3 CircRNA與NSCLC放療抵抗

相關(guān)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(chǎn)生了放射耐受性有關(guān)。

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(zhuǎn)錄激活因子5（activating transcription factor 5, ATF5）[56]、信號傳導和轉(zhuǎn)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(chǎn)生circRNA表達的差異，令細胞產(chǎn)生了放射敏感性的差異。目前，已報道的NSCLC放射抵抗相關(guān)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(guān)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(jié)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(jié)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(nèi)腫瘤的生長，最終證實了circ_0086720的下調(diào)是通過調(diào)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(guān)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(jié)轉(zhuǎn)移程度有著密切的關(guān)系。Circ_0001287在NSCLC組織和細胞系中的表達均存在下調(diào)，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(diào)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(chǎn)生上述的效果。

3.3 CircMTDH.4介導的放療抵抗 星形膠質(zhì)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(zhuǎn)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(jié)果表明，circMTDH.4通過miR-630調(diào)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(guān)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(diào)。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(diào)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(zhuǎn)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(zhì)后，會產(chǎn)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(zhì)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(guān)于A549肺癌細胞在接受放射前后的RNA測序的數(shù)據(jù)[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(jīng)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(diào)、37個circRNA表達下調(diào)。另外，一項關(guān)于電離輻射暴露與circRNA表達譜之間關(guān)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。可見，circRNA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(jié)

目前，我們雖然擁有化療、放療、手術(shù)、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(guān)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(chǎn)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(chǎn)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(shù)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(guān)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(guān)，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(shù)已經(jīng)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(guān)，而且與多種疾病的發(fā)生、進展有關(guān)，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(chǔ)。