circRNA與消化道腫瘤：進(jìn)展和機(jī)遇

張明鑫路寧吳開春

作者單位：710077 西安 1西安醫(yī)學(xué)院第一附屬醫(yī)院消化內(nèi)科；710000 西安 2腫瘤生物學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，國家消化系統(tǒng)疾病醫(yī)學(xué)研究中心，空軍軍醫(yī)大學(xué)西京消化病醫(yī)院消化內(nèi)科

我國是消化道腫瘤高發(fā)國家，每年新發(fā)胃癌、食管癌和結(jié)腸癌超過100萬例，約占全球消化道腫瘤新發(fā)病例總數(shù)的40%，給我國帶來了巨大的醫(yī)療和經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)［1-2］。由于多數(shù)消化道腫瘤患者確診時(shí)已為晚期，總體預(yù)后較差，加上治療過程中的放化療耐藥以及術(shù)后的復(fù)發(fā)和轉(zhuǎn)移等因素，消化道腫瘤在所有癌癥類型中死亡率較高。2018年全球癌癥統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，胃癌和結(jié)直腸癌分別位居我國腫瘤發(fā)病率的第2位和第3位［2］。因此，臨床上亟需可靠穩(wěn)定的生物標(biāo)志物進(jìn)行診斷和預(yù)后預(yù)測(cè)，并進(jìn)一步開發(fā)新的靶標(biāo)來設(shè)計(jì)更高效的治療方法。環(huán)狀RNA（circRNA）由共價(jià)閉合環(huán)通過反向剪接形成，具有在真核細(xì)胞中含量豐富、高度穩(wěn)定性、保守性和組織特異性等特點(diǎn)［3］?，F(xiàn)有研究表明，circRNA可在各種水平（例如轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)錄后水平）參與腫瘤生物學(xué)行為［4］。本文就近年circRNA在消化道腫瘤中的研究作一述評(píng)。

1 circRNA簡(jiǎn)介

得益于高通量RNA測(cè)序（RNA-seq）技術(shù)的廣泛應(yīng)用，消化道腫瘤相關(guān)非編碼RNA領(lǐng)域，尤其是lncRNA和miRNA相關(guān)研究迅猛發(fā)展并備受關(guān)注［5］。circRNA由前體mRNA（pre-mRNA）產(chǎn)生，然后被RNA聚合酶Ⅱ轉(zhuǎn)錄形成共價(jià)閉合的單鏈環(huán)狀RNA分子，無5′帽子和 3′poly（A）尾巴［6］。circRNA 具有以下特殊特征：⑴豐富性，circRNA不僅廣泛表達(dá)于人類各組織器官中，且其表達(dá)水平可達(dá)相應(yīng)mRNA水平的10倍以上［7］；⑵穩(wěn)定性，circRNA的共價(jià)閉環(huán)結(jié)構(gòu)使其對(duì)核糖核酸酶（如RNase R）的消化具有抗性，并具有比線性RNA長(zhǎng)達(dá)10倍的半衰期［8］；⑶保守性，無論物種之間的進(jìn)化距離如何，circRNA都表現(xiàn)出高度的保守性［9］；⑷特異性，在不同細(xì)胞類型、組織或不同發(fā)育階段，circRNA通常呈特異性表達(dá)［10］。既往認(rèn)為circRNA是異常RNA剪接的無功能副產(chǎn)物，但隨著研究的深入，尤其在2013年發(fā)現(xiàn)了一個(gè)經(jīng)典的circRNA——ciRS-7（又稱CDR1as），其可作為“miRNA海綿”，有超過70個(gè)miR-7結(jié)合位點(diǎn)，同時(shí)基于后續(xù)的一系列研究結(jié)果，circRNA迅速轉(zhuǎn)變成為科學(xué)研究的重點(diǎn)和非編碼RNA 領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)［11-12］。

2 circRNA參與消化道腫瘤進(jìn)展的調(diào)控機(jī)制

2.1 circRNA參與消化道腫瘤放化療抵抗

放化療是腫瘤治療的重要手段，對(duì)預(yù)防復(fù)發(fā)和轉(zhuǎn)移具有重要意義。但是由于耐藥性的產(chǎn)生，往往導(dǎo)致不良預(yù)后，腫瘤死亡率增加。circRNA可參與多種消化道腫瘤的放化療抵抗。例如在抗紫杉醇的胃癌組織和細(xì)胞中均發(fā)現(xiàn)circPVT1過表達(dá)，敲低circPVT1可促進(jìn)紫杉醇引起的細(xì)胞凋亡［13］。ZEB1是著名的紫杉醇抗性啟動(dòng)子，該研究還發(fā)現(xiàn)circPVT1通過“miRNA海綿”靶向miR-124-3p，促進(jìn)ZEB1過表達(dá)后介導(dǎo)紫杉醇耐藥。circFN1、circAKT3和circCCDC66也可通過“miRNA海綿”分別靶向 miR-182-5p、miR-198和miR-618，從而增強(qiáng)胃癌對(duì)順鉑的耐藥性［14-16］。hsa_circ_0001546可通過激活A(yù)TM/Chk2/p53依賴性信號(hào)通路抑制奧沙利鉑耐藥［17］。沉默circRACGAP1表達(dá)可通過靶向miR-3657和ATG7抑制細(xì)胞自噬，從而增加胃癌對(duì)阿帕替尼的敏感性［18］。外泌體介導(dǎo)的ciRS122可通過miR-122/PKM2軸促進(jìn)糖酵解，進(jìn)而誘導(dǎo)結(jié)直腸癌奧沙利鉑耐藥［19］。hsa_circ_0079662可作為hsa_miR-324-5p“海綿”過表達(dá)靶基因HOXA9，然后通過TNF-α途徑誘導(dǎo)結(jié)腸癌對(duì)奧沙利鉑耐藥［20］。在食管鱗癌中，circRNA_100367除了可抑制細(xì)胞增殖和遷移外，還可以通過miR-217/Wnt3途徑降低腫瘤細(xì)胞的放療抵抗［21］。circRNA_001275也被發(fā)現(xiàn)在耐順鉑的食管癌組織和細(xì)胞中表達(dá)上調(diào)，其過表達(dá)可增強(qiáng)順鉑耐藥細(xì)胞增殖和侵襲，抑制凋亡，而circRNA_001275可能是通過miR-370-3p“海綿”上調(diào)Wnt7a的表達(dá)增強(qiáng)食管癌順鉑耐藥［22］。hsa_circ_001680也能通過miR-340“海綿”上調(diào)BMI1表達(dá)，增強(qiáng)結(jié)直腸癌對(duì)伊立替康的耐藥性［23］。由此可以看出，circRNA可參與多種消化道腫瘤的放化療抵抗，且可能是通過“miRNA海綿”、代謝、自噬、外泌體等機(jī)制或方式實(shí)現(xiàn)。

2.2 circRNA參與腫瘤微環(huán)境

腫瘤微環(huán)境（tumor microenvironment，TME）是不同細(xì)胞類型之間相互影響的產(chǎn)物，在腫瘤的發(fā)生和發(fā)展、轉(zhuǎn)移和治療中起至關(guān)重要的作用［24］。最近研究表明，circRNA在調(diào)節(jié)胃腸道腫瘤的TME中起重要作用。第一，circRNA通過PD-L1調(diào)節(jié)免疫逃逸。circRNA可以作為ceRNA調(diào)節(jié)PD-L1的表達(dá)，從而幫助腫瘤逃避免疫監(jiān)視。在結(jié)直腸癌細(xì)胞中高表達(dá)的has_circ_0020397可通過circ_0020397-miR-138途徑上調(diào)PD-L1的表達(dá)，進(jìn)而誘導(dǎo)T細(xì)胞凋亡、抑制T細(xì)胞活化和增殖，從而導(dǎo)致腫瘤免疫逃逸［25］。目前，針對(duì)PD-L1的藥物已在結(jié)直腸癌等多種腫瘤中進(jìn)行臨床試驗(yàn)［26］。既往大量研究也已表明miRNAs在調(diào)節(jié)PD-1/PD-L1免疫檢查點(diǎn)表達(dá)方面意義重大，再次印證了circRNA可通過circRNA-miRNA-PD-1/PD-L1途徑促進(jìn)免疫逃逸。第二，circRNA參與重塑細(xì)胞外基質(zhì)（extracellular matrix，ECM）。MMP家族可通過與基底膜上的大分子相互作用降解并刺激ECM重塑，從而有利于腫瘤細(xì)胞侵襲基底膜和基質(zhì)，引起腫瘤轉(zhuǎn)移。circRNA可通過調(diào)節(jié)MMP表達(dá)參與ECM重塑，在胃癌細(xì)胞中敲除circ_0000096后，VEGF和與遷移相關(guān)蛋白MMP-2、MMP-9的表達(dá)均顯著降低，表明circ_0000096可能通過調(diào)節(jié)細(xì)胞外基質(zhì)重塑和血管生成而影響細(xì)胞生長(zhǎng)和遷移［27］。結(jié)直腸癌中高表達(dá)的 circLMNB1也可降低MMP-2和MMP-9表達(dá)，從而抑制上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化（epithelial-mesenchymal transition，EMT），影響腫瘤擴(kuò)散和侵襲［28］。第三，缺氧環(huán)境。缺氧是TME的關(guān)鍵特征，低氧的微環(huán)境可加強(qiáng)癌細(xì)胞對(duì)放療的抗性，對(duì)腫瘤侵襲和治療有重要影響［29］。有研究報(bào)道胃癌患者血漿中的ciRS-133可通過促進(jìn)患者的白色脂肪褐變，加重腫瘤惡病質(zhì)的同時(shí)增加耗氧，形成TME的缺氧環(huán)境［30］。綜上認(rèn)為，circRNA在TME中起多種作用，但有關(guān)研究仍處于起步階段。

2.3 circRNA參與抗生長(zhǎng)信號(hào)的不敏感

正常細(xì)胞中有多種抗增殖信號(hào)，通過阻止細(xì)胞周期而阻止細(xì)胞增殖，將細(xì)胞維持在靜止?fàn)顟B(tài)。但是，癌細(xì)胞可以通過阻止腫瘤抑制因子表達(dá)或激活而逃避生長(zhǎng)抑制，因此抗生長(zhǎng)信號(hào)的不敏感是腫瘤細(xì)胞的十大特征之一。在多種腫瘤中，磷酸酶及張力蛋白同源物（phosphase and tension homology deleted on chromsome ten，PTEN）可以促進(jìn)G0-G1細(xì)胞周期及其他細(xì)胞功能活性；細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶抑制劑p21是一種細(xì)胞周期抑制蛋白，其過度表達(dá)可抑制細(xì)胞生長(zhǎng)［31-32］。在胃癌中低表達(dá)的circ-ZFR可通過miR-130a/miR-107“海綿”參與PTEN調(diào)節(jié)［33］。CDR1as在胃癌組織中過表達(dá)，且與不良預(yù)后相關(guān)，此外CDR1as還可以通過miR-7“海綿”增強(qiáng)PTEN的表達(dá)，然后激活PTEN/PI3K/AKT通路，從而調(diào)節(jié)細(xì)胞增殖［34］。還有研究報(bào)道，circRNA-000425可作為miR-17/miR-106b“海綿”靶向p21，從而抑制胃癌細(xì)胞生長(zhǎng)［35］。因此，未來可通過尋找參與逃避生長(zhǎng)抑制的高效特異circRNA靶標(biāo)，提高抗生長(zhǎng)信號(hào)的敏感性，從而遏制消化道腫瘤生長(zhǎng)。

2.4 外泌體相關(guān)circRNA

外泌體在介導(dǎo)細(xì)胞間通訊、TME、免疫系統(tǒng)功能、生長(zhǎng)和分化、細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和病毒復(fù)制等方面具有重要意義。circRNA在外泌體中表達(dá)豐富，且穩(wěn)定性高。因此，外泌體相關(guān)circRNA在腫瘤診斷和治療中的潛力逐漸凸顯。外泌體circRNA主要是通過ceRAN機(jī)制競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合miRNA，從而參與消化道腫瘤發(fā)生發(fā)展。例如，胃癌外泌體circSHKBP1可調(diào)控miR-582-3p/HUR/VEGF通路，抑制HSP90降解，促進(jìn)胃癌增殖、侵襲、遷移和血管生成［36］。在有淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的食管鱗癌中，血清外體circ_0026611表達(dá)顯著上調(diào)，其診斷有無淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的AUC為0.724（95%CI：0.604～0.865）；同時(shí)circ_0026611也是影響總生存期和無病生存期的重要因子，可作為預(yù)測(cè)食管鱗癌預(yù)后的指標(biāo)［37］。還有研究發(fā)現(xiàn)，全身麻醉劑七氟醚可下調(diào)結(jié)腸癌外泌體 circHMGCS1水平，進(jìn)一步通過外泌體介導(dǎo)的circHMGCS1/miR-34a-5p/SGPP1通路抑制結(jié)腸癌細(xì)胞存活和侵襲，并誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡［38］。綜上可見，外泌體circRNA以其高度特異性、保守性、穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)，有望成為預(yù)測(cè)消化道腫瘤診斷和預(yù)后的重要生物標(biāo)志物和治療靶標(biāo)。

2.5 circRNA參與消化道腫瘤代謝

能量代謝改變是腫瘤的標(biāo)志，旨在為腫瘤發(fā)生和發(fā)展提供必要的營養(yǎng)。已有研究顯示circRNA可能參與消化道腫瘤糖酵解，例如外泌體介導(dǎo)的ciRS-122可通過miR-122/PKM2軸促進(jìn)糖酵解，參與腫瘤耐藥。目前研究推測(cè)，circRNA可能通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄因子影響糖酵解：c-Myc可激活Warburg效應(yīng)，也是重要的致癌轉(zhuǎn)錄因子之一，在膀胱癌中miR-145可通過沉默c-Myc抑制Warburg效應(yīng)，而胃癌和結(jié)直腸癌中過表達(dá)的circRNA_001569可靶向抑制miR-145［39-41］。circRNA還可通過調(diào)節(jié)信號(hào)通路影響糖酵解，例如胃癌中高表達(dá)的circNRIP1可通過microRNA-149-5p-AKT1/mTOR途徑參與胃癌糖代謝，提高胃癌細(xì)胞的葡萄糖攝取能力［42］。Wnt/β-catenin通路可通過上調(diào) MCT1和 PDK1轉(zhuǎn)錄增強(qiáng)Warburg效應(yīng)，而結(jié)直腸癌中circRNA_100290過表達(dá)，且可通過靶向miR-516b激活Wnt/β-catenin信號(hào)通路，也可能參與結(jié)直腸癌的糖代謝［43］。脂質(zhì)產(chǎn)生增加是腫瘤代謝的另一標(biāo)志事件，因?yàn)榘┘?xì)胞的生長(zhǎng)需要脂肪酸形成細(xì)胞膜。根據(jù)ceRNA網(wǎng)絡(luò)分析和功能注釋分析，在喉鱗狀細(xì)胞癌中，hsa_circ_0033988表達(dá)水平較低，且與脂肪酸降解有關(guān)，但目前仍未在體外和體內(nèi)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證［44］。綜上可見，盡管與消化道腫瘤代謝相關(guān)的circRNA研究較少，但是現(xiàn)有研究已經(jīng)初步證明circRNA參與代謝，未來需進(jìn)一步研究和驗(yàn)證。

2.6 circRNA的翻譯

作為非編碼RNA，circRNA由于缺乏 5′帽子和 3′poly（A）尾結(jié)構(gòu)，曾被認(rèn)為無法翻譯成多肽或蛋白質(zhì)，但最近的研究有力地證明了circRNA可以編碼蛋白質(zhì)［45］。內(nèi)部核糖體進(jìn)入位點(diǎn)介導(dǎo)和m6A介導(dǎo)的翻譯機(jī)制是兩種主要的與帽無關(guān)的circRNA翻譯機(jī)制［45］。circPPP1R12A 具有 216 nt開放閱讀框，可編碼73個(gè)氨基酸的肽段。研究顯示circPPP1R12A在結(jié)腸癌中高表達(dá)，且circPPP1R12A翻譯的蛋白質(zhì)可通過激活結(jié)腸癌中的Hippo-YAP信號(hào)通路促進(jìn)腫瘤細(xì)胞增殖和轉(zhuǎn)移［46］。這一發(fā)現(xiàn)也為circRNA在消化道腫瘤領(lǐng)域研究提供了新的方向，進(jìn)一步證明了circRNA的重要性。

2.7 circRNA與腫瘤轉(zhuǎn)移

腫瘤轉(zhuǎn)移往往會(huì)導(dǎo)致不良預(yù)后，其中EMT是導(dǎo)致腫瘤轉(zhuǎn)移的常見機(jī)制。因此，目前circRNA相關(guān)EMT研究較多。例如，體內(nèi)外實(shí)驗(yàn)研究表明，結(jié)腸癌中高表達(dá)的circPTK2可通過調(diào)節(jié)波形蛋白促進(jìn)EMT［47］。circRNA還可通過一些常見通路調(diào)節(jié)腫瘤轉(zhuǎn)移，例如，胃癌中過表達(dá)的circCCDC66與淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移相關(guān)，且circCCDC66除可促進(jìn)EMT外，還可通過激活c-Myc和TGF-β信號(hào)通路促進(jìn)胃癌轉(zhuǎn)移［48］。此外，結(jié)直腸癌中缺氧誘導(dǎo)的circCCDC66過表達(dá)可通過miR-3140“海綿”促進(jìn)自噬，進(jìn)而促進(jìn)腫瘤轉(zhuǎn)移［49］。由于腫瘤的轉(zhuǎn)移是多步驟、多階段的，涉及腫瘤進(jìn)展的多個(gè)方面，因此除自噬外，前述的腫瘤微環(huán)境、外泌體、代謝、翻譯等均可參與circRNA調(diào)節(jié)消化道腫瘤轉(zhuǎn)移。

2.8 circRNA的臨床價(jià)值

已有大量研究表明，circRNA與消化道腫瘤患者總生存期、無病生存期、腫瘤分期、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移、遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移、浸潤深度和腫瘤大小等密切相關(guān)，并且手術(shù)前后的circRNA表達(dá)水平也有明顯差異［50］。在診斷價(jià)值方面，胃癌血漿hsa_circ_0000520診斷的AUC為0.8967，靈敏度和特異度分別為82.35%和84.44%［51］。部分circRNA的靈敏度和特異度也優(yōu)于傳統(tǒng)的腫瘤標(biāo)志物，如CEA和CA19-9等［52］。因此，具有表達(dá)特異性、保守性和穩(wěn)定性的circRNA有望成為重要的消化道腫瘤早期診斷和預(yù)后判斷的非侵入性生物標(biāo)志物。

3 小結(jié)與展望

circRNA是一類新穎的RNA分子，具有獨(dú)特的閉合連續(xù)環(huán)結(jié)構(gòu)。本團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期關(guān)注消化道腫瘤相關(guān)circRNA領(lǐng)域的研究進(jìn)展［53］，發(fā)現(xiàn)circRNA在消化道腫瘤生物學(xué)進(jìn)展中起著至關(guān)重要的作用。circRNA在消化道腫瘤中主要涉及放化療抵抗、逃避生長(zhǎng)抑制、代謝、TME等多方面，整體看來，circRNA主要是通過ceRAN機(jī)制或“miRNA海綿”、調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄因子等調(diào)節(jié)腫瘤表型，也可能在外泌體的介導(dǎo)下進(jìn)行。但是，大多數(shù)circRNA不能發(fā)揮“miRNA海綿”功能，因?yàn)榇蠖鄶?shù)circRNA都包含較少的miRNA結(jié)合位點(diǎn)［54］。因此，circRNA參與消化道腫瘤“miRNA海綿”機(jī)制研究在未來可能逐步減少，而circRNA在翻譯和與RNA結(jié)合蛋白相互作用等方向會(huì)逐漸增加。circRNA具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和特性，在消化道腫瘤研究中潛力巨大，必然成為消化道腫瘤診斷、預(yù)后預(yù)測(cè)和靶向治療研究的熱點(diǎn)和重要的靶點(diǎn)。