circRNA在膠質(zhì)瘤中的研究進(jìn)展*

趙志軍，賴文濤，張曉璐

[1.內(nèi)蒙古科技大學(xué)包頭醫(yī)學(xué)院第一附屬醫(yī)院神經(jīng)外科,內(nèi)蒙古 包頭 014010；2.內(nèi)蒙古科技大學(xué)包頭醫(yī)學(xué)院；3.內(nèi)蒙古自治區(qū)骨組織再生與損傷修復(fù)工程技術(shù)中心)

在過(guò)去的幾十年中，非編碼RNA的大量研究為探索膠質(zhì)瘤的綜合分子機(jī)制提供了新的見(jiàn)解。許多研究表明，非編碼RNA在調(diào)節(jié)膠質(zhì)瘤啟動(dòng)和進(jìn)展的生物學(xué)過(guò)程中起著至關(guān)重要的作用。近年來(lái)，circRNA已成為繼miRNAs、INcRNAs之后的新的研究熱點(diǎn)。1976年， circRNA首次在植物類病毒和仙臺(tái)病毒中被發(fā)現(xiàn)。直到1991年，內(nèi)源性circRNA在人類的抑癌基因DCC的轉(zhuǎn)錄本中被發(fā)現(xiàn)[1]。與線性RNA不同的是，circRNA是共價(jià)單鏈封閉的環(huán)形轉(zhuǎn)錄模板，缺乏5’帽端和3’尾端，它們通常被認(rèn)為是含量小且功能電位低的異常產(chǎn)物。然而，隨著快速高通量測(cè)序和生物信息學(xué)的發(fā)展，大量來(lái)自前體RNA后剪接的circRNA不僅在正常組織中被識(shí)別，還在各種癌組織中也被識(shí)別出來(lái)[2]。膠質(zhì)瘤是最常見(jiàn)的惡性顱內(nèi)腫瘤，對(duì)人類健康構(gòu)成嚴(yán)重威脅。盡管膠質(zhì)瘤患者可以用手術(shù)切除治療，但術(shù)后化療療法，中位數(shù)存活只有12～18個(gè)月。近年來(lái)，研究人員已經(jīng)開(kāi)始專注于膠質(zhì)瘤的分子機(jī)制和生物標(biāo)志物，并開(kāi)發(fā)了膠質(zhì)瘤患者的分子靶向療法以抑制疾病進(jìn)展[3]。許多研究表明，circRNA參與了惡性腫瘤的調(diào)節(jié)，包括膠質(zhì)瘤。circRNA在癌癥的許多方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，包括調(diào)節(jié)細(xì)胞周期，凋亡，血管生成，侵襲和轉(zhuǎn)移[4]。本綜述簡(jiǎn)要介紹了circRNA，并討論了它們?cè)谀z質(zhì)瘤發(fā)病機(jī)制中的作用和潛在價(jià)值，為臨床治療提供一定見(jiàn)解。

1 circRNA的功能

circRNA是一種高度穩(wěn)定的RNA，對(duì)核酸外切酶具有高度抗性，主要由前體RNA反向剪接產(chǎn)生，將下游剪接供體位點(diǎn)(5’剪接位點(diǎn))連接到上游受體剪接位點(diǎn)(3’剪接位點(diǎn))。80%以上的circRNA來(lái)源于細(xì)胞質(zhì)中蛋白質(zhì)編碼基因的外顯子，并且單個(gè)基因位點(diǎn)能產(chǎn)生多個(gè)外顯子循環(huán)模式[5]。在神經(jīng)元組織中circRNA更為豐富，且在不同的腦區(qū)表現(xiàn)出差異表達(dá)。這一現(xiàn)象可能歸因于大量的蛋白質(zhì)編碼基因產(chǎn)生各種circRNA和剪接因子以及RNA結(jié)合蛋白來(lái)調(diào)控circRNA的形成。circRNA參與了幾種神經(jīng)系統(tǒng)疾病，如由CIRS7-sponge-mir7介導(dǎo)的阿爾茨海默病[6]。

越來(lái)越多的研究證實(shí)了circRNA存在致瘤性的作用以及加快膠質(zhì)瘤的進(jìn)展。根據(jù)RNA序列 ，Xu等結(jié)合5種方法篩選出三種膠質(zhì)瘤組織樣品與三個(gè)配對(duì)正常組織樣品之間差異表達(dá)的circRNA，最終鑒定出12種常見(jiàn)的circRNA[7]。Zhu等人檢測(cè)到了五個(gè)膠質(zhì)瘤患者中RNA的表達(dá)譜，試圖找到發(fā)病機(jī)制的核心基因，結(jié)果表明，在膠質(zhì)瘤患者中共鑒定出1 411個(gè)差異表達(dá)的circRNA，包括206個(gè)上調(diào)的circRNA和1 205個(gè)下調(diào)的circRNA，表明circRNA的失調(diào)與膠質(zhì)瘤生物過(guò)程幾乎相關(guān)[8]。Yuan等使用相似的方法，發(fā)現(xiàn)2 038個(gè)circRNA在膠質(zhì)母細(xì)胞瘤和匹配的正常腦組織之間經(jīng)常發(fā)生改變。在這些差異表達(dá)的circRNA中， 2 002個(gè)circRNA被下調(diào)，36 個(gè)circRNA被上調(diào)。同時(shí),共表達(dá)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建表明，在多種癌癥相關(guān)途徑中富集改變的circRNA是腦癌或神經(jīng)疾病的驅(qū)動(dòng)因素[9]。在臨床證明實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)各種特異性circRNA進(jìn)行了鑒定和分析，提示circRNA的異常表達(dá)具有潛在的治療價(jià)值。

2 circRNA與膠質(zhì)瘤

2.1circ RNA通過(guò)癌癥相關(guān)信號(hào)通路影響膠質(zhì)瘤的增殖和侵襲 多條信號(hào)通路與膠質(zhì)瘤的發(fā)生及發(fā)展密切相關(guān)。通過(guò)調(diào)節(jié)與腫瘤相關(guān)信號(hào)通路密切相關(guān)的互補(bǔ)miRNA或靶mRNA ， 如PI3K/AKT/mTOR 、 Wnt/β-catenin 、 Notch通路，異常表達(dá)的circRNA在膠質(zhì)瘤的增殖、細(xì)胞周期、侵襲和轉(zhuǎn)移中起著至關(guān)重要的作用。Yang等人證實(shí)cZNF292通過(guò)Wnt/β-catenin途徑抑制膠質(zhì)瘤增殖和細(xì)胞周期的進(jìn)展，還證明轉(zhuǎn)錄因子E2F1 、 NF-κB 、 HIF-1 、 AP-1 、 STAT3和STAT5在cZNF292抑制后表達(dá)明顯下調(diào)，提示cZNF292、NF-κB和STAT3/5通路的潛在機(jī)制[10]。Chen等表明circ_0000177在膠質(zhì)瘤細(xì)胞系中表達(dá)上調(diào)，其過(guò)表達(dá)通過(guò)FZD7誘導(dǎo)的MIR-638激活WNT通路促進(jìn)膠質(zhì)瘤增殖和侵襲[11]。Zheng等研究表明，circTTBK2以序列特異性的方式促進(jìn)MIR-217海綿的增殖和抑制細(xì)胞凋亡。而HNF1β作為MIR-217的直接靶點(diǎn)，通過(guò)PI3K/AKT和ERK信號(hào)通路與其啟動(dòng)子結(jié)合激活Derlin-1 ，提示阻斷CIRCTT BK2/MIR- 217/HNF1β/Derlin-1軸可能是人類膠質(zhì)瘤的潛在治療靶點(diǎn)[12]。與此同時(shí)，CIRC-0014359和CIRCNT5E通過(guò)PI3K/AKT/mTOR信號(hào)通路分別通過(guò)MIR153和MIR422A來(lái)促進(jìn)膠質(zhì)瘤的進(jìn)展。Li等證實(shí)MiR-7-5p通過(guò)調(diào)節(jié)EGFR、PI3K/AKT、Raf/MEK/ERK和IGF-1R通路在膠質(zhì)母細(xì)胞瘤中發(fā)揮抑瘤作用。通過(guò)海綿化Has-miR-7-5p來(lái)抑制NOVA2，從而促進(jìn)膠質(zhì)瘤惡性腫瘤的發(fā)生[13]。同時(shí)，Circ- CFH在膠質(zhì)瘤組織中明顯上調(diào)，與腫瘤分級(jí)呈正相關(guān)，通過(guò)特異性海綿化MIR-149和釋放AKT1，顯著提高膠質(zhì)瘤細(xì)胞的增殖能力。此外，circRNA介導(dǎo)的Notch信號(hào)通路失調(diào)參與了膠質(zhì)瘤的進(jìn)展。Xu等人研究了CIRC NFIX通過(guò)植入海綿mir-34a-5p經(jīng)Notch信號(hào)通路上調(diào)靶基因NOTCH1來(lái)促進(jìn)膠質(zhì)瘤的進(jìn)展?？傮w而言，癌癥相關(guān)途徑與腫瘤的發(fā)生、化療和耐藥性密切相關(guān)[14]。因此，更多的circRNA在癌癥通路中的鑒定對(duì)于進(jìn)一步了解膠質(zhì)瘤的分子生物學(xué)和開(kāi)發(fā)新的靶向治療是有價(jià)值的。

2.2circRNA與膠質(zhì)瘤中的血管生成 缺氧和各種信號(hào)通路能夠刺激腫瘤血管生成，缺氧還可誘導(dǎo)circRNA的產(chǎn)生。He等研究表明通過(guò)Wnt/β-catenin途徑抑制cZNF292可以抑制膠質(zhì)瘤血管的形成，而FOXP1/FOXP2在轉(zhuǎn)錄水平上促進(jìn)G斑和FHA結(jié)構(gòu)域1(AGGF1)表達(dá)的血管生成因子，可通過(guò)PI3K/AKT和ERK1/2通路促進(jìn)血管生成，同時(shí)發(fā)現(xiàn)CIRC-SHKBP1在膠質(zhì)瘤微血管和巨核細(xì)胞中上調(diào)，并通過(guò)靶向MIR-544a/MIR-379負(fù)調(diào)控FOXP1/FOXP2 的表達(dá)[15]。因此，CIRC-SHKBP1通過(guò)靶向 MIR-544a/FOXP1/AGGF1和 MIR-379/FOXP2/AGGF1通路調(diào)節(jié)膠質(zhì)瘤血管生成。RNA結(jié)合蛋白可以與circRNA相互作用，并參與腫瘤血管生成的調(diào)控。FUS屬于FET蛋白家族，可以通過(guò)與剪接側(cè)翼內(nèi)含子的結(jié)合來(lái)調(diào)節(jié)19個(gè)circRNA的表達(dá)[16]。具體來(lái)說(shuō)，F(xiàn)US通過(guò)RNA-IP和RNA下拉試驗(yàn)與circ-002136結(jié)合，抑制FUS或circ-002136顯著抑制U87膠質(zhì)瘤暴露內(nèi)皮細(xì)胞的管形成。此外，circ_002136的敲除通過(guò)海綿mir-138-5p降低SOX13的表達(dá)，而SOX13結(jié)合到SPON2啟動(dòng)子區(qū)域促進(jìn)SPON2的表達(dá)，從而促進(jìn)血管生成。更重要的是，SOX13 可以通過(guò)啟動(dòng)子區(qū)增強(qiáng) FUS 轉(zhuǎn) 錄 ， 揭 示 FUS/circ_002136/miR-138-5p/SOX13在膠質(zhì)瘤中的反饋回路介導(dǎo)的血管生成調(diào)節(jié)[17]。還有研究表明，MOV10結(jié)合的circ-DICER1通過(guò)負(fù)調(diào)控基因ZIC4上的MIR-103a-3p/MIR-382-5p來(lái)調(diào)節(jié)膠質(zhì)瘤的血管生成[18]。這些均表明circRNA在介導(dǎo)膠質(zhì)瘤的血管生成中起著關(guān)鍵作用。

2.3circRNA是膠質(zhì)瘤診斷和預(yù)后的潛在新生物標(biāo)志物 對(duì)circRNA的鑒定和功能研究表明，circRNA作為控制下游靶基因的癌基因或腫瘤抑制因子，具有重要的臨床應(yīng)用價(jià)值。除了與其他ncRNA相比具有獨(dú)特的共價(jià)圓形結(jié)構(gòu)外，還有其他幾個(gè)獨(dú)特的特征[19]：(1)沒(méi)有5‘帽和3’聚(A)尾的結(jié)構(gòu)特征使得circRNA對(duì)核酸外切酶具有抗性，并且半衰期大于48小時(shí)；(2)大多數(shù)circRNA序列在不同物種間進(jìn)化中高度保守；(3)circ RNA顯示細(xì)胞類型、組織類型和發(fā)育特異性表達(dá)；(4)circRNA 是由專變剪接產(chǎn)生的，在真核細(xì)胞質(zhì)中尤為豐富；(5)circRNA在轉(zhuǎn)錄或轉(zhuǎn)錄后水平上表現(xiàn)出多樣性和調(diào)節(jié)作用；(6)大多數(shù)circRNA是非編碼的，但少數(shù)也可翻譯成多肽；(7)circRNA在外泌體中廣泛富集。從臨床角度來(lái)看，circRNA被證實(shí)廣泛存在于血液和體液中。因此，所有這些特性都可以作為circRNA進(jìn)行膠質(zhì)瘤的診斷、預(yù)后以及治療評(píng)價(jià)的有價(jià)值的生物標(biāo)志物。到目前為止，circRNA在組織中的表達(dá)或由circRNA編碼的蛋白質(zhì)與臨床之間的關(guān)系也得到了廣泛研究。Circ-0034642、circ-0074362、Cir-ITCH、CIRCH-IPK3和CIRC-CPA4與膠質(zhì)瘤患者的臨床嚴(yán)重程度和預(yù)后不良有關(guān)。Wang等人研究表明circ-0001649的減少與腫瘤大小和WHO分級(jí)有關(guān)，這表明circ-0001649可能是手術(shù)后獨(dú)立的預(yù)后指標(biāo)[20]。此外，上調(diào)circ-0001649通過(guò)調(diào)節(jié)Bcl-2/caspase-3通路來(lái)促進(jìn)細(xì)胞凋亡。目前的研究表明，由非編碼RNA編碼的蛋白質(zhì)是預(yù)測(cè)癌癥患者預(yù)后的有前景的生物標(biāo)志物。由circRNASHPRH編碼的SHPRH-146aa在正常腦組織中含量較多，但在膠質(zhì)瘤患者中含量減少。此外，它還通過(guò)保護(hù)全長(zhǎng)SHPRH降低致瘤性，SHPRH泛素化增殖細(xì)胞核抗原(PCNA)在其中作為E3連接酶[21]。由circ-FBXW7編碼的AFBXW7-185aa通過(guò)拮抗USP28誘導(dǎo)的c-Myc穩(wěn)定來(lái)抑制膠質(zhì)瘤的破壞行為，兩者均與患者短期生存時(shí)間呈負(fù)相關(guān)。Zhu等研究表明，CircBRAF的上調(diào)是一個(gè)獨(dú)立的預(yù)測(cè)因素，通過(guò)Cox分析，膠質(zhì)瘤患者具有良好的無(wú)進(jìn)展生存率和整體生存率。細(xì)胞外囊泡通過(guò)將分子轉(zhuǎn)運(yùn)到周圍環(huán)境中，從而改變腫瘤微環(huán)境，在細(xì)胞間通信中起著關(guān)鍵作用[22]。它們含有不同類型的分子載體，如蛋白質(zhì)、mRNAs、非編碼RNA和DNA，決定了它們?cè)谀[瘤進(jìn)展、代謝調(diào)節(jié)、免疫調(diào)節(jié)和血管生成中的作用，而且由于它們的高穩(wěn)定性和特異性差異表達(dá)模式，它們被用作癌癥中很有前景的生物標(biāo)志物。在膠質(zhì)母細(xì)胞瘤患者中，腦脊液來(lái)源的胞外囊泡和血清來(lái)源的外泌體中含有大量的miR-21和miR-221[23]。circRNA在外泌體中廣泛存在且高度穩(wěn)定，盡管外泌體來(lái)源的circRNA在膠質(zhì)瘤中的研究和應(yīng)用尚處于起步階段，但這也提示血清或腦脊液來(lái)源的circRNA可能作為潛在的生物標(biāo)志物、治療耐藥性以及靶向藥物分子的傳遞。

2.4circRNA在膠質(zhì)瘤免疫治療中的作用 PD-1/PD-L1檢查點(diǎn)阻斷是包括膠質(zhì)瘤在內(nèi)的幾種腫瘤的一種很有前途的靶點(diǎn)策略。Chen的報(bào)告表明，PD-L1可以調(diào)節(jié)膠質(zhì)瘤微環(huán)境的免疫細(xì)胞浸潤(rùn)，并作為信號(hào)蛋白控制多條通路， 包括STAT3 、PI3K/AKT/mTOR等 。然而，基于膠質(zhì)母細(xì)胞瘤的低免疫原性反應(yīng)和免疫抑制的微環(huán)境，盡管上調(diào)PD-L1是免疫治療膠質(zhì)母細(xì)胞瘤細(xì)胞的預(yù)后生物標(biāo)志物，但靶向PD-1/PD-L1檢查點(diǎn)的效率會(huì)變得很低，這主要?dú)w因于腫瘤微環(huán)境中存在各種基因組亞型或分子譜[24]。因此，聯(lián)合檢查點(diǎn)阻斷免疫治療是迫切需要的。明確了miRNAs與腫瘤免疫之間的關(guān)系后，circRNA基于與miRNAs蛋白質(zhì)結(jié)合的理論與抗腫瘤免疫密切相關(guān)，腫瘤外泌體中的circRNA作為腫瘤抗原來(lái)激活抗腫瘤免疫，提示免疫治療的潛在靶點(diǎn)。Wei等研究表明，MIR-138可以靶向CTLA-4和PD1逃避膠質(zhì)瘤中的免疫檢查點(diǎn)治療，因此，circ-002136也可能通過(guò)海綿MIR-138來(lái)成為潛在的免疫治療靶[25]，Wang等發(fā)現(xiàn)CIRCHIPK3-miR124軸的IL6R可能影響膠質(zhì)瘤免疫應(yīng)答，circ-0076248可以通過(guò)調(diào)節(jié)MIR-181a介導(dǎo)的p53和 SIRT1的表達(dá)來(lái)參與免疫應(yīng)答，并且，MIR-34a的過(guò)表達(dá)會(huì)顯著減弱PD-L1誘導(dǎo)的化療耐藥，這表明MIR-34a是膠質(zhì)瘤PD-L1信號(hào)的負(fù)調(diào)節(jié)因子[26]?；谶@一事實(shí)，MIR-34a可能被CIRCNFIX海綿化，提示CIRCNFIX可能在膠質(zhì)瘤的免疫治療中發(fā)揮重要作用。這些不同的理論對(duì)于治療膠質(zhì)瘤均具有預(yù)測(cè)作用，circRNA-miRNA-mRNA和其他可用RNA結(jié)合蛋白對(duì)膠質(zhì)瘤免疫調(diào)節(jié)的調(diào)控機(jī)制仍較弱，值得全面深入探索。

3 展望

目前普遍認(rèn)為，circRNA在與中樞神經(jīng)系統(tǒng)相關(guān)的各種生理和病理生理過(guò)程中起著至關(guān)重要的作用[27]。大腦中的circRNA更為豐富，其往往來(lái)源于神經(jīng)元和突觸功能的基因，而膠質(zhì)瘤中的含量則較低，這表明識(shí)別上調(diào)的circRNA可能具有更重要的臨床價(jià)值，這與目前的研究是一致的[28]。由circRNAs編碼的多肽和蛋白質(zhì)為膠質(zhì)瘤患者的治療反應(yīng)，預(yù)后評(píng)估和基于高特異性和活性、低免疫原性和較少細(xì)胞毒性的小分子肽藥物的開(kāi)發(fā)提供了相當(dāng)多的機(jī)會(huì)。而且基于納米粒子的治療手段足以幫助通過(guò)血腦屏障向腦腫瘤傳遞特定的化合物[29]。因此，基于納米粒子的靶向circRNA和相關(guān)肽結(jié)合來(lái)進(jìn)行腦給藥系統(tǒng)將為進(jìn)一步治療膠質(zhì)瘤提供一個(gè)重要的新視角。外泌體來(lái)源的circRNA具有更高穩(wěn)定性、較長(zhǎng)半衰期以及外泌體含量豐富的特殊性，由此可以推斷出膠質(zhì)瘤患者血液和腦脊液中的Exo-CircRNA為非侵入性診斷和區(qū)分不同的膠質(zhì)瘤亞型提供了極好的見(jiàn)解，并結(jié)合磁共振成像或其他傳統(tǒng)生物標(biāo)志物進(jìn)行了高靈敏度的早期治療評(píng)估[30]。因此，從體液中進(jìn)行表達(dá)譜分析和相關(guān)作用研究，是進(jìn)一步探討circRNA治療膠質(zhì)瘤分子病理學(xué)的迫切需要。過(guò)去與膠質(zhì)瘤發(fā)病有關(guān)的揭示機(jī)制主要集中在miRNA海綿效應(yīng)、與信號(hào)通路相關(guān)的編碼蛋白質(zhì)、表型轉(zhuǎn)化等方面。因此，其他潛在的功能，包括調(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄、蛋白質(zhì)相互作用或海綿效應(yīng)，仍有待深入研究。

綜上所述，越來(lái)越多的證據(jù)表明circRNA在膠質(zhì)瘤的發(fā)病和進(jìn)展中起著至關(guān)重要的作用，但circRNA的研究仍處于起步階段，隨著研究策略和測(cè)序技術(shù)的發(fā)展，進(jìn)一步闡明與膠質(zhì)瘤腫瘤發(fā)生相關(guān)的circRNA將最終加速其在診斷、治療和預(yù)后評(píng)估中的臨床應(yīng)用。