circRNA在犬乳腺腫瘤分子機(jī)制中的應(yīng)用前景

吳居業(yè)，賈 坤

（華南農(nóng)業(yè)大學(xué)獸醫(yī)學(xué)院，廣東 廣州 510642）

犬乳腺腫瘤主要是發(fā)生在未絕育的雌犬上，約占犬腫瘤疾病發(fā)病率的一半，其惡性程度比較高，并且有腫瘤轉(zhuǎn)移的傾向，嚴(yán)重降低患犬的生活質(zhì)量，甚至危害犬的生命健康[1-2]。目前對犬乳腺腫瘤的診斷方法主要有超聲檢查[3]、X射線檢查[4]、組織病理學(xué)檢查[5]等。雖然這些診斷方法在一定程度上可確定疾病的發(fā)展階段，但如何做到早診斷、早預(yù)防和針對性治療，依然是研究犬乳腺腫瘤的一大難題。臨床上最常用治療犬乳腺腫瘤的方法是手術(shù)切除和化療[6]，具有一定的局限性。犬乳腺腫瘤的早期癥狀不明顯，確診的犬往往處于腫瘤發(fā)生的中晚期。因此，需要精確、快速的診斷方法和針對性強的治療方法才能解決上述問題，從分子機(jī)制上揭示犬乳腺腫瘤的進(jìn)展至關(guān)重要。

目前，現(xiàn)有研究未能清晰地揭示犬乳腺腫瘤的發(fā)生發(fā)展機(jī)制。circRNA作為一種具有特殊的生物學(xué)特性和巨大調(diào)控潛力的非編碼RNA分子，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于各種癌癥的研究。所以circRNA在犬乳腺腫瘤分子機(jī)制研究中可能同樣具有很大的應(yīng)用前景。文章綜述circRNA在犬乳腺腫瘤分子機(jī)制研究的應(yīng)用前景，為深入探索circRNA在犬乳腺腫瘤中的機(jī)制提供支撐，推動臨床獸醫(yī)對乳腺腫瘤診斷的準(zhǔn)確性和快速檢測技術(shù)的研發(fā)。

1 circRNA研究概況

1.1 circRNA的來源

circRNA廣泛存在于生物體中[7-8]。circRNA由編碼基因轉(zhuǎn)錄生成，占所有轉(zhuǎn)錄本的10%以上[9]。circRNA是通過特殊的反向剪接產(chǎn)生的共價閉合環(huán)狀結(jié)構(gòu)，沒有5'端帽子或3'端poly A尾[10]。circRNA參與各種細(xì)胞的增殖、分化、凋亡和轉(zhuǎn)移等過程，circRNA的異常表達(dá)與各種癌癥有關(guān)[11]。由于circRNA在細(xì)胞外的穩(wěn)定性較好，能從外泌物、細(xì)胞外液等中檢測到[12]。所以circRNA有成為各種癌癥疾病的生物學(xué)標(biāo)志物的潛力。

1.2 circRNA的生物學(xué)特征

circRNA具有特殊的生物學(xué)特征：（1）豐富性和廣泛性。在人類細(xì)胞中的circRNA種類超過1 200種，也廣泛存在于動植物細(xì)胞中，且主要存在于細(xì)胞質(zhì)中[13]。（2）相對穩(wěn)定性。由于特殊的剪接方式，circRNA形成的環(huán)狀結(jié)構(gòu)不易受核酸酶影響，而且circRNA的半衰期比mRNA長，circRNA在24 h內(nèi)的表達(dá)量變化不大[13-14]。（3）差異性和特異性。circRNA在細(xì)胞類型、組織、發(fā)育階段、病理條件下的表達(dá)具有差異性和特異性[15]。（4）選擇調(diào)控性。circRNA上有與miRNA特異性結(jié)合所需的應(yīng)答元件，能充當(dāng)競爭性內(nèi)源RNA，通過circRNA吸附靶向miRNA來間接地改變游離miRNA的表達(dá)水平，從而選擇性地使miRNA對靶基因的調(diào)控能力發(fā)生改變[16]?；谶@些特殊的生物學(xué)特征，circRNA在尋找犬乳腺腫瘤生物標(biāo)志物和分子機(jī)制研究等方面有很大潛在價值。

1.3 circRNA的作用

最初發(fā)現(xiàn)環(huán)狀RNA時，由于當(dāng)時生物學(xué)技術(shù)的局限性，circRNA曾被認(rèn)為是mRNA合成過程中因錯誤剪接而形成的[17]。隨著研究的深入，有關(guān)circRNAs表達(dá)和功能的研究也取得突破性進(jìn)展。circRNA在生物體中發(fā)揮的調(diào)節(jié)功能和作用不斷被發(fā)現(xiàn)和證實。

1.3.1 circRNA作為競爭性內(nèi)源RNA或miRNA海綿體

circRNA可以作為競爭性內(nèi)源RNA，競爭性地結(jié)合miRNA，從而調(diào)控相關(guān)靶RNA的豐度或翻譯活性[18]。circRNA可以作為miRNA的海綿體，在真核生物中發(fā)揮調(diào)節(jié)miRNA 活性的作用，調(diào)控下游靶基因的表達(dá)[19]。有的circRNA具有同種類的miRNA結(jié)合位點，通過結(jié)合這些位點與miRNA相互作用，調(diào)節(jié)miRNA靶標(biāo)的表達(dá)水平[20]；有的circRNA具有不同種類的miRNA結(jié)合位點，circRNA既可以與1種miRNA結(jié)合，也可以與多種miRNA結(jié)合，從而發(fā)揮海綿作用[21]。

1.3.2 circRNA調(diào)控基因表達(dá)和轉(zhuǎn)錄等過程

含有內(nèi)含子序列的circRNA可以與RNA結(jié)合蛋白結(jié)合，從而影響親本基因表達(dá)，內(nèi)含子間競爭性互補配對可以與線性RNA分子之間形成平衡，能影響mRNA的表達(dá)[22]。一些存在于細(xì)胞核內(nèi)的circRNA通過與聚合酶Ⅱ相互作用以順勢反應(yīng)方式調(diào)控宿主轉(zhuǎn)錄活性，促進(jìn)其親代基因的表達(dá)[14]。例如，鼠甲酸精基因（Fmn）通過反向拼接產(chǎn)生的circRNA作為mRNA陷阱，隔離轉(zhuǎn)錄起始位點，從而捕獲mRNA，使得mRNA不能被翻譯而形成功能性Fmn蛋白產(chǎn)物，導(dǎo)致Fmn蛋白的表達(dá)異常[23]。由此說明，circRNA同基因表達(dá)或轉(zhuǎn)錄調(diào)控都密切相關(guān)。

1.3.3 circRNA參與蛋白翻譯活動

在人成纖維細(xì)胞中，許多單個外顯子來源的circRNA都包含1個翻譯起始位點，細(xì)胞質(zhì)內(nèi)的miRNA與mRNA的非編碼區(qū)進(jìn)行堿基互補配對，從而調(diào)控mRNA的蛋白翻譯水平，但只有少數(shù)circRNA能被翻譯成蛋白質(zhì)[24]。當(dāng)circRNA經(jīng)過人工設(shè)計具備翻譯所需的啟動子和開放閱讀框，就能夠進(jìn)行蛋白翻譯過程[25]。circRNA在參與蛋白翻譯方面的功能仍需要深入的研究，進(jìn)一步闡釋circRNA在參與蛋白翻譯和蛋白互作方面的新功能。

2 circRNA在犬乳腺腫瘤分子機(jī)制研究的基礎(chǔ)

2.1 circRNA在乳腺癌上的相關(guān)研究

circRNA的特殊生物學(xué)特征展示circRNA在乳腺腫瘤分子機(jī)制研究中的巨大潛力，其強大的調(diào)控功能在乳腺癌等癌癥上有更明顯的作用。研究表明，與癌旁非腫瘤組織相比，circRNA在腫瘤組織中表達(dá)異常，這些異常表達(dá)的circRNA能通過干擾miRNA或參與其他生物學(xué)過程來影響癌癥的發(fā)生[26]。此外，circRNA與miRNA存在復(fù)雜的互作網(wǎng)絡(luò)，尋找circRNA與miRNA相互作用的相關(guān)通路將是研究乳腺癌的1個方向。circRNA在乳腺癌上的相關(guān)研究主要集中在2個方面。一是circRNA與乳腺癌miRNA形成海綿機(jī)制，通過與miRNA結(jié)合位點結(jié)合，在乳腺癌發(fā)生發(fā)展的關(guān)鍵信號通路中作為關(guān)鍵的節(jié)點，調(diào)控circRNA-miRNA-mRNA網(wǎng)絡(luò)，從而發(fā)揮對乳腺癌進(jìn)展的調(diào)控。例如通過circANKS1B通過海綿miR-148a-3p和miR-152-3p，增加轉(zhuǎn)錄因子USF1的表達(dá)，從而轉(zhuǎn)錄上調(diào)TGF-β1的表達(dá)，激活TGF-β1/Smad信號通路促進(jìn)乳腺上皮細(xì)胞向間充質(zhì)細(xì)胞轉(zhuǎn)化，從而促進(jìn)乳腺癌侵襲和轉(zhuǎn)移[27]。二是circRNA通過調(diào)控癌基因的表達(dá)，從而發(fā)揮對乳腺癌進(jìn)展的影響，例如circ-AMOTL-1促進(jìn)腫瘤轉(zhuǎn)錄因子C-myc的表達(dá)，從而調(diào)控多種致癌基因的表達(dá)[28]。此外，circRNA含有與miRNA結(jié)合的眾多位點，這些結(jié)合位點的功能機(jī)制都有待進(jìn)一步探索，有助于闡明circRNA在乳腺腫瘤中的分子機(jī)制，也可能是未來治療犬乳腺腫瘤的靶點和探索治療犬乳腺腫瘤方法的新思路。

2.2 人乳腺癌上的circRNA研究成果推動circRNA在犬乳腺腫瘤上的探索

近幾年，針對circRNA在人乳腺癌的研究取得一些進(jìn)步，可以作為探索犬乳腺腫瘤的基礎(chǔ)，可以作為探索circRNA在犬乳腺腫瘤分子機(jī)制的借鑒[29]。

犬乳腺腫瘤和人乳腺癌有許多相似之處，如組織病理學(xué)特征、分子模式、臨床分期等[30]。此外，犬復(fù)合癌在分子水平上為人乳腺癌的基礎(chǔ)研究提供不可或缺的模型[31]。一些在人乳腺癌上表達(dá)的基因和蛋白，被證實同樣出現(xiàn)在犬乳腺腫瘤中，更加表明揭示人乳腺癌發(fā)生發(fā)展的circRNA在犬乳腺腫瘤分子機(jī)制研究的可借鑒性。例如CA15-3的表達(dá)在人乳腺癌的進(jìn)展中具有重要作用。有研究表明，犬血清中的CA15-3同樣可以作為犬乳腺腫瘤早期診斷和預(yù)后評估的生物標(biāo)志物，而且CA15-3的表達(dá)與腫瘤組織學(xué)分級密切相關(guān)，可評估犬乳腺腫瘤惡性程度[32]。犬乳腺腫瘤與人乳腺癌在分子基礎(chǔ)上具有相似性，所以借鑒于人乳腺癌的研究成果，犬乳腺腫瘤應(yīng)該在分子機(jī)制層面上有更深入的研究，而circRNA具有特殊的生物學(xué)特性和在癌癥方面有出色的功能作用，因此犬乳腺腫瘤在circRNA上的深入研究具有很好的前景。

3 circRNA在犬乳腺腫瘤分子機(jī)制的研究優(yōu)勢

目前尚沒有早期檢測和治療犬乳腺腫瘤的有效方法，從分子上揭示犬乳腺腫瘤的發(fā)生發(fā)展機(jī)制成為迫切需要。臨床獸醫(yī)對犬乳腺腫瘤病例的檢查越來越全面詳細(xì)，對病例的信息收集也越來越來規(guī)范和全面，對從分子機(jī)制上全面分析犬乳腺腫瘤的進(jìn)展有很大幫助。此外，分子生物信息學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和普及都極大地推動犬乳腺腫瘤分子機(jī)制的研究，充實circRNA在犬乳腺腫瘤分子機(jī)制上研究的理論基礎(chǔ)。研究已經(jīng)表明，在犬的轉(zhuǎn)移性腫瘤與非轉(zhuǎn)移性腫瘤之間的miRNA表達(dá)顯著差異，而且差異表達(dá)的miRNA構(gòu)成潛在的轉(zhuǎn)移標(biāo)志物[33]。此外，circRNA與miRNA存在復(fù)雜的相互作用網(wǎng)絡(luò)，闡明circRNA在這些互作網(wǎng)絡(luò)中的功能作用將是揭示犬乳腺腫瘤分子機(jī)制的關(guān)鍵。目前，在人乳腺癌上發(fā)現(xiàn)的circRNA可能在今后犬乳腺腫瘤的早期診斷、病情監(jiān)測及預(yù)后判斷等方面作為潛在的生物學(xué)標(biāo)志物，也為犬乳腺腫瘤的診斷、治療和機(jī)制研究提供新思路。這些都極大地推動circRNA在犬乳腺腫瘤分子機(jī)制上的研究。目前，還沒有關(guān)于circRNA在犬乳腺腫瘤的深入研究，所以circRNA在犬乳腺腫瘤分子機(jī)制上的研究仍然是一個空缺。

4 展望

隨著circRNA領(lǐng)域被不斷探索，越來越多的circRNA被發(fā)現(xiàn)，分子學(xué)技術(shù)和生物信息學(xué)技術(shù)的發(fā)展使得circRNA數(shù)據(jù)庫不斷完善，同時有關(guān)circRNA的生物學(xué)功能的報道也越來越多，circRNA與犬乳腺腫瘤的關(guān)系也將得到更深入的研究。circRNA分子有復(fù)雜的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，使得circRNA在犬乳腺腫瘤的診斷和治療中具有很大的潛在價值，針對犬乳腺腫瘤上circRNA的分子機(jī)制研究有望發(fā)現(xiàn)更多新型腫瘤標(biāo)志物，犬乳腺腫瘤標(biāo)志物的檢測方法也將變得更加便捷。