環(huán)狀RNA的分類、特征、功能及在胃癌診療中的作用

朱飛龍 孔姍 鞠少卿

摘 要 環(huán)狀RNA是一類通過反向剪接方式形成的具有穩(wěn)定閉合環(huán)狀的內(nèi)源性非編碼RNA分子，其具有穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)和高度的保守性，這些是其在不同生物中發(fā)揮重要作用的基礎(chǔ)。胃癌是起源于胃黏膜上皮的常見惡性腫瘤，具有發(fā)病率高、發(fā)病機(jī)制復(fù)雜等特點(diǎn)。目前研究已證實(shí)環(huán)狀RNA可以作為miRNA海綿體、與蛋白質(zhì)相互作用以及調(diào)節(jié)基因表達(dá)等功能，從而參與多種疾病的發(fā)生發(fā)展。本文就環(huán)狀RNA的分子特征、作用機(jī)制及其與胃癌的關(guān)系，以及環(huán)狀RNA作為胃癌早期診斷、預(yù)后評(píng)估、靶向治療的生物標(biāo)志物的潛力進(jìn)行綜述。

關(guān)鍵詞 環(huán)狀RNA 胃癌 生物標(biāo)志物

中圖分類號(hào)：R735.2； R730 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1006-1533（2022）03-0054-05

Classification， characteristics and functions of circular RNA and its role in the diagnosis and treatment of gastric cancer

ZHU Feilong1， KONG Shan1， JU Shaoqing1，2（1. School of Medicine， Nantong University， Nantong 226019， China； 2. Department of Laboratory Medicine， the Hospital affiliated to Nantong University， Nantong 226001， China）

ABSTRACT Circular RNA is a kind of endogenous non-coding RNA molecule with stable closed ring formed by reverse splicing， which has a stable structure and a high degree of conservatism and is the basis of its important role in different organisms. Gastric cancer is a common malignant tumor originating from gastric mucosal epithelium， which has the characteristics of high incidence and complex pathogenesis. At present， it has been confirmed that circular RNA can act as miRNA sponge， interact with proteins and regulate gene expression， thus participating in the occurrence and development of many diseases. This article reviews the molecular characteristics and mechanism of circular RNA and its relationship with gastric cancer and potential as a biomarker for early diagnosis， prognosis evaluation and targeted therapy of gastric cancer.

KEy wORDS circular RNA； gastric cancer； biomarkers

胃癌（GC）是起源于胃黏膜上皮的惡性腫瘤，是世界上第五大腫瘤，幾乎3/4新發(fā)病例發(fā)生在亞洲（中國病例數(shù)占50%以上）[1，2]，其中男性的GC患病率約是女性的2倍、在我國所有腫瘤中排名第二，而女性患病率則排名第五[3]。近年來研究發(fā)現(xiàn)，環(huán)狀RNA（circRNA）在GC的發(fā)生和發(fā)展中起著重要作用，有可能作為GC診斷、預(yù)后的一個(gè)評(píng)估指標(biāo)。

circRNA最早于20世紀(jì)70年代發(fā)現(xiàn)，并通過電子顯微鏡首次觀察到真核RNA可以環(huán)狀存在。由于當(dāng)時(shí)的生物技術(shù)的局限性和其結(jié)構(gòu)的特殊性，circRNA一度被認(rèn)為是錯(cuò)排的外顯子而沒有引起人們的過度關(guān)注[4]。直到Salzman等[5]對(duì)circRNA進(jìn)行了全面系統(tǒng)的研究，人們才開始重新認(rèn)識(shí)并深入研究circRNA。如今，circRNA在腫瘤相關(guān)研究中已經(jīng)成為一個(gè)熱點(diǎn)。

本文綜述circRNA的特征、功能及在GC診療中作用的最新研究進(jìn)展。

迄今為止，已在不同類型的人類細(xì)胞中鑒定出數(shù)千個(gè)能在血液中大量表達(dá)的circRNA，其具有以下分子特征：①不同于線性RNA，它是5’端和3’端直接連接在一起，形成既沒有3’尾部也沒有5’帽子結(jié)構(gòu)的共價(jià)閉合環(huán)狀結(jié)構(gòu)；②circRNA傳統(tǒng)上被歸類為非編碼RNA，主要由外顯子衍生而來，且由一個(gè)或多個(gè)外顯子構(gòu)成；③同一個(gè)基因位點(diǎn)可以通過選擇性環(huán)化產(chǎn)生多種circRNA；④circRNA在形成過程與前體mRNA的剪接彼此競爭，且受到剪接因子的調(diào)控；⑤其較線性RNA更加穩(wěn)定，不易被核酸外切酶降解；⑥具有高度序列保守性；⑦表達(dá)水平差異大，具有時(shí)空及組織細(xì)胞特異性；⑧廣泛存在于哺乳動(dòng)物中，大多數(shù)位于細(xì)胞質(zhì)中，少數(shù)存在于細(xì)胞核內(nèi)；⑨可作為競爭性內(nèi)源RNA調(diào)控基因的表達(dá)，在轉(zhuǎn)錄或轉(zhuǎn)錄后發(fā)揮調(diào)控作用。

研究發(fā)現(xiàn)，circRNA根據(jù)來源可分為3類：內(nèi)含子序列形成的circRNA（ciRNA）、外顯子序列形成的circRNA（ecircRNA）、內(nèi)含子序列和外顯子序列共同形成的circRNA（ElciRNA）[6]。

2.1 circRNA充當(dāng)microRNA分子“海綿”

充當(dāng)microRNA（miRNA）“海綿”是circRNA最典型的一個(gè)功能，作為“分子海綿”與miRNA互補(bǔ)結(jié)合，抑制其生物學(xué)功能[7]。Hansen等[8]發(fā)現(xiàn)在人和鼠的腦中存在天然circRNA小腦變性相關(guān)蛋白1反義轉(zhuǎn)錄物（CDR1as）可作為miR-7a/b的“海綿”發(fā)揮作用。以上兩種circRNA是最典型的環(huán)狀miRNA“海綿”，近年來又證明了有多種具有miRNA“海綿”作用的circRNA，例如cric-ITCH[9]、circ-HIPK3[10]、circ-CER[11]等，所以circRNA作為miRNA“海綿”調(diào)節(jié)基因表達(dá)是一種較為常見的現(xiàn)象。

2.2 circRNA與蛋白質(zhì)相互作用

circRNA可以直接或間接的方式與蛋白質(zhì)相互作用，并通過對(duì)蛋白質(zhì)功能的調(diào)控，作為蛋白質(zhì)誘導(dǎo)劑或拮抗劑在疾病的發(fā)生發(fā)展過程中發(fā)揮重要作用。有研究發(fā)現(xiàn)，circRNA cric-Foxo3在腫瘤細(xì)胞呈低表達(dá)，其異位表達(dá)可以通過與細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶2（CDK2）和激酶抑制劑蛋白（p21）結(jié)合，形成circ-Foxo3-p21-CDK2三元復(fù)合體。這種三元復(fù)合物的形成阻斷CDK2的功能，進(jìn)而阻礙細(xì)胞周期進(jìn)程[12]。還有研究發(fā)現(xiàn)，在人宮頸癌HeLa細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)了大量與HuR結(jié)合的circRNA，其中最突出的HuR靶標(biāo)為circPABPN1。PABPN1的翻譯受HuR正向調(diào)節(jié)，而受circPABPN1負(fù)向調(diào)節(jié)，circPABPN1與HuR的結(jié)合可以降低PABPN1的翻譯水平，這也是circRNA及其同源mRNA競爭影響翻譯的第一個(gè)例子[13]。以上研究都表明了circRNA可與蛋白質(zhì)相互作用，產(chǎn)生調(diào)節(jié)作用。

2.3 circRNA翻譯蛋白質(zhì)

由于circRNA既沒有3’尾部也沒有5’帽子結(jié)構(gòu)而形成的共價(jià)閉合環(huán)狀結(jié)構(gòu)，缺少合適的內(nèi)部核糖體進(jìn)入位點(diǎn)，曾一度認(rèn)為circRNA不能翻譯蛋白質(zhì)。隨著近些年對(duì)circRNA研究的不斷深入，發(fā)現(xiàn)一些circRNA是可以翻譯蛋白質(zhì)的。Yang等[14]研究發(fā)現(xiàn)，CIRC-FBXW7在正常人腦中大量表達(dá)，其通過內(nèi)部核糖體進(jìn)入位點(diǎn)（internal ribosome entry site，IRES）和開放閱讀框（ORF），編碼一種新的蛋白質(zhì)，即可抑制癌細(xì)胞的增殖和調(diào)控細(xì)胞周期的蛋白FBXW7-185aa。Legnini等[15]發(fā)現(xiàn)，circZNF609以剪接依賴和帽不依賴的方式翻譯成蛋白質(zhì)，能夠特異性地控制成肌細(xì)胞的增殖。

3.1 可以作為生物標(biāo)志物

GC具有起病隱匿、易轉(zhuǎn)移、早期易漏診和高復(fù)發(fā)率等特點(diǎn)。由于傳統(tǒng)的癌胚抗原（CEA）或糖類抗原19-9（CA19-9）都屬于非器官特異性腫瘤相關(guān)抗原，在GC的篩查中的特異性與敏感性都較低[16]。目前，內(nèi)鏡活檢結(jié)合病理檢查仍是GC診斷的金標(biāo)準(zhǔn)。但是內(nèi)鏡檢查有一定的并發(fā)癥和禁忌證，并不能為所有人接受，而且其結(jié)果一定程度上取決于內(nèi)鏡醫(yī)生的經(jīng)驗(yàn)[17]。目前早期GC可以通過手術(shù)治愈，并且具有較長的生存期，但是由于缺乏可靠有效的早期診斷技術(shù)，大多數(shù)患者確診GC時(shí)往往已進(jìn)入晚期，預(yù)后差。盡管近年來根治性手術(shù)的應(yīng)用和早期檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展，GC患者的總死亡率有所下降，但許多患者仍被診斷為晚期，導(dǎo)致5年生存率僅為30%[18]。因此，尋找理想的生物標(biāo)志物對(duì)于提高GC的診斷和治療至關(guān)重要。

3.1.1 GC患者上調(diào)的circRNA

Lai等[19]利用微陣列檢測(cè)了GC組織和配對(duì)的非癌黏膜組織中差異表達(dá)的circRNA和mRNA，發(fā)現(xiàn)hsa_ circ_0047905、hsa_circ_0138960和has-circRNA7690-15與其親本基因呈正相關(guān)，抑制這三種circRNA可抑制GC細(xì)胞的體外增殖和侵襲。提示他們可能在GC發(fā)生中起促癌作用。Cai等[20]研究發(fā)現(xiàn)，hsa_circ_0000267在GC組織和細(xì)胞系中顯著上調(diào)，其高表達(dá)與腫瘤直徑增大和局部淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移密切相關(guān)。從機(jī)制上，hsa_ circ_0000267通過調(diào)節(jié)miR-503-5p/HMGA2軸參與促進(jìn)GC的增殖、遷移、侵襲和轉(zhuǎn)移，其有可能作為GC診斷的一種全新生物標(biāo)志物。

3.1.2 GC患者下調(diào)的circRNA

Huang等[21]采用實(shí)時(shí)熒光定量逆轉(zhuǎn)錄聚合酶鏈反應(yīng)（qRT-PCR）發(fā)現(xiàn)hsa_circ_0000745的表達(dá)水平在GC組織中下調(diào)，并與GC的分化程度有關(guān)；而在血漿中的表達(dá)水平與GC的淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移分期有關(guān)，其曲線下面積（area under the curve，AUC）值為0.683，具有較好的診斷效能，如若聯(lián)合癌胚抗原（CEA）水平可使AUC值增加到0.775，可作為GC的診斷指標(biāo)。Fang等[22]鑒定出一個(gè)新的circRNA——hsa_circ_0001461，將其命名為circFAT1（e2），在GC組織和細(xì)胞系中顯著下調(diào)，并與GC患者的總體生存相關(guān)。circFAT1（e2）過表達(dá)可減少GC細(xì)胞的侵襲、遷移和增殖。circFAT1（e2）可能通過miR-548g/RUNX1軸發(fā)揮功能；同時(shí)，位于細(xì)胞核的circFAT1（e2）可以直接與Y-box結(jié)合蛋白-1（YBX1）相互作用，因而在GC細(xì)胞中發(fā)揮腫瘤抑制作用。circFAT1（e2）可作為GC診斷的生物標(biāo)志物。

3.2 可用于預(yù)后的評(píng)估

Chen等[23]鑒定了一個(gè)來源于PVT1基因的circRNA——circPVT1，circPVT1一定程度上可作為miR-125家族成員的“海綿”，從而刺激細(xì)胞的增殖。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，circPVT1是一種新的GC增殖因子和預(yù)后標(biāo)志物。Zhang等[24]采用qRT-PCR發(fā)現(xiàn)GC組織中hsa_circ_0067997表達(dá)明顯上調(diào)，其高表達(dá)與GC患者的總體生存率較低有關(guān)。該基因敲除后細(xì)胞存活率顯著降低，克隆形成受到抑制，侵襲能力減弱，而過表達(dá)則表現(xiàn)出相反作用。hsa_circ_0067997通過調(diào)節(jié)miR-515-5p/ XIAP軸發(fā)揮作用，其可以作為GC預(yù)后評(píng)估的生物標(biāo)志物之一。

3.3 可以調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄，作為治療靶點(diǎn)

circRNA可以順式或反式調(diào)控基因的轉(zhuǎn)錄，Li等[25]發(fā)現(xiàn)，與RNA聚合酶Ⅱ（PolⅡ）結(jié)合的外顯子-內(nèi)含子circRNA（EIciRNAs），通過U1snRNA和EIciRNAs之間的特異性RNA-RNA相互作用進(jìn)行轉(zhuǎn)錄調(diào)控，由此EIciRNAs增強(qiáng)了其親本基因在順式基因中的表達(dá)。Zhang等[26]發(fā)現(xiàn)，ci-ankrd52大量聚集在親本基因轉(zhuǎn)錄位點(diǎn)，通過結(jié)合PolⅡ復(fù)合體，上調(diào)親本基因的轉(zhuǎn)錄，并作為PolⅡ轉(zhuǎn)錄的正調(diào)控因子。circRNA可以調(diào)控基因的轉(zhuǎn)錄，進(jìn)而影響基因的表達(dá)，這也許為相應(yīng)疾病的治療提供一個(gè)新的方向。

Zhu等[27]發(fā)現(xiàn)，GC組織中circNHSL1的表達(dá)水平明顯上調(diào)，其與GC患者的臨床病理特征和不良預(yù)后呈正相關(guān)。circNHSL1促進(jìn)了細(xì)胞的遷移和侵襲，以及體內(nèi)腫瘤的發(fā)生和轉(zhuǎn)移。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，circNHSL1作為miR-1306-3p的“海綿”來緩解miR-1306-3p對(duì)靶SIX1的抑制作用，SIX1通過直接與波形蛋白（vimentin）的啟動(dòng)子區(qū)域結(jié)合，在轉(zhuǎn)錄水平上增強(qiáng)了vimentin的表達(dá)，從而促進(jìn)了細(xì)胞的遷移和侵襲，促進(jìn)GC的進(jìn)展，表明circNHSL1有可能成為GC患者新的治療靶點(diǎn)。

3.4 可以參與信號(hào)通路

circRNA與癌旁組織相比，其在GC組織中異常表達(dá)，通過自身或干擾相關(guān)miRNA的表達(dá)來干擾GC的發(fā)生發(fā)展。Liu等[28]發(fā)現(xiàn)，circYAP1在GC組織中的表達(dá)水平明顯低于癌旁正常組織，且circYAP1低表達(dá)的GC患者的生存期短于circYAP1高表達(dá)的GC患者。在功能上，circYAP1通過靶向miR-367-5p/p27軸在GC細(xì)胞中發(fā)揮腫瘤抑制作用，并可能為GC患者的生存提供一個(gè)預(yù)后指標(biāo)。ciRS-7是一種新的circRNA，已成為miR-7的潛在海綿。與癌旁組織相比，GC組織中ciRS-7呈高表達(dá)，ciRS-7可能是影響總生存率的獨(dú)立危險(xiǎn)因素。ciRS-7的過表達(dá)通過拮抗miR-7介導(dǎo)的PTEN/PI3K/AKT通路，阻斷了miR-7誘導(dǎo)的MGC-803和HGC-27細(xì)胞的抑瘤作用，并加劇致癌表型的侵襲性。因此ciRS-7可作為預(yù)測(cè)GC預(yù)后的生物學(xué)標(biāo)志物和治療靶點(diǎn)[29]。

迄今為止，我們所知道的circRNA種類以及功能只占circRNA的一小部分，還有許多circRNA有待我們?nèi)グl(fā)掘。circRNA作為一類有調(diào)節(jié)功能的RNA，其在對(duì)人體研究中必然占據(jù)重要位置。circRNA具有穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)和高度的保守性，這些是其在不同生物中發(fā)揮重要作用的基礎(chǔ)，除了已證實(shí)的作為miRNA的“海綿”、與蛋白質(zhì)相互作用以及調(diào)節(jié)基因表達(dá)等功能外，還有一些未經(jīng)證實(shí)的功能需要人們繼續(xù)對(duì)circRNA進(jìn)行更為全面和廣泛的研究。鑒于circRNA的高度穩(wěn)定性和保守性，并且某些circRNA的表達(dá)量只在特定癌癥細(xì)胞中才發(fā)生變化，使其有望成為癌癥的全新生物標(biāo)志物。

雖然目前對(duì)于circRNA的研究還處于起步階段，從實(shí)驗(yàn)室研究應(yīng)用到實(shí)際臨床還有很長的一段路要走，但是隨著對(duì)circRNA的不斷深入探究、生物技術(shù)的不斷進(jìn)步，相信未來circRNA會(huì)成為GC、乃至其它腫瘤的早期診斷、預(yù)后評(píng)估的重要生物標(biāo)志物及治療靶點(diǎn)，研究circRNA對(duì)于攻克腫瘤疾病有著深遠(yuǎn)意義。

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