環(huán)狀RNA調(diào)控腫瘤細(xì)胞鐵死亡的研究進(jìn)展*

李溫庭，史志周

（昆明理工大學(xué)醫(yī)學(xué)院，云南昆明 650000）

鐵死亡是鐵離子依賴的脂質(zhì)過氧化物累積引起的一種不同于細(xì)胞壞死、凋亡和自噬的新的程序性細(xì)胞死亡方式［1］。溶質(zhì)載體家族7 成員11（solute carrier family 7 member 11，SLC7A11）、谷胱甘肽過氧化物酶4（glutathione peroxidase 4，GPX4）、二氫乳清酸脫氫酶（dihydroorotate dehydrogenase，DHODH）和線粒體相關(guān)凋亡誘導(dǎo)因子2（apoptosis-inducing factor mitochondria-associated 2，AIFM2）是目前發(fā)現(xiàn)的調(diào)控細(xì)胞鐵死亡的關(guān)鍵基因。SLC7A11 和SLC3A2 共同組成谷氨酸/胱氨酸反向轉(zhuǎn)運(yùn)體，負(fù)責(zé)將胱氨酸由細(xì)胞外運(yùn)輸進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)用于谷胱甘肽的合成，是鐵死亡的負(fù)調(diào)控因子［2］。GPX4 通過特異性催化谷胱甘肽將脂質(zhì)過氧化物轉(zhuǎn)化為類脂醇，發(fā)揮抑制細(xì)胞鐵死亡的作用［3］。DHODH 通過抑制線粒體內(nèi)脂質(zhì)過氧化過程而抑制細(xì)胞鐵死亡的發(fā)生［4］。AIFM2 通過促進(jìn)輔酶Q10 的合成，抑制線粒體內(nèi)脂質(zhì)過氧化過程，顯示出抑制細(xì)胞鐵死亡的作用［5-6］。越來越多的研究表明，腫瘤細(xì)胞具有抵抗鐵死亡的特點(diǎn)，而誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞鐵死亡有望成為抗腫瘤治療新方法［7-8］。

環(huán)狀RNA（circular RNA，circRNA）是一類不具有5'末端帽子和3'末端poly（A）的環(huán)狀非編碼RNA，由外顯子、內(nèi)含子或兩者共同轉(zhuǎn)錄形成［9-10］。circRNA不同于普通線性RNA，其封閉環(huán)狀結(jié)構(gòu)不易被核酸外切酶降解，但仍會被小干擾RNA 降解［11］?？茖W(xué)研究顯示，circRNA 可以自身翻譯蛋白質(zhì)發(fā)揮生物學(xué)功能以及結(jié)合miRNA 或蛋白質(zhì)在轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)錄后水平調(diào)控基因表達(dá)［12］。作為“分子海綿”，circRNA 通過結(jié)合miRNA 可以抑制miRNA 對其靶基因的調(diào)控作用；同樣通過結(jié)合蛋白質(zhì)可以阻礙其與其他蛋白的結(jié)合［13-14］。大量研究表明，circRNA 參與腫瘤細(xì)胞鐵死亡過程的調(diào)控。本文綜述了circRNA 調(diào)控腫瘤細(xì)胞鐵死亡的研究進(jìn)展。

1 circRNA通過結(jié)合miRNA調(diào)控腫瘤細(xì)胞鐵死亡

1.1 circRNA/miRNA/GPX4 信號軸調(diào)控腫瘤細(xì)胞鐵死亡 GPX4 表達(dá)量升高可以抑制細(xì)胞內(nèi)脂質(zhì)過氧化過程，是腫瘤細(xì)胞抵抗鐵死亡的機(jī)制之一。研究顯示，circKIF4A 在甲狀腺乳頭狀癌中高表達(dá)，它通過海綿吸附miR-1231 上調(diào)GPX4 進(jìn)而抑制甲狀腺乳頭狀癌細(xì)胞鐵死亡，并促進(jìn)腫瘤細(xì)胞增殖和遷移［15］。circIL4R 在肝癌中高表達(dá)，它通過競爭性結(jié)合miR-541-3p減弱miR-541-3p對GPX4的靶向抑制作用，進(jìn)而誘導(dǎo)肝癌細(xì)胞鐵死亡抵抗；敲減circIL4R 可以增加肝癌細(xì)胞對鐵死亡誘導(dǎo)劑erastin的敏感性［16］。

1.2 circRNA/miRNA/SLC7A11 信號軸調(diào)控腫瘤細(xì)胞鐵死亡 谷氨酸/胱氨酸反向轉(zhuǎn)運(yùn)體通過上調(diào)細(xì)胞內(nèi)谷胱甘肽水平，抑制脂質(zhì)過氧化過程，誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞鐵死亡抵抗。circ0067934在甲狀腺癌細(xì)胞系中的表達(dá)顯著高于正常甲狀腺細(xì)胞系；敲減該circRNA通過上調(diào)miR-545-3p 降低SLC7A11 的表達(dá)水平，進(jìn)而增加細(xì)胞中ROS和Fe2+含量，最終促進(jìn)腫瘤細(xì)胞鐵死亡；雙螢光素酶報告基因?qū)嶒?yàn)證實(shí)circ0067934 與miR-545-3p，以及miR-545-3p 與SLC7A11 存在靶向結(jié)合情況；敲減circ0067934 顯著增加甲狀腺癌細(xì)胞對erastin誘導(dǎo)鐵死亡的敏感性［17］。circFNDC3B在口腔鱗狀細(xì)胞癌組織中高表達(dá)；沉默circFNDC3B 通過減弱對miR-520d-5p的海綿吸附作用，下調(diào)其靶基因SLC7A11，增加細(xì)胞內(nèi)ROS 和Fe2+水平，最終誘導(dǎo)口腔鱗癌細(xì)胞鐵死亡，并抑制動物模型中腫瘤生長［18］。應(yīng)用circRNA 芯片篩選得到，circ0097009 在肝癌組織和細(xì)胞系中表達(dá)上調(diào)；功能研究顯示，沉默circ0097009 通過減弱對miR-1261 的海綿吸附作用上調(diào)miR-1261 表達(dá)量，進(jìn)而增強(qiáng)miR-1261 對SLC7A11的靶向抑制作用，最終誘導(dǎo)肝癌細(xì)胞鐵死亡并降低腫瘤細(xì)胞增殖能力［19］。circFOXP1 在肺癌組織中高表達(dá)，且其高表達(dá)的肺癌患者生存期較短；沉默circFOXP1顯著抑制肺癌細(xì)胞的增殖能力、遷移能力和上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化過程；沉默circFOXP1 上調(diào)miR-520a-5p 的表達(dá)，進(jìn)而增強(qiáng)miR-520a-5p 對SLC7A11的靶向抑制作用，最終誘導(dǎo)肺癌細(xì)胞鐵死亡并降低肺癌細(xì)胞存活率和集落形成能力；動物模型研究表明，沉默circFOXP1 顯著增加腫瘤細(xì)胞內(nèi)MDA、Fe2+和脂質(zhì)ROS水平，進(jìn)而抑制腫瘤生長，而過表達(dá)SLC7A11可以逆轉(zhuǎn)沉默circFOXP1 對腫瘤生長的抑制作用［20］。circEPSTI1 在宮頸癌細(xì)胞系中的表達(dá)量顯著高于正常宮頸細(xì)胞系；敲減circEPSTI1 顯著抑制宮頸癌細(xì)胞的增殖能力和動物模型中腫瘤的生長；分子水平研究顯示，circEPSTI1 通過海綿吸附miR-375、miR-409-3p 和miR-515-5p 上 調(diào)SLC7A11，進(jìn)而抑制宮頸癌細(xì)胞鐵死亡；miR-375、miR-409-3p和miR-515-5p 均可以結(jié)合并負(fù)調(diào)控腫瘤細(xì)胞中SLC7A11的表達(dá)水平［21］。在競爭性內(nèi)源RNA 機(jī)制中，鐵死亡相關(guān)基因是否都被其調(diào)控；circRNA 作為多個miRNA 的分子海綿調(diào)控鐵死亡時是否能比單一miRNA 調(diào)控更加有效影響腫瘤細(xì)胞的增殖、遷移和侵襲；以及多個circRNA 結(jié)合一個miRNA 調(diào)控腫瘤細(xì)胞鐵死亡的情況，均有待進(jìn)一步研究。見圖1。

Figure 1.circRNA/miRNA signaling axis regulates ferroptosis of tumor cells.Cys：cysteine；Glu：glutamate；GSH：glutathione；GPX4：glutathione peroxidase 4；system：glutamate/cystine antiporter；ROS：reactive oxygen species；SLC7A11：solute carrier family 7 member 11；SLC3A2：solute carrier family 3 member 2.圖1 circRNA/miRNA 信號軸調(diào)控腫瘤細(xì)胞鐵死亡

1.3 circRNA/miRNA/AIFM2 信號軸調(diào)控腫瘤細(xì)胞鐵死亡AIFM2是新發(fā)現(xiàn)的細(xì)胞鐵死亡負(fù)調(diào)控基因，沉默AIFM2可以顯著增加索拉非尼（sorafenib）對肝癌細(xì)胞的殺傷作用［22］。研究報道，circGFRA1 在HER2 陽性乳腺癌組織中高表達(dá)；沉默circGFRA1 通過降低對miR-1228 的海綿吸附作用增加其表達(dá)量，進(jìn)一步增強(qiáng)miR-1228 對靶基因AIFM2的抑制作用，最終誘導(dǎo)HER2 陽性乳腺癌細(xì)胞鐵死亡，并抑制腫瘤細(xì)胞的增殖、浸潤和遷移能力［23］。

1.4 circRNA/miRNA 信號軸調(diào)控腫瘤細(xì)胞鐵死亡的其他機(jī)制 研究顯示，敲減circRHOT1 顯著降低乳腺癌細(xì)胞的增殖能力、遷移能力、侵襲能力和動物模型中腫瘤生長，并誘導(dǎo)乳腺癌細(xì)胞凋亡和鐵死亡；分子水平研究進(jìn)一步表明，沉默circRHOT1 降低了對miR-106a-5p 的海綿吸附作用，進(jìn)而增強(qiáng)了miR-106a-5p 對STAT3的靶向抑制作用，并增加了乳腺癌細(xì)胞內(nèi)Fe2+和脂質(zhì)ROS 水平及降低鐵死亡調(diào)控關(guān)鍵分子GPX4和SLC7A11表達(dá)量，最終誘導(dǎo)乳腺癌細(xì)胞鐵死亡［24］。circTTBK2 在膠質(zhì)瘤中高表達(dá)；它通過競爭性結(jié)合miR-761 正調(diào)控ITGB8而抑制膠質(zhì)瘤細(xì)胞鐵死亡，并促進(jìn)腫瘤細(xì)胞增殖和動物模型中腫瘤生長［25］。同樣，circCDK14在膠質(zhì)瘤組織和細(xì)胞系中高表達(dá)，且高表達(dá)circCDK14 的膠質(zhì)瘤患者生存期較短；circCDK14 通過競爭性結(jié)合miR-3938 上調(diào)PDGFRA的表達(dá)，從而抑制膠質(zhì)瘤細(xì)胞鐵死亡，并促進(jìn)動物模型中腫瘤生長［26］。circ0007142在結(jié)直腸癌中高表達(dá)，敲減circ0007142 可以顯著降低結(jié)直腸癌細(xì)胞的增殖能力，并誘導(dǎo)鐵死亡和細(xì)胞凋亡；分子機(jī)制研究顯示，circ0007142 通過海綿吸附miR-874-3p正調(diào)控其靶基因GDPD5，實(shí)現(xiàn)抑制腫瘤細(xì)胞鐵死亡并促進(jìn)腫瘤生長的作用［27］。直腸癌中，circABCB10表達(dá)上調(diào)；沉默circABCB10 促進(jìn)直腸癌細(xì)胞鐵死亡和凋亡，并抑制動物模型中腫瘤生長；circABCB10通過調(diào)控miR-326及其靶基因CCL5實(shí)現(xiàn)對直腸癌細(xì)胞凋亡和鐵死亡的調(diào)控作用［28］。circ0000190在胃癌組織和細(xì)胞系中表達(dá)下調(diào)，且其低表達(dá)與胃癌患者的不良預(yù)后正相關(guān)；過表達(dá)circ0000190 抑制胃癌細(xì)胞的增殖、遷移和侵襲，并促進(jìn)erastin 和RSL3 誘導(dǎo)的腫瘤細(xì)胞鐵死亡；分子水平研究顯示，circ0000190通過競爭性內(nèi)源RNA 機(jī)制調(diào)控miR-382-5p 及其靶基因FNRF3，從而影響腫瘤細(xì)胞鐵死亡［29］。值得注意的是，circPVT1 在耐5-FU 食管癌細(xì)胞中的表達(dá)量顯著高于非耐藥腫瘤細(xì)胞，沉默circPVT1 通過降低對miR-30a-5p 的海綿吸附作用下調(diào)其靶基因FZD3的表達(dá)，進(jìn)而降低細(xì)胞內(nèi)GPX4、SLC7A11 和β-catenin的表達(dá)量，最終增加耐藥食管癌細(xì)胞對5-FU 的敏感性［30］。上述研究表明，circRNA/miRNA 信號通路可以通過調(diào)控不同靶基因影響腫瘤細(xì)胞鐵死亡，但是circRNA/miRNA/靶基因信號通路調(diào)控腫瘤細(xì)胞鐵死亡的下游機(jī)制還有待進(jìn)一步研究。

2 circRNA通過結(jié)合蛋白質(zhì)調(diào)控腫瘤細(xì)胞鐵死亡

除了結(jié)合并調(diào)控miRNA，circRNA 還可以結(jié)合蛋白實(shí)現(xiàn)對腫瘤細(xì)胞鐵死亡的調(diào)控。研究顯示，索拉非尼可以顯著上調(diào)肝癌細(xì)胞中cIARS 的表達(dá)量，后者通過結(jié)合RNA 去甲基化酶ALKBH5，增強(qiáng)beclin-1 與Bcl-2 的結(jié)合能力，促進(jìn)細(xì)胞自噬和鐵自噬，并誘導(dǎo)肝癌細(xì)胞鐵死亡；而敲減cIARS 通過抑制鐵死亡可以降低肝癌細(xì)胞對索拉非尼和erastin 的敏感性［31］。此外，肺腺癌患者血清外泌體可以抑制脂質(zhì)過氧化過程并誘導(dǎo)肺腺癌細(xì)胞鐵死亡抵抗；分子機(jī)制研究顯示，外泌體源性circRNA101093 通過結(jié)合并上調(diào)FABP3，降低細(xì)胞內(nèi)花生四烯酸含量，抑制脂質(zhì)過氧化過程和肺癌細(xì)胞鐵死亡，可見減少外泌體可以增強(qiáng)基于鐵死亡的抗腫瘤作用［32］。由此可見，circRNA 可以通過多種方式調(diào)節(jié)腫瘤細(xì)胞鐵死亡，未來研究還有待加強(qiáng)。

3 結(jié)論與展望

雖然目前研究已經(jīng)顯示，腫瘤細(xì)胞中GPX4、SLC7A11 和AIFM2 的表達(dá)均受到circRNA/miRNA 信號軸的調(diào)控，但是DHODH 是否也受circRNA/miRNA信號軸調(diào)控還不清楚；circRNA 是否參與腫瘤微環(huán)境中，腫瘤細(xì)胞及腫瘤相關(guān)免疫細(xì)胞鐵死亡水平的調(diào)控也有待進(jìn)一步研究。研究顯示circPP1R12A 在結(jié)直腸癌中編碼蛋白激活Hippo-Yap 信號通路促進(jìn)腫瘤細(xì)胞 的生長［33］，而circFNDC3B 可以通 過編碼circFNDC3B-218aa 抑制結(jié)腸癌的增殖、侵襲和遷移［34］。因此circRNA 是否可通過翻譯蛋白進(jìn)而調(diào)控腫瘤細(xì)胞鐵死亡也有待進(jìn)一步研究。

Alu 序列作為短散在核重復(fù)序列（short interspersed nuclear elements，SINEs）的一種，是circRNA產(chǎn)生的前體，是否可以靶向Alu序列來調(diào)節(jié)circRNA，circRNA 是否能被RNA 結(jié)合蛋白調(diào)控，均有待研究。鑒于此，未來研究應(yīng)重點(diǎn)揭示circRNA調(diào)控腫瘤細(xì)胞及腫瘤微環(huán)境細(xì)胞鐵死亡的分子機(jī)制，并開發(fā)靶向circRNA調(diào)控鐵死亡的抗腫瘤治療新方法。