環(huán)狀RNA在前列腺癌中的作用及研究進展

郭姍琦，姜行康

(1.天津中醫(yī)藥大學第一附屬醫(yī)院腫瘤科，國家中醫(yī)針灸臨床醫(yī)學研究中心，天津 300381；2.天津醫(yī)科大學第二醫(yī)院泌尿外科，天津市泌尿外科研究所，天津 300211)

據(jù)世界衛(wèi)生組織國際癌癥研究機構最新統(tǒng)計，前列腺癌(prostate cancer, PCa)是全球男性第2大常見腫瘤和第5大腫瘤死亡原因[1]。近年來，隨著經(jīng)濟發(fā)展、生活方式的改變、人均壽命的延長以及醫(yī)療衛(wèi)生水平的改善，我國PCa的發(fā)病率也呈顯著上升趨勢，流行病學調(diào)查顯示，2020年PCa位居我國男性惡性腫瘤發(fā)病率第6位和死亡率第7位[2]。盡管診斷技術和治療方案日益完善，部分患者在接受雄激素剝奪治療后取得了較好的預后和生存率，但PCa的復發(fā)、轉(zhuǎn)移和去勢抵抗仍給患者帶來了巨大的壓力。與此同時，在提高PCa患者生存的同時也對臨床醫(yī)生提出了相當大的挑戰(zhàn)，如何找到不同治療方式的最適人群、如何建立療效評估的生物標志物庫、如何優(yōu)化患者生存及改善預后等至關重要[3]。

環(huán)狀RNA(circular RNA, circRNA)是一類普遍存在于細胞胞漿中的內(nèi)源性非編碼RNA，也是繼微小RNA以及長鏈非編碼RNA后非編碼RNA家族中極具研究潛力的新成員[4]。與microRNAs和長鏈非編碼RNA不同的是，circRNA不具備5’端帽子結(jié)構以及3’端poly A尾，依靠共價鍵形成單鏈環(huán)狀結(jié)構，具有更高的穩(wěn)定性，不易被RNA核酸外切酶或核糖核酸酶(RNase R)降解。其主要功能包括吸附miRNAs從而發(fā)揮調(diào)控靶基因的作用，調(diào)節(jié)基因的RNA結(jié)合蛋白從而影響與之相互作用的mRNA等[5](圖1)。此外，細胞質(zhì)中多個circRNA與特定蛋白的協(xié)同結(jié)合可對細胞外刺激做出快速反應，如在感染時迅速啟動免疫反應等。隨著高通量RNA測序技術和生物信息學的發(fā)展，越來越多的證據(jù)表明circRNA與前列腺癌的發(fā)生、發(fā)展及預后等密切相關，且由于其高穩(wěn)定性、組織特異性以及存在的普遍性，可能成為PCa極具前景的生物標志物和治療靶點[6]。因此，本文系統(tǒng)地總結(jié)了circRNA在PCa中的表達情況、調(diào)控機制及在診斷、治療中的作用，以期為進一步發(fā)現(xiàn)PCa新型靶標提供依據(jù)。

圖1 circRNA在前列腺癌中的作用機制圖

1 circRNA在調(diào)控PCa惡性潛能中的作用

circRNA參與PCa的多種過程，包括細胞增殖、凋亡、侵襲遷移及轉(zhuǎn)移等多種生物學過程。PI3K/Akt/mTOR信號通路在PCa癌前病變。腫瘤進展中發(fā)揮重要作用，靶向此信號通路的藥物也顯示出非常好的前景。研究發(fā)現(xiàn)circMBOAT2通過miR-1271-5p上調(diào)mTOR的表達，進一步激活PI3K/Akt信號通路，從而促進PCa細胞的增殖和轉(zhuǎn)移[7]。還有研究表明來源于癌基因泛素特異性肽酶22(USP22)的circ102004可通過上調(diào)p-ERK、p-AKT、p-JNK、JNK和β-catenin的水平來促進體內(nèi)、外PCa細胞的增殖，且與腫瘤侵襲性相關[8]。另一項研究表明，circ-ZNF609可通過上調(diào)miR-186-5p促進PCa細胞的增殖和轉(zhuǎn)移，并增加磷酸化AMPK的比率，從而通過激活AMPK信號通路促進PCa進展[9]。此外，F(xiàn)OXO家族的FOXP4在體外可促進PCa進展，機制研究顯示miR-1182或源自ABCC4基因的circABCC4可與FOXP4協(xié)同促進前列腺癌進展[10]。circ 0016068可以通過調(diào)節(jié)miR-330-3p的表達并介導其下游BMI-1來促進PCa細胞增殖和侵襲[11]。circGNG4可通過miR-223的海綿作用增強EYA3/c-Myc的表達，通過circGNG4/miR-223/EYA3/c-Myc途徑促進前列腺癌惡性進展[12]。circ0005276還可與致癌基因FUS結(jié)合，上調(diào)circ0005276的宿主基因XIAP從而使PCa進展[13]。CDK13在PCa細胞中的過表達可促進細胞增殖，內(nèi)源性CDK13的轉(zhuǎn)錄激活可誘導circCDK13、miR-212-5p/miR-449a和E2F5之間正反饋回路的形成，從而促進PCa的發(fā)生與進展，該調(diào)控軸也可能為治療PCa進展的重要靶點[14]。在調(diào)節(jié)細胞周期方面，circHIPK3可通過修飾細胞分裂周期蛋白25促進PCa細胞G2/M期的轉(zhuǎn)換，使G2/M細胞周期停滯[15]。circ-CSNK1G3可通過miR-181調(diào)節(jié)與細胞周期相關的基因，如CBX7、CDK1和CDC25A[16]。此外，DENG等[17]研究還發(fā)現(xiàn)circRNA-ARC1可能會影響miR-125b-2-3p和/或miR-4736，從而影響與轉(zhuǎn)移相關的PPARγ/MMP-9信號而改變PCa細胞的侵襲。circ-FMN2在PCa患者組織中上調(diào)，可阻斷miR-1238的海綿吸附作用，從而增強LHX2表達并促進PCa細胞增殖和轉(zhuǎn)移[18]。上述研究表明circRNA對PCa的調(diào)控常常是基于“circRNA-microRNA-mRNA”這一模式，且其在PCa中的調(diào)控作用具有多通路、廣靶點及網(wǎng)狀調(diào)控的特點。

除促進PCa細胞惡性進展外，circRNA也可抑制其進展。ZHANG等[19]發(fā)現(xiàn)PI3K/Akt通路的負調(diào)控因子PTEN在PCa組織中低表達，而hsa_circ_0007494則可通過上調(diào)PTEN的表達抑制PCa細胞的增殖。一項研究發(fā)現(xiàn)circ_ITCH可以抑制PI3K/AKT/mTOR通路的激活，從而抑制PCa細胞的增殖和進展，觀察到circ_ITCH在各種癌癥中具有相似的功能[20]。Smad4是TGF-β信號通路的主要調(diào)控因子，Smad4可抑制雄激素受體(androgen receptor, AR)的反式激活并在PCa中低表達。來源于CRKL基因的circ_0001206可通過調(diào)節(jié)Smad4而抑制PCa進展，而這種抑制作用可被miR-1285-5p 逆轉(zhuǎn)[21]。P53和RNA結(jié)合蛋白25(RBM25；p53的轉(zhuǎn)錄目標)可促進circ_000350(circAMOTL1L，來源于AMOTL1基因)在PCa中的表達，從而通過抑制細胞遷移并抑制波形蛋白和β-連環(huán)蛋白的表達最終抑制PCa進展[22]。體內(nèi)、外實驗證實過表達的circ itchy E3泛素蛋白連接酶可通過吸附miR-17-5p 來挽救Hox-B13的同源蛋白HOXB13(致癌基因)的降解[23]。

2 circRNA在PCa診斷中的作用

研究發(fā)現(xiàn)circAR3在PCa組織中高度表達，與前列腺特異性抗原(prostate-specific antigen，PSA)有多種相似之處，如兩者都來自于前列腺組織或PCa組織，可以分泌到血漿中，其中circAR3在高Gleason評分或淋巴轉(zhuǎn)移患者中表達更高[24]，故circAR3有望成為診斷、預后和評價PCa治療效果的分子生物標志物。此外，考慮到AR-V7作為線性分子具有易降解和不穩(wěn)定性的缺點，而circARs的變化趨勢與去勢抵抗性PCa組織中AR-Vs的變化趨勢一致，因此，與血漿AR-V7分析相比，circARs以其較高的穩(wěn)定性有可能更好地預測AR治療的反應[25]。最新研究發(fā)現(xiàn)尿液細胞外囊泡circRNA可用于檢測高級別PCa，這在PCa患者標志物方面是突破性的進展。HE等[26]使用RNA測序從11例高級別PCa患者和11例病例匹配的良性前列腺增生患者的尿液細胞外囊泡中識別2 231個差異表達的候選circRNA，其中18個上調(diào)的circRNA具有促癌作用的同時可能與PCa分級相關。進一步通過高級別PCa和對照組(前列腺良性增生及低級別PCa)的患者尿液驗證，發(fā)現(xiàn)在PSA為2.0～10.0 ng/mL的患者中cirRNA可識別高級別PCa，且無需進行直腸指診，也不需要特殊處理，僅收集患者尿液即可，具有可重復、無創(chuàng)、簡單易操作等優(yōu)點，可見circRNA在PCa標志物當中具有極大潛力。我們常常通過受試者工作特征(receiver operating characteristic，ROC)曲線下面積(area under curve，AUC)來判定circRNA的診斷價值，XIA等[27]研究了circ_0062019和circ_0057558的AUC分別為0.828和0.729，敏感性為80.0%和74.1%，特異性為74.6%和63.4%，有趣的是，當2種差異circRNA聯(lián)合診斷時，AUC(0.861)優(yōu)于我們熟知且認可的PSA檢測(0.854)，表明多種circRNA的結(jié)合可能有更高的診斷價值。

3 circRNA在PCa治療中的作用

近年來，circRNA作為潛在治療靶點的研究在腫瘤學領域引起了廣泛的關注，截止目前，提出2種靶向circRNA治療腫瘤的策略：一是恢復具有腫瘤抑制活性的circRNA的功能，二是阻斷具有致癌功能的circRNA。

雄激素剝奪是PCa的重要療法，研究發(fā)現(xiàn)雄激素以濃度依賴的方式促進PCa細胞中circZMIZ1的表達，且AR與circZMIZ1的表達相互依存，二者之間可能存在正反饋調(diào)節(jié)關系[28]。同樣，雙氫睪酮處理后，circSMARCA5顯著高表達，而抑制AR后其表達下降40%左右，表明circSMARCA5表達與AR信號有關，可能是雄激素依賴性的[29]。新型AR抑制劑恩扎盧胺(Enzalutamide，ENZ)可以延長去勢抵抗性PCa患者的生存。然而，大多數(shù)患者最終會出現(xiàn)恩扎盧胺耐藥，嚴重影響中晚期PCa患者的生存。circRNA可充當PCa中miRNA的儲存庫，circRNA17(circ_0001427)可增強miR-181c-5p而抑制AR剪接變體7(ARv7)的表達從而抑制PCa進展，且ARv7的與恩扎盧胺的耐藥相關，故circRNA17可能是調(diào)控恩扎盧胺耐藥的重要靶點[30]。還有研究顯示Hsa_circ_0004870在ENZ抵抗細胞中下調(diào)，并可通過RBM39介導ENZ抵抗[31]。

關于circRNA在PCa化療藥物方面的研究目前尚少。研究顯示，circFOXO3可抑制PCa細胞增殖、遷移、侵襲，并通過 circRNA/FOXO3/EMT途徑影響多西他賽耐藥[32]。SHEN等[33]研究發(fā)現(xiàn)circFOXO3在高級別PCa組織中顯著降低，沉默circFOXO3能夠顯著促進細胞增殖、上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化和多西他賽耐藥，分子機制研究發(fā)現(xiàn)circFOXO3能夠通過競爭性結(jié)合miRNA促進親本基因FOXO3的水平從而抑制PCa的進展。GAO等[34]證實hsa_circ_0000735能夠通過特異性結(jié)合miR-7促進PCa多西他賽耐藥。盡管如此，關于多西他賽耐藥性PCa circRNA的差異譜仍不清楚。另外，尋找和鑒定在多西他賽耐藥細胞中特異性升高的circRNA，對后續(xù)臨床預測標志物和治療靶標的篩選具有重要意義。

放療在PCa轉(zhuǎn)移方面取得了令人興奮的突破。然而，大部分PCa患者接受放療后復發(fā)，這可能是由于PCa細胞對于放療耐受性增強所致。研究表明circRNA參與PCa放療敏感性的調(diào)控。circ-ZNF609在PCa組織和細胞中異常上調(diào)，且ZNF609可通過miR-501-3P/HK2軸加速腫瘤細胞糖酵解，促進PCa細胞的進展和放療耐藥[35]。CAI等[36]發(fā)現(xiàn)circ_CCNB2在耐輻射的PCa組織和細胞中過表達，抑制circ_CCNB2的表達可以通過miR-30b-5P/KIF18A軸增加PCa的放射敏感性，因此，抑制circ_CCNB2可以提高復發(fā)性PCa患者的放射治療效果。這也為放療抵抗的治療提供了新的策略。

4 circRNA在PCa預后中的作用

Gleason評分、病理分期、淋巴轉(zhuǎn)移、遠處轉(zhuǎn)移與PCa預后密切相關，包括生化復發(fā)率(biochemical recurrence，BCR)、無病生存期(disease-free survival，DFS)、總生存期(overall survival，OS)等是評估PCa預后的重要指標。研究發(fā)現(xiàn)PCa組織中circMTO1的高表達與T分期、N分期降低有關，且circMTO1高表達患者的DFS和OS均優(yōu)于circMTO1低表達患者，多因素分析顯示circMTO1的高表達可獨立預測良好的DFS和OS[37]。HUANG等[38]通過對324例PCa根治性前列腺切除術患者采集癌及癌旁組織標本進行circITCH表達檢測，結(jié)果顯示PCa患者circITCH低表達與T分期進展和淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移高風險相關，且circITCH高表達患者的DFS和OS更好。此外，circRNA_LARP4的低表達和circABCC4高表達的PCa患者的5年生存率較差，而circMBOAT2的過表達則與DFS縮短有關[10，39-40]。生化復發(fā)是PCa進展的重要轉(zhuǎn)折點，那么及早預測生化復發(fā)和及時的臨床干預對于PCa患者的預后具有重要意義。ZHONG 等[41]發(fā)現(xiàn)與自噬相關的circRNA可作為生化復發(fā)PCa患者的預后因子。該研究經(jīng)過篩選將5個與自噬相關的circRNA納入預后模型，進一步結(jié)合風險評分和臨床病理參數(shù)的nomogram預測PCa患者3年和5年的生化復發(fā)率，最后發(fā)現(xiàn)下調(diào)hsa_circ_0001747可能通過增強自噬而促進PCa，表明自噬相關的circRNA可能是預測PCa患者生化復發(fā)的重要指標。此外，ROCHOW等[42]通過全基因組circRNA微陣列分析6個PCa樣本，鑒定出8個差異表達的circRNA(circATXN10、circCRIM1、circCSNK1G3、circucy1a2、circLPP、circNEAT1、circRHOBTB3和circSTIL)，并通過115個PCa癌組織和79個癌旁正常組織樣本進行circRNA和線性RNA的驗證，結(jié)果顯示circATXN10聯(lián)合linSTIL對惡性和相鄰正常組織PCa具有較高的鑒別能力。linGUCY1A2、linNEAT1和linSTIL組合被證明是BCR的最佳預測RNA標記。這提示我們通過環(huán)狀和線性RNA的模型綜合評估PCa生化復發(fā)的預后具有臨床潛力。

5 總結(jié)與展望

作為非編碼RNA家族的重要一員，circRNA具有表達普遍、高度穩(wěn)定、進化保守和組織特異性等特點，且在PCa增殖、轉(zhuǎn)移和治療耐藥中發(fā)揮著關鍵作用。然而，由于RNA-seq技術和生物信息分析的局限性、腫瘤組織和外周血中circRNA表達量的不一致、以及RNA樣本的純度及細胞群混合的影響等諸多問題，也限制了circRNA的進一步臨床診療轉(zhuǎn)型。因此，我們可能需要更先進的檢測技術和更大的患者隊列來進行更深入的研究，也更有助于回答諸多問題，如定量檢測在體液表達豐度低的circRNA的方式，靶向circRNA上游調(diào)控因子，從而從根本上阻斷或促進其生物學功能的可能性等。雖然仍然面臨著挑戰(zhàn)，但我們從對circRNA更深入的研究中獲得的結(jié)果將最終轉(zhuǎn)化為臨床實踐，使廣大PCa患者獲益。