circRNA作為ceRNA在結(jié)直腸癌中的研究進(jìn)展

劉燕, 劉文, 湯國(guó)輝

南華大學(xué)衡陽(yáng)醫(yī)學(xué)院附屬南華醫(yī)院 1.肛腸外科,湖南衡陽(yáng) 421002;2.廈門(mén)大學(xué)藥學(xué)院,福建廈門(mén) 361102

結(jié)直腸癌是常見(jiàn)的惡性腫瘤,在全球癌癥的發(fā)病率和病死率中分別居第三和第二位[1]。結(jié)直腸癌的治療方法主要以手術(shù)切除為主,其次為全身放化療、靶向治療和免疫治療等[2]。近年來(lái)盡管結(jié)直腸癌早期篩查技術(shù)和治療手段不斷改進(jìn),但由于結(jié)直腸癌患者早期癥狀無(wú)特異性,往往篩出率不高,而中晚期患者由于腫瘤轉(zhuǎn)移及術(shù)后復(fù)發(fā)率高,5年生存率僅12%[3],因此,探索結(jié)直腸癌更為敏感、可信的診斷及預(yù)后標(biāo)志物,對(duì)于提高結(jié)直腸癌患者的總體生存率,改善其預(yù)后具有重要意義。

1 circRNA概述

在人類(lèi)基因組中,大約2%是蛋白編碼基因,其余大部分轉(zhuǎn)錄本沒(méi)有蛋白編碼能力,被稱(chēng)為非編碼RNA,但隨著核糖體分析及測(cè)序技術(shù)的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用,越來(lái)越多的非編碼RNA被發(fā)現(xiàn)含有翻譯成肽的開(kāi)放閱讀框[4]。非編碼RNA主要包括長(zhǎng)鏈非編碼RNA(long non-coding RNA,lncRNA)、微小RNA(microRNA,miRNA)、環(huán)狀RNA(circular RNA,circRNA)、增強(qiáng)子RNA(enhancer RNA,eRNA)等。circRNA是一類(lèi)特殊的非編碼RNA,是由前體mRNA反向剪接而產(chǎn)生的共價(jià)閉合RNA分子,具有穩(wěn)定性、豐富性及保守性等特征。

circRNA是于1976年在植物類(lèi)病毒中被首次發(fā)現(xiàn)[5],隨后于1979年在多種真核生物中被提取出來(lái)[6]。circRNA是通過(guò)不同順式元件和反式因子的調(diào)節(jié)反向剪接而成。根據(jù)基因的起源及產(chǎn)生模式,circRNA大致分為外顯子circRNA(exonic circRNA,ecricRNA)、內(nèi)含子circRNA(intron-derived circRNA,ciRNA)及外顯子-內(nèi)含子circRNA(exon-intron circRNA,EIciRNA);ecricRNA來(lái)源于一個(gè)或多個(gè)外顯子,ciRNA僅包含內(nèi)含子,EIciRNA由內(nèi)含子和外顯子組成[7-9]。circRNA剪切類(lèi)型與細(xì)胞定位有關(guān),circRNA主要通過(guò)套索驅(qū)動(dòng)的環(huán)化和反向剪接形成,外顯子circRNA主要位于細(xì)胞質(zhì),而內(nèi)含子circRNA和外顯子-內(nèi)含子circRNA主要位于細(xì)胞核,目前大部分被鑒定出的circRNA都是外顯子circRNA。

circRNA發(fā)揮的功能與其細(xì)胞定位密切相關(guān)。反向剪接后形成的circRNA,一部分留在細(xì)胞核內(nèi)發(fā)揮功能,而大部分circRNA都被轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞質(zhì),通過(guò)多種途徑在轉(zhuǎn)錄及轉(zhuǎn)錄后參與基因調(diào)控。位于細(xì)胞核內(nèi)的circRNA能通過(guò)與轉(zhuǎn)錄啟動(dòng)子[7]或RNA聚合酶Ⅱ[9]相互作用,進(jìn)而參與轉(zhuǎn)錄調(diào)控。轉(zhuǎn)運(yùn)到胞質(zhì)的circRNA大部分都可以通過(guò)充當(dāng)microRNA海綿發(fā)揮作用,且其中一些circRNA具有多個(gè)miRNA直接結(jié)合位點(diǎn),能夠與多個(gè)miRNA相互作用。circRNA還可以充當(dāng)動(dòng)態(tài)支架分子促進(jìn)蛋白質(zhì)合成和組裝,一些circRNA還可以與RNA結(jié)合蛋白特異性結(jié)合,進(jìn)而影響生物合成和基因表達(dá)水平[10]。部分circRNA可以被翻譯成有功能的蛋白,直接發(fā)揮作用[11]。

2 miRNA概述

miRNA是一類(lèi)單鏈非編碼RNA分子,長(zhǎng)度約為22個(gè)核苷酸,廣泛存在于動(dòng)植物體內(nèi),參與轉(zhuǎn)錄后基因表達(dá)調(diào)控。miRNA主要在細(xì)胞質(zhì)中生成,但研究表明,75%miRNA同時(shí)存在于細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核中[12]。大部分miRNA基因主要位于蛋白質(zhì)編碼基因的內(nèi)含子和基因間區(qū)域,由RNA聚合酶Ⅱ或RNA聚合酶Ⅲ轉(zhuǎn)錄,并通過(guò)Drosha核糖核酸酶Ⅲ和Dicer 1核糖核酸酶Ⅲ進(jìn)行加工。Dicer和反式激活反應(yīng)元件RNA結(jié)合蛋白募集Argonaute蛋白來(lái)介導(dǎo)RNA誘導(dǎo)的沉默復(fù)合物的組裝。miRNA作為基因調(diào)控的關(guān)鍵因子,可以通過(guò)互補(bǔ)堿基配對(duì)來(lái)靶向胞質(zhì)中的mRNA,miRNA與mRNA相互作用的結(jié)合位點(diǎn)大部分在3’UTR端,從而抑制mRNA的翻譯、脫腺苷化及降解,但miRNA也可以與mRNA其他位點(diǎn)相結(jié)合發(fā)揮作用。單個(gè)miRNA可以調(diào)節(jié)包含miRNA反應(yīng)元件(miRNA response element,MRE)的多個(gè)靶標(biāo),單個(gè)RNA若包含多個(gè)MRE也會(huì)受到多個(gè)miRNA的調(diào)控。miRNA能夠與mRNA、非編碼RNA以及miRNA等相互作用,靶向人類(lèi)基因組中超過(guò)60%的蛋白質(zhì)編碼區(qū),在細(xì)胞增殖、凋亡、遷移和侵襲等生物學(xué)過(guò)程中發(fā)揮著復(fù)雜且關(guān)鍵的作用。

3 ceRNA機(jī)制

競(jìng)爭(zhēng)性?xún)?nèi)源RNA(competing endogenous RNA,ceRNA)假說(shuō)是由Salmena等[13]在2011年提出且被命名。理論上來(lái)說(shuō),任何含有miRNA反應(yīng)元件的轉(zhuǎn)錄本都可以作為ceRNA發(fā)揮作用,因此ceRNA網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)iRNA、lncRNA、circRNA等非編碼RNA與mRNA的功能聯(lián)系起來(lái)。ceRNA活性受多種因素的影響,如ceRNA成分的豐度和亞細(xì)胞定位、miRNA與其海綿的結(jié)合親和力、RNA編輯、RNA二級(jí)結(jié)構(gòu)和RNA結(jié)合蛋白,這些因素的異常通常會(huì)引起ceRNA網(wǎng)絡(luò)的失調(diào),進(jìn)而導(dǎo)致人類(lèi)疾病的發(fā)生。此外,ceRNA途徑的有效性主要取決于ceRNA轉(zhuǎn)錄本的相對(duì)水平,ceRNA水平的改變對(duì)于增強(qiáng)或減弱靶基因上miRNA的功能至關(guān)重要。

4 circRNA作為ceRNA調(diào)控結(jié)直腸癌的發(fā)生發(fā)展

近年來(lái),越來(lái)越多的證據(jù)表明,circRNA廣泛參與生物學(xué)進(jìn)程,在結(jié)直腸癌、胃癌和胰腺導(dǎo)管腺癌等多種腫瘤組織中異常表達(dá),能夠作為促癌或抑癌基因在調(diào)控腫瘤的發(fā)生發(fā)展中起著重要作用,并能夠作為某些疾病潛在診斷或預(yù)后預(yù)測(cè)的生物標(biāo)志物[14-15]。

4.1 circRNA調(diào)控結(jié)直腸癌細(xì)胞增殖、遷移、侵襲和凋亡

研究表明,結(jié)直腸癌相關(guān)circRNA能夠通過(guò)充當(dāng)miRNA sponge促進(jìn)或抑制細(xì)胞增殖、遷移、侵襲和凋亡,參與結(jié)直腸癌發(fā)生發(fā)展的進(jìn)程。Xu等[16]研究發(fā)現(xiàn),circRNA_0000392在結(jié)直腸癌細(xì)胞系中顯著上調(diào),且circRNA_0000392能通過(guò)海綿miR-193a-5p來(lái)調(diào)控PIK3R3的表達(dá),影響AKT-mTOR途徑的激活,從而在體內(nèi)外抑制結(jié)直腸癌細(xì)胞增殖和侵襲,且其表達(dá)水平與結(jié)直腸癌惡性進(jìn)展呈正相關(guān),提示circRNA_0000392是結(jié)直腸癌的潛在治療靶點(diǎn)和判斷預(yù)后的標(biāo)志。Shang等[17]研究發(fā)現(xiàn),circPACRGL在結(jié)直腸癌細(xì)胞中高表達(dá),能充當(dāng)miR-142-3p/miR-506-3p海綿來(lái)促進(jìn)轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β1(transforming growth factor-β,TGF-β1)的表達(dá),進(jìn)而促進(jìn)結(jié)直腸癌細(xì)胞增殖、遷移和侵襲,以及中性粒細(xì)胞N1向N2的分化。Zhou等[18]發(fā)現(xiàn),Has_circ_0001666在結(jié)直腸癌細(xì)胞系及腫瘤組織中低表達(dá),且Has_circ_0001666能通過(guò)與miR-576-5p結(jié)合來(lái)促進(jìn)PCDH10表達(dá),進(jìn)而調(diào)控上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化及Wnt/β-catenin通路,敲低Has_circ_0001666能夠促進(jìn)結(jié)直腸癌細(xì)胞增殖、遷移、侵襲,抑制細(xì)胞凋亡,并能夠在體內(nèi)促進(jìn)結(jié)直腸癌的發(fā)生發(fā)展及轉(zhuǎn)移,提示circ_0001666是結(jié)直腸癌潛在的診斷生物標(biāo)志物及治療靶點(diǎn)。

4.2 circRNA調(diào)控結(jié)直腸癌體內(nèi)轉(zhuǎn)移

體內(nèi)轉(zhuǎn)移是導(dǎo)致結(jié)直腸癌患者死亡的主要因素之一,約20%結(jié)直腸癌患者伴有體內(nèi)其他臟器轉(zhuǎn)移,常見(jiàn)轉(zhuǎn)移部位為肝臟及肺臟。研究表明,circRNA能夠促進(jìn)或抑制結(jié)直腸癌患者的肝肺轉(zhuǎn)移,其具有作為結(jié)直腸癌體內(nèi)轉(zhuǎn)移的診斷標(biāo)志物的潛力[19]。Wu等[20]發(fā)現(xiàn),Has_circRNA_002144在結(jié)直腸癌細(xì)胞系及腫瘤組織中高表達(dá),能與miR-615-5p結(jié)合靶向LARP1進(jìn)而調(diào)控結(jié)直腸癌的發(fā)生發(fā)展,敲低circRNA_002144能夠抑制結(jié)直腸癌肺轉(zhuǎn)移,并且circRNA_002144與結(jié)直腸癌患者預(yù)后不良密切相關(guān),circRNA_002144可以作為結(jié)直腸癌患者預(yù)后標(biāo)志物及潛在的治療靶點(diǎn)。Wang等[21]發(fā)現(xiàn),circSPARC在結(jié)直腸癌腫瘤組織及患者血樣中表達(dá)明顯升高,并與結(jié)直腸癌分期及淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移相關(guān),circSPARC能夠與miR-485-3p相結(jié)合促進(jìn)JAK2的表達(dá),進(jìn)而促進(jìn)p-STAT3的核易位,敲低circSPARC能夠抑制結(jié)直腸癌肺轉(zhuǎn)移,因此,circSPARC可作為結(jié)直腸癌潛在的診斷、預(yù)后生物標(biāo)志物及治療靶點(diǎn)。Zhi等[22]發(fā)現(xiàn),circ102049在伴有肝轉(zhuǎn)移的原發(fā)性結(jié)直腸癌腫瘤組織中高表達(dá),與結(jié)直腸癌患者的預(yù)后密切相關(guān),能夠作為結(jié)直腸癌潛在的預(yù)后預(yù)測(cè)標(biāo)志物。circ102049通過(guò)miR-761/miR-192-3p-FRAS1依賴(lài)性機(jī)制促進(jìn)結(jié)直腸癌進(jìn)展及肝轉(zhuǎn)移,circ102049-miR-761/miR-192-3p-FRAS1可能是結(jié)直腸癌患者的抗轉(zhuǎn)移靶點(diǎn)。Ma等[23]發(fā)現(xiàn),circ_0115744在伴有肝轉(zhuǎn)移的結(jié)直腸癌患者的腫瘤組織中高表達(dá),并且circ_0115744能夠作為ceRNA與miR-144結(jié)合,降低miR-144對(duì)其靶基因EZH2的抑制作用,進(jìn)而促進(jìn)結(jié)直腸癌在體內(nèi)外的進(jìn)展。circ_0115744的表達(dá)能夠區(qū)分結(jié)直腸癌肝轉(zhuǎn)移的患者以及結(jié)直腸癌患者,因此,circ_0115744能作為結(jié)直腸癌肝轉(zhuǎn)移患者潛在的診斷標(biāo)志物及治療靶點(diǎn)。

4.3 circRNA調(diào)控結(jié)直腸癌治療耐藥

術(shù)后輔助化療是常見(jiàn)的預(yù)防復(fù)發(fā)并延長(zhǎng)結(jié)直腸癌患者生存期的有效手段,目前治療結(jié)直腸癌最常見(jiàn)的化療藥物是5-氟尿嘧啶(5-fluorouracil,5-FU)。轉(zhuǎn)移性結(jié)直腸癌的輔助化療策略通常為三藥化療(氟尿嘧啶+奧沙利鉑+伊立替康,即FOLFOXIRI方案)聯(lián)合貝伐珠單抗治療,然而超過(guò)90%的轉(zhuǎn)移性結(jié)直腸癌患者對(duì)化療藥物都存在先天性或獲得性耐藥,是導(dǎo)致晚期結(jié)直腸癌患者預(yù)后不良的原因之一[24]。研究表明,circRNA與腫瘤術(shù)后化療耐藥性有關(guān),其能充當(dāng)miRNA sponge調(diào)控結(jié)直腸癌細(xì)胞對(duì)化療藥物的敏感性。Ren等[25]發(fā)現(xiàn),circDDX17在結(jié)直腸癌腫瘤組織和細(xì)胞中低表達(dá),且circDDX17能通過(guò)與miR-31-5p結(jié)合來(lái)調(diào)節(jié)KANK1的表達(dá),進(jìn)而抑制腫瘤細(xì)胞對(duì)5-FU的敏感性和結(jié)直腸癌的進(jìn)展。Lai等[26]研究表明,has_circ_0079662可以作為ceRNA與has-miR-324-5p結(jié)合來(lái)調(diào)控靶基因HOXA9,進(jìn)而通過(guò)腫瘤壞死因子-α通路誘導(dǎo)結(jié)直腸癌細(xì)胞對(duì)化療藥物奧沙利鉑耐藥。Wang等[27]證實(shí),丙酮酸激酶的M2亞型(pyruvate kinase isoenzyme type M2,PKM2)在結(jié)直腸癌細(xì)胞中異常表達(dá),在敏感細(xì)胞中相對(duì)較低,并發(fā)現(xiàn)化學(xué)耐藥細(xì)胞具有較強(qiáng)的糖酵解和ATP產(chǎn)生,通過(guò)PKM2依賴(lài)性機(jī)制,化學(xué)敏感細(xì)胞可能逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榛熆剐约?xì)胞,而has_circ_0005963可以通過(guò)miR-122海綿靶向PKM2,進(jìn)而促進(jìn)糖酵解和細(xì)胞耐藥。Li等[28]發(fā)現(xiàn),circ_0032833在奧沙利鉑耐藥的結(jié)直腸癌腫瘤組織中高表達(dá),并與耐藥性相關(guān),circ_0032833通過(guò)體內(nèi)miR-125-5p/MSI1軸抑制5-FU和奧沙利鉑的敏感性。

5 總 結(jié)

結(jié)直腸癌早期診出率不高,而中晚期結(jié)直腸癌患者5年生存率極低,且近年來(lái)結(jié)直腸癌的發(fā)病呈現(xiàn)出年輕化趨勢(shì)[29-30],所以提高結(jié)直腸癌的早期診斷率迫在眉睫。生物標(biāo)志物對(duì)于疾病的早期診斷、治療策略以及對(duì)患者生存、預(yù)后的判斷都能起到關(guān)鍵作用,臨床上預(yù)測(cè)性生物標(biāo)志物有助于臨床決策及治療,因此,尋求結(jié)直腸癌特異性及敏感性的生物標(biāo)志物是結(jié)直腸癌早期篩查及提高結(jié)直腸癌患者生存率及改善預(yù)后的關(guān)鍵。