環(huán)狀RNA PIP5K1A在腫瘤中的研究進(jìn)展

蔣 磊 張智博 袁勝濤

中國(guó)藥科大學(xué)藥物科學(xué)研究院江蘇省新藥篩選重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇南京 210000

在現(xiàn)代癌癥的研究中，表觀遺傳修飾已成為腫瘤發(fā)生進(jìn)展的標(biāo)志之一。表觀遺傳修飾主要包括DNA 甲基化、組蛋白修飾和非編碼RNA 調(diào)控[1]。根據(jù)長(zhǎng)度、形狀和位置的不同，非編碼RNA 被分為不同的類別。其中，微小RNA（micro RNA，miRNA）、長(zhǎng)鏈非編碼RNA（long noncoding RNA，lncRNA）、環(huán) 狀RNA（circular RNA，circRNA）和PIWI 相互作用RNA（PIWI interacting RNA，piRNA）是在癌癥中具有不同功能的四種主要非編碼RNA 類型。circRNA 是一類以共價(jià)封閉環(huán)為特征，廣泛存在于真核生物中的新型RNA 分子，是近年來(lái)非編碼RNA 領(lǐng)域最新的研究熱點(diǎn)[2]。最近的一些證據(jù)表明，circRNA 的異常表達(dá)幾乎發(fā)生在所有癌癥類型中[2]。circRNA 磷脂酰肌醇-4-磷酸5-激 酶1 型α（circular RNA phosphatidylinositol-4-phosphate 5-kinase type 1 alpha，circPIP5K1A）是一種新發(fā)現(xiàn)的與癌癥相關(guān)的circRNA，廣泛參與膠質(zhì)瘤，結(jié)腸癌，卵巢癌等多種癌癥進(jìn)展[3]。circPIP5K1A 可能作為癌癥患者的早期診斷識(shí)別和應(yīng)用有效的生物標(biāo)志物，故本文對(duì)circPIP5K1A在多種腫瘤中的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 circRNA的生物學(xué)功能

1.1 circRNA充當(dāng)miRNA海綿或競(jìng)爭(zhēng)性內(nèi)源性RNA

具有miRNA 結(jié)合位點(diǎn)的circRNA 可以直接與相應(yīng)的miRNA 結(jié)合，作為競(jìng)爭(zhēng)性內(nèi)源性RNA（competing endogenous RNAs，ceRNAs）或miRNA海綿來(lái)抑制miRNA 活性，從而調(diào)控靶基因的表達(dá)。circRNA miR-7 海 綿（circular RNA sponge for miR-7，ciRS-7）是最早報(bào)道功能機(jī)制的circRNA 分子，研究人員通過(guò)對(duì)人類、小鼠和線蟲(chóng)的RNA 進(jìn)行了測(cè)序和計(jì)算分析，檢測(cè)到數(shù)千個(gè)在組織或發(fā)育階段特異性表達(dá)良好、穩(wěn)定的circRNA。其中ciRS-7被miRNA 效應(yīng)復(fù)合物密集結(jié)合，并含有63 個(gè)古老miRNA miR-7 的保守結(jié)合位點(diǎn)。進(jìn)一步分析表明，ciRS-7 在神經(jīng)元組織中與miR-7 結(jié)合，在斑馬魚(yú)中過(guò)表達(dá)ciRS-7 表現(xiàn)出動(dòng)物中腦受損，類似于敲除miR-7，這表明ciRS-7 能夠充當(dāng)miR-7 拮抗劑[4]。研究表明為了充當(dāng)ceRNA 或發(fā)揮miRNA 海綿的功能，circRNA 要么包含許多miRNA 結(jié)合位點(diǎn)，要么在細(xì)胞質(zhì)中具有較高的表達(dá)水平[5]。

1.2 circRNA參與轉(zhuǎn)錄調(diào)控

研究發(fā)現(xiàn)circRNA 通過(guò)RNA 介導(dǎo)的相互作用影響選擇性剪接，從而調(diào)控靶基因表達(dá)。Li等[6]報(bào)道了一類與人類細(xì)胞中的RNA 聚合酶Ⅱ（RNA polymerase Ⅱ，Pol Ⅱ）相關(guān)的circRNA。此類circRNA 外顯子呈環(huán)狀，內(nèi)含子“保留”在外顯子之間，被命名為外顯子-內(nèi)含子環(huán)狀RNA（exonintron circRNA，EIciRNA），其與常見(jiàn)circRNA 定位不同，主要定位于細(xì)胞核。EIciRNA 通過(guò)U-核小核糖核蛋白（U-small nuclear ribonucleoprotein，U-snRNP）和EIciRNA 之間的特異性RNARNA 相互作用將U1-snRNP 等因子固定在ElciRNA 上，然后EIciRNA-U1-snRNP 復(fù)合物在啟動(dòng)子處進(jìn)一步與Pol Ⅱ轉(zhuǎn)錄復(fù)合物相互作用，增強(qiáng)靶基因表達(dá)。

1.3 circRNA作為蛋白質(zhì)支架

circRNA 在其生命周期中經(jīng)常與不同的蛋白質(zhì)發(fā)生作用。circRNA 叉頭框O3（circular RNA Forkhead box O3，circFoxO3）在小鼠非癌細(xì)胞細(xì)胞質(zhì)中高度表達(dá)，它與細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶2（cyclin-dependent kinase 2，CDK2）和周期蛋白依賴性激酶抑制劑1（cyclin-dependent kinase inhibitor 1A，p21）相互作用，形成circFoxO3-p21-CDK2 三元復(fù)合物并抑制CDK2 功能，這通常是細(xì)胞周期進(jìn)展所必需的[7]。如circRNA 乙酰輔 酶A 羧化酶1（circular RNA acetyl-CoA carboxylase 1，circACC1）通過(guò)與AMP 激活的蛋白激酶（AMP-activated protein kinase，AMPK）β 和γ 調(diào)節(jié)亞基形成三元復(fù)合物，促進(jìn)AMPK全酶的酶活性，在細(xì)胞對(duì)代謝應(yīng)激的反應(yīng)中起著關(guān)鍵作用[8]。

1.4 circRNA參與蛋白質(zhì)翻譯

由于5’和3’端的缺失，circRNA 一直被認(rèn)為是非編碼元件，一般情況下不具備翻譯的功能，但是近年來(lái)研究發(fā)現(xiàn)circRNA 實(shí)際上可以編碼調(diào)節(jié)肽，并且可能存在由circRNA 編碼的隱藏蛋白質(zhì)組，內(nèi)部核糖體進(jìn)入位點(diǎn)和N6-甲基腺嘌呤介導(dǎo)的帽非依賴性翻譯起始被認(rèn)為是circRNA 翻譯的潛在機(jī)制[9]。2015 年，Abe 等[10]制備了具有無(wú)限開(kāi)放閱讀框的cricRNA，在缺乏核糖體，poly-A 尾巴和帽狀結(jié)構(gòu)參與的條件下在兔網(wǎng)織紅細(xì)胞裂解液中被翻譯成長(zhǎng)蛋白，證明了circRNA 能夠在活的人類細(xì)胞中有效地翻譯產(chǎn)生豐富的蛋白質(zhì)產(chǎn)物。2017 年，Legnini 等[11]報(bào)道了一種與成肌細(xì)胞增殖相關(guān)的circRNA——circRNA 鋅指蛋白609（circular RNA zinc finger protein 609，circZNF609），它以剪切依賴和非帽依賴的方式被翻譯成蛋白質(zhì)，為真核生物中circRNA 編碼的蛋白質(zhì)提供了另一個(gè)例子。

2 circPIP5K1A在腫瘤中的作用機(jī)制

circPIP5K1A 來(lái)源于PIP5K1A 基因，是由PIP5K1A 基因第7～11 外顯子反向剪接而成的724 個(gè)核苷酸的circRNA。circPIP5K1A 在多種腫瘤組織中過(guò)表達(dá)，并與腫瘤進(jìn)展密切相關(guān)[3]。

2.1 circPIP5K1A與非小細(xì)胞肺癌

非小細(xì)胞肺癌（non-small cell lung cancer，NSCLC）是一種常見(jiàn)的致命惡性腫瘤，小分子酪氨酸激酶抑制劑和免疫療法的使用在選定的患者中帶來(lái)了前所未有的生存益處，但是NSCLC 的總體治愈率和生存率仍然很低。因此，需要繼續(xù)探索新的可能的NSCLC 的治療靶點(diǎn)，以擴(kuò)大臨床用藥選擇[12]。Zhang 等[13]使用circRNA 微陣列在NSCLC（n=3）和鄰近肺組織（n=3）之間篩選腫瘤特異性circRNA，并通過(guò)實(shí)時(shí)熒光定量聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)（quantitative real-time polymerase chain reaction，qRT-PCR）在10 對(duì)癌和癌旁組織中進(jìn)行驗(yàn)證，確定了circPIP5K1A 在NSCLC 組織中顯著高表達(dá)。近年來(lái)，研究人員關(guān)注于circPIP5K1A 在NSCLC 中的作用機(jī)制。Chi 等[14]的體內(nèi)研究顯示circPIP5K1A 沉默抑制了腫瘤生長(zhǎng)和肺轉(zhuǎn)移。機(jī)制上，circPIP5K1A 可能作為miR-600 的海綿，進(jìn)而促進(jìn)低氧誘導(dǎo)因子-1α 介導(dǎo)的NSCLC 細(xì)胞轉(zhuǎn)移和增殖。Wang 等[15]通過(guò)雙熒光素酶報(bào)告系統(tǒng)和RNA pull-down 實(shí)驗(yàn)證實(shí)circPIP5K1A、miR142-5p 和胰島素樣生長(zhǎng)因子1（insulin-like growth factors-1，IGF-1）的直接相互作用，沉默circPIP5K1A 可通過(guò)上調(diào)miR-142-5p 的表達(dá)并抑制IGF-1 的表達(dá)，從而抑制NSCLC 細(xì)胞增殖，促進(jìn)細(xì)胞凋亡。Geng 等[16]的研究結(jié)果表明circPIP5K1A 在NSCLC 中作為腫瘤啟動(dòng)子，通過(guò)miR-136-5p/B 淋巴細(xì)胞瘤-2（B-cell lymphoma-2，bcl-2）軸促進(jìn)NSCLC 的進(jìn)展。因此，circPIP5K1A 主要是通過(guò)作為ceRNA或miRNA 海綿來(lái)抑制多種miRNA 的表達(dá)參與腫瘤進(jìn)展。此外，circPIP5K1A 參與NSCLC 化療耐藥的進(jìn)展。Feng 等[17-18]研究證實(shí)了circPIP5K1A作為ceRNA 負(fù)性調(diào)控miR-493-5p 和miR-101的表達(dá)，進(jìn)而通過(guò)調(diào)節(jié)miR-493-5p/Rho 相關(guān)激酶1（Rho-associated protein kinase1，ROCK1）軸和miR-101/ATP 結(jié)合盒亞家族C 成員1（ATP binding cassette subfamily C member 1，ABCC1）軸調(diào)節(jié)NSCLC 患者順鉑化療敏感性。這些發(fā)現(xiàn)表明circPIP5K1A 可以作為NSCLC 化療耐藥潛在的生物標(biāo)志物。

2.2 circPIP5K1A與其他腫瘤

結(jié)直腸癌（colorectal cancer，CRC）是一種異質(zhì)性疾病，探索新的靶點(diǎn)以及新型靶向藥物開(kāi)發(fā)成為了實(shí)施個(gè)體化治療的關(guān)鍵要求[19]。Zhang 等[20]通過(guò)檢測(cè)臨床標(biāo)本中circPIP5K1A 表達(dá)水平，發(fā)現(xiàn)circPIP5K1A 在CRC 組織和細(xì)胞系中顯著上調(diào)。在CRC 細(xì)胞中敲低circPIP5K1A 后，細(xì)胞活力降低，侵襲和遷移能力受到抑制，而過(guò)表達(dá)circPIP5K1A 則表現(xiàn)出相反的作用。研究結(jié)果表明，circPIP5K1A/miR1273a 軸調(diào)控CRC 發(fā)生發(fā)展的致癌效應(yīng)，為CRC 發(fā)病機(jī)制的研究提供了新的視角。卵巢癌是最致命的女性婦科癌癥[21]。為了改善治療，Sun 等[22]通過(guò)對(duì)卵巢癌細(xì)胞進(jìn)行qRT-PCR 分析和Kaplan-Meier 生存分析，發(fā)現(xiàn)與鄰近正常組織相比，circPIP5K1A 在腫瘤組織中過(guò)度高表達(dá)。此外，Sheng 等[23]發(fā)現(xiàn)circPIP5K1A 在順鉑耐藥卵巢癌組織和細(xì)胞中高表達(dá)。機(jī)制上，circPIP5K1A 作為miR-942-5p 的海綿正向調(diào)控核因子I/B（nuclear factor I/B，NFIB）表達(dá)，挽救實(shí)驗(yàn)表明，circPIP5K1A沉默引起的抗癌和順鉑增敏作用是通過(guò)miR-942-5p/NFIB 軸實(shí)現(xiàn)的。神經(jīng)膠質(zhì)瘤是源于神經(jīng)膠質(zhì)祖細(xì)胞的固有腦腫瘤[24]。有研究發(fā)現(xiàn)circPIP5K1A在膠質(zhì)瘤組織和細(xì)胞系中過(guò)表達(dá)。功能上，研究人員通過(guò)體內(nèi)外實(shí)驗(yàn)證實(shí)過(guò)表達(dá)circPIP5K1A 顯著增強(qiáng)膠質(zhì)瘤細(xì)胞的增殖和侵襲能力。研究結(jié)果表明circPIP5K1A 通過(guò)調(diào)控miR-515-5p 介導(dǎo)的PI3K/AKT 軸調(diào)控腦膠質(zhì)瘤的進(jìn)展，是腦膠質(zhì)瘤的潛在預(yù)后標(biāo)志物[25]。

3 總結(jié)與展望

近年來(lái)，隨著RNA 測(cè)序技術(shù)的迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，研究人員發(fā)現(xiàn)許多外顯子轉(zhuǎn)錄本可以通過(guò)非線性反向剪接或基因重排方式形成circRNA。本文總結(jié)了cirRNA 的基礎(chǔ)生物學(xué)功能，并概述了circPIP5K1A 在多種腫瘤類型中的功能機(jī)制。circPIP5K1A 可以穩(wěn)定存在于多種環(huán)境條件中，在多種癌癥的早期診斷和預(yù)后中體現(xiàn)了其獨(dú)特的價(jià)值。在目前的研究中，circPIP5K1A 主要是充當(dāng)miRNA 海綿或ceRNA 調(diào)控下游相關(guān)靶基因的表達(dá)，并參與細(xì)胞增殖、調(diào)亡、自噬、氧化應(yīng)激等生理功能從而調(diào)節(jié)腫瘤的發(fā)生。除了負(fù)性調(diào)控miRNA 表達(dá)之外，circPIP5K1A 的其他生物學(xué)功能與腫瘤發(fā)生發(fā)展的關(guān)系仍不明確，需要進(jìn)一步研究其在腫瘤中的其他生物特性和作用機(jī)制。隨著以核酸為基礎(chǔ)的治療工具的巨大進(jìn)步，circPIP5K1A 作為未來(lái)癌癥治療的可靶向分子具有良好的發(fā)展前景。