環狀RNA在腫瘤癌變中的作用機制和臨床意義

王文君 史志周

(昆明理工大學醫學院，云南 昆明 650500)

環狀RNA在腫瘤癌變中的作用機制和臨床意義

王文君 史志周

(昆明理工大學醫學院，云南 昆明 650500)

環狀RNA；致癌機制；增殖；分子標志物

環狀RNA(circRNA)是一種特殊的內源性非編碼RNA，1976年在類病毒中被首次發現，隨后在病毒和真核生物中也相繼發現了circRNA。circRNA與線性RNA的不同之處在于其3′端與5′端相連，形成閉合的共價環狀結構，該結構使circRNA較線性RNA更加保守和穩定〔1〕。最初cireRNA被認為是由選擇性剪接錯誤產生，最新研究表明circRNA的形成受ALU雙反向重復序列、外顯子跳讀和RNA結合蛋白等多種因素的影響〔2〕，同時隨著第二代測序技術和生物信息學的發展，越來越多的研究發現circRNA在真核生物生命活動以及包括惡性腫瘤在內的疾病發生發展中發揮重要的調節作用〔3〕。

1 circRNA的特征和生物學功能

1.1 circRNA的特征 circRNA分子最初在酵母的線粒體和丁型肝炎病毒中被發現。由于早期發現的circRNA分子來源于基因外顯子和內含子，因此被認為是剪接錯誤或者從內含子套索逃脫而形成的副產物，認為它們在生命活動中沒有重要作用。circRNA具有共價閉合環狀結構，沒有5′-3′的極性結構也沒有多聚腺苷酸尾結構，因此circRNA不受核酸外切酶或核糖核酸酶影響，比線性RNA更穩定。最新研究發現，雖然大多數circRNA表達量較低，但是circRNA要比線性RNA更加豐富〔4〕。內源性circRNA類似于長鏈非編碼RNA的功能。而外源性circRNA可通過核糖體內部進入內部核糖體進入位點(IRES)在體內或體外翻譯〔5〕。

1.2 circRNA的生物學功能

1.2.1 circRNA調節選擇性剪接和轉錄過程 circRNA在細胞內穩定表達，呈現組織特異性，并且優勢表達于細胞質。研究表明circRNA參與選擇性剪接和轉錄過程的調控。例如，Ashwal-Fluss等〔6〕發現circMbl是由甘露糖結合凝集素(MBL)基因的2號外顯子選擇性剪接形成的環狀RNA。circMbl及其內含子序列中包含MBL的保守結合位點。MBL通過circMbl及其內含子序列上的MBL結合位點顯著影響circMbl的生物合成。Jeck等〔7〕發現在人成纖維細胞中許多外顯子來源circRNA含有翻譯起始位點。這些研究表明，circRNA參與調節選擇性剪接和轉錄過程。

1.2.2 circRNA調節親本基因的表達 最新研究表明circRNA可以調節親本基因的表達。Li等〔8〕發現跨越E3泡素化蛋白連接酶(cir-ITCH)和親本基因ITCH的3′端均包含微小RNA(miRNA)的結合位點，深入研究后發現cir-ITCH通過與miR-7、miR-17和miR-214相互作用可上調ITCH的表達。Zhang等〔9〕發現circRNA可通過內側的RNA元件，從內含子套索結構中逃脫而形成。這些circRNA很少富集miRNA的結合位點，這說明它們的功能具有特殊性。研究表明，一些circRNA在細胞核中通過與聚合酶Ⅱ相互作用調控基因的轉錄。circRNA、ElciRNA主要定位于核內，其可與聚合酶Ⅱ和小核糖核蛋白(snRNPs)相互作用調控親本基因的轉錄〔3〕。這些報道均表明circRNA可以通過調節親本基因的表達參與生物學過程的調控。

2 circRNA作為競爭性內源RNA(ceRNA)在腫瘤癌變過程中發揮重要調控作用

ceRNA包括mRNA、假基因、長鏈非編碼RNA(lncRNA)和circRNA。ceRNA通過自身含有的miRNA結合位點競爭性結合miRNA，降低miRNA對靶基因的抑制作用，增加靶基因的表達水平，進而參與生物學過程的調控〔10〕。研究報道，circRNA ciRS-7(也被稱為CDR1as)包含超過70個miR-7的結合位點，在細胞中通過競爭性結合miR-7，降低miR-7對靶基因(Ack1和PIK3CD等)的抑制作用〔11〕。此外，在特定情況下，ciRS-7通過與miR-7的靶基因競爭性結合miR-7使該miRNA維持在一定的濃度范圍，在細胞內發揮miR-7緩沖體系的作用。有趣的是，ciRS-7還可以發揮細胞中miR-7儲存庫的作用，在特定情況下，miR-671可促進miR-7從ciRS-7上大量解離，進而發揮對靶基因的抑制作用〔12〕。Xie等〔13〕的研究發現在結直腸癌細胞中Hsa_circ_001569作為ceRNA競爭性結合miR-145，進而上調miR-145的靶基因E2F5、BAG和FMNL2的表達。同時在結直腸癌組織標本中，hsa_circ_001569和miR-145的表達呈負相關，miR-145與其靶基因E2F5、BAG和FMNL2的表達也呈負相關，這些結果表明hsa_circ_001569通過調控miR-145發揮促進結直腸癌細胞增殖和侵襲的作用。Zheng等〔14〕通過挖掘RNA測序數據，發現在正常組織和癌組織中差異表達的circRNA，其中來源于HIPK3基因2號外顯子的circHIPK3在腫瘤組織中大量表達。功能實驗發現，沉默circHIPK3可顯著抑制腫瘤細胞的生長。同時circHIPK3含有包括miR-124在內的9個不同miRNA的結合位點，可競爭性結合這些miRNAs調控其生物學功能。Yang等〔15〕發現，過表達Foxo3 circRNA可以顯著抑制腫瘤細胞的增殖和腫瘤的生長。

除了作為ceRNA外，circRNA還可通過與蛋白質形成復合體的形式發揮作用。Du等發現circRNA circ-Foxo3在非腫瘤細胞中過表達，沉默其表達可顯著促進細胞增殖，相反過表達circ-Foxo3可通過與CDK2和p21形成三聚體，抑制CDK2與cyclin A和cyclin E的結合引起細胞周期阻滯并抑制細胞增殖〔16〕。此外環狀RNA還可以作為轉錄因子發揮作用，調控選擇性剪接或編碼蛋白質〔17〕。

3 circRNA是候選的腫瘤分子標志物

到目前為止，已經鑒定了多種腫瘤中異常表達的circRNA，并初步揭示了其臨床意義。Shang等系統篩選了肝癌中差異表達的circRNA，發現hsa_circ_0000520，hsa_circ_0005075和hsa_circ_0066444的表達水平在肝癌組織中顯著改變。其中hsa_circ_0005075的高表達與腫瘤大小和預后顯著相關。此外hsa_circ_0005075存在miR-23b-5p，miR-93-3p，miR-581和miR-23a-5p的結合位點，表明這些分子之間很可能存在調控關系。GO分析表明hsa_circ_0005075在肝癌進展中參與細胞黏附的調控〔18〕。Xuan等〔19〕應用芯片方法研究了喉鱗癌中差異改變的circRNA，結果發現302個circRNA顯著上調，396個circRNA顯著下調。其中hsa_circRNA_100855表達量增加最大，而hsa_circRNA_104912表達量減少最大。同時hsa_circRNA_100855的表達增加和hsa_circRNA_104912的表達減少均與較晚的臨床分期和淋巴結轉移顯著相關。研究發現hsa_circ_001988與結直腸癌的分化程度和局部浸潤顯著相關〔20〕。文獻中提到，hsa_circ_002059在胃癌組織中顯著低表達，同時，hsa_circ_002059的低表達與胃癌患者的遠處轉移、TNM分期、性別和年齡顯著正相關〔21〕。

最新的研究發現腫瘤細胞會釋放包含有蛋白質和遺傳物質的囊泡-外泌體(exosome)，外泌體觸發了受納器官中必要的分子反應-炎癥、血管形成等來迎接轉移的腫瘤細胞，使得當腫瘤細胞到達時可以進行增殖，因此外泌體被認為是一種新的潛在的腫瘤診斷分子和治療靶點〔22〕。研究發現circRNA在結腸癌、肺癌、胃癌、乳腺癌和宮頸癌等多種腫瘤中會富集在外泌體中，而且在人體血液中比線性RNA更加穩定，在血清中circRNA可以穩定保持24 h以上。鑒于此，外泌體中的circRNA有望成為新的腫瘤診斷分子標志物。

雖然越來越多的研究關注腫瘤中的環狀RNA，但是目前對于不同腫瘤中circRNA的分布以及在腫瘤發生發展中的作用，尤其是環狀RNA如何調控腫瘤細胞增殖、凋亡、侵襲運動和血管生成等過程的分子機制尚不清楚，同時針對circRNA作為分子標志物的研究目前缺乏大樣本多中心的數據。未來在解決這些問題后，將更深刻的認識腫瘤癌變的機制，同時circRNA有望成為新的腫瘤診斷的分子標志物和治療靶點。

1 Qu S，Yang X,Li X,etal.Circular RNA：a new star of noncoding RNAs〔J〕.Cancer Lett，2015；365(2)：141-8.

2 Wilusz J.Circular RNA and splicing：skip happens〔J〕.J Mol Biol，2015；427(15)：2411-3.

3 Li Z，Huang C,Bao C,etal.Exon-intron circular RNAs regulate transcription in the nucleus〔J〕.Nat Struct Mol Biol，2015；22(3)：256-64.

4 Zhang XO，Wang HB,Zhang Y,etal.Complementary sequence-mediated exon circularization〔J〕.Cell，2014；159(1)：134-47.

5 Wang Y，Wang Z.Efficient backsplicing produces translatable circular mRNAs〔J〕.RNA，2015；21(2)：172-9.

6 Ashwal-Fluss R，Meyer M,Pamudurti NR,etal.circRNA biogenesis competes with pre-mRNA splicing〔J〕.Mol Cell，2014；56(1)：55-66.

7 Jeck WR，Sharpless NE.Detecting and characterizing circular RNAs〔J〕.Nat Biotechnol，2014；32(5)：453-61.

8 Li F，Zhang L,Li W,etal.Circular RNA ITCH has inhibitory effect on ESCC by suppressing the Wnt/beta-catenin pathway〔J〕.Oncotarget，2015；6(8)：6001-13.

9 Zhang Y，Yang L，Chen LL.Life without a tail：new formats of long noncoding RNAs〔J〕.Int J Biochem Cell Biol，2014；54：338-49.

10 Kartha RV，Subramanian S.Competing endogenous RNAs (ceRNAs)：new entrants to the intricacies of gene regulation〔J〕.Front Genet，2014；5：8.

11 Saydam O，Send O,Wurdinger T,etal.miRNA-7 attenuation in Schwannoma tumors stimulates growth by upregulating three oncogenic signaling pathways〔J〕.Cancer Res，2011；71(3)：852-61.

12 Hansen TB，Kjems J，Damgaard CK.Circular RNA and miR-7 in cancer〔J〕.Cancer Res，2013；73(18)：5609-12.

13 Xie H，Ren X,Xin S,etal.Emerging roles of circRNA_001569 targeting miR-145 in the proliferation and invasion of colorectal cancer〔J〕.Oncotarget，2016;7(18):26680-91.

14 Zheng Q，Bao C,Guo W,etal.Circular RNA profiling reveals an abundant circHIPK3 that regulates cell growth by sponging multiple miRNAs〔J〕.Nat Commun，2016；7(10)：11215.

15 Yang W，Du WW,Li X,etal.Foxo3 activity promoted by non-coding effects of circular RNA and Foxo3 pseudogene in the inhibition of tumor growth and angiogenesis〔J〕.Oncogene，2016;35(30):3919-31.

16 Du WW，Yang W,Liu E,etal.Foxo3 circular RNA retards cell cycle progression via forming ternary complexes with p21 and CDK2〔J〕.Nucleic Acids Res，2016；44(6)：2846-58.

17 Xin Z，Ma Q,Ren S,etal.The understanding of circular RNAs as special triggers in carcinogenesis〔J〕.Brief Funct Genomics，2016〔Epub ahead of print〕.

18 Shang X，Li G,Liu H,etal.Comprehensive circular RNA profiling reveals that hsa_circ_0005075，a new circular RNA biomarker，is involved in hepatocellular carcinoma development〔J〕.Medicine (Baltimore)，2016；95(22)：e3811.

19 Xuan L，Qu L,Zhou H,etal.Circular RNA：a novel biomarker for progressive laryngeal cancer〔J〕.Am J Transl Res，2016；8(2)：932-9.

20 Wang X，Zhang Y,Huang L,etal.Decreased expression of hsa_circ_001988 in colorectal cancer and its clinical significances〔J〕.Int J Clin Exp Pathol，2015；8(12)：16020-5.

21 Li P，Chen S,Chen H,etal.Using circular RNA as a novel type of biomarker in the screening of gastric cancer〔J〕.Clin Chim Acta，2015；444(2)：132-6.

22 Hoshino A，Costa-Silva S,Shen TL,etal.Tumour exosome integrins determine organotropic metastasis〔J〕.Nature，2015；527(7578)：329-35.

〔2016-05-11修回〕

(編輯 袁左鳴)

國家自然科學基金項目(No.81460425)

史志周(1983-)，男，碩士生導師，主要從事食管鱗癌致癌機制研究。

王文君(1992-)，女，碩士，主要從事食管鱗癌的研究。

R363

A

1005-9202(2017)01-0229-02；

10.3969/j.issn.1005-9202.2017.01.100