環狀RNA PIP5K1A在腫瘤中的研究進展

蔣 磊 張智博 袁勝濤

中國藥科大學藥物科學研究院江蘇省新藥篩選重點實驗室，江蘇南京 210000

在現代癌癥的研究中，表觀遺傳修飾已成為腫瘤發生進展的標志之一。表觀遺傳修飾主要包括DNA 甲基化、組蛋白修飾和非編碼RNA 調控[1]。根據長度、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）、長鏈非編碼RNA（long noncoding RNA，lncRNA）、環 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 是一類以共價封閉環為特征，廣泛存在于真核生物中的新型RNA 分子，是近年來非編碼RNA 領域最新的研究熱點[2]。最近的一些證據表明，circRNA 的異常表達幾乎發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）是一種新發現的與癌癥相關的circRNA，廣泛參與膠質瘤，結腸癌，卵巢癌等多種癌癥進展[3]。circPIP5K1A 可能作為癌癥患者的早期診斷識別和應用有效的生物標志物，故本文對circPIP5K1A在多種腫瘤中的研究進展進行綜述。

1 circRNA的生物學功能

1.1 circRNA充當miRNA海綿或競爭性內源性RNA

具有miRNA 結合位點的circRNA 可以直接與相應的miRNA 結合，作為競爭性內源性RNA（competing endogenous RNAs，ceRNAs）或miRNA海綿來抑制miRNA 活性，從而調控靶基因的表達。circRNA miR-7 海 綿（circular RNA sponge for miR-7，ciRS-7）是最早報道功能機制的circRNA 分子，研究人員通過對人類、小鼠和線蟲的RNA 進行了測序和計算分析，檢測到數千個在組織或發育階段特異性表達良好、穩定的circRNA。其中ciRS-7被miRNA 效應復合物密集結合，并含有63 個古老miRNA miR-7 的保守結合位點。進一步分析表明，ciRS-7 在神經元組織中與miR-7 結合，在斑馬魚中過表達ciRS-7 表現出動物中腦受損，類似于敲除miR-7，這表明ciRS-7 能夠充當miR-7 拮抗劑[4]。研究表明為了充當ceRNA 或發揮miRNA 海綿的功能，circRNA 要么包含許多miRNA 結合位點，要么在細胞質中具有較高的表達水平[5]。

1.2 circRNA參與轉錄調控

研究發現circRNA 通過RNA 介導的相互作用影響選擇性剪接，從而調控靶基因表達。Li等[6]報道了一類與人類細胞中的RNA 聚合酶Ⅱ（RNA polymerase Ⅱ，Pol Ⅱ）相關的circRNA。此類circRNA 外顯子呈環狀，內含子“保留”在外顯子之間，被命名為外顯子-內含子環狀RNA（exonintron circRNA，EIciRNA），其與常見circRNA 定位不同，主要定位于細胞核。EIciRNA 通過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 復合物在啟動子處進一步與Pol Ⅱ轉錄復合物相互作用，增強靶基因表達。

1.3 circRNA作為蛋白質支架

circRNA 在其生命周期中經常與不同的蛋白質發生作用。circRNA 叉頭框O3（circular RNA Forkhead box O3，circFoxO3）在小鼠非癌細胞細胞質中高度表達，它與細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 三元復合物并抑制CDK2 功能，這通常是細胞周期進展所必需的[7]。如circRNA 乙酰輔 酶A 羧化酶1（circular RNA acetyl-CoA carboxylase 1，circACC1）通過與AMP 激活的蛋白激酶（AMP-activated protein kinase，AMPK）β 和γ 調節亞基形成三元復合物，促進AMPK全酶的酶活性，在細胞對代謝應激的反應中起著關鍵作用[8]。

1.4 circRNA參與蛋白質翻譯

由于5’和3’端的缺失，circRNA 一直被認為是非編碼元件，一般情況下不具備翻譯的功能，但是近年來研究發現circRNA 實際上可以編碼調節肽，并且可能存在由circRNA 編碼的隱藏蛋白質組，內部核糖體進入位點和N6-甲基腺嘌呤介導的帽非依賴性翻譯起始被認為是circRNA 翻譯的潛在機制[9]。2015 年，Abe 等[10]制備了具有無限開放閱讀框的cricRNA，在缺乏核糖體，poly-A 尾巴和帽狀結構參與的條件下在兔網織紅細胞裂解液中被翻譯成長蛋白，證明了circRNA 能夠在活的人類細胞中有效地翻譯產生豐富的蛋白質產物。2017 年，Legnini 等[11]報道了一種與成肌細胞增殖相關的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，為真核生物中circRNA 編碼的蛋白質提供了另一個例子。

2 circPIP5K1A在腫瘤中的作用機制

circPIP5K1A 來源于PIP5K1A 基因，是由PIP5K1A 基因第7～11 外顯子反向剪接而成的724 個核苷酸的circRNA。circPIP5K1A 在多種腫瘤組織中過表達，并與腫瘤進展密切相關[3]。

2.1 circPIP5K1A與非小細胞肺癌

非小細胞肺癌（non-small cell lung cancer，NSCLC）是一種常見的致命惡性腫瘤，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，需要繼續探索新的可能的NSCLC 的治療靶點，以擴大臨床用藥選擇[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，并通過實時熒光定量聚合酶鏈式反應（quantitative real-time polymerase chain reaction，qRT-PCR）在10 對癌和癌旁組織中進行驗證，確定了circPIP5K1A 在NSCLC 組織中顯著高表達。近年來，研究人員關注于circPIP5K1A 在NSCLC 中的作用機制。Chi 等[14]的體內研究顯示circPIP5K1A 沉默抑制了腫瘤生長和肺轉移。機制上，circPIP5K1A 可能作為miR-600 的海綿，進而促進低氧誘導因子-1α 介導的NSCLC 細胞轉移和增殖。Wang 等[15]通過雙熒光素酶報告系統和RNA pull-down 實驗證實circPIP5K1A、miR142-5p 和胰島素樣生長因子1（insulin-like growth factors-1，IGF-1）的直接相互作用，沉默circPIP5K1A 可通過上調miR-142-5p 的表達并抑制IGF-1 的表達，從而抑制NSCLC 細胞增殖，促進細胞凋亡。Geng 等[16]的研究結果表明circPIP5K1A 在NSCLC 中作為腫瘤啟動子，通過miR-136-5p/B 淋巴細胞瘤-2（B-cell lymphoma-2，bcl-2）軸促進NSCLC 的進展。因此，circPIP5K1A 主要是通過作為ceRNA或miRNA 海綿來抑制多種miRNA 的表達參與腫瘤進展。此外，circPIP5K1A 參與NSCLC 化療耐藥的進展。Feng 等[17-18]研究證實了circPIP5K1A作為ceRNA 負性調控miR-493-5p 和miR-101的表達，進而通過調節miR-493-5p/Rho 相關激酶1（Rho-associated protein kinase1，ROCK1）軸和miR-101/ATP 結合盒亞家族C 成員1（ATP binding cassette subfamily C member 1，ABCC1）軸調節NSCLC 患者順鉑化療敏感性。這些發現表明circPIP5K1A 可以作為NSCLC 化療耐藥潛在的生物標志物。

2.2 circPIP5K1A與其他腫瘤

結直腸癌（colorectal cancer，CRC）是一種異質性疾病，探索新的靶點以及新型靶向藥物開發成為了實施個體化治療的關鍵要求[19]。Zhang 等[20]通過檢測臨床標本中circPIP5K1A 表達水平，發現circPIP5K1A 在CRC 組織和細胞系中顯著上調。在CRC 細胞中敲低circPIP5K1A 后，細胞活力降低，侵襲和遷移能力受到抑制，而過表達circPIP5K1A 則表現出相反的作用。研究結果表明，circPIP5K1A/miR1273a 軸調控CRC 發生發展的致癌效應，為CRC 發病機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]通過對卵巢癌細胞進行qRT-PCR 分析和Kaplan-Meier 生存分析，發現與鄰近正常組織相比，circPIP5K1A 在腫瘤組織中過度高表達。此外，Sheng 等[23]發現circPIP5K1A 在順鉑耐藥卵巢癌組織和細胞中高表達。機制上，circPIP5K1A 作為miR-942-5p 的海綿正向調控核因子I/B（nuclear factor I/B，NFIB）表達，挽救實驗表明，circPIP5K1A沉默引起的抗癌和順鉑增敏作用是通過miR-942-5p/NFIB 軸實現的。神經膠質瘤是源于神經膠質祖細胞的固有腦腫瘤[24]。有研究發現circPIP5K1A在膠質瘤組織和細胞系中過表達。功能上，研究人員通過體內外實驗證實過表達circPIP5K1A 顯著增強膠質瘤細胞的增殖和侵襲能力。研究結果表明circPIP5K1A 通過調控miR-515-5p 介導的PI3K/AKT 軸調控腦膠質瘤的進展，是腦膠質瘤的潛在預后標志物[25]。

3 總結與展望

近年來，隨著RNA 測序技術的迅速發展和廣泛應用，研究人員發現許多外顯子轉錄本可以通過非線性反向剪接或基因重排方式形成circRNA。本文總結了cirRNA 的基礎生物學功能，并概述了circPIP5K1A 在多種腫瘤類型中的功能機制。circPIP5K1A 可以穩定存在于多種環境條件中，在多種癌癥的早期診斷和預后中體現了其獨特的價值。在目前的研究中，circPIP5K1A 主要是充當miRNA 海綿或ceRNA 調控下游相關靶基因的表達，并參與細胞增殖、調亡、自噬、氧化應激等生理功能從而調節腫瘤的發生。除了負性調控miRNA 表達之外，circPIP5K1A 的其他生物學功能與腫瘤發生發展的關系仍不明確，需要進一步研究其在腫瘤中的其他生物特性和作用機制。隨著以核酸為基礎的治療工具的巨大進步，circPIP5K1A 作為未來癌癥治療的可靶向分子具有良好的發展前景。