王文君 史志周

(昆明理工大學(xué)醫(yī)學(xué)院，云南 昆明 650500)

環(huán)狀RNA在腫瘤癌變中的作用機(jī)制和臨床意義

王文君 史志周

(昆明理工大學(xué)醫(yī)學(xué)院，云南 昆明 650500)

環(huán)狀RNA；致癌機(jī)制；增殖；分子標(biāo)志物

環(huán)狀RNA(circRNA)是一種特殊的內(nèi)源性非編碼RNA，1976年在類病毒中被首次發(fā)現(xiàn)，隨后在病毒和真核生物中也相繼發(fā)現(xiàn)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(jià)環(huán)狀結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)使circRNA較線性RNA更加保守和穩(wěn)定〔1〕。最初cireRNA被認(rèn)為是由選擇性剪接錯(cuò)誤產(chǎn)生，最新研究表明circRNA的形成受ALU雙反向重復(fù)序列、外顯子跳讀和RNA結(jié)合蛋白等多種因素的影響〔2〕，同時(shí)隨著第二代測(cè)序技術(shù)和生物信息學(xué)的發(fā)展，越來越多的研究發(fā)現(xiàn)circRNA在真核生物生命活動(dòng)以及包括惡性腫瘤在內(nèi)的疾病發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮重要的調(diào)節(jié)作用〔3〕。

1 circRNA的特征和生物學(xué)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(fā)現(xiàn)。由于早期發(fā)現(xiàn)的circRNA分子來源于基因外顯子和內(nèi)含子，因此被認(rèn)為是剪接錯(cuò)誤或者從內(nèi)含子套索逃脫而形成的副產(chǎn)物，認(rèn)為它們?cè)谏顒?dòng)中沒有重要作用。circRNA具有共價(jià)閉合環(huán)狀結(jié)構(gòu)，沒有5′-3′的極性結(jié)構(gòu)也沒有多聚腺苷酸尾結(jié)構(gòu)，因此circRNA不受核酸外切酶或核糖核酸酶影響，比線性RNA更穩(wěn)定。最新研究發(fā)現(xiàn)，雖然大多數(shù)circRNA表達(dá)量較低，但是circRNA要比線性RNA更加豐富〔4〕。內(nèi)源性circRNA類似于長(zhǎng)鏈非編碼RNA的功能。而外源性circRNA可通過核糖體內(nèi)部進(jìn)入內(nèi)部核糖體進(jìn)入位點(diǎn)(IRES)在體內(nèi)或體外翻譯〔5〕。

1.2 circRNA的生物學(xué)功能

1.2.1 circRNA調(diào)節(jié)選擇性剪接和轉(zhuǎn)錄過程 circRNA在細(xì)胞內(nèi)穩(wěn)定表達(dá)，呈現(xiàn)組織特異性，并且優(yōu)勢(shì)表達(dá)于細(xì)胞質(zhì)。研究表明circRNA參與選擇性剪接和轉(zhuǎn)錄過程的調(diào)控。例如，Ashwal-Fluss等〔6〕發(fā)現(xiàn)circMbl是由甘露糖結(jié)合凝集素(MBL)基因的2號(hào)外顯子選擇性剪接形成的環(huán)狀RNA。circMbl及其內(nèi)含子序列中包含MBL的保守結(jié)合位點(diǎn)。MBL通過circMbl及其內(nèi)含子序列上的MBL結(jié)合位點(diǎn)顯著影響circMbl的生物合成。Jeck等〔7〕發(fā)現(xiàn)在人成纖維細(xì)胞中許多外顯子來源circRNA含有翻譯起始位點(diǎn)。這些研究表明，circRNA參與調(diào)節(jié)選擇性剪接和轉(zhuǎn)錄過程。

1.2.2 circRNA調(diào)節(jié)親本基因的表達(dá) 最新研究表明circRNA可以調(diào)節(jié)親本基因的表達(dá)。Li等〔8〕發(fā)現(xiàn)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(jié)合位點(diǎn)，深入研究后發(fā)現(xiàn)cir-ITCH通過與miR-7、miR-17和miR-214相互作用可上調(diào)ITCH的表達(dá)。Zhang等〔9〕發(fā)現(xiàn)circRNA可通過內(nèi)側(cè)的RNA元件，從內(nèi)含子套索結(jié)構(gòu)中逃脫而形成。這些circRNA很少富集miRNA的結(jié)合位點(diǎn)，這說明它們的功能具有特殊性。研究表明，一些circRNA在細(xì)胞核中通過與聚合酶Ⅱ相互作用調(diào)控基因的轉(zhuǎn)錄。circRNA、ElciRNA主要定位于核內(nèi)，其可與聚合酶Ⅱ和小核糖核蛋白(snRNPs)相互作用調(diào)控親本基因的轉(zhuǎn)錄〔3〕。這些報(bào)道均表明circRNA可以通過調(diào)節(jié)親本基因的表達(dá)參與生物學(xué)過程的調(diào)控。

2 circRNA作為競(jìng)爭(zhēng)性內(nèi)源RNA(ceRNA)在腫瘤癌變過程中發(fā)揮重要調(diào)控作用

ceRNA包括mRNA、假基因、長(zhǎng)鏈非編碼RNA(lncRNA)和circRNA。ceRNA通過自身含有的miRNA結(jié)合位點(diǎn)競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合miRNA，降低miRNA對(duì)靶基因的抑制作用，增加靶基因的表達(dá)水平，進(jìn)而參與生物學(xué)過程的調(diào)控〔10〕。研究報(bào)道，circRNA ciRS-7(也被稱為CDR1as)包含超過70個(gè)miR-7的結(jié)合位點(diǎn)，在細(xì)胞中通過競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合miR-7，降低miR-7對(duì)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(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合miR-7使該miRNA維持在一定的濃度范圍，在細(xì)胞內(nèi)發(fā)揮miR-7緩沖體系的作用。有趣的是，ciRS-7還可以發(fā)揮細(xì)胞中miR-7儲(chǔ)存庫的作用，在特定情況下，miR-671可促進(jìn)miR-7從ciRS-7上大量解離，進(jìn)而發(fā)揮對(duì)靶基因的抑制作用〔12〕。Xie等〔13〕的研究發(fā)現(xiàn)在結(jié)直腸癌細(xì)胞中Hsa_circ_001569作為ceRNA競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合miR-145，進(jìn)而上調(diào)miR-145的靶基因E2F5、BAG和FMNL2的表達(dá)。同時(shí)在結(jié)直腸癌組織標(biāo)本中，hsa_circ_001569和miR-145的表達(dá)呈負(fù)相關(guān)，miR-145與其靶基因E2F5、BAG和FMNL2的表達(dá)也呈負(fù)相關(guān)，這些結(jié)果表明hsa_circ_001569通過調(diào)控miR-145發(fā)揮促進(jìn)結(jié)直腸癌細(xì)胞增殖和侵襲的作用。Zheng等〔14〕通過挖掘RNA測(cè)序數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)在正常組織和癌組織中差異表達(dá)的circRNA，其中來源于HIPK3基因2號(hào)外顯子的circHIPK3在腫瘤組織中大量表達(dá)。功能實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，沉默circHIPK3可顯著抑制腫瘤細(xì)胞的生長(zhǎng)。同時(shí)circHIPK3含有包括miR-124在內(nèi)的9個(gè)不同miRNA的結(jié)合位點(diǎn)，可競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合這些miRNAs調(diào)控其生物學(xué)功能。Yang等〔15〕發(fā)現(xiàn)，過表達(dá)Foxo3 circRNA可以顯著抑制腫瘤細(xì)胞的增殖和腫瘤的生長(zhǎng)。

除了作為ceRNA外，circRNA還可通過與蛋白質(zhì)形成復(fù)合體的形式發(fā)揮作用。Du等發(fā)現(xiàn)circRNA circ-Foxo3在非腫瘤細(xì)胞中過表達(dá)，沉默其表達(dá)可顯著促進(jìn)細(xì)胞增殖，相反過表達(dá)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(jié)合引起細(xì)胞周期阻滯并抑制細(xì)胞增殖〔16〕。此外環(huán)狀RNA還可以作為轉(zhuǎn)錄因子發(fā)揮作用，調(diào)控選擇性剪接或編碼蛋白質(zhì)〔17〕。

3 circRNA是候選的腫瘤分子標(biāo)志物

到目前為止，已經(jīng)鑒定了多種腫瘤中異常表達(dá)的circRNA，并初步揭示了其臨床意義。Shang等系統(tǒng)篩選了肝癌中差異表達(dá)的circRNA，發(fā)現(xiàn)hsa_circ_0000520，hsa_circ_0005075和hsa_circ_0066444的表達(dá)水平在肝癌組織中顯著改變。其中hsa_circ_0005075的高表達(dá)與腫瘤大小和預(yù)后顯著相關(guān)。此外hsa_circ_0005075存在miR-23b-5p，miR-93-3p，miR-581和miR-23a-5p的結(jié)合位點(diǎn)，表明這些分子之間很可能存在調(diào)控關(guān)系。GO分析表明hsa_circ_0005075在肝癌進(jìn)展中參與細(xì)胞黏附的調(diào)控〔18〕。Xuan等〔19〕應(yīng)用芯片方法研究了喉鱗癌中差異改變的circRNA，結(jié)果發(fā)現(xiàn)302個(gè)circRNA顯著上調(diào)，396個(gè)circRNA顯著下調(diào)。其中hsa_circRNA_100855表達(dá)量增加最大，而hsa_circRNA_104912表達(dá)量減少最大。同時(shí)hsa_circRNA_100855的表達(dá)增加和hsa_circRNA_104912的表達(dá)減少均與較晚的臨床分期和淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移顯著相關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)hsa_circ_001988與結(jié)直腸癌的分化程度和局部浸潤(rùn)顯著相關(guān)〔20〕。文獻(xiàn)中提到，hsa_circ_002059在胃癌組織中顯著低表達(dá)，同時(shí)，hsa_circ_002059的低表達(dá)與胃癌患者的遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移、TNM分期、性別和年齡顯著正相關(guān)〔21〕。

最新的研究發(fā)現(xiàn)腫瘤細(xì)胞會(huì)釋放包含有蛋白質(zhì)和遺傳物質(zhì)的囊泡-外泌體(exosome)，外泌體觸發(fā)了受納器官中必要的分子反應(yīng)-炎癥、血管形成等來迎接轉(zhuǎn)移的腫瘤細(xì)胞，使得當(dāng)腫瘤細(xì)胞到達(dá)時(shí)可以進(jìn)行增殖，因此外泌體被認(rèn)為是一種新的潛在的腫瘤診斷分子和治療靶點(diǎn)〔22〕。研究發(fā)現(xiàn)circRNA在結(jié)腸癌、肺癌、胃癌、乳腺癌和宮頸癌等多種腫瘤中會(huì)富集在外泌體中，而且在人體血液中比線性RNA更加穩(wěn)定，在血清中circRNA可以穩(wěn)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(biāo)志物。

雖然越來越多的研究關(guān)注腫瘤中的環(huán)狀RNA，但是目前對(duì)于不同腫瘤中circRNA的分布以及在腫瘤發(fā)生發(fā)展中的作用，尤其是環(huán)狀RNA如何調(diào)控腫瘤細(xì)胞增殖、凋亡、侵襲運(yùn)動(dòng)和血管生成等過程的分子機(jī)制尚不清楚，同時(shí)針對(duì)circRNA作為分子標(biāo)志物的研究目前缺乏大樣本多中心的數(shù)據(jù)。未來在解決這些問題后，將更深刻的認(rèn)識(shí)腫瘤癌變的機(jī)制，同時(shí)circRNA有望成為新的腫瘤診斷的分子標(biāo)志物和治療靶點(diǎn)。

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〔2016-05-11修回〕

(編輯 袁左鳴)

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(No.81460425)

史志周(1983-)，男，碩士生導(dǎo)師，主要從事食管鱗癌致癌機(jī)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