高慧芹 李露喃 張晨靜 屠江鋒 耿曉歌 潘文勝*

作者單位:233030 蚌埠醫(yī)學(xué)院(高慧芹)

310014 浙江省人民醫(yī)院(李露喃 張晨靜 屠江鋒耿曉歌 潘文勝)

胃癌是全球最常見(jiàn)的惡性腫瘤之一,其發(fā)病率在所有癌癥中占第四位[1].胃癌是全球癌癥死亡的第二大原因.胃癌發(fā)病常在特定的區(qū)域,被診斷為胃癌的患者中超過(guò)一半來(lái)自東亞,如日本和中國(guó)[2].胃鏡檢查及病理診斷是胃癌診斷的金標(biāo)準(zhǔn).然而,其是一種微創(chuàng)技術(shù),其結(jié)果依賴(lài)于內(nèi)鏡醫(yī)師的技能和經(jīng)驗(yàn).基于血液的生物標(biāo)志物是非侵入性的,可以提供關(guān)于胃癌狀態(tài)的信息.但是,目前的血清腫瘤標(biāo)記物,如癌胚抗原(CEA)、糖類(lèi)抗原72-4(CA724),在胃癌的診斷陽(yáng)性率較低.晚期胃癌患者的預(yù)后較差,其5年總生存(OS)率不到30%.而對(duì)于早期診治的胃癌患者,90%可以通過(guò)切除治愈[3].近年來(lái)由于根除幽門(mén)螺桿菌知識(shí)的提高及隨著診斷方法和治療方法的發(fā)展,胃癌的發(fā)病率和死亡率持續(xù)下降,但早期胃癌仍然難以診斷[1],其仍然嚴(yán)重威脅著人類(lèi)健康.因此,有必要尋找新的無(wú)創(chuàng)性生物標(biāo)志物用于胃癌的診斷和監(jiān)測(cè).

"circRNA"是在1976年首次被提出的概念,Sanger等研究類(lèi)病毒中發(fā)現(xiàn)單鏈共價(jià)閉合環(huán)狀RNA分子(circRNA)可引起某些高等植物致病[4].在20世紀(jì)70年代,研究者們?cè)欢日J(rèn)為circRNA是由于拼接錯(cuò)誤產(chǎn)生的[5-6].近年來(lái),隨著技術(shù)的迅速發(fā)展和RNA測(cè)序的廣泛應(yīng)用,對(duì)circRNA產(chǎn)生了新的認(rèn)識(shí).環(huán)狀RNA(circRNA)是一類(lèi)特殊的非編碼RNA分子,也是RNA領(lǐng)域最新的研究熱點(diǎn).與傳統(tǒng)的線性RNA不同,circRNA分子是通過(guò)反向剪接形成的閉合環(huán)狀RNA分子,不受RNA外切酶影響,表達(dá)更豐富,具有高度穩(wěn)定性、生物進(jìn)化保守性和組織表達(dá)特異性.數(shù)百條circRNA已經(jīng)被研究認(rèn)為與腫瘤關(guān)系密切,包括肝、肺、大腸、乳腺、前列腺、膀胱、腎臟、胃腫瘤以及中樞神經(jīng)系統(tǒng)惡性腫瘤和惡性血液病等.circRNA作為癌癥的生物標(biāo)志物具有較大的潛力.另外,circRNA可在體液中被檢測(cè)到,如血液、唾液等,表明其可用來(lái)作為非侵入性的生物標(biāo)志物.重要的是,circRNA參與了癌癥的發(fā)生發(fā)展,一些circRNA已表現(xiàn)出明顯的抗癌作用.本綜述就circRNA的生物學(xué)功能及其在胃癌中的作用進(jìn)行探討.

1 circRNA的功能

CircRNA有許多潛在的功能,如作為MmicroRNA(miRNA)海綿,結(jié)合到RNA結(jié)合蛋白形成RNA蛋白質(zhì)復(fù)合物,然后調(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄,也可以進(jìn)行蛋白質(zhì)翻譯等.

1.1 circRNA作為miRNA"海綿"或競(jìng)爭(zhēng)性?xún)?nèi)源性RNA miRNA是一類(lèi)非編碼的小RNA,可抑制mRNA翻譯所涉及的一系列生物過(guò)程.其通過(guò)堿基互補(bǔ)直接靶向mRNA.由于"海綿"的結(jié)合位點(diǎn)在miRNA上的區(qū)域是特異的,這些RNA可以"海綿"某個(gè)miRNA的整個(gè)家族,因此circRNA可作為競(jìng)爭(zhēng)性?xún)?nèi)源RNA(ceRNA),能競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合miRNA,從而調(diào)控miRNA靶基因的表達(dá).

2013年,有兩項(xiàng)研究為這一想法提供了強(qiáng)有力的證據(jù).cirs-7(circRNA海綿miR-7)也被稱(chēng)為反義轉(zhuǎn)錄相關(guān)蛋白1小腦變性(cdr1as),其在人類(lèi)和小鼠的大腦高表達(dá),過(guò)表達(dá)的cirs-7通過(guò)抑制miR-7活性增加miR-7作用靶點(diǎn)的水平[7-8].除了cirs-7,還有睪丸特異性Y染色體上的性別決定區(qū)(circ-Sry),其作為miR-138的"海綿",可上調(diào)表達(dá)miR-138靶基因[7].因此可通過(guò)預(yù)測(cè)miRNA結(jié)合位點(diǎn)進(jìn)而預(yù)測(cè)circRNA的非編碼功能.

1.2 circRNA調(diào)控可變剪切或轉(zhuǎn)錄過(guò)程 環(huán)狀RNA一般由剪接體產(chǎn)生,因此,circRNA的產(chǎn)生可能調(diào)節(jié)線性剪接.線性剪接和circRNA的產(chǎn)生通過(guò)彼此競(jìng)爭(zhēng)的剪接位點(diǎn)相互調(diào)節(jié).例如,circMbl是由剪切因子MBL的第二個(gè)外顯子環(huán)化而來(lái),競(jìng)爭(zhēng)mRNA的線性剪切.CircMbl的側(cè)翼外顯子和自身序列包含MBL特異性結(jié)合的位點(diǎn).MBL的表達(dá)水平受到circMbl的調(diào)控影響.研究表明,MBL可通過(guò)調(diào)整circRNA的形成和線性剪接之間的平衡來(lái)影響可變剪接過(guò)程,當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)過(guò)量時(shí),其通過(guò)促進(jìn)circMbl產(chǎn)生降低自身mRNA的產(chǎn)生.這個(gè)circRNA可以通過(guò)結(jié)合進(jìn)而對(duì)多余的MBL蛋白發(fā)揮"海綿作用"[8].另外,circRNA也可以發(fā)揮轉(zhuǎn)錄調(diào)控作用.一些circRNA可定位它們的轉(zhuǎn)錄位點(diǎn),通過(guò)未知的機(jī)制與RNA聚合酶II復(fù)合物結(jié)合影響轉(zhuǎn)錄.例如,研究發(fā)現(xiàn),內(nèi)含子和外顯子共同形成的circRNA(exonic-intronic circRNA,EIciRNA),如circEIF3J和circPAIP2,可通過(guò)與RNA聚合酶II相互作用調(diào)節(jié)親本基因轉(zhuǎn)錄[9].

1.3 circRNA可翻譯成蛋白質(zhì) circRNA可以直接翻譯成蛋白質(zhì).1995年,Chen等[10]發(fā)現(xiàn)在一個(gè)特定的circRNA起始密碼子ATG上游插入一個(gè)內(nèi)部核糖體進(jìn)入位點(diǎn)(IRES)可以翻譯蛋白質(zhì).此前已發(fā)現(xiàn)一個(gè)天然的circRNA可翻譯蛋白-HDV,其是乙肝病毒HBV的一個(gè)亞型.2017年,Maolei Zhang等[11]研究發(fā)現(xiàn)circ-SHPRH編碼一種新型蛋白質(zhì),其翻譯成146個(gè)氨基酸的蛋白質(zhì),稱(chēng)之為"SHPRH-146aa",并能抑制膠質(zhì)瘤的發(fā)生.

1.4 與RNA結(jié)合蛋白相互作用 circRNA可通過(guò)與蛋白形成復(fù)合體發(fā)揮其生物學(xué)功能.例如,Foxo3是一個(gè)參與癌癥發(fā)展過(guò)程的基因,通過(guò)增強(qiáng)Akt的活性或者抑制PTEN的活性而抑制腫瘤發(fā)展,circ-foxo3來(lái)源于Foxo3基因,其通過(guò)橋接細(xì)胞周期蛋白依賴(lài)性激酶2(CDK2)和p21阻滯細(xì)胞從G1期過(guò)渡至S期.circ-Foxo3、CDK2、p21形成的三元復(fù)合體彼此依賴(lài),可防止CDK2和p21被降解[12].

1.5 抑制核糖體RNA的成熟 對(duì)circANRIL的研究發(fā)現(xiàn)circRNA的另一個(gè)功能是抑制核糖體RNA的成熟[13].通過(guò)蛋白質(zhì)組學(xué)分析,circANRIL可與核糖體生成有關(guān)的pescadillo斑馬魚(yú)同源1(PES1)蛋白結(jié)合.circANRIL是通過(guò)與rRNA前體分子競(jìng)爭(zhēng)結(jié)合PES1影響核糖體成熟進(jìn)程.這些研究擴(kuò)展了我們對(duì)circRNA基礎(chǔ)分子功能的知識(shí).

2 circRNA在胃癌中的生物學(xué)作用

circRNA在人類(lèi)細(xì)胞中廣泛表達(dá),與它們的線性異構(gòu)體相比其表達(dá)水平高達(dá)10倍以上[14].與其他非編碼RNA相比,如miRNA和長(zhǎng)鏈非編碼RNA(lncRNA),circRNA的兩個(gè)最重要的性質(zhì)是高度保守的序列和在哺乳動(dòng)物細(xì)胞中高度的穩(wěn)定性[15],這些特性使其成為診斷癌癥的潛在生物標(biāo)志物.miRNA是人類(lèi)癌癥發(fā)病機(jī)制中的重要成員,而circRNA作為microRNA"海綿"可調(diào)節(jié)miRNA的活性.因此,circRNA可在腫瘤發(fā)生、發(fā)展中起中介作用.例如,Li等[16]發(fā)現(xiàn)hsa_circ_002059在胃癌組織中顯著下調(diào),其表達(dá)水平與胃癌遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移及TNM分期有關(guān).尤其術(shù)后胃癌患者血漿樣本中的hsa-circ-002059表達(dá)水平明顯高于術(shù)前.hsa_circ_002059穩(wěn)定存在胃癌患者血漿中,支持其作為一個(gè)潛在的生物標(biāo)志物.另外Jie Chen等[17]發(fā)現(xiàn)circpvt1在胃癌組織表達(dá)上調(diào),其競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合了miR-125家族的分子,導(dǎo)致胃癌細(xì)胞增殖能力提高.這些研究結(jié)果表明circRNA表達(dá)異?？梢宰鳛闊o(wú)創(chuàng)性胃癌診斷和預(yù)后評(píng)估的生物標(biāo)志物.

2.1 circRNA可作為診斷胃癌的標(biāo)志物 眾所周知,如果癌癥在早期階段被確診,大多數(shù)類(lèi)型的癌癥是可以治愈的.然而,常用的診斷癌癥的標(biāo)志物和工具具有侵入性且昂貴,如磁共振成像、計(jì)算機(jī)斷層掃描和組織病理學(xué)等.因此,臨床上迫切需要一種無(wú)創(chuàng)、可以早期發(fā)現(xiàn)疾病變化的診斷方法.通過(guò)近年的研究發(fā)現(xiàn)環(huán)狀circRNA是非常穩(wěn)定的分子,相比較于線性mRNA、miRNA及其他類(lèi)型的RNA,在全血、血漿、血小板中更豐富.血液中的circRNA大多數(shù)是完整的circRNA,但mRNA和rRNA 是碎片.鑒于其穩(wěn)定性和細(xì)胞特異性,即使被少量釋放入血液中,也是可檢測(cè)的.腫瘤標(biāo)志物及其聯(lián)合檢測(cè)是胃癌篩查的有效方法.在臨床胃癌篩查中CEA、糖類(lèi)抗原19-9(CA19-9)、糖類(lèi)抗原72-4(CA72-4)是最常用的生物標(biāo)志物.然而,在胃癌診斷中CEA、CA19-9 及CA72-4的敏感性只有20.1%~27.6%,而聯(lián)合檢測(cè)時(shí)也只增加到48.2%[18].Shao等[19]研究發(fā)現(xiàn)hsa_circ_0001895的敏感性和特異性分別為67.8%和85.7%,優(yōu)于常用的胃癌生物標(biāo)記物.Handong Suna等[20]發(fā)現(xiàn)hsa_circ_0000520在組織中的敏感性和特異性分別為53.57%和85.71%,在血漿中的敏感性和特異性分別為82.35%和84.44%.circRNAs在胃癌中的高度失調(diào)及其表現(xiàn)出的高度組織特異性,并且特定的環(huán)狀RNA在轉(zhuǎn)化或在特定的癌癥早期階段具有差異表達(dá),使其成為診斷胃癌的一個(gè)理想標(biāo)志物.

單核苷酸多態(tài)性(SNP)是指在基因組水平上由單個(gè)核苷酸的變異所引起的DNA序列多態(tài)性.其是人類(lèi)可遺傳的變異中最常見(jiàn)的一種.SNP可以作為預(yù)測(cè)癌癥個(gè)體風(fēng)險(xiǎn)的生物標(biāo)志物.對(duì)于SNP是否存在于circRNA上和其是如何參與癌癥的,以及circRNA上SNP的臨床意義值得研究.

2.2 circRNA可作為評(píng)估胃癌預(yù)后的指標(biāo) 現(xiàn)有的抗癌藥物不能完全根除癌細(xì)胞,大多數(shù)類(lèi)型的癌癥經(jīng)過(guò)一段時(shí)間會(huì)復(fù)發(fā).因此,預(yù)后評(píng)價(jià)對(duì)預(yù)后不良因素的早期干預(yù)和癌癥患者的預(yù)期壽命的延長(zhǎng)具有重要意義.近年來(lái),大量的研究表明,circRNA可能對(duì)于癌癥的預(yù)后預(yù)測(cè)是有用的.例如,circpvt1在胃癌組織中的表達(dá)升高,其可以作為胃癌患者總生存期與無(wú)病生存期的獨(dú)立預(yù)后指標(biāo),進(jìn)一步的研究顯示,circPVT1高表達(dá)而PVT1低表達(dá)的患者生存期明顯高于circPVT1低表達(dá)而PVT1高表達(dá)的患者,因此circPVT1結(jié)合PVT1的表達(dá)量是更好的預(yù)后指標(biāo)[17].以往的研究表明,LAST1的缺失與預(yù)后不良和復(fù)發(fā)有關(guān),并且促進(jìn)胃癌細(xì)胞生長(zhǎng)和轉(zhuǎn)移[21].Jing等[22]研究發(fā)現(xiàn),miR-424在胃癌組織中表達(dá)上調(diào),與LAST1表達(dá)呈負(fù)相關(guān),而在胃癌組織中的circlarp4通過(guò)海綿miR-424和上調(diào)LAST1基因抑制細(xì)胞增殖和侵襲.circlarp4可以通過(guò)miR-424/LATS1/YAP通路的調(diào)控抑制胃癌.因此,circlarp4可作為一種腫瘤抑制因子及胃癌患者生存期的獨(dú)立預(yù)后因素.circRNA可作為預(yù)測(cè)胃癌復(fù)發(fā)的潛在指標(biāo),可以幫助臨床醫(yī)生更好地管理疾病的復(fù)發(fā).

3 circRNA潛在的抗癌作用

越來(lái)越多的證據(jù)顯示各種新穎的circRNA和信號(hào)通路與癌癥的發(fā)生或與癌細(xì)胞的侵襲之間的關(guān)系,其都是公認(rèn)的產(chǎn)生新藥物的治療靶點(diǎn).使用基因敲除、反義寡核苷酸和miRNA"海綿"是導(dǎo)致miRNA功能喪失的三種經(jīng)典方法.基因敲除動(dòng)物模型的構(gòu)建是耗時(shí)、昂貴和困難的,化學(xué)修飾的反義寡核苷酸在短期實(shí)驗(yàn)中是有用的,但不能長(zhǎng)期地實(shí)現(xiàn)對(duì)miRNA的抑制.miRNA"海綿"技術(shù)可能是一項(xiàng)新技術(shù)和基因敲除技術(shù)的替代品.因?yàn)槟承ヽircRNA有特異的miRNA結(jié)合位點(diǎn),其比典型的miRNA抑制劑更有效.隨著天然發(fā)現(xiàn)的circRNA對(duì)miRNA管理,circRNA可能被證明是非常適合攜帶誘餌型miRNA抑制劑,并認(rèn)為作為第二代miRNA抑制劑.circRNA"海綿"可能是最好的在細(xì)胞內(nèi)抑制miRNA活性,這些"海綿"可用于靶向癌基因和逆轉(zhuǎn)人類(lèi)癌細(xì)胞的惡性表型.例如,使用T4噬菌體基因TD自我剪接,Liu等[23]構(gòu)建了一個(gè)circRNA"海綿"靶向miR-21、miR-221并用其來(lái)治療惡性黑色素瘤,結(jié)果表明,circRNA"海綿"比線性RNA有更強(qiáng)效的抗癌作用.也可通過(guò)外源性的引入siRNA去沉默circRNA進(jìn)而治療癌癥.近年來(lái),無(wú)論體內(nèi)還是體外研究,siRNA沉默circRNA已被有效地應(yīng)用.circRNA作為microRNA"海綿",重新引入circRNA可以恢復(fù)對(duì)腫瘤細(xì)胞增殖的控制和誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡.circRNA對(duì)蛋白質(zhì)和miRNA的"海綿"作用和其獨(dú)特的細(xì)胞穩(wěn)定性能使其成為一個(gè)良好的治療載體.可以通過(guò)外源性的導(dǎo)入具有多個(gè)致癌蛋白和/或miRNA結(jié)合位點(diǎn)的circRNA停止致癌作用[24].

4 挑戰(zhàn)與未來(lái)展望

在過(guò)去幾年里關(guān)于特定的circRNA與胃癌關(guān)系的文章明顯增加,然而,circRNA對(duì)胃癌發(fā)生和進(jìn)展的確切貢獻(xiàn)仍不清楚.在這樣的背景下,該領(lǐng)域目前面臨的挑戰(zhàn)是:(1)揭示具體的circRNA作為促癌或抑癌劑的機(jī)制.但這是不容易的,因?yàn)閏ircRNA不存在一個(gè)共同的機(jī)制,其有不同的作用分子模式.(2)目前的方法去檢測(cè)和鑒定circRNA仍然有限和具有挑戰(zhàn)性.(3)此外,為了測(cè)試特定的假設(shè),該領(lǐng)域需要開(kāi)發(fā)能夠操縱體內(nèi)circRNA動(dòng)態(tài)的工具.(4)circRNA對(duì)胃癌潛在的診斷、治療和預(yù)后的價(jià)值需要進(jìn)一步探索,因?yàn)榇蠖鄶?shù)的研究缺乏有形證據(jù)和合理配套的臨床應(yīng)用.circRNA作為腫瘤標(biāo)記物可以作為胃癌的早期篩查,顯著增加患者的生存機(jī)會(huì).在未來(lái),通過(guò)進(jìn)一步研究circRNA的功能,可以提高對(duì)相關(guān)的circRNA疾病機(jī)制的理解及相關(guān)疾病的診斷和預(yù)防.circRNA作為一種新型的調(diào)節(jié)分子已為胃癌的診斷、治療和預(yù)后提供了新的視角.