雷可昕 白賀天 楊淞月 李敬 陳謙明

1.口腔疾病研究國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 國家口腔疾病臨床醫(yī)學(xué)研究中心四川大學(xué)華西口腔醫(yī)院，成都 610041；2.四川大學(xué)華西臨床醫(yī)學(xué)院，成都 610041

環(huán)狀RNA（circular RNA，circRNA）是長鏈非編碼RNA（lncRNA）家族的一個(gè)新成員[1]。與線性RNA不同，這種RNA不具有5'甲基鳥苷帽和3'多聚腺苷酸尾的特征，而是一個(gè)共價(jià)的閉環(huán)結(jié)構(gòu)，因此環(huán)狀RNA對(duì)核糖核酸酶（Rnases）不敏感，這使它與線性RNA相比具有更高的穩(wěn)定性[2]。根據(jù)不同的來源，環(huán)狀RNA可分為外顯子環(huán)狀RNA（exonic circRNA）[3]、內(nèi)含子環(huán)狀RNA（intronic circRNA）[4]、外顯子-內(nèi)含子環(huán)狀RNA（exon-intron circRNA）[5]，以及來源于tRNA的環(huán)狀RNA（TriRNA）[6]。研究[7]表明，環(huán)狀RNA廣泛地參與了各種疾病的發(fā)病，其復(fù)雜多樣的功能、獨(dú)特的豐富性、廣泛性、穩(wěn)定性以及組織特異性在病理過程中發(fā)揮了重要作用，成為生物學(xué)領(lǐng)域的明星分子。

口腔鱗狀細(xì)胞癌（oral squamous cell carcinoma，OSCC）在世界最高發(fā)癌癥中占到了第11位[8]。OSCC具有局部侵襲性、高復(fù)發(fā)性、易轉(zhuǎn)移等特點(diǎn)，5年生存率低于許多實(shí)體腫瘤，僅為50～60%[9]。然而目前對(duì)OSCC的分子機(jī)制尚不清楚，尚無高敏感度、高特異性的生物標(biāo)記物作為OSCC早期診斷、治療與預(yù)后的監(jiān)測指標(biāo)。已有文獻(xiàn)表明環(huán)狀RNA與OSCC的惡性進(jìn)程有所關(guān)聯(lián)，提示著環(huán)狀RNA具有作為OSCC早期診斷和生物治療標(biāo)志物的潛在功能。本文簡要介紹了環(huán)狀RNA的特性、生成過程，并從其生物學(xué)功能出發(fā)，討論了它們?cè)谀[瘤，尤其是OSCC中的研究進(jìn)展。

1 環(huán)狀RNA的成環(huán)機(jī)制

在真核生物中，典型的剪接是由剪接體機(jī)制形成的，它去除內(nèi)含子并將外顯子連接成一個(gè)線性RNA轉(zhuǎn)錄體[10]。大多數(shù)的環(huán)狀RNA來源于外顯子。整個(gè)過程可分為兩部分：1）一個(gè)或多個(gè)外顯子對(duì)的上游內(nèi)含子與下游內(nèi)含子連接；2）上游內(nèi)含子的2'-羥基與下游內(nèi)含子的5'-磷酸基團(tuán)反應(yīng)，然后3'-外顯子的3'-羥基與5'-外顯子的5'-磷酸反應(yīng)，最終形成環(huán)狀RNA[11]。內(nèi)含子中的ALU序列也可以相互作用，促進(jìn)反向剪接[12]。一些RNA結(jié)合蛋白在這一過程中起到了調(diào)節(jié)因子的作用，例如RNA結(jié)合蛋白MBL連接近側(cè)內(nèi)含子，促進(jìn)了環(huán)狀RNA的產(chǎn)生[13]；而RNA編輯酶ADAR1抑制了環(huán)狀RNA的形成[14]。此外，套索驅(qū)動(dòng)的環(huán)化是另一種產(chǎn)生環(huán)狀RNA的機(jī)制，上游剪接受體和下游供體由于RNA套索的存在而相互接近，而外顯子則由5'-3'磷酸二酯鍵連接[15]。

2 環(huán)狀RNA的生物學(xué)功能

環(huán)狀RNA作為非編碼RNA具有多樣的功能，主要分為以下5個(gè)方面。

2.1 miRNA的海綿作用

miRNA被認(rèn)為是內(nèi)源性非編碼RNA，它能抑制下游基因表達(dá)，進(jìn)而抑制蛋白質(zhì)合成。越來越多的研究[7]發(fā)現(xiàn)具有互補(bǔ)序列的環(huán)狀RNA可以海綿樣吸附miRNA，并抑制其下游基因表達(dá)。比如，cirs-7，又名CDR1as，是含有70個(gè)以上miR-7結(jié)合位點(diǎn)的環(huán)狀RNA[5,16]，它能夠和miR-7結(jié)合并作用于其下游的mRNA。此條分子通路軸在星形細(xì)胞瘤和肺癌等疾病中廣泛表達(dá)[17]。

2.2 調(diào)控線性RNA轉(zhuǎn)錄

環(huán)狀RNA可以促進(jìn)或抑制線性RNA的轉(zhuǎn)錄，是選擇性剪接或轉(zhuǎn)錄的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子。由外顯子形成的環(huán)狀RNA占已知環(huán)狀RNA的絕大部分，它們的生成過程對(duì)傳統(tǒng)剪接有競爭性的影響[14]。

2.3 對(duì)蛋白質(zhì)的海綿作用

環(huán)狀RNA也可以吸附RNA結(jié)合蛋白（RNA binding protein，RBPs）來調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)水平。例如在蒼蠅和人類身上發(fā)現(xiàn)的circ-MBL可以在多個(gè)結(jié)合位點(diǎn)與MBL蛋白結(jié)合[7]。

2.4 與蛋白質(zhì)相互作用

越來越多的研究[18]表明，一些環(huán)狀RNA也能夠與蛋白質(zhì)相互作用，從而影響細(xì)胞的行為。例如circFOXO3是目前受到最廣泛關(guān)注的一種環(huán)狀RNA，被證明是連接p21和細(xì)胞周期依賴性蛋白激酶2（cyclindependent kinases 2，CDK2）的一種適配器。circ-FOXO3促進(jìn)CDK2從p21中釋放出來，p21可以磷酸化細(xì)胞周期素A和細(xì)胞周期素E，從而促進(jìn)細(xì)胞分裂增殖。circFOXO3高表達(dá)還可促進(jìn)p53與MDM2的相互作用，進(jìn)而加速p53的降解[19]。

2.5 調(diào)控蛋白翻譯

雖然環(huán)狀RNA缺乏5'7-甲基鳥苷帽結(jié)構(gòu)和3'多聚腺苷酸尾這兩種線性RNA翻譯的兩個(gè)基本特征，但環(huán)狀RNA也可以翻譯成脯氨酸或多肽。1995年初步研究[20]發(fā)現(xiàn)，腦心肌炎病毒核糖體進(jìn)入位點(diǎn)（internal ribosome entry site，IRES）在人工環(huán)狀RNA的翻譯中起著重要作用。此外，Yang等[21]發(fā)現(xiàn)，RNA最豐富的修飾N6-甲基腺苷（N6-methyladenosine，M6A）促進(jìn)了人細(xì)胞內(nèi)環(huán)狀RNA的翻譯，提示環(huán)狀RNA來源的蛋白在外界影響下起著重要的作用。

3 環(huán)狀RNA與腫瘤

研究表明，環(huán)狀RNA在實(shí)體腫瘤和血液系統(tǒng)惡性腫瘤的發(fā)生發(fā)展中起著重要作用，特別是通過其作為miRNA海綿的生物學(xué)功能。環(huán)狀RNA參與了腫瘤發(fā)生發(fā)展的幾個(gè)特征性進(jìn)程，如逃避生長抑制因子、維持增殖信號(hào)、逃避細(xì)胞死亡和衰老以及具有促進(jìn)血管生成、激活侵襲和轉(zhuǎn)移的能力。此外，腫瘤細(xì)胞內(nèi)環(huán)狀RNA的異常表達(dá)、組織特異性、多樣性和穩(wěn)定性使其具有腫瘤標(biāo)記物的巨大潛能。

在肝癌中，研究人員發(fā)現(xiàn)hsa_circ_0005075在60組肝癌組織中的表達(dá)與正常組織有顯著差異，表明hsa_circ_0005075是潛在的生物標(biāo)志物[22]。此外hsa_circ_0001649的表達(dá)也存在差異，且與肝癌腫瘤大小和癌栓的發(fā)生密切相關(guān)[23]，而circZFR、circFUT8和circIPO11被證明可用于肝癌標(biāo)本的鑒別[24]。對(duì)于肺癌，臨床隊(duì)列研究和細(xì)胞水平研究均發(fā)現(xiàn)circRNAITCH在肺癌中起抑制作用。circRNA-ITCH調(diào)控異常可通過對(duì)miR-7和miR-214的海綿作用增強(qiáng)其親本抑癌基因ITCH的表達(dá)，從而調(diào)節(jié)癌細(xì)胞的增殖[25]。circ-001569能海綿樣吸附miR-145并上調(diào)其下游基因如E2F5、BAG4和FMNl2的表達(dá)，導(dǎo)致G2/M期細(xì)胞增多，腫瘤細(xì)胞凋亡減少[26]。另外，在非實(shí)體腫瘤中，Salzman等[27]偶然發(fā)現(xiàn)在急性髓系白血病中產(chǎn)生了數(shù)百個(gè)環(huán)狀RNA的基因，而這些環(huán)狀RNA也同時(shí)在HeLa細(xì)胞中被檢測到。另外還有研究[28]證實(shí)了化療可抑制急性髓系白血病患者h(yuǎn)sa_circ_0004277的異常表達(dá)。

除上述腫瘤外，也有研究發(fā)現(xiàn)有些環(huán)狀RNA與胃癌[29-31]、乳腺癌[32-33]、結(jié)腸癌[26,34]、膀胱癌[35]、卵巢腫瘤[36]、皮膚鱗狀上皮癌[37]等多種癌癥關(guān)系密切。

4 環(huán)狀RNA與OSCC

4.1 環(huán)狀RNA在OSCC中的研究現(xiàn)狀

高通量測序的應(yīng)用讓越來越多OSCC特異性表達(dá)的環(huán)狀RNA被篩選出來。國內(nèi)有研究通過環(huán)狀RNA芯片技術(shù)篩查出OSCC組織和癌旁組織中表達(dá)有顯著差異的環(huán)狀RNA，其中包括相對(duì)表達(dá)量比值在1.5倍以上的環(huán)狀RNA 155 條。環(huán)狀RNA hsa_circ_0001874顯示出與腫瘤臨床分期和分化程度密切相關(guān)，其在低分化的OSCC組織中表達(dá)明顯高于中、高水平分化的OSCC組織[38]。通過環(huán)狀RNA靶基因分析軟件的預(yù)測，推斷miR-103A-3P、miR-107、miR-593-5p、miR-661和miR-662可能是hsa_circ_0001874的海綿作用靶點(diǎn)，但具體的作用途經(jīng)尚不明確。類似的研究還包括探究舌鱗狀細(xì)胞癌組織與正常癌旁組織中環(huán)狀RNA的表達(dá)譜特征，經(jīng)過4例癌灶組織和4例癌旁組織的高通量測序，共篩選出17 171條有差異的環(huán)狀RNA，其中差異高達(dá)50倍的環(huán)狀RNA就有15條[39]。差異倍數(shù)116.31的上環(huán)狀RNA hsa-circ-0033967經(jīng)預(yù)測有163個(gè)hsa-miR-608的潛在結(jié)合位點(diǎn)，而hsamiR-608在近年來已經(jīng)被證實(shí)為在肝癌、膠質(zhì)瘤中發(fā)揮抑癌作用的非編碼RNA[40]。這一發(fā)現(xiàn)提示了hsacirc-0033967可通過海綿作用阻礙hsa-miR-608的抑癌作用從而促進(jìn)舌癌的發(fā)生發(fā)展。

一些環(huán)狀RNA已經(jīng)被證明在OSCC惡性進(jìn)程中存在特有信號(hào)通路，具有臨床應(yīng)用價(jià)值。細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶6（cyclin-dependent kinases 6，CDK6）在一些特異性階段通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄應(yīng)答促進(jìn)腫瘤形成。研究[41]發(fā)現(xiàn)在OSCC組織中circRNA_100290水平上調(diào)并與CDK6協(xié)同表達(dá)，circRNA_100290表達(dá)缺失后會(huì)減少CDK6的表達(dá)，并抑制OSCC細(xì)胞株在體內(nèi)外的增殖。circRNA_100290可以作為一個(gè)相互競爭的內(nèi)源性RNA，通過海綿樣吸附miR-29家庭成員促進(jìn)CDK6的表達(dá)來參與口腔癌的惡性進(jìn)程。Wang等[42]以CAL-7、SCC-9、SCC-25 3種口腔鱗癌細(xì)胞系為基礎(chǔ)建立了細(xì)胞凋亡模型，對(duì)照組對(duì)比發(fā)現(xiàn)628種環(huán)狀RNA的表達(dá)存在差異，其中circRNA DOCK1是在細(xì)胞凋亡模型中表達(dá)量顯著下降的環(huán)狀RNA之一，實(shí)時(shí)熒光定量聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)發(fā)現(xiàn)這種環(huán)狀RNA在OSCC細(xì)胞系與組織中也存在高表達(dá)。在該種環(huán)狀RNA的低表達(dá)模型中，在多種細(xì)胞凋亡通路中起重要作用的miR-193a-5p表達(dá)水平上升，與此同時(shí)凋亡率有不同程度的增加。進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)證明，miR-193a-5p可以與含桿狀病毒IAP重復(fù)基因（baculoviral IAP repeat containing，BIRC）的mRNA結(jié)合以降低BIRC在細(xì)胞中含量，使細(xì)胞凋亡率上升，進(jìn)而證實(shí)了circDOCK1/miR-196a-5p/BIRC3信號(hào)通路的存在——circRNA DOCK1可通過調(diào)節(jié)蛋白BIRC的表達(dá)間接影響OSCC的細(xì)胞凋亡，體現(xiàn)了circRNA DOCK1作為診斷OSCC生物標(biāo)志物及治療靶點(diǎn)的潛力。另有研究[43]發(fā)現(xiàn)，另一種環(huán)狀RNA也可能輔助OSCC的診斷，hsa_circ_1001242在SCC-9、SCC-15、SCC25、CAL-27 4個(gè)口腔鱗癌細(xì)胞系中表達(dá)明顯上升，且表達(dá)水平和腫瘤規(guī)模與T分期呈負(fù)相關(guān)。相似的，唾液中hsa_circ_0001874與hsa_circ_0001971在OSCC樣本中的表達(dá)顯著提高，更有作為OSCC腫瘤標(biāo)志物判斷腫瘤發(fā)展程度的潛力，因?yàn)樗麄兊暮烤cOSCC的TNM分期有關(guān)，且前者與腫瘤分級(jí)相關(guān)，惡性程度更高的樣本中hsa_circ_0001874有著更高的表達(dá)水平。不僅如此，通過比較這兩種環(huán)狀RNA的表達(dá)水平的差異亦能區(qū)分出OSCC與口腔白斑組織，手術(shù)亦會(huì)降低2種環(huán)狀RNA在唾液中的含量[44]。

4.2 環(huán)狀RNA在OSCC中的應(yīng)用價(jià)值

如今臨床上對(duì)于OSCC在早期診斷、手術(shù)方法、放化療治療上都取得了一定進(jìn)展，但OSCC早期癥狀并不典型，最終確診往往需組織活檢，臨床工作中仍然缺乏快速、準(zhǔn)確且無創(chuàng)的早期診斷標(biāo)志物。環(huán)狀RNA具有豐富性、廣泛性、保守性，以及能在唾液、血液、尿液、外分泌囊泡中穩(wěn)定表達(dá)的特性，并在組織器官中的表達(dá)具有階段特異性，因此是一種極具潛力的生物標(biāo)志物。由于OSCC發(fā)生部位均在口內(nèi)，唾液樣本的檢驗(yàn)可能成為一種OSCC高危標(biāo)志物的早期篩查診斷方法，且操作簡單，無需通過侵入性操作來獲得樣本。一些研究[45-46]表明，唾液中的微小RNA（miRNA）和長鏈非編碼RNA（lncRNAs）可作為OSCC的早期診斷標(biāo)志物。由于環(huán)狀RNA具有閉合環(huán)狀結(jié)構(gòu)，相較于長鏈非編碼RNA對(duì)RNA酶的敏感性較低，且環(huán)狀RNA的半衰期往往高于48 h，而微小RNA的半衰期平均僅有10 h，因此環(huán)狀RNA作為標(biāo)志物更為合適[47]。已有文獻(xiàn)表明唾液中存在OSCC特異性的環(huán)狀RNA，如前所述，OSCC患者唾液中has-circ-0001874與has-circ-0001971的含量明顯增高，可使用患者唾液樣本中顯著高表達(dá)的特定環(huán)狀RNA來作為診斷OSCC的有力證據(jù)[44]。類似的，環(huán)狀RNA也可以用作OSCC環(huán)狀預(yù)后的標(biāo)志物，在患者經(jīng)過手術(shù)或內(nèi)科治療后，這些OSCC特異性的環(huán)狀RNA能作為患者定期隨訪的監(jiān)測指標(biāo)[48]。

研究[49]表明，某些環(huán)狀RNA可以通過細(xì)胞內(nèi)信號(hào)通路調(diào)控腫瘤細(xì)胞生物學(xué)行為，故環(huán)狀RNA被認(rèn)為是未來OSCC分子生物學(xué)治療靶點(diǎn)之一，若可以通過藥物干擾環(huán)狀RNA作用通路，有望抑制OSCC細(xì)胞的增殖與促進(jìn)凋亡?，F(xiàn)如今最主要的干擾環(huán)狀RNA表達(dá)的方法是通過數(shù)據(jù)庫查詢構(gòu)建特定種類的環(huán)狀RNA的靶向小干擾RNA（siRNA），將其導(dǎo)入OSCC細(xì)胞，可以達(dá)到等同于該種環(huán)狀RNA編碼基因敲除的作用，從而阻礙癌細(xì)胞或癌組織的進(jìn)一步發(fā)展。研究[41]發(fā)現(xiàn)，在OSCC細(xì)胞株內(nèi)導(dǎo)入circRNA-100290的靶向siRNA，通過調(diào)節(jié)環(huán)狀RNA-miR29家族-CDK6通路達(dá)到抑制OSCC細(xì)胞株體內(nèi)外增殖的作用。類似的，Wang等[50]通過導(dǎo)入環(huán)狀RNA DOCK1的siRNA構(gòu)建了此種環(huán)狀RNA的低表達(dá)模型后發(fā)現(xiàn)，CAL-7、SCC-9、SCC-25 3種OSCC細(xì)胞系凋亡率上升。過分子生物學(xué)方法使促進(jìn)OSCC惡性發(fā)展的環(huán)狀RNA保持低表達(dá)狀態(tài)有應(yīng)用于臨床治療的潛力。

相反的，某些環(huán)狀RNA的過表達(dá)對(duì)癌細(xì)胞增殖與癌組織發(fā)展有一定抑制作用，通過人工手段合成有特定良性作用的環(huán)狀RNA并轉(zhuǎn)染至細(xì)胞從而達(dá)到治療效果已成為可能。已有學(xué)者[51]成功在體外合成可以明顯抑制癌細(xì)胞增殖的環(huán)狀RNA—scRNA21，這種環(huán)狀RNA導(dǎo)入細(xì)胞內(nèi)可以通過海綿作用結(jié)合miR-21，從而上調(diào)原本被miR-21靶向抑制的抑癌基因Daxx的表達(dá)，進(jìn)而誘導(dǎo)胃癌細(xì)胞的凋亡。通過提高環(huán)狀RNA的胞內(nèi)含量進(jìn)而影響OSCC細(xì)胞生物學(xué)行為，為治療OSCC提供了新的思路。

4.3 環(huán)狀RNA在OSCC中的現(xiàn)存問題

雖然環(huán)狀RNA作為OSCC診斷、預(yù)后的生物標(biāo)記物以及治療的靶點(diǎn)都具有較高優(yōu)越性，但目前的研究成果仍具有較大的局限性。如在分析OSCC患者體內(nèi)差異表達(dá)的環(huán)狀RNA時(shí)，樣本量的大小以及樣本的選取都將影響最終數(shù)據(jù)，而目前的研究成果尚不能代表所有OSCC患者情況，這些特異性的環(huán)狀RNA是否具有人群的普遍適用性還需進(jìn)一步研究證明。

綜上所述，環(huán)狀RNA作為一種剛被發(fā)現(xiàn)具有特殊生物學(xué)功能的分子，具有良好的特異性與穩(wěn)定性，其作為腫瘤標(biāo)志物的潛力已在胃癌[29-31]、結(jié)腸癌[26,34]、乳腺癌[32-33]等多種癌癥中得到證明。OSCC是一種易發(fā)生轉(zhuǎn)移且預(yù)后較差的癌癥，且它的發(fā)生與發(fā)展機(jī)制尚不明確，在分子水平上揭示OSCC的發(fā)生與發(fā)展的進(jìn)程必將對(duì)OSCC的早期診斷、治療和預(yù)后提供更加高效與準(zhǔn)確的方法。有關(guān)OSCC中環(huán)狀RNA作用的研究也陸續(xù)出現(xiàn)，為腫瘤的診斷與預(yù)后提供了新思路。

雖然有越來越多在腫瘤組織與正常組織之間差異表達(dá)的環(huán)狀RNA被發(fā)現(xiàn)，但只有很少部分的環(huán)狀RNA在細(xì)胞分子機(jī)制中的確切作用得到了闡明，絕大多數(shù)環(huán)狀RNA的作用機(jī)制尚無定論，仍存在大量未知等待探索。而且環(huán)狀RNA的腫瘤診斷標(biāo)志物作用從理論過渡到臨床應(yīng)用，成為一種簡便、高效、準(zhǔn)確的實(shí)驗(yàn)室檢查方法之前，尚需大量的研究作為基礎(chǔ)。

利益沖突聲明：作者聲明本文無利益沖突。