环状RNA在肿瘤癌变中的作用机制和临床意义

王文君 史志周

(昆明理工大学医学院，云南 昆明 650500)

环状RNA在肿瘤癌变中的作用机制和临床意义

王文君 史志周

(昆明理工大学医学院，云南 昆明 650500)

环状RNA；致癌机制；增殖；分子标志物

环状RNA(circRNA)是一种特殊的内源性非编码RNA，1976年在类病毒中被首次发现，随后在病毒和真核生物中也相继发现了circRNA。circRNA与线性RNA的不同之处在于其3′端与5′端相连，形成闭合的共价环状结构，该结构使circRNA较线性RNA更加保守和稳定〔1〕。最初cireRNA被认为是由选择性剪接错误产生，最新研究表明circRNA的形成受ALU双反向重复序列、外显子跳读和RNA结合蛋白等多种因素的影响〔2〕，同时随着第二代测序技术和生物信息学的发展，越来越多的研究发现circRNA在真核生物生命活动以及包括恶性肿瘤在内的疾病发生发展中发挥重要的调节作用〔3〕。

1 circRNA的特征和生物学功能

1.1 circRNA的特征 circRNA分子最初在酵母的线粒体和丁型肝炎病毒中被发现。由于早期发现的circRNA分子来源于基因外显子和内含子，因此被认为是剪接错误或者从内含子套索逃脱而形成的副产物，认为它们在生命活动中没有重要作用。circRNA具有共价闭合环状结构，没有5′-3′的极性结构也没有多聚腺苷酸尾结构，因此circRNA不受核酸外切酶或核糖核酸酶影响，比线性RNA更稳定。最新研究发现，虽然大多数circRNA表达量较低，但是circRNA要比线性RNA更加丰富〔4〕。内源性circRNA类似于长链非编码RNA的功能。而外源性circRNA可通过核糖体内部进入内部核糖体进入位点(IRES)在体内或体外翻译〔5〕。

1.2 circRNA的生物学功能

1.2.1 circRNA调节选择性剪接和转录过程 circRNA在细胞内稳定表达，呈现组织特异性，并且优势表达于细胞质。研究表明circRNA参与选择性剪接和转录过程的调控。例如，Ashwal-Fluss等〔6〕发现circMbl是由甘露糖结合凝集素(MBL)基因的2号外显子选择性剪接形成的环状RNA。circMbl及其内含子序列中包含MBL的保守结合位点。MBL通过circMbl及其内含子序列上的MBL结合位点显著影响circMbl的生物合成。Jeck等〔7〕发现在人成纤维细胞中许多外显子来源circRNA含有翻译起始位点。这些研究表明，circRNA参与调节选择性剪接和转录过程。

1.2.2 circRNA调节亲本基因的表达 最新研究表明circRNA可以调节亲本基因的表达。Li等〔8〕发现跨越E3泡素化蛋白连接酶(cir-ITCH)和亲本基因ITCH的3′端均包含微小RNA(miRNA)的结合位点，深入研究后发现cir-ITCH通过与miR-7、miR-17和miR-214相互作用可上调ITCH的表达。Zhang等〔9〕发现circRNA可通过内侧的RNA元件，从内含子套索结构中逃脱而形成。这些circRNA很少富集miRNA的结合位点，这说明它们的功能具有特殊性。研究表明，一些circRNA在细胞核中通过与聚合酶Ⅱ相互作用调控基因的转录。circRNA、ElciRNA主要定位于核内，其可与聚合酶Ⅱ和小核糖核蛋白(snRNPs)相互作用调控亲本基因的转录〔3〕。这些报道均表明circRNA可以通过调节亲本基因的表达参与生物学过程的调控。

2 circRNA作为竞争性內源RNA(ceRNA)在肿瘤癌变过程中发挥重要调控作用

ceRNA包括mRNA、假基因、长链非编码RNA(lncRNA)和circRNA。ceRNA通过自身含有的miRNA结合位点竞争性结合miRNA，降低miRNA对靶基因的抑制作用，增加靶基因的表达水平，进而参与生物学过程的调控〔10〕。研究报道，circRNA ciRS-7(也被称为CDR1as)包含超过70个miR-7的结合位点，在细胞中通过竞争性结合miR-7，降低miR-7对靶基因(Ack1和PIK3CD等)的抑制作用〔11〕。此外，在特定情况下，ciRS-7通过与miR-7的靶基因竞争性结合miR-7使该miRNA维持在一定的浓度范围，在细胞内发挥miR-7缓冲体系的作用。有趣的是，ciRS-7还可以发挥细胞中miR-7储存库的作用，在特定情况下，miR-671可促进miR-7从ciRS-7上大量解离，进而发挥对靶基因的抑制作用〔12〕。Xie等〔13〕的研究发现在结直肠癌细胞中Hsa_circ_001569作为ceRNA竞争性结合miR-145，进而上调miR-145的靶基因E2F5、BAG和FMNL2的表达。同时在结直肠癌组织标本中，hsa_circ_001569和miR-145的表达呈负相关，miR-145与其靶基因E2F5、BAG和FMNL2的表达也呈负相关，这些结果表明hsa_circ_001569通过调控miR-145发挥促进结直肠癌细胞增殖和侵袭的作用。Zheng等〔14〕通过挖掘RNA测序数据，发现在正常组织和癌组织中差异表达的circRNA，其中来源于HIPK3基因2号外显子的circHIPK3在肿瘤组织中大量表达。功能实验发现，沉默circHIPK3可显著抑制肿瘤细胞的生长。同时circHIPK3含有包括miR-124在内的9个不同miRNA的结合位点，可竞争性结合这些miRNAs调控其生物学功能。Yang等〔15〕发现，过表达Foxo3 circRNA可以显著抑制肿瘤细胞的增殖和肿瘤的生长。

除了作为ceRNA外，circRNA还可通过与蛋白质形成复合体的形式发挥作用。Du等发现circRNA circ-Foxo3在非肿瘤细胞中过表达，沉默其表达可显著促进细胞增殖，相反过表达circ-Foxo3可通过与CDK2和p21形成三聚体，抑制CDK2与cyclin A和cyclin E的结合引起细胞周期阻滞并抑制细胞增殖〔16〕。此外环状RNA还可以作为转录因子发挥作用，调控选择性剪接或编码蛋白质〔17〕。

3 circRNA是候选的肿瘤分子标志物

到目前为止，已经鉴定了多种肿瘤中异常表达的circRNA，并初步揭示了其临床意义。Shang等系统筛选了肝癌中差异表达的circRNA，发现hsa_circ_0000520，hsa_circ_0005075和hsa_circ_0066444的表达水平在肝癌组织中显著改变。其中hsa_circ_0005075的高表达与肿瘤大小和预后显著相关。此外hsa_circ_0005075存在miR-23b-5p，miR-93-3p，miR-581和miR-23a-5p的结合位点，表明这些分子之间很可能存在调控关系。GO分析表明hsa_circ_0005075在肝癌进展中参与细胞黏附的调控〔18〕。Xuan等〔19〕应用芯片方法研究了喉鳞癌中差异改变的circRNA，结果发现302个circRNA显著上调，396个circRNA显著下调。其中hsa_circRNA_100855表达量增加最大，而hsa_circRNA_104912表达量减少最大。同时hsa_circRNA_100855的表达增加和hsa_circRNA_104912的表达减少均与较晚的临床分期和淋巴结转移显著相关。研究发现hsa_circ_001988与结直肠癌的分化程度和局部浸润显著相关〔20〕。文献中提到，hsa_circ_002059在胃癌组织中显著低表达，同时，hsa_circ_002059的低表达与胃癌患者的远处转移、TNM分期、性别和年龄显著正相关〔21〕。

最新的研究发现肿瘤细胞会释放包含有蛋白质和遗传物质的囊泡-外泌体(exosome)，外泌体触发了受纳器官中必要的分子反应-炎症、血管形成等来迎接转移的肿瘤细胞，使得当肿瘤细胞到达时可以进行增殖，因此外泌体被认为是一种新的潜在的肿瘤诊断分子和治疗靶点〔22〕。研究发现circRNA在结肠癌、肺癌、胃癌、乳腺癌和宫颈癌等多种肿瘤中会富集在外泌体中，而且在人体血液中比线性RNA更加稳定，在血清中circRNA可以稳定保持24 h以上。鉴于此，外泌体中的circRNA有望成为新的肿瘤诊断分子标志物。

虽然越来越多的研究关注肿瘤中的环状RNA，但是目前对于不同肿瘤中circRNA的分布以及在肿瘤发生发展中的作用，尤其是环状RNA如何调控肿瘤细胞增殖、凋亡、侵袭运动和血管生成等过程的分子机制尚不清楚，同时针对circRNA作为分子标志物的研究目前缺乏大样本多中心的数据。未来在解决这些问题后，将更深刻的认识肿瘤癌变的机制，同时circRNA有望成为新的肿瘤诊断的分子标志物和治疗靶点。

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〔2016-05-11修回〕

(编辑 袁左鸣)

国家自然科学基金项目(No.81460425)

史志周(1983-)，男，硕士生导师，主要从事食管鳞癌致癌机制研究。

王文君(1992-)，女，硕士，主要从事食管鳞癌的研究。

R363

A

1005-9202(2017)01-0229-02；

10.3969/j.issn.1005-9202.2017.01.100