circRNA在消化道肿瘤中的研究进展*

2017-09-04熊莹陈汉敏杨文琪刘之畅朱正明

中国肿瘤临床 2017年15期

熊莹陈汉敏杨文琪刘之畅朱正明

·国家基金研究进展综述·

熊莹①陈汉敏①杨文琪①刘之畅①朱正明②

circRNA是广泛存在的内源性非编码RNA，通过反式剪接使3'端和5'端共价结合形成闭合的环状结构，具有高度稳定性、生物进化保守性和组织表达特异性。circRNA具有miRNA“海绵作用”、调控亲本基因表达、提高转录水平及翻译蛋白质等潜在功能。在消化道肿瘤中，circRNA主要发挥miRNA“海绵作用”，从而影响癌细胞的增殖、分化、凋亡及侵袭。另外，circRNA在肿瘤中特异性表达，且表达水平与癌旁组织有显著差异。因此，高度保守、稳定的circRNA序列可能成为消化道肿瘤早期诊断及预后标志物。本文将从circRNA的概况以及与各消化道肿瘤（食管癌、胃癌、结直肠、肝癌等）的相关性进行综述。

circRNA miRNA 海绵作用消化道肿瘤标志物

消化道肿瘤是指发生在食管、胃、肠、肝脏等消化器官部位的肿瘤，现今中国胃癌、肝癌、结直肠癌、食管癌发病率分别居全国恶性肿瘤发病率的第2、3、4、5位，死亡率居全国恶性肿瘤死亡率的第3、2、5、4位［1］，消化道肿瘤仍然是严重威胁人类健康的危险疾病。目前，消化道肿瘤的早期诊断主要依靠血清学、影像学、内镜等检查，其中内镜为主要的检查手段［2］。但是由于医务人员操作技术及个人识别病灶能力不同，内镜检查的痛苦体验、患者普遍接受度较低等原因，寻找新的肿瘤标志物以提高消化道肿瘤早期诊断率的临床意义重大。近年来研究发现，cir⁃cRNA可充当miRNA分子“海绵”［3-4］，间接参与肿瘤的发生、发展过程。且circRNA在消化道肿瘤组织中与癌旁组织表达量存在差异。因此，circRNA可能成为新的肿瘤分子标志物，在消化道肿瘤诊断中发挥重要作用。

1 circRNA概况

在20世纪70年代，研究者们就在RNA病毒中发现了circRNA，一度认为circRNA是由于拼接错误产生［5-8］。近年来，随着RNA测序技术的发展，对cir⁃cRNA产生了新的认识。circRNA根据来源分为：外显子序列形成的circRNA（exonic circular RNA，ecir⁃cRNA）［5］、内含子序列形成的circRNA（circular intron⁃ic RNA，ciRNA）［6］、内含子和外显子共同形成的cir⁃cRNA（exonic-intronic circRNA，EIciRNA）［9］。真核细胞中最常见的circRNA是直接通过反式剪接使3'端和5'端以共价键连接形成闭合的环状结构［3］。cir⁃cRNA无3'端polyA结构，无5'端“帽子”结构，不易被核酸外切酶降解，稳定、广泛地分布于不同组织、结构。研究发现circRNA具有高度生物进化保守性，Memczak等［3］检测到1 903种小鼠circRNA中，存在81种与人类circRNA相同；另外circRNA具有组织表达特异性，不同的circRNA在不同发育阶段、不同组织中表达量不同，如ciRS-7在脑组织中表达较高，而在非神经组织中表达量则较低。circRNA主要作为miRNA“海绵”，通过其上的miRNA结合位点吸附特定的miRNA，竞争性抑制miRNA与靶标的结合，调控靶基因的表达［10-11］。除“海绵作用”外，circRNA还有调控亲本基因表达，与蛋白质相互作用影响基因转录水平，甚至翻译蛋白质的作用。同时，近年来研究发现，circRNA与多种疾病的发生、发展密切相关，如肿瘤、动脉粥样硬化、阿尔兹海默病等［12-13］，但其在肿瘤中的发生机制尚未完全阐明。

2 circRNA与食管癌

目前我国食管癌发病率、死亡率高，危害严重，虽然诊疗方面已经取得一定进步，但仍存在较多问题亟待解决。食管癌主要分为食管鳞状细胞癌、食管腺癌以及未分化癌，食管鳞状细胞癌是食管癌的主要类型，在我国发病率较高。目前临床对食管癌的筛查主要通过血清肿瘤标志物的联合检查，但其特异度仍较低［14］。Li等［12］通过研究发现，cir-ITCH在食管鳞状细胞癌组织中的表达明显低于癌旁组织，且cir-ITCH的表达与ITCH的表达呈显著正相关。cir-ITCH通过竞争性结合miR-7、miR-17、miR-214使ITCH表达增加，而ITCH则通过抑制Wnt信号通路来抑制食管鳞状细胞癌的发展；另外，Xia等［15］研究发现，hsa_circ_0067934在食管癌组织中明显上调，通过siRNA介导的hsa_circ_0067934的体外沉默实验，证实hsa_circ_0067934可促进食管癌细胞的增殖和转移并影响其细胞周期进展。由此可见，circRNA作为miRNA分子海绵，在食管癌的发生发展中发挥潜在作用。Su等［16］发现circRNA在食管癌中差异性表达，尤其是circRNA_001059和circRNA_000167，可能与食管癌细胞的抗辐射性相关，影响食管癌的治疗及预后。以上研究结果证明，circRNA在食管癌组织中表达具有特异性，有望成为食管癌早期发现、诊断、预后评估的依据。

3 circRNA与胃癌

胃癌作为全球癌症致死的第二大主要因素，生存率、治愈率低，复发率高，预后差。且目前国内对胃癌的早期诊断率不足10%［17］。近年来，大量研究显示，血清circRNA表达谱可能成为胃癌的诊断、进程监测及预后评估的特异标志物，对胃癌患者的诊治及预后具有重要临床意义。有研究发现，miR-7在胃癌原发组织中的表达水平低于癌旁组织，且miR-7的表达与肿瘤的增殖、侵袭呈负相关［18］。Xie等［19］发现miR-7通过降解表皮生长因子受体（epidermal growth factor receptor，EGFR）的mRNA、降低蛋白水平的表达来抑制胃癌细胞的增殖和侵袭；Zhao等［20］发现胰岛素生长因子受体（insulin-like growth factor 1 recep⁃tor，IGF1R）的表达量与E钙黏蛋白呈负相关，miR-7可以抑制IGF1R而导致E钙黏蛋白表达量增加，部分逆转了上皮-间质转化，从而抑制人胃癌细胞侵袭与转移。综上所述，miR-7抑制胃癌细胞增殖、迁移和侵袭，促进胃癌细胞凋亡，而circR-7作为miR-7“海绵”，能结合miR-7，抑制其生物学功能，很可能在胃癌发生中发挥重要作用。

circRNA可以存在于细胞质、细胞核、血清外泌体以及唾液当中［21-23］。Wang等［24］对保存于不同温度和时间点的胃癌患者血浆标本中circRNA的表达水平进行测定，验证了circRNA可稳定存在于胃癌患者血浆中；对3个随机选择的样本进行circRNA表达水平的检测，发现其结果可重复性高；同时，运用qRT-PCR技术发现，hsa_circ_002059在胃癌组织中表达低于癌旁组织（P＜0.001）。因此，hsa_circ_002059对胃癌有潜在的诊断价值，且外周血中hsa_circ_002059的检测简便、创伤小，更适合作为诊断标志物。

另外，Chen等［25］研究发现circPVT1在胃癌组织中的表达水平高于癌旁组织，且circPVT1作为miR-125的“海绵”，能够促进胃癌细胞的增殖。同时，通过Kaplan-Meier方法绘制总生存期（overall survival，OS）和无病生存期（disease free survival，DFS）曲线，观察到circPVT1的水平可以作为患者OS和DFS的独立预后标志物。

4 circRNA与结直肠癌

结直肠癌是世界上最常见的癌症之一，占全球癌症发病率的近10%，死亡率较高［26］。导致结直肠癌生存率较低的主要原因是缺乏早期诊断的有效工具，不能采取及时有效的治疗方案。因此，找到理想的生物标志物和治疗靶点是提高结直肠癌生存率的重要突破口。Bachmayr-Heyda等［27］利用RNA-seq技术筛选结肠癌组织中circRNA的表达，发现结肠癌组织标本中circRNA的表达较正常结肠黏膜组织低。Xie等［28］和Guo等［29］发现circ_001569、hsa_circ_0000069在结直肠癌中表达上调，其可促进癌细胞增殖、侵袭和转移。其中circ_001569的上调，可直接抑制miR-145，间接调节E2F5、BAG4和FMNL2的功能。而Wang等［30］研究发现，与正常样品相比，结直肠癌患者中hsa_circ_001988的表达显著下调，且表达水平与癌细胞分化、神经周围浸润相关。由此可见，circRNA在癌组织中特异性表达，使其有可能成为结直肠癌早期诊断、治疗的理想生物标志物。

5 circRNA与肝癌

肝癌分为原发性肝癌和继发性肝癌，其以原发性肝癌多见。目前肝癌患者的5年生存率不足10%［31］。2005年，美国肝脏病研究协会（AASLD）提出对于肝癌高危患者的检测方案，即每6个月进行血清甲胎蛋白（AFP）水平和超声检查［32］。在肝癌早期筛查中，AFP的特异性为87.8%，敏感性仅为69.9%，且AFP在胃癌、肺癌、胰腺癌、睾丸肿瘤等相关疾病中也有所升高［33］。超声检查对无症状肝癌患者检出率仅为65.63%［34］，对直径≤1.0 cm的小肝癌检出率仅为55%［35］。因此，寻找特异性、敏感性及检出率高的检测方案，成为肝癌早期发现、诊断、治疗的关键。Fang等［36］研究发现在PI3K/Akt/mTOR信号传导途径中存在2个miR-7的作用靶点，即PIK3CD作用靶点，该分子为PI3K通路的主要成分；另1个miR-7作用靶点位于PI3K关键的下游信号mTOR和p70S6K的3'UTR。miR-7通过与其特异性靶点作用，抑制该信号传导途径，从而间接抑制肝癌的增殖和转移。与此同时，Yu等［37］在试验中观察到与邻近的非肿瘤组织相比，肝癌组织中Cdr1as的表达上调，miR-7的表达下调。敲除Cdr1as，miR-7的表达上调，肝癌细胞增殖和转移受到抑制。由此可知Cdr1as的表达水平与肝癌组织中miR-7的表达水平呈负相关。Qin等［38］基于对肝癌和相邻肝组织的89个配对样品的分析，肝癌组织中hsa_circ_0001649表达显著下调（P=0.001 4）。此外，hsa_circ_0001649表达与肝癌中的肿瘤大小（P=0.045）和肿瘤栓塞的发生（P=0.017）相关。hsa_circ_0001649可能作为肝癌的新型潜在生物标志物，在肝癌的肿瘤发生和转移中起作用。以上试验结果均表明，circRNA在肝癌组织中与相邻非肝癌组织中表达存在显著差异，并通过分子“海绵作用”吸附miRNA，从而调控肝癌细胞的增殖和转移。

6 结语

随着生物技术特别是RNA测序技术的快速发展，已证实circRNA可作为miRNA的“海绵”分子，研究者可以通过控制circRNA来控制miRNA，进一步控制消化道肿瘤的发生发展。circRNA在唾液和血清外泌体中稳定存在［21］，故采集样本具有创伤小、易于获得的优点。circRNA因其特殊环状结构，具有高度稳定性，且广泛分布于各组织、器官，组织表达呈时空差异性，可以调控癌细胞的增殖和转移。因此，cir⁃cRNA有望成为消化道肿瘤早期诊断的生物标记物。目前，临床判断消化道肿瘤是否转移主要通过影像学及病理学活检予以确诊，是否可以通过检测circRNA的水平来判断消化道肿瘤是否转移还有待于进一步研究。circRNA作为稳定高效的miRNA抑制剂，miRNA人工“海绵”技术有可能成为替代基因敲除的一种新型技术，其能够同时抑制包括靶标miRNA在内功能相似的其他旁系同源miRNA的表达，而且还有靶向抑制作用持久、制备更加方便的优势。

目前，对circRNA的认识仍较少，circRNA的具体生成机制尚不明确，涉及到的剪切信号及稳定性调控等仍有待于进一步探究；circRNA发挥分子“海绵作用”的吸附、释放过程中的信号调控尚不清楚；关于circRNA的生物信息学数据库尚未完全建立，缺乏国际统一的命名分类等问题，仍亟待解决。现阶段应加大对circRNA的研究，逐步完善数据库，统一其命名及分类法则，建立标准化检测方案，实现临床试验向临床应用的转变。

[1]Chen WQ,Zheng RS,Zhang SW,et al.Report of cancer incidence and mortality in China,2012[J].China Cancer,2016,25(1):1-8.[陈万青,郑荣寿,张思维,等.2012年中国恶性肿瘤发病和死亡分析[J].中国肿瘤,2016,25(1):1-8.]

[2]TangGW,FanZP,QiuDK.Screeningstrategyofcommongastrointestinal[J].Int J DigDis,2010,30(4):240-246.[唐国雯,范竹萍,邱德凯.常见消化道肿瘤的筛查策略[J].国际消化病杂志,2010,30(4):240-246.]

[3]Memczak S,Jens M,Elefsinioti A,et al.Circular RNAs are a large class of animal RNAs with regulatory potency[J].Nature,2013,495(7441):333-338.

[4]Zhang Y,Yang L,Chen LL.Life without A tail:new formats of long noncoding RNAs[J].lnt J Biochem Cell Biol,2014,(54):338-349.

[5]Jeck WR,Sorrentino JA,Wang K,et al.Circular RNAs are abundant,conserved,and associated with ALU repeats[J].RNA,2013,19(2):141-157.

[6]Zhang Y,Zhang XO,Chen T,et al.Circular intronic long noncoding RNAs[J].Mol cell,2013,51(6):792-806.

[7]Zhang XO,Wang HB,Zhang Y,et al.Complementary sequence-mediated exon circularization[J].Cell,2014,159(1):134-147.

[8]Salzman J,Chen RE,Olsen MN,et al.Cell-type specific features of circular RNA expression[J].PLoS Genetics,2013,9(9):e1003777.

[9]Li Z,Huang C,Bao C,et al.Exon-intron circular RNAs regulate transcription in the nucleus[J].Nat Struct Mol Biol,2015,22(3):256-264.

[10]Ebert MS,Sharp PA.Emerging roles for natural microRNA sponges[J].Curr Biol,2010,20(19):R858-861.

[11]Thomas LF,Sætrom P.Circular RNAs are depleted of polymorphisms at microRNA binding sites[J].Bioinformatics,2014,30(16):2243-2246.

[12]Li F,Zhang LY,Li W,et al.Circular RNA ITCHhas inhibitory effect on ESCC by suppressing the Wnt/β-catenin pathway[J].Oncotarget,2015,6(8):6001-6013.

[13]Li PF,Chen SC,Chen HL,et al.Using circular RNA as a novel type ofbiomarker in the screening of gastric cancer[J].Clin Chimi Acta,2015,(444):132-136.

[14]Wang XQ,Ma HX,Yan WL.Clinical value of combined detection of tumor markers in diagnosis of digestive system neoplasm[J].Labeled Immunoassays&Clin Med,2010,17(2):83-86.[王秀芹,马宏星,严惟力.肿瘤标志物联合检测对消化系统肿瘤的诊断价值[J].标记免疫分析与临床,2010,17(2):83-86.]

[15]Xia WJ,Qiu M,Chen R,et al.Circular RNA has_circ_0067934 is upregulated in esophageal squamous cell carcinoma and promoted proliferation[J].Sci Rep,2016,(6):35576.

[16]Su HF,Lin FQ,Deng X,et al.Profiling and bioinformatics analyses reveal differential circular RNA expression in radioresistant esophageal cancer cells[J].J Transl Med,2016,14(1):225.

[17]Suo J,Wang DG,Liu ZF.Diagnosis and treatment of early gastric cancer[J].ChinJ Pract Surg,2011,31(8):717-719.[所剑,王大广,刘泽锋.早期胃癌诊断和治疗[J].中国实用外科杂志,2011,31(8):717-719.]

[18]Zhao XD.Functional elucidation&mechanistic study of microRNA-7 in gastric carcinogenesis[D].The Fourth Military Medi Univ,2015.[赵晓迪.microRNA-7调控胃癌恶性生物学行为的功能与分子机制研究[D].第四军医大学,2015.]

[19]Xie J,Chen M,Zhou J,et al.miR-7 inhibits the invasion and metastasis of gastric cancer cells by suppressing epidermal growth factor receptor expression[J].Oncol Rep,2014,31(4):1715-1722.

[20]Zhao X,Dou W,He L,et al.MicroRNA-7 functions as an anti-metastatic microRNA in gastric cancer by targeting insulin-like growth factor-1 receptor[J].Oncogene,2013,32(11):1363-1372.

[21]Li Y,Zheng QP,Bao CY,et al.Circular RNA is enriched and stable in exosomes:a promising biomarker for cancer diagnosis[J].Cell Res,2015,25(8):981-984.

[22]Bahn JH,Zhang Q,Li F,et al.The landscape of microRNA,Piwi-interacting RNA,and circular RNA in human saliva[J].Clin Chem,2015,61(1):221-230.

[23]Lin XZ,Lo HC,Wong DTW,et al.Noncoding RNAs in human saliva as potential disease biomarkers[J].Front Genet,2015,(6):175.

[24]Wang Y,Wang ZF.Efficient backsplicing produces translatable circular mRNAs[J].RNA,2015,21(2):172-179.

[25]Chen J,Li Y,Zheng QP,et al.Circular RNA profile identifies circPVT1 as a proliferative factor and prognostic marker in gastric cancer[J].Cancer Letters,2017,388(1):208-219.

[26]Ferlay J,Steliarova-Foucher E,Lortet-Tieulent J,et al.Reprint of:cancer incidence and mortality patterns in Europe:estimates for 40 countries in 2012[J].EJC,2015,51(9):1201-1202.

[27]Bachmayr-Heyda A,Reiner AT,Auer K,et al.Correlation of circular RNA abundance with proliferation-exemplified with colorectal and ovarian cancer,idiopathic lung fibrosis,and normal human tissues[J].Sci Rep,2015,(5):8057.

[28]Xie HJ,Ren XL,Xin SN,et al.Emerging roles of circRNA_001569 targeting miR-145 in the proliferation and invasion of colorectal cancer[J].Oncotarget,2016,7(18):26680-26691.

[29]Guo JN,Li J,Zhu CL,et al.Comprehensive profile of differentially expressed circular RNAs reveals that hsa_circ_0000069 is upregulated and promotes cell proliferation,migration,and invasion in colorectal cancer[J].Onco Targets Ther,2016,(9):7451-7458.

[30]Wang XN,Zhang Y,Huang L,et al.Decreased expression of hsa_circ_001988 in colorectal cancer and its clinical significances[J].Int J Clin Exp Pathol,2015,8(12):16020-16025.

[31]Xu HF,Yang HY,Zhang HB,et al.New serum markers:changing the status in quo of the diagnosis and treatment of the hepatocellular carcinoma[J].Basic Clini Medi,2008,28(1):104-108.[徐海峰,杨华瑜,张宏冰,等.改变肝癌早期诊断和治疗现状的新肝癌血清标志物[J].基础医学与临床,2008,28(1):104-108.]

[32]Buix J,Sheman M.Management of hepatocellular carcinoma[J].Hepatology,2005,42(5):1208-1236.

[33]Gao WF,Zheng JS,Sun B.The clinical value of APF in the diagnosis of hepatocellucar carcinoma[J].Contemp Medi,2010,16(32):19-20.[高文峰,郑加生,孙斌.甲胎蛋白在原发性肝癌诊断中的临床价值[J].当代医学,2010,16(32):19-20.]

[34]Chen SZ,Tang Y,Cheng ZJ,et al.Ultrasound examination in early detection of asymptomatic liver cancer and small hepatocellular carcinoma[J].Chin J Oper Proc Gen Surg(Electronic Edition),2016,10(2):171-173.[陈淑贞,唐妍,程志坚,等.超声体检在早期发现无症状肝癌和小肝癌的临床诊断价值[J].中华普外科手术学杂志(电子版),2016,10(2):171-173.]

[35]Wang WP,Yu Q,Yuan JF,et al.Ultrasonographic diagnosis in small hepatocellular carcinoma[J].Chin J Ultrasonogr,1999,8(4):7-9.[王文平,俞清,袁锦芳,等.小肝癌的超声诊断[J].中华超声影像学杂志,1999,8(4):7-9.]

[36]Fang YX,Xue JL,Shen Q,et al.MicroRNA-7 inhibits tumor growth and metastasis by targeting the phosphoinositide 3-kinase/Akt pathway in hepatocellular carcinoma[J].Hepatology,2012,55(6):1852-1862.

[37]Yu L,Gong XJ,Sun L,et al.The circular RNA Cdr1as act as an oncogene in hepatocellular carcinoma through targeting miR-7 expression[J].PLoS One,2016,11(7):e0158347.

[38]Qin ML,Liu G,Huo XS,et al.Hsa_circ_0001649:a circular RNA and potential novel biomarker for hepatocellular carcinoma[J].Cancer Biomark,2016,16(1):161-169.

（2017-02-22收稿）

（2017-07-12修回）

（编辑：武斌校对：杨红欣）

Research progress on the role of circRNA in gastrointestinal tumor

Ying XIONG1,Hanmin CHEN1,Wenqi YANG1,Zhichang LIU1,Zhengming ZHU2

Zhengming ZHU;E-mail:zzm8654@163.com
1The Second Clinical Medical College of Nanchang University,Nanchang 330000,China;2Department of Gastrointestinal Surgery,The Second Affiliated Hospital of Nanchang University,Nanchang 330000,China

Circular RNA(circRNA)is a widely present endogenous noncoding RNA that is covalently bonded at the 3'and 5'ends via trans-splicing to form a closed-loop structure with high stability,biological evolutionary conservatism,and tissue expression specificity.CircRNA has important biological functions,such as playing the role of microRNA(miRNA)sponge,regulating the expression of a parent gene,and improving transcription and translation levels.In gastrointestinal tumor,circRNA mainly plays the role of miRNA sponge,which affects the proliferation,differentiation,apoptosis,and invasion of cancer cells.In addition,circRNA was specifically expressed in the tumor,and the expression level significantly differs from that of paracancer.Therefore,a highly conserved and stable circRNA sequence is expected to be an early diagnosis and prognostic marker for gastrointestinal tumor.In this study,we review research advances on circRNA and its relationship with gastrointestinal cancers(esophageal,gastric,colorectal,and liver cancers).

circRNA,miRNA,sponge effect,gastrointestinal tumor,biomarkers