环状RNA与消化系统肿瘤关系的研究进展

连钟雄 梁倩薏 周 宇

【提要】 环状RNA(circRNAs)是一种存在于生物体内、单链闭合的RNA分子，属于非编码RNA的一种，主要由外显子或内含子序列产生。研究发现，circRNAs广泛参与体内细胞增殖、分化、凋亡等多种重要生命活动的调控。CircRNAs在多种疾病的发生、发展过程中起重要的作用，尤其是circRNAs在肿瘤发生机制、诊断和治疗等方面有较深入的研究并取得一定的进展。本文对circRNAs与消化系统肿瘤的关系作一综述。

环状RNA(circular RNAs，circRNAs)属于非编码RNA的新成员，是一种存在于生物体内、单链闭合的RNA分子，主要由外显子或内含子序列产生。研究发现，circRNAs广泛参与体内细胞增殖、分化、凋亡等多种重要生命活动的调控。CircRNAs在多种疾病的发生、发展过程中起重要的作用，尤其是circRNAs在肿瘤发生机制、诊断和治疗等方面有较深入研究并取得一定的进展。本文对circRNAs与消化系统肿瘤的关系作一综述。

一、CircRNAs的结构特点与功能

CircRNAs最早于1976年在植物病毒体(仙台病毒)中被发现[1]，其结构由一个以上的外显子构成的环形非编码RNA，被认为是由前体RNA的可变剪接产生、转录过程中干扰外显子序列而产生的副产物。2013年Jeck等[2]首次提出circRNAs产生的两种模型：套索驱动的环化模型和内含子配对驱动的环化模型。套索驱动的环化模型是由一个外显子3′ 端的剪接供体和另一个外显子的5′ 端剪接受体共价结合后再切除内含子而形成circRNAs；而内含子配对驱动的环化模型主要通过ALU重复序列互补或其它RNA的二级结构，使两个内含子通过碱基互补配对自身环化后再切除内含子而形成circRNAs。这两种形成circRNAs的模型目前普遍被学者们所接受，使得人们对circRNAs的认识更深入，为今后对circRNAs的功能研究奠定重要基础。Memczak 等[3]通过序列分析证实，circRNAs在转录后水平具有非常重要的基因表达调控作用，而且它们还具有组织或发育阶段的特异性表达，说明circRNAs可能在真核细胞基因表达调控上有着重要作用。许多研究发现，circRNAs具有充当miRNAs海绵[4]，调控基因转录[5]，作为翻译模板[6]，以及与RNA结合蛋白相互作用[7]等功能。因此，circRNAs通过这些功能的发挥参与多疾病的发生、发展过程，其表达水平与多种疾病有着密切的关系[8]，尤其在肿瘤性疾病的发生、发展过程起重要作用[9]，将可能成为新的临床诊断和预后判断的标志物，并可能为疾病的治疗提供理论依据。

二、CircRNAs与消化系统常见肿瘤的关系研究

CircRNAs在消化系统常见肿瘤的发生、发展过程中普遍存在差异表达，且参与肿瘤细胞的多种生物学过程[10]。CircRNAs可作为miRNA海绵促进肿瘤的增殖和侵袭，还可通过与miRNA的相互作用影响肿瘤的形成及发展过程，也可通过不同的信号通路抑制肿瘤细胞的生长、增殖、侵袭和迁移等，参与肿瘤的发生、发展。

1. CircRNAs与食管癌的关系

食管癌是全球最常见的癌症之一，也是癌症死亡的第六大原因。研究发现[11]，Circular RNA hsa _circ_0067934在食管鳞状细胞癌(ESCC)组织中表达上调，且其表达上调在有肿瘤细胞分化较好或预后良好的患者中更明显，并能抑制ESCC癌细胞的生长、增殖和侵袭能力。Hsa _circ_0067934存在于细胞质，可通过转录后调控调节ESCC癌细胞的增殖，从而调控ESCC的转移过程，其机制可能是hsa _circ_0067934与miRNA结合后，再与细胞周期蛋白形成复合物，从而调节mRNA的表达。另外，也有研究发现[12]，在ESCC组织中circRNA-ITCH 的表达水平普遍低于邻近的非癌组织。这可能是circRNA-ITCH 通过海绵作用“吸附”miR-7、miR-17 及 miR-214，使ITCH基因的表达水平上调，而ITCH的高表达可促进磷酸化 Dv12 蛋白的泛素化与降解，从而抑制 Wnt /β-actin 信号通路，对ESCC的发生、发展过程起抑制作用。以上资料均说明circRNAs与ESCC的发生、发展有关。

2. CircRNAs与胃癌的关系

胃癌是最常见的消化道恶性肿瘤之一，其发生机制仍未明了。大量研究发现，circRNAs与胃癌有关。微阵列芯片技术实验发现[13]，胃癌组织和非胃癌胃组织相比，circRNAs的表达水平存在明显差异，且大多数circRNAs位于染色体1、2、3、9和17。有研究发现，hsa_circ_0014717在胃液中稳定存在，但在胃癌组织中表达下调，且受肿瘤分期、远端转移、CEA及CA199水平影响。也有研究报道[14]，circRNA_100269是III级胃癌早期复发的一个独立预后因素。进一步研究发现[15]，circRNA_100269在胃癌组织中表达下调，且与miR-630的表达呈负相关。过表达的miR-630与许多肿瘤的浸润与转移相关。在胃癌，circRNA_100269表达下调，与miR-630结合的作用减弱，miR-630表达上调，进而促进胃癌浸润与转移。在另一项研究中发现[16]，circPVT1及PVT1 RNA在胃癌组织中表达上调，且沉默circPVT1可抑制胃癌细胞的增殖，说明circPVT1是影响胃癌细胞增殖的重要因素之一；进一步的研究表明，circPVT1可作用于miR-125家族，且circPVT1的表达水平与胃癌细胞中的miR-125的表达水平呈正相关，另外，circPVT1的异位表达可减弱miR-125b的抗增殖作用，以上说明circPVT1可能与miR-125结合从而抑制miR-125的活性，进而抑制胃癌细胞的增殖。新近的研究发现[17， 18]，PVT1 RNA在人类癌症中通过调节重要的致癌基因(尤其是m-myc致癌基因)的蛋白质稳定性而扮演着重要角色。circPVT1可通过海绵形式作用于let-7b，从而增加c-myc蛋白水平，PVT1 RNA与circPVT1之间是否有相似的调节途径目前尚未明确，仍需进一步探讨。也有研究发现[19]，与胃癌邻近的非肿瘤组织相比，circular RNA hsa＿circ＿002059 在胃癌组织中表达水平下调，尤其是在TNM 分期较高和已发生远处转移的患者中下调的幅度更明显。这预示着circRNAs与胃癌患者的临床进展密切相关，可作为胃癌进展及预后判断的潜在分子标志物。CircRNAs还可与其它基因如CD44、CXXC5、MYH9和MALAT1等结合[20]，调节miRNAs和mRNAs之间的相互作用，调控胃癌细胞的增殖和肿瘤的生成，进而影响胃癌的发生、发展。

3. CircRNAs与肝癌的关系

肝细胞癌(hepatocellular carcinoma，HCC)与circRNAs密切相关。有研究发现[21]，circRNA hsa_circ_0001649在肝细胞癌中的表达明显下调，尤其在肿瘤瘤体比较大或有远处转移的组织中表达更加明显。hsa_circ_0001649可以作为竞争性内源RNA结合蛋白质(蛋白质海绵)，通过序列中蛋白结合位点与RNA结合蛋白质(RBP)形成结合体，进而调节肝癌细胞的生长及增殖，影响肿瘤瘤体的大小。这提示该circRNA可能作为“海绵”或转录调节因子参与发育和HCC的进展，也预示其可能成为判断肝细胞癌进展或判断预后的潜在的生物标记物。

在HCC研究中发现[22]，circRNA ciRS-7与海绵miR-7的抑制作用相似，ciRS-7可能间接使miR-7靶基因表达上调，miR-7的靶基因隔离miR-7，干扰PI3K/AKT/mTOR 通路，从而促进部分微血管浸润(MVI)的发展，从而进一步促进HCC的浸润和转移。同时，研究也发现，ciRS-7的表达上调在HCC组织中对于MVI是一个独立的危险因子，且它对MVI有一定的预测作用。这说明circRNA ciRS-7与HCC的浸润及转移有关。已有研究报道，miR-7通过与PI3K/AKT/mTOR 通路的三个元件(PI3KCD，p70S6K及mTOR)互补结合，从而抑制HCC 的发生、发展，可能机制是PI3K/AKT/mTOR 通路可以通过触发S6激酶参与HCC的发生、发展及转移。由于circRNA ciRS-7作为miR-7的海绵，则circRNA ciRS-7在很大程度上可能与肝癌的诊断或治疗密切相关。

另外，有研究发现[23]，与circRNA hsa_circ_0001649相比，CirZKSCAN1具有更好的诊断HCC的潜在价值，且CirZKSCAN1和ZKSCAN1均参与HCC的进展，其与ZKSCAN1的过表达可有效地影响人类HCC细胞的增殖，侵袭和迁移。CirZKSCAN1可能作为竞争性抑制剂保留内源性RNA并调节肿瘤细胞增殖和转移相关基因(包括凋亡基因RAC2，EFNA3和Caspase 3、TGFB1，ITGB4 ，CXCR4，存活蛋白和CCND1等)的表达，从而参与HCC的代谢、凋亡、增殖和转移等过程。这说明CirZKSCAN1可能通过调控多个信号通路在人类HCC细胞的发生、发展过程中起重要作用。

4. CircRNAs与结直肠癌的关系

许多研究发现，circRNAs与结直肠癌(Colorectal ，CRC)发生、发展有关。与正常组织细胞相比，结直肠癌细胞系和结直肠癌组织中的circRNAs水平总体丰度下降，且circRNAs的丰度与结直肠癌的增殖呈现显著的负相关，其调节机制尚未明确，可能与circRNAs有miRNA海绵功能有关[24]。有研究发现[25]，相比癌旁组织，在结直肠癌组织中hsa_circ_0000072 显著上调，其可能通过影响miR-145 的活性，从而调控靶基因的表达，参与结直肠癌的发生机制。研究已证实，miR-145 与IRS-1 的3′-UTR 结合，抑制结直肠癌细胞的生长。因此，Hsa_circ_0000072 可能通过影响miR-145 的活性，从而调控靶基因IRS-1的表达，进而在结直肠癌的发生、发展过程中发挥重要作用。也有研究发现[26]，另一个circRNA通过miR-145参与结直肠癌的发生、发展过程。hsa_circ_001569在CRC组织中表达上调，进而促进CRC的增殖和侵袭。hsa_circ_001569通过抑制转录活性的miR-145并上调miR-145靶标E2F5，BAG4和FMNL2，并随后增加CRC细胞中靶向E2F5，BAG4和FMNL2的表达，进而促进CRC细胞的增殖及肿瘤的浸润。这些研究结果提示，miR-145和hsa_circ_001569在调节CRC进展中存在着联系，通过进一步研究可能可以为预防CRC及治疗CRC提供新的治疗策略。

5. CircRNAs与其他消化道肿瘤的关系

有研究发现[27]，大量circRNA在人类胰腺导管癌(PDAC)样本中呈现高表达，说明circRNA有可能参与PDAC的发生、发展过程。circRNA hsa_circ_0000977在PDAC中的表达明显上调，且沉默hsa_circ_0000977可抑制胰腺导管癌细胞的增殖，说明该circRNA是影响胰腺导管癌细胞增殖的重要因素之一，可能机制与其作用于miR-874-3p进而抑制PLK-1的表达有关[28]。也有研究发现，CircRNAs与胆管癌(CCA)有关。有研究表明[29]，circRNA hsa_circ_0001649在CCA组织中及CCA细胞系中的表达均下调，其可能参与CCA细胞的扩散、迁移及侵袭。基质金属蛋白家族(matrix metalloproteinases，MMPs)可通过破坏细胞外基质周围的组织学屏障来进行恶性细胞的转移及侵袭。过表达的hsa_circ_0001649可能通过下调MMP-9的表达水平，从而减弱CCA细胞的入侵能力，进而抑制CCA肿瘤的浸润。同时可减弱CCA细胞和瘤体生长。由此说明，hsa_circ_0001649在CCA的发生、发展过程中可能作为一种肿瘤抑制基因而发挥重要作用。

综上所述，circRNAs目前被认为参与调控消化系统肿瘤的生长、增殖、分化、凋亡、侵袭和转移等多种生物学过程，这说明circRNAs在未来有可能成为诊断消化系统肿瘤的标志物或治疗靶点。

三、结语

CircRNAs在多种消化系统肿瘤组织中均存在差异表达，但是对circRNAs调控肿瘤的机制尚未明确，还需进一步研究来阐明，这使得circRNAs将成为消化系统肿瘤研究的新领域。目前，circRNAs作为miRNA海绵发挥作用等功能相对明确，但其信号调控尚未明确，寻找circRNAs调控因素并探讨其与消化系统肿瘤的关系，将可能为诊断和治疗消化系统肿瘤开辟新的途径和治疗靶点。因此，或许circRNAs有望在未来为消化系统肿瘤诊断和治疗开辟新的途径。