环状RNA在白血病中的研究进展

2020-07-03陈占国郑晓群

医学研究杂志 2020年5期

李涛陈占国郑晓群

白血病是一类造血干细胞的恶性克隆性疾病，根据白血病细胞的分化成熟程度和自然病程，将白血病分为急性白血病和慢性白血病两大类。根据主要受累的细胞系列可将急性白血病分为急性淋巴细胞白血病(acute lymphoblastic leukemia，ALL)、急性髓系白血病(acute myeloid leukemia，AML)。慢性白血病则分为慢性髓系白血病(chronic myeloid leukemia，CML)、慢性淋巴细胞白血病(chronic lymphoblastic leukemia，CLL)及少见类型的白血病。近年来，随着支持治疗的加强、多种化疗药物联合和高剂量化疗方案以及造血干细胞移植的临床应用，白血病患者的生存质量得到很大改善。然而，仍有部分白血病患者，如急性早幼粒细胞白血病(acute promyelocytic leukemia，APL)患者因PML-RARα融合基因、NPM1基因、FLT3-ITD融合基因和CML患者BCR-ABL1融合基因突变出现化疗药物耐药等原因，疾病发生、进展甚至死亡[1,2]。白血病的临床诊断、治疗方案选择及预后评估监测等方面的研究已经进入分子生物学阶段；白血病细胞的增殖、分化和凋亡机制也正逐渐为人们所认识。某些特定非编码RNA(non-coding RNA，ncRNA)可作为关键分子参与白血病的发病机制，其表达异常可用于白血病的亚型分类、预后评估及药物治疗反应的预测。目前，已有大量研究报道ncRNA在白血病的临床诊断、治疗方案选择、预后评估、发病机制及耐药机制等方面中的重要作用[3, 4]。circRNA是一类与多种疾病，特别是与癌症相关的新型ncRNA。研究证实，circRNA主要作为miRNA的分子海绵参与白血病的发病机制，并在白血病细胞的增殖、分化、凋亡及化疗药物耐药等方面中的作用正逐渐被人们所认识[5]。本文通过对circRNA在白血病中的研究进展进行综述，有助于提高人们对circRNA在白血病中作用的认识。

一、circRNA在AML中的作用

AML具有高度异质性、疾病进展快、复发率高和长期生存率较低等特征，其发生率随年龄的增长而增加，它也是成人最常见的急性髓系原始细胞恶性肿瘤。目前认为AML的发病和对化疗药物的耐药是多个基因突变及多种机制参与的结果，AML的预后也随疾病的不同危险分层而有明显的差异[6]。有研究报道证实circRNA在AML中具有重要的作用，其表达上调或下调可能是由于白血病细胞的异常受损所致的，这些表达异常的circRNA可能参与了AML的发病和对化疗药物的耐药机制。体外和体内实验已经证实，融合circRNA起源于染色体易位产生的融合基因。Guarnerio等[7]证实PML-RARα衍生的f-circPR和MLL-AF9衍生的f-circM9均能促进AML疾病的恶性转化、化疗药物的耐药和白血病细胞的存活。不难发现，circRNA在AML细胞的生命历程、化疗药物耐药及发病机制的作用因其表达上调或下调而大相径庭。

1.circRNA表达下调在AML中的作用：circRNA表达下调的检测在AML细胞分化的判断、疾病的诊断和预后评估等方面具有很好的应用前景。有研究者揭示了AML患者的circRNA表达谱，鉴定到大量可能在AML中特异表达的circRNA，其中最有意义的hsa_circ_0004277可作为AML的新型生物学标志物，其下调预示着AML治疗的良好预后[8]。然而在circRNA-miRNA相互作用网络以及是否与化疗药物耐药相关等方面，他们并没有做详细的研究。另外，Li等[9]对APL相关circRNA的构型和功能及在全反式维甲酸(all-trans-retinoicacid，ATRA)治疗过程中的动态调节进行了研究，该研究在circRNA的构型及功能分析中证实，APL细胞中表达的circRNAs大多是外显子衍生的，不是剪接过程中的副产物，它们独立于宿主线性miRNAs进行调控，可用于区分造血干细胞、中性粒细胞和淋巴细胞[9]。该研究还在NB4细胞株和初发APL患者样本中，证实了circRNA存在差异表达且稳定性好，其中circ-HIPK2位于细胞质，可作为分化相关miR-124-3p的分子海绵，影响ATRA诱导的APL细胞分化。总之，该研究揭示了circRNA在APL疾病发展和治疗中的生物学功能，circ-HIPK2在正常外周血单个核细胞和其他AML亚型中的表达明显下调，表明了它可作为APL潜在的生物学标志物，同时这为circRNA在APL中的后续研究提供了参考价值。

2.circRNA表达上调在AML中的作用：circRNA的表达上调与其表达下调相比在AML预后评估和化疗药物耐药机制等方面的研究有明显优势。nucleophosmin(NPM1)被认为是在AML患者中最容易发生基因突变的基因，该基因突变往往提示疾病的不良预后。Hirsch等[10]通过转录组测序技术分析了AML野生型NPM1和AML突变型NPM1患者的circRNA突变数。该研究发现circNPM1 75001在AML患者中呈高度表达。虽然circNPM1 75001与NPM1突变状态无关，但其表达与总NPM1表达呈正相关。另外，AML患者往往发生髓外浸润情况，通常预示着不良预后。Lv等[11]比较髓外浸润组与非髓外浸润组的骨髓circRNA表达谱，与非髓外浸润组AML样本比较，髓外浸润组有253个circRNA和663个靶基因上调，259个circRNA和838个靶基因下调，其中17个circRNA的7个靶基因(LRRK1、PLXNB2、OLFML2A、LYPD5、APOL3、ZNF511和ASB2)与AML患者的不良预后相关。2018年，有研究者探讨了circDLEU2、miR-496和PRKACB基因在AML中的作用机制，该研究证实circDLEU2在AML患者骨髓和AML细胞中表达上调，其表达上调可促进AML细胞增殖，抑制AML细胞凋亡，进而促进肿瘤的形成。功能实验表明，circDLEU2通过抑制miR-496而促进PRKACB基因表达，进而加速AML的疾病发展。另外，circRNA也在介导AML化疗药物耐药机制中发挥了重要的作用。Shang等[12]建立耐多柔比星的THP-1/ADM细胞系，并利用高通量测序技术得到THP-1/ADM细胞系和原生代THP-1细胞的circRNA表达谱。该研究证实circPAN3是AML细胞耐药的关键分子，并通过circPAN3/miR-153-5p/XIAP轴发挥作用，因此该研究揭示了circPAN3可作为预测AML化疗疗效的指标，也为逆转AML化疗药物耐药提供了潜在作用靶点。另据报道，circ-PVT1被认为是作为肿瘤抑制miRNAs(如let-7或miR-125家族)的分子海绵，它在异常核型的AML患者中的表达水平明显高于正常核型的患者，其异常表达预示AML往往发生进展[13,14]。

在AML细胞的增殖、分化、凋亡及发病机制方面，研究证实hsa_circ_100290在AML患者及细胞系中表达增加，其表达下调或沉默可显著抑制AML细胞的增殖，并诱导AML细胞凋亡；circRNA-miRNA相互作用网络分析表明，miR-203靶向调节hsa_circ_100290和rab_10的表达，miR-203抑制剂可以逆转hsa_circ_100290对AML细胞增殖和凋亡的作用[15]。因此，hsa_circ_100290通过靶向作用miR-100290/Rab10轴，在AML细胞增殖和凋亡中起重要的调节作用。另外，Chen等[16]利用高通量测序技术分析了5个AML初诊患者骨髓样本和5个缺铁性贫血患者骨髓样本的circRNA表达谱，发现了circ-ANAPC7在AML中表达上调，验证circ-ANAPC7作为miR-181家族的分子海绵参与AML的发病机制，因此circ-ANAPC7可能可作为AML诊断的新型生物学标志物。另据报道，circ_0009910表达上调提示AML患者的不良预后，沉默circ_0009910的表达，可靶向作用 miR-20a-5p而抑制AML细胞增殖，从而导致AML细胞凋亡，因此circ_0009910可作为AML潜在的治疗靶标[17]。简而言之，无论circRNA在AML中表达上调或下调，它在AML细胞的生命历程、发病机制、预后评估和化疗药物耐药机制中发挥着重要的作用。

二、circRNA在CML中的作用

CML是一种发生在多能造血干细胞的恶性骨髓增殖性肿瘤，主要涉及髓系，外周血粒细胞显著增多并伴不成熟性，其典型遗传特征是t(9；22)(q34；q11)相互易位，该易位导致BCR-ABL1融合基因形成，从而导致酪氨酸激酶的活化。circRNA的表达上调或下调在CML的预后评估、发病机制和对化疗药物的耐药中发挥着重要的作用。研究表明，高表达circ_100053预示CML预后不良，并与伊马替尼耐药有关。亦有文献报道circBA9.3是一种与酪氨酸激酶活性增加相关的分子，它可促进CML细胞对酪氨酸激酶抑制剂(tyrosine kinase inhibitors，TKI)的耐药，因此该circRNA可能可作为一个用于预测CML患者TKI耐药的潜在靶标[18]。2018年，Liu等[19]向人们展示了CML患者circRNA的表达谱及鉴定出大量差异表达的circRNAs，并构建了CML中潜在的circRNA-miRNA相互作用网络，其中包括一个hsa_circ_0080145介导的ceRNA调控网络。该研究最后证实hsa_circ_0080145通过充当miR-29b分子海绵的作用而抑制CML细胞的增殖。但是，CML疾病进展相关和TKI耐药相关的circRNA整体的动态调节网络及其作用机制仍有待于进一步研究阐明。

三、circRNA在ALL中的作用

ALL是儿童常见的恶性肿瘤，绝大多数是由于相关基因突变导致淋巴干祖细胞恶性增殖，并伴有不同程度的发育分化受阻而导致的遗传异质性肿瘤。研究表明，circRNAs可能参与ALL发病机制，并具有潜在的诊断和治疗价值。Dahl等[20]通过高通量RNA 测序分析了 B细胞恶性肿瘤中circRNA表达谱，并采用NanoString数字化基因检测技术对多个差异circRNA进行定量，该研究提出了一种无需酶促和扩增的数字计数circRNA定量检测方法，该方法有可能成为circRNA定量检测的新金标准。

ALL中表达上调的cricRNA在ALL细胞的生命历程中发挥着重要作用。2018年，Hu等[21]采用实时定量PCR和蛋白印迹法证实，与正常骨髓对照组比较，circPVT1在所有ALL细胞系中的表达显著上调，敲除该circRNA的功能实验表明，circPVT1通过抑制其相邻c-Myc基因和Bcl-2抗凋亡蛋白表达来抑制细胞增殖并诱导细胞凋亡。亦有研究报道，与正常白细胞比较，ALL和B细胞分化相关的基因(JAK2、PAX5、IKZF1、ETV6和EBF1)产生的circRNA在超二倍体白血病中普遍存在。不难发现与前人研究认为circRNA是多种细胞过程的调节因子，其中包括增殖、分化、信号转导和衰老等的观点一致[22]。尽管ALL相关circRNA的研究还处于萌芽阶段，随着基因表达谱、全基因组测序等高通量检测技术在ALL中的应用，circRNA在ALL中的作用逐步为人们所了解。

四、circRNA在CLL中的作用

CLL是B细胞慢性淋巴增殖性疾病，以单克隆、成熟的CD5+B淋巴细胞在外周血、骨髓、脾脏和淋巴结等淋巴组织进行性累积为特征，是西方国家最常见的成人白血病类型。CLL的年发生率为(2～6)/10万，随着年龄的增加，65岁以上患病率高达12.8/10万。我国 CLL发生率虽低于西方国家但呈现出上升趋势，且具有发病年龄低、侵袭度高等特点[23]。由于CLL发病具有一定的潜伏期和高度的异质性，CLL的相关circRNA分子机制仍在研究中。

Xia等[24]研究发现，与正常健康人群比较，circ-CBFB在CLL细胞中明显表达上调，并可作为CLL患者诊断和预后判断的生物学标志物。由于circRNA有miRNA结合位点，可结合特定的miRNA，调节miRNAs和mRNAs的结合，发挥了竞争性内源 RNA(competing endogenous RNA，ceRNA)的功能[25]。该研究进一步证实，circ-CBFB通过调节miR-607/FZD3/Wnt/β-catenin轴促进CLL细胞的增殖及抑制其凋亡。另外，Wu等[26]研究发现，与正常对照比较，CLL患者外周血单个核细胞中hsa_cic_0132266的表达量呈明显下降趋势，该circRNA作为hsa-miR-337-3p的ceRNA调节其活性，并导致hsa-miR-337-3p的PML下游靶基因的表达改变，进而影响CLL细胞的活力。因此，circ_0132266通过circ_0132266/miR-337-3p/PML轴影响CLL的进展，这表明它可能作为CLL的生物学标志物和潜在的治疗靶点。总之，在CLL中circRNA的异常表达影响CLL细胞的生命历程，这为该疾病的诊断和预后评估提供了新型的生物学标志物。然而，circRNA在CLL整体表达谱及在疾病演化中的动态调节等方面的作用尚未见详细的文献报道。

五、展望

综上所述，白血病是一类有着复杂遗传背景的血液系统恶性肿瘤。尽管不断有新的发病机制及新的治疗方案被发现，对于白血病的认识还有待于不断加深。circRNA在数量上具有高度丰富，在进化上具有物种间保守性，并且它具有组织特异性或细胞特异性表达的特征。更重要的是，circRNA可以在外周血液中大量检测到，显示了circRNA作为有潜力的无创癌症生物学标志物。这些使得它在参与白血病的疾病诊断、预后评估、发病、化疗药物耐药机制及白血病细胞的增殖、分化、凋亡中发挥着重要作用(表1)。因此，期待circRNA应用到白血病临床治疗工作中，在临床医生根据白血病患者临床特征、骨髓细胞形态学、细胞遗传学、免疫表型和分子生物学异常等方面对白血病做出危险层级评估后，为患者提供最佳的治疗或长期随访方案。