环状RNA在疾病发展中的研究价值

任逸喆

(东南大学医学院，南京 210001)

环状RNA(circular RNA,CircRNA)作为一种特殊的非编码RNA，在最初被发现时被视为基因剪切过程中的错误[1]，如今却凭借其独树一帜的稳定性、特异性与灵敏度[2]，作为一种新型的检测标志物，为临床肿瘤、心血管疾病、神经病变等的诊断、治疗、预后判断提供了丰富的临床研究价值。

1 CircRNA的概述

1.1 CircRNA的形成过程 RNA的选择性剪接是真核细胞在基因表达过程中保持遗传信息有序传递的关键步骤，与mRNA的典型剪接不同，CircRNA是通过反向剪接的方式产生的，主要的反剪切方式有以下3种：内含子配对、外显子跳跃和内含子套索、RNA结合蛋白(RNA binding protein,RBP)介导[3]。它将下游的5′端供体位点与上游的3′端受体位点连接起来，形成单链共价闭环，在去除内含子后将剩下的序列连接起来[4]。借助于剪接位点的微型内含子和反向重复的短链这两个不可缺少的部分，CircRNA由此形成。

1.2 CircRNA的组成与性能 在目前所发现的超过25 000种CircRNA中，共有4种不同类型：外显子环状RNA(EcircRNA)、内含子环状RNA、外显子-内含子环状RNA(EIciRNA)、基因间环状RNA[5]。首先，区别于线型RNA的5′端帽子结构与3′端的polyA尾巴结构，CircRNA的环形闭合结构使它更具稳定性，不易被酶解或切断[6]。其次，由于不同互补内含子之间的相互竞争和选择性循环，一段基因序列可以生成多种不同的CircRNA，大大增加了机体内的数量。同时，大多数CircRNA中的内含子不超过5个，因此它们的体积常很小(100～4 000 nt)。此外，CircRNA还具有广泛的分布性。无论是不同物种间，还是不同亚细胞间，都能发现CircRNA的存在[7]。CircRNA所具备的以上特点也决定其在功能方面的特殊性，分别以微小RNA的分子海绵、翻译出来的蛋白质、与蛋白质结合的复合物3种形式[8]，调节机体相关功能，为机体正常的生理活动发挥作用。

2 CircRNA标志物与疾病

随着生物信息技术和测序技术的快速发展，CircRNA已被视为机体生理调节和正常运转过程中的重要调节因子[9]。CircRNA标志物作为目前一种新颖的检测手段，与传统的标志物相比，具有特异性强、灵敏度高、稳定性好等特点[10]，在疾病诊断与治疗过程中具有广阔的应用前景。

2.1 CircRNA标志物与肿瘤 研究[11]表明，CircRNA参与肿瘤的调控与转移过程，尤其是在细胞增殖、细胞凋亡、血管生成、细胞周期等方面具有重要作用，因此CircRNA标志物可作为肿瘤的检测指标与靶向治疗位点，在临床诊断与研究中发挥作用。

2.1.1 CircRNA标志物与肝癌(hepatocellular carcinoma,HCC) 在目前已知的侵袭性癌症中，HCC患者的5年生存率仅为10%[12]。由于大多数患者确诊时已达癌症晚期，因此迫切需要新的标志物以帮助早期诊断。根据Q.ZHU等[13]的研究表明，Circ-0067934通过抑制miR-1324并同时激活FZD5/Wnt/β 连环蛋白信号通路，促进HCC细胞的侵袭和转移。L.P.QIU等[14]在体外和体内实验中发现，Circ-DB和3个来自PTGR1基因的CircRNAs(CircPTGR1,Circ-0008043、Circ-0003731和Circ-0088030)在血清来源的外泌体中表达上调，并可促进HCC的进展。其中，特别是外泌体Circ-DB，在体脂较高的HCC患者中较低体脂的HCC患者有显著上调作用，并能促进HCC肿瘤的生长和转移。这些标志物不仅对癌细胞的生长有正反馈调节作用，可用于疾病的早期诊断，L.H.ZHONG等[15]还发现Circ-C3P1可以通过海绵化miR-4641促进磷酸烯醇丙酮酸羧化激酶1(phosphoenolpyruvate carboxykinase1,PCK1)表达，从而显著抑制HCC细胞的侵袭与转移，为HCC患者的靶向治疗提供参考。

2.1.2 CircRNA标志物与胃癌(gastric cancer,GC) GC的死亡率位居世界第二，具有生存率低、治愈率低、复发率高、预后差等特点。目前主要依靠影像学检查、血清肿瘤标志物检查、内镜检查及组织活检等方式进行诊断，但由于GC患者在早期缺乏特异性症状，且放、化疗等治疗方法的不良反应强[16]，迫切需要更高效、灵敏度与特异性更强的检测方法应用于患者的诊治。Y.XIE等[17]发现hsa_circ_0074362在促进GC浸润时的高度相关性，可以作为检测标志物协助诊断。根据D.W.RONG等[18]的研究表明，CircPSMC3可以通过吸收miR-296-5p来调节磷酸酶和紧张素同源物，从而促进GC的增殖和转移。并且他们通过测量肺转移数量，在小鼠模型中证实，GC中CircPSMC3表达降低与肿瘤淋巴结转移(tumor node metastasis,TNM)分期升高和总生存期缩短相关，过度表达CircPSMC3可以抑制GC转移。

2.1.3 CircRNA标志物与结直肠癌(colorectal cancer,CRC) 由于缺乏有效的早期诊断工具和高侵袭和高转移风险的特点，使得CRC成为高死亡率的肿瘤之一。B.PAN等[19]发现hsa_circ_0004771在CRC患者中显著上调，可作为CRC的一种新型诊断标志物。J.H.HE等[20]证实CircACAP2上调，可抑制miR-21-5p的表达，进而促进T淋巴瘤侵袭转移蛋白1的转录翻译，加速癌症进程。K.Y.HSIAO等[21]发现，在小鼠模型中Circ-001569表达上调，促进癌细胞的增殖、侵袭和转移。H.Q.JU等[22]的研究显示，将4种CircRNA，hsa_circ_0122319、hsa_circ_0087391、hsa_circ_0079480和hsa_circ_0008039联合检测，可用于判断CRC患者的复发风险和治疗预后情况的提示。

2.1.4 CircRNA标志物与肺癌 肺癌作为全球与癌症相关死亡率的头号杀手，目前也缺乏灵敏特异的相关标志物。L.ZONG等[23]在其研究中报道了Circ-102231在肺癌组织中的显著表达上调，并且其与肺癌患者TNM分期、淋巴结转移和较差的总生存期有关，可利用于临床诊断。Y.H.LUO等[24]发现，肺癌组织中的Circ-0000064显著升高，与肺癌的晚期转移保持高度一致性，可作为一种潜在的生物标志物。J.T.YAO等[25]表明Circ-100876的上调与淋巴结转移及非小细胞肺癌分期密切相关。S.Y.ZHANG等[26]也将hsa_circ_0014130视作非小细胞型肺癌的生物检测标志物。

2.2 CircRNA标志物与心血管疾病 心脏相关Cir cRNA(heart-related CircRNA,HRCR)作为内源性miR-223海绵，能够抑制心脏肥厚和心力衰竭。它作为心肌肥厚的正调控因子，可导致miR-223的靶点ARC表达的增加[27]。CircRNA-010567参与心肌纤维化的形成过程，CircRNA-010567/miR-141/转化生长因子(transforming growth factor,TGF)-β1轴在糖尿病小鼠的心肌纤维化中发挥重要的调节作用[28]。过表达Circ-YOD1可显著影响收缩压和舒张压，从而影响冠状动脉相关血流作用[29]。这些结果提示HRCR和Circ-YOD1可能是预防心脏重构的潜在靶点，同时也突出了CircRNA在心血管疾病中的重要作用。MiR-7a在低氧治疗下心肌梗死面积增大或心肌细胞增多的MI小鼠中均上调[30]，而Circ-Foxo3在老年患者心脏样本中高表达[31]，二者均可能被用于开发抑制心肌衰老的药物。

2.3 CircRNA标志物与神经病变 Circ-TTBK2与神经胶质病变的病理分级呈正相关。过表达的Circ-TTBK2可促进细胞增殖、迁移和侵袭，抑制细胞凋亡。Circ-TTBK2序列特异性地扮演miR-217海绵。此外，上调的Circ-TTBK2降低了miR-217的表达，两者之间呈负反馈关系，且呈argonaute2依赖性。此外，miR-217的重新引入显著逆转了Circ-ttbk2介导的促进胶质瘤进展的作用。HNF1细胞是miR-217的直接靶点，在胶质瘤细胞中起致瘤作用。特别是Circ-TTBK2敲低和miR-217过表达导致体内肿瘤消退[32]。

综上所述，CircRNA在人体的正常物质代谢与循环改变中有着不可替代的作用。具有高度特异性、灵敏度、稳定性的CircRNA标志物，作为一种新型检测标志物，在疾病的诊断、治疗、预后等方面将会具有重要的研究价值。