circRNA在胶质瘤中的研究进展

吴文松 刘超 孙程圆 曾昭穆 温稀超 郑克彬

河北大学附属医院1神经外科，2中心实验室（河北保定071000）

胶质瘤是一种原发于中枢神经系统的恶性肿瘤，约占中枢神经系统原发性肿瘤的48%［1］。胶质母细胞瘤的恶性程度最高，患者生存期仅为15个月左右，5年生存率不足5%。将胶质瘤完全切除并进行放疗或化疗能够在一定程度上延长患者生存时间，但其具有生物学行为恶性、术后易复发、对放化疗抵抗及生存期短等特点，因此深入探索胶质瘤的发生发展机制以及寻找新型治疗方法具有重要意义。

circRNA 是一种非编码RNAs 亚型，其是通过前体mRNA 下游的3′端与上游的5′端反向拼接位点共价连接生成的环状RNA 分子，由于其不存在多聚腺苷酸尾，导致早期无法对circRNA 的种类和数量进行测量［2］，近年来高通量测序、微阵列芯片以及生物信息学技术使circRNA 再次进入人们的视线［3-4］。circRNA 在各种疾病中均发挥着重要功能，可作为基因治疗的新靶点，此研究对circRNA在胶质瘤中所发挥的的生物学作用进行归纳总结，为完善胶质瘤发生发展机制及寻找有效治疗方案提供了理论支持。

1 circRNA 及作用机制

circRNA 是由RNA 聚合酶Ⅱ合成的［5］，并由剪接体通过反向剪接（back⁃splicing）的方式对前体mRNA 的外显子进行加工［6］。主要分为ecircRNA、ciRNA、ElciRNA。当其全部由外显子组成时称为ecircRNA，仅由内含子组成时称为ciRNA，当外显子与内含子共同存在时则称为ElciRNA［7］。其具有多种多样的生物学功能。如调控基因转录、海绵吸附miRNA、结合功能蛋白质、作为多元复合物支架以及翻译蛋白质等功能。

circRNA能够对基因转录进行调控，如circEIF3J和circPAIP2 能够作用于其同源基因的启动子区域来提高转录EIF3J和PAIP2的表达［8］。circ⁃79530与转录因子TWIST 结合，进而正反馈促使亲本基因生成circ⁃79530，进而诱发先兆子痫［9］。当此类circRNA 的表达水平异常时可能导致相应基因表达失调，从而诱发某些疾病的产生。

circRNA 能够海绵吸附miRNA，其是一类微小RNA 分子，其核苷酸序列与某些mRNA 进行互补配对，从而抑制mRNA 的翻译功能，发挥着生物控制器的作用。而circRNA 存在与miRNA 互补的碱基序列，两者之间可以进行相互结合以达到对miRNA 的海绵吸附。如cirs⁃7 能够吸附miR⁃7，而miR⁃7 是多种癌症通路的关键调节因子，其表达下调引起miR⁃7 所调节的癌症信号通路的异常，进而促进肿瘤生成［10］。此外，胎盘滋养层细胞缺氧诱发circ⁃RBM39 上调，通过海绵吸附miR⁃5088⁃5p促进滋养层细胞的自噬［11］。可见，当circRNA 水平异常而失去对miRNA 的调控会影响下游通路或基因表达异常，最终导致各种疾病的发生发展。

circRNA 亦能与具有生物学功能的蛋白质结合以影响细胞的生物学活性。RNA 结合蛋白能通过与RNA 特异性结合来调节转录、翻译等功能［12］。cia⁃cGAS 通过与cGAS 蛋白结合抑制cGAS 的基因的表达，进一步抑制I 型干扰素生成，最终使骨髓中的造血干细胞保持休眠状态［13］。此外，circE2F2能够与HuR 蛋白质分子进行相互结合后使E2F2 mRNA 变得更加稳定，从而影响了卵巢癌细胞的增殖、转移以及新陈代谢［14］。

circRNA 可以作为分子支架募集多种生物分子形成多元复合物发挥作用。如circNDUFB2 能够作为分子支架吸引TRIM25 泛素连接酶并提高其活化的效率，使IGF2BPs 癌相关蛋白水平升高，进而促进非小细胞肺癌的侵袭、迁移能力大大提升［15］。当具有分子支架功能的circRNA 含量发生改变时能对细胞的癌变及生物学特性产生影响。

部分circRNA 具有编码蛋白质功能。如circ⁃EGFR 能够募集核糖体编码rtEGFR 蛋白以维持EGFR 在细胞膜的位置，进而持续活化EGFR 信号通路促使细胞发生癌变［16］，circ⁃HER2 能够翻译HER⁃103 蛋白提高三阴乳腺癌细胞的增殖和侵袭能力［17］，circβ⁃catenin 能编码β⁃catenin 蛋白亚型活化Wnt/β⁃catenin 信号通路导致肝癌的产生并提高肝癌细胞的增殖及迁移能力［18］。由此可以推测circRNA 的翻译功能并不是主要功能，但细胞内某些编码癌相关蛋白的circRNA 异常时可能诱发癌症的产生。

2 circRNA 在胶质瘤中的生物学作用

circRNA 在多种疾病中均有重要影响，而脑组织中circRNA 的种类和含量最高，多种多样的生物学功能使circRNA 在胶质瘤中扮演着重要角色，某些circRNA 的异常表达对胶质瘤的发生发展、侵袭转移、血管生成及放化疗抵抗方面均有影响，因而circRNA 有可能成为基因治疗的靶点。

2.1 circRNA 参与胶质瘤的发生发展circRNA可作为miRNA 海绵影响胶质瘤的发生发展，并对其生物学特性进行调节。如胶质瘤细胞中高表达的circ⁃MAPK4 海绵吸附miR⁃125a⁃3p 使其含量下降，进一步下调p38/MAPK 通路的磷酸化水平以抑制胶质瘤细胞凋亡，相对促进胶质瘤的发生及进展［19］。此外，高表达的circHECTD1 能够吸附miR⁃296⁃3p 使其表达水平下降使SLC10A7 基因表达升高，促进胶质瘤的发生发展［20］。circRNA 还能通过与功能蛋白结合发挥作用。如CDR1as 与p53 蛋白结合使E3 泛素连接酶MDM2 介导的p53 蛋白泛素化水平升高来下调p53 蛋白的生物学活性，而p53蛋白能够抑制肿瘤生成，最终促进胶质瘤的发生发展［21］。胶质瘤中存在大量的miRNA 海绵吸附机制及蛋白质结合机制，并且一种circRNA 可以吸附多种miRNA 和功能蛋白质来影响相关分子通路的活化水平或致癌基因的表达异常，因此将具有重要致癌功能的circRNA 作为靶点是可选择的基因治疗方法。

胶质瘤细胞中存在有编码功能的circRNA。如circ⁃SHPRH 能够翻译SHPRH⁃146aa 蛋白，其能抑制亲本基因表达的SHPRH 抑癌蛋白降解，circ⁃SHPRH 的水平下降使得SHPRH⁃146aa 生成减少，对SHPRH 蛋白的保护作用下降，导致胶质瘤的发生发展［22］。不难看出，编码癌相关蛋白的circRNA对胶质瘤发生发展起到一定作用，但目前在胶质瘤中对编码circRNA 的研究稀少，其编码蛋白质的功能仍需进一步研究。

2.2 circRNA 参与胶质瘤的侵袭转移强大的侵袭转移能力使胶质瘤细胞扩散到其他部位，甚至远处转移，研究表明circRNA 对胶质瘤侵袭转移能力有不菲的影响。BARBAGALLO 等［23］发现circ⁃SMARCA5 能够与SRSF1 蛋白结合，当胶质瘤细胞内circSMARCA5 表达水平下降导致促癌蛋白SRF1的表达水平升高，导致胶质瘤细胞的转移能力增强。由此可见，细胞中某些circRNA 能与miRNA 及蛋白质结合提升胶质瘤侵袭、转移能力。通过某种方法使胶质瘤细胞中circRNA 异常表达恢复正常来抑制侵袭转移能力可成为一种有潜力的治疗方案。

2.3 circRNA 参与胶质瘤的血管生成胶质瘤组织内包含大量滋养血管，丰富血供为胶质瘤提供有力的营养支持以促进增殖、迁移、侵袭能力。circRNA 能够参与肿瘤组织的血管生成，如胶质瘤组织中过表达的cARF1 能够通过miRNA 海绵功能降低miR⁃342⁃3p 的表达水平来上调转录因子ISL2的表达，而ISL2 升高能活化VEGFA 介导的ERK 信号通路促使脑微血管内皮细胞增生，使胶质瘤组织中血供丰富，从而促进其发生发展［24］。此外，过表达的circ⁃ATXN1 使miR⁃526⁃3p 水平下调并活化MMP2/VEGFA 通路促使胶质瘤组织血管生成，最终促使胶质瘤的病情进展恶化［25］。将生成活跃的血管作为靶点可作为一种新颖的治疗方案，而circRNA 对血管生成过程具有生物学意义，将促使胶质瘤血管生成的circRNA 作为靶点进行治疗可以使瘤体的血供减少，最终延缓胶质瘤生长，由此可见，circRNA 可作为与血管生成的分子靶点进行探索。

2.4 circRNA参与胶质瘤放对化疗的抵抗circRNA在放化疗方面也具有影响力。circNFIX 海绵吸附miR⁃132使其表达水平显著降低，而ABCG2为miR⁃132 调节的下游分子，其与胶质瘤的化疗耐药有关，因此高表达的circNFIX能够间接上调ABCG2表达水平，促使胶质瘤细胞产生替莫唑胺抵抗［26］。circRNA 与胶质瘤的放疗抵抗也存在关联。如放疗抵抗胶质瘤细胞与敏感胶质瘤细胞相比，circ⁃VCAN表达水平明显上调，其能够负向调节miR⁃1183促使胶质瘤对放疗产生抵抗性，并且circ⁃VCAN 的表达过高能使接受过放疗的胶质瘤细胞的增殖、迁移及侵袭能力显著提升［27］。放化疗为胶质瘤术后的主要治疗，放化疗抵抗导致了胶质瘤复发及患者死亡，circRNA 与胶质瘤对放化疗的抵抗性相互关联，因此其可以作为提高放化疗敏感度的靶点进行基因治疗，但目前对该方面有待进一步研究。

3 circRNA 在胶质瘤中的应用

circRNA 在胶质瘤的发生发展、侵袭转移以及方化疗抵抗方面均扮演着重要的角色。不难发现，circRNA 在胶质瘤中的临床作用十分广泛，其在胶质瘤的诊断、治疗及预后评估等方面均具有重要影响。

3.1 circRNA 参与胶质瘤的诊断circRNA 不仅存在于细胞内，还可分布于血液中，疾病状态时会导致血液中某些circRNA 表达水平异常，可能与胶质瘤的生成具有相关性。胶质瘤患者血浆中circFOXO3、circ⁃0029426 以及circ⁃SHPRH 与正常人相比其表达水平存在显著差异，其中circFOXO3的差异性最为显著，由此可以看出circRNA 分子对于胶质瘤的诊断是非常由帮助的。室温下这3 种circRNAs 放置24 h后表达水平也不发生剧烈改变，将血浆冻存在-80 ℃并反复解冻5 个周期也能保持相对稳定的状态［28］。circRNA的稳定性与其环状结构以及核酸外切酶抵抗密不可分，因此血浆中的某些特异性circRNA 可以作为胶质瘤的诊断标志分子，胶质瘤患者出现临床症状后，颅内侵犯已十分广泛，所以血浆中circRNA 诊断标志分子对胶质瘤的早期诊断具有重要意义。

3.2 circRNA 参与胶质瘤的治疗目前对于胶质瘤的治疗主要为手术联合放、化疗。通过手术切除病灶，术后对患者行放化疗能够在某种程度上消除部分残留的癌细胞，但在接受多次对放化疗后，癌细胞产生抵抗性并快速增殖，最终胶质瘤患者复发死亡。研究表明circRNA 在胶质瘤的发生发展、侵袭转移、血管生成以及放化疗抵抗作用中均产生巨大的影响，将circRNA 作为基因治疗的靶点能够有效的抑制胶质瘤细胞的各种恶性生物学行为，最终达到治疗的目的。LIU 等［29］将特异性靶向circ_0001836 的小型干扰RNA 转染进入胶质瘤细胞后使其表达水平降低，实验发现其水平下降促使NLRP1⁃GSDMD 信号通路活化，使NLPR1 表达上调并产生活化型caspase⁃1 的炎性小体，进一步使GSDMD 蛋白活化并与磷酸肌酸结合使细胞膜产生小孔，最终导致的胶质瘤细胞肿胀、裂解而产生凋亡作用。此外，CHEN 等［30］将circ⁃ITCH 过表达质粒转入胶质瘤细胞使circ⁃ITCH表达水平增高，其能够通过海绵吸附miR⁃106a⁃5p 以上调SASH1蛋白的表达水平，而SASH1 蛋白能够有效抑制胶质瘤细胞的增殖及侵袭能力。放化疗抵抗是胶质瘤患者最终死亡的重要原因，YIN 等［31］研究发现，将高表达的circHIPK3 敲低能够通过miR⁃524⁃5p/KIF2A 介导的PIK3/AKT 信号通路恢复胶质瘤细胞对替莫唑胺的敏感性，通过某种方法使患者的胶质瘤细胞中circHIPK3 的表达含量下降能够相对增强其对替莫唑胺的敏感性，从而延长患者的生存期，改善预后，例如外泌体（exosome）可以作为circRNA 的运载工具［32］，但如何将其运用到临床治疗是一个巨大的挑战。因而将circRNA 作为治疗的靶点是非常有潜力的，其对于促进胶质瘤细胞凋亡或抑制其增殖、侵袭作用非常有效，最终达到有效治疗胶质瘤的目的。与此同时，circRNA 靶向治疗联合放化疗等治疗方案有可能取得更好的治疗效果。

3.3 circRNA 参与胶质瘤的预后评估circRNA对于胶质瘤的预后具有重要的影响。胶质瘤患者的预后与瘤组织的大小、WHO 病理分级、生存时间等方面相关。CHEN 等［33］发现circ_0079586 在胶质瘤细胞中高表达，其表达水平与肿瘤组织的WHO 分级、肿瘤大小具有明显的相关性，但与患者的年龄、性别、肿瘤部位无关，Kaplan Meier 生存分析提示circ_0079586 高表达患者的总体生存率比低表达患者明显降低，因此其具有作为胶质瘤患者预后评判指标的潜力。同样的，CHEN 等［34］发现circ_0074026 分子也可以作为胶质瘤患者预后评判的一个指标，circ_0074026 高水平表达的胶质瘤患者5年总生存率比低表达患者相比明显升高，其表达含量的异常升高预示着患者的预后较差并且容易导致胶质瘤复发和进展。除了作为直接预后评估分子外，其调控的表达产物也可间接反映胶质瘤的预后。如circCPA4 能够与let⁃7 进行结合调节亲本基因CPA4 的表达水平，而CPA4 表达产物可以对胶质瘤患者的预后进行评价［35］。由此可见，胶质瘤细胞中某些特异性circRNA 的表达水平与胶质瘤患者的预后评价具有紧密的相关性，其异常表达水平的程度可能与胶质瘤的生存时间、WHO 病理级别、肿瘤大小等方面具有相关性，所以circRNA 可以作为指导临床诊治的分子指向标，但其灵敏性及可靠性有待进一步研究。

4 总结与展望

课题组前期通过对胶质瘤组织及癌旁正常脑组织的表达谱进行分析，通过体外细胞实验及体外动物实验发现circPIP5K1A 在胶质瘤中表达升高，其能够通过海绵吸附miR⁃515⁃5p 分子调控癌相关蛋白TCF12 的生成增多，而表达水平升高的TCF12 蛋白能够进一步激活PI3K/AKT 信号通路，最终抑制胶质瘤细胞凋亡以及促进其增殖、侵袭转移以及上皮间质转化等生物学功能，并且可以作为一种评判胶质瘤预后的分子标志［36］。前期研究结果有助于深入理解胶质瘤凋亡及发生发展等机制，同时也为胶质瘤的基因治疗提供了坚定可靠的理论依据和实验基础。

胶质瘤是中枢神经系统最常见的原发性恶性肿瘤，由于其对于放化疗的抵抗及极差的预后使得胶质瘤成为了亟待解决的世界性难题。近年来研究发现circRNA 具有十分广泛的生物学功能，其在胶质瘤的发生发展以及放化疗抵抗机制方面均有重要的现实意义，以circRNA 作为靶点进行深入研究为胶质瘤的诊治提供有力的理论支持，但目前人们对circRNA 的认知仍较浅，其生物学作用机制以及作为基因治疗的靶点在胶质瘤中的临床应用还需大量基础及临床实验进行探索验证，相信circRNA 能够成为治疗胶质瘤的一把新利器。