circRNA在胶质瘤中的研究进展*

赵志军，赖文涛，张晓璐

[1.内蒙古科技大学包头医学院第一附属医院神经外科,内蒙古 包头 014010；2.内蒙古科技大学包头医学院；3.内蒙古自治区骨组织再生与损伤修复工程技术中心)

在过去的几十年中，非编码RNA的大量研究为探索胶质瘤的综合分子机制提供了新的见解。许多研究表明，非编码RNA在调节胶质瘤启动和进展的生物学过程中起着至关重要的作用。近年来，circRNA已成为继miRNAs、INcRNAs之后的新的研究热点。1976年， circRNA首次在植物类病毒和仙台病毒中被发现。直到1991年，内源性circRNA在人类的抑癌基因DCC的转录本中被发现[1]。与线性RNA不同的是，circRNA是共价单链封闭的环形转录模板，缺乏5’帽端和3’尾端，它们通常被认为是含量小且功能电位低的异常产物。然而，随着快速高通量测序和生物信息学的发展，大量来自前体RNA后剪接的circRNA不仅在正常组织中被识别，还在各种癌组织中也被识别出来[2]。胶质瘤是最常见的恶性颅内肿瘤，对人类健康构成严重威胁。尽管胶质瘤患者可以用手术切除治疗，但术后化疗疗法，中位数存活只有12～18个月。近年来，研究人员已经开始专注于胶质瘤的分子机制和生物标志物，并开发了胶质瘤患者的分子靶向疗法以抑制疾病进展[3]。许多研究表明，circRNA参与了恶性肿瘤的调节，包括胶质瘤。circRNA在癌症的许多方面发挥着至关重要的作用，包括调节细胞周期，凋亡，血管生成，侵袭和转移[4]。本综述简要介绍了circRNA，并讨论了它们在胶质瘤发病机制中的作用和潜在价值，为临床治疗提供一定见解。

1 circRNA的功能

circRNA是一种高度稳定的RNA，对核酸外切酶具有高度抗性，主要由前体RNA反向剪接产生，将下游剪接供体位点(5’剪接位点)连接到上游受体剪接位点(3’剪接位点)。80%以上的circRNA来源于细胞质中蛋白质编码基因的外显子，并且单个基因位点能产生多个外显子循环模式[5]。在神经元组织中circRNA更为丰富，且在不同的脑区表现出差异表达。这一现象可能归因于大量的蛋白质编码基因产生各种circRNA和剪接因子以及RNA结合蛋白来调控circRNA的形成。circRNA参与了几种神经系统疾病，如由CIRS7-sponge-mir7介导的阿尔茨海默病[6]。

越来越多的研究证实了circRNA存在致瘤性的作用以及加快胶质瘤的进展。根据RNA序列 ，Xu等结合5种方法筛选出三种胶质瘤组织样品与三个配对正常组织样品之间差异表达的circRNA，最终鉴定出12种常见的circRNA[7]。Zhu等人检测到了五个胶质瘤患者中RNA的表达谱，试图找到发病机制的核心基因，结果表明，在胶质瘤患者中共鉴定出1 411个差异表达的circRNA，包括206个上调的circRNA和1 205个下调的circRNA，表明circRNA的失调与胶质瘤生物过程几乎相关[8]。Yuan等使用相似的方法，发现2 038个circRNA在胶质母细胞瘤和匹配的正常脑组织之间经常发生改变。在这些差异表达的circRNA中， 2 002个circRNA被下调，36 个circRNA被上调。同时,共表达网络的构建表明，在多种癌症相关途径中富集改变的circRNA是脑癌或神经疾病的驱动因素[9]。在临床证明实验的基础上，对各种特异性circRNA进行了鉴定和分析，提示circRNA的异常表达具有潜在的治疗价值。

2 circRNA与胶质瘤

2.1circ RNA通过癌症相关信号通路影响胶质瘤的增殖和侵袭 多条信号通路与胶质瘤的发生及发展密切相关。通过调节与肿瘤相关信号通路密切相关的互补miRNA或靶mRNA ， 如PI3K/AKT/mTOR 、 Wnt/β-catenin 、 Notch通路，异常表达的circRNA在胶质瘤的增殖、细胞周期、侵袭和转移中起着至关重要的作用。Yang等人证实cZNF292通过Wnt/β-catenin途径抑制胶质瘤增殖和细胞周期的进展，还证明转录因子E2F1 、 NF-κB 、 HIF-1 、 AP-1 、 STAT3和STAT5在cZNF292抑制后表达明显下调，提示cZNF292、NF-κB和STAT3/5通路的潜在机制[10]。Chen等表明circ_0000177在胶质瘤细胞系中表达上调，其过表达通过FZD7诱导的MIR-638激活WNT通路促进胶质瘤增殖和侵袭[11]。Zheng等研究表明，circTTBK2以序列特异性的方式促进MIR-217海绵的增殖和抑制细胞凋亡。而HNF1β作为MIR-217的直接靶点，通过PI3K/AKT和ERK信号通路与其启动子结合激活Derlin-1 ，提示阻断CIRCTT BK2/MIR- 217/HNF1β/Derlin-1轴可能是人类胶质瘤的潜在治疗靶点[12]。与此同时，CIRC-0014359和CIRCNT5E通过PI3K/AKT/mTOR信号通路分别通过MIR153和MIR422A来促进胶质瘤的进展。Li等证实MiR-7-5p通过调节EGFR、PI3K/AKT、Raf/MEK/ERK和IGF-1R通路在胶质母细胞瘤中发挥抑瘤作用。通过海绵化Has-miR-7-5p来抑制NOVA2，从而促进胶质瘤恶性肿瘤的发生[13]。同时，Circ- CFH在胶质瘤组织中明显上调，与肿瘤分级呈正相关，通过特异性海绵化MIR-149和释放AKT1，显著提高胶质瘤细胞的增殖能力。此外，circRNA介导的Notch信号通路失调参与了胶质瘤的进展。Xu等人研究了CIRC NFIX通过植入海绵mir-34a-5p经Notch信号通路上调靶基因NOTCH1来促进胶质瘤的进展。总体而言，癌症相关途径与肿瘤的发生、化疗和耐药性密切相关[14]。因此，更多的circRNA在癌症通路中的鉴定对于进一步了解胶质瘤的分子生物学和开发新的靶向治疗是有价值的。

2.2circRNA与胶质瘤中的血管生成 缺氧和各种信号通路能够刺激肿瘤血管生成，缺氧还可诱导circRNA的产生。He等研究表明通过Wnt/β-catenin途径抑制cZNF292可以抑制胶质瘤血管的形成，而FOXP1/FOXP2在转录水平上促进G斑和FHA结构域1(AGGF1)表达的血管生成因子，可通过PI3K/AKT和ERK1/2通路促进血管生成，同时发现CIRC-SHKBP1在胶质瘤微血管和巨核细胞中上调，并通过靶向MIR-544a/MIR-379负调控FOXP1/FOXP2 的表达[15]。因此，CIRC-SHKBP1通过靶向 MIR-544a/FOXP1/AGGF1和 MIR-379/FOXP2/AGGF1通路调节胶质瘤血管生成。RNA结合蛋白可以与circRNA相互作用，并参与肿瘤血管生成的调控。FUS属于FET蛋白家族，可以通过与剪接侧翼内含子的结合来调节19个circRNA的表达[16]。具体来说，FUS通过RNA-IP和RNA下拉试验与circ-002136结合，抑制FUS或circ-002136显著抑制U87胶质瘤暴露内皮细胞的管形成。此外，circ_002136的敲除通过海绵mir-138-5p降低SOX13的表达，而SOX13结合到SPON2启动子区域促进SPON2的表达，从而促进血管生成。更重要的是，SOX13 可以通过启动子区增强 FUS 转 录 ， 揭 示 FUS/circ_002136/miR-138-5p/SOX13在胶质瘤中的反馈回路介导的血管生成调节[17]。还有研究表明，MOV10结合的circ-DICER1通过负调控基因ZIC4上的MIR-103a-3p/MIR-382-5p来调节胶质瘤的血管生成[18]。这些均表明circRNA在介导胶质瘤的血管生成中起着关键作用。

2.3circRNA是胶质瘤诊断和预后的潜在新生物标志物 对circRNA的鉴定和功能研究表明，circRNA作为控制下游靶基因的癌基因或肿瘤抑制因子，具有重要的临床应用价值。除了与其他ncRNA相比具有独特的共价圆形结构外，还有其他几个独特的特征[19]：(1)没有5‘帽和3’聚(A)尾的结构特征使得circRNA对核酸外切酶具有抗性，并且半衰期大于48小时；(2)大多数circRNA序列在不同物种间进化中高度保守；(3)circ RNA显示细胞类型、组织类型和发育特异性表达；(4)circRNA 是由专变剪接产生的，在真核细胞质中尤为丰富；(5)circRNA在转录或转录后水平上表现出多样性和调节作用；(6)大多数circRNA是非编码的，但少数也可翻译成多肽；(7)circRNA在外泌体中广泛富集。从临床角度来看，circRNA被证实广泛存在于血液和体液中。因此，所有这些特性都可以作为circRNA进行胶质瘤的诊断、预后以及治疗评价的有价值的生物标志物。到目前为止，circRNA在组织中的表达或由circRNA编码的蛋白质与临床之间的关系也得到了广泛研究。Circ-0034642、circ-0074362、Cir-ITCH、CIRCH-IPK3和CIRC-CPA4与胶质瘤患者的临床严重程度和预后不良有关。Wang等人研究表明circ-0001649的减少与肿瘤大小和WHO分级有关，这表明circ-0001649可能是手术后独立的预后指标[20]。此外，上调circ-0001649通过调节Bcl-2/caspase-3通路来促进细胞凋亡。目前的研究表明，由非编码RNA编码的蛋白质是预测癌症患者预后的有前景的生物标志物。由circRNASHPRH编码的SHPRH-146aa在正常脑组织中含量较多，但在胶质瘤患者中含量减少。此外，它还通过保护全长SHPRH降低致瘤性，SHPRH泛素化增殖细胞核抗原(PCNA)在其中作为E3连接酶[21]。由circ-FBXW7编码的AFBXW7-185aa通过拮抗USP28诱导的c-Myc稳定来抑制胶质瘤的破坏行为，两者均与患者短期生存时间呈负相关。Zhu等研究表明，CircBRAF的上调是一个独立的预测因素，通过Cox分析，胶质瘤患者具有良好的无进展生存率和整体生存率。细胞外囊泡通过将分子转运到周围环境中，从而改变肿瘤微环境，在细胞间通信中起着关键作用[22]。它们含有不同类型的分子载体，如蛋白质、mRNAs、非编码RNA和DNA，决定了它们在肿瘤进展、代谢调节、免疫调节和血管生成中的作用，而且由于它们的高稳定性和特异性差异表达模式，它们被用作癌症中很有前景的生物标志物。在胶质母细胞瘤患者中，脑脊液来源的胞外囊泡和血清来源的外泌体中含有大量的miR-21和miR-221[23]。circRNA在外泌体中广泛存在且高度稳定，尽管外泌体来源的circRNA在胶质瘤中的研究和应用尚处于起步阶段，但这也提示血清或脑脊液来源的circRNA可能作为潜在的生物标志物、治疗耐药性以及靶向药物分子的传递。

2.4circRNA在胶质瘤免疫治疗中的作用 PD-1/PD-L1检查点阻断是包括胶质瘤在内的几种肿瘤的一种很有前途的靶点策略。Chen的报告表明，PD-L1可以调节胶质瘤微环境的免疫细胞浸润，并作为信号蛋白控制多条通路， 包括STAT3 、PI3K/AKT/mTOR等 。然而，基于胶质母细胞瘤的低免疫原性反应和免疫抑制的微环境，尽管上调PD-L1是免疫治疗胶质母细胞瘤细胞的预后生物标志物，但靶向PD-1/PD-L1检查点的效率会变得很低，这主要归因于肿瘤微环境中存在各种基因组亚型或分子谱[24]。因此，联合检查点阻断免疫治疗是迫切需要的。明确了miRNAs与肿瘤免疫之间的关系后，circRNA基于与miRNAs蛋白质结合的理论与抗肿瘤免疫密切相关，肿瘤外泌体中的circRNA作为肿瘤抗原来激活抗肿瘤免疫，提示免疫治疗的潜在靶点。Wei等研究表明，MIR-138可以靶向CTLA-4和PD1逃避胶质瘤中的免疫检查点治疗，因此，circ-002136也可能通过海绵MIR-138来成为潜在的免疫治疗靶[25]，Wang等发现CIRCHIPK3-miR124轴的IL6R可能影响胶质瘤免疫应答，circ-0076248可以通过调节MIR-181a介导的p53和 SIRT1的表达来参与免疫应答，并且，MIR-34a的过表达会显著减弱PD-L1诱导的化疗耐药，这表明MIR-34a是胶质瘤PD-L1信号的负调节因子[26]。基于这一事实，MIR-34a可能被CIRCNFIX海绵化，提示CIRCNFIX可能在胶质瘤的免疫治疗中发挥重要作用。这些不同的理论对于治疗胶质瘤均具有预测作用，circRNA-miRNA-mRNA和其他可用RNA结合蛋白对胶质瘤免疫调节的调控机制仍较弱，值得全面深入探索。

3 展望

目前普遍认为，circRNA在与中枢神经系统相关的各种生理和病理生理过程中起着至关重要的作用[27]。大脑中的circRNA更为丰富，其往往来源于神经元和突触功能的基因，而胶质瘤中的含量则较低，这表明识别上调的circRNA可能具有更重要的临床价值，这与目前的研究是一致的[28]。由circRNAs编码的多肽和蛋白质为胶质瘤患者的治疗反应，预后评估和基于高特异性和活性、低免疫原性和较少细胞毒性的小分子肽药物的开发提供了相当多的机会。而且基于纳米粒子的治疗手段足以帮助通过血脑屏障向脑肿瘤传递特定的化合物[29]。因此，基于纳米粒子的靶向circRNA和相关肽结合来进行脑给药系统将为进一步治疗胶质瘤提供一个重要的新视角。外泌体来源的circRNA具有更高稳定性、较长半衰期以及外泌体含量丰富的特殊性，由此可以推断出胶质瘤患者血液和脑脊液中的Exo-CircRNA为非侵入性诊断和区分不同的胶质瘤亚型提供了极好的见解，并结合磁共振成像或其他传统生物标志物进行了高灵敏度的早期治疗评估[30]。因此，从体液中进行表达谱分析和相关作用研究，是进一步探讨circRNA治疗胶质瘤分子病理学的迫切需要。过去与胶质瘤发病有关的揭示机制主要集中在miRNA海绵效应、与信号通路相关的编码蛋白质、表型转化等方面。因此，其他潜在的功能，包括调节基因转录、蛋白质相互作用或海绵效应，仍有待深入研究。

综上所述，越来越多的证据表明circRNA在胶质瘤的发病和进展中起着至关重要的作用，但circRNA的研究仍处于起步阶段，随着研究策略和测序技术的发展，进一步阐明与胶质瘤肿瘤发生相关的circRNA将最终加速其在诊断、治疗和预后评估中的临床应用。