环状RNA PIP5K1A在肿瘤中的研究进展

蒋 磊 张智博 袁胜涛

中国药科大学药物科学研究院江苏省新药筛选重点实验室，江苏南京 210000

在现代癌症的研究中，表观遗传修饰已成为肿瘤发生进展的标志之一。表观遗传修饰主要包括DNA 甲基化、组蛋白修饰和非编码RNA 调控[1]。根据长度、形状和位置的不同，非编码RNA 被分为不同的类别。其中，微小RNA（micro RNA，miRNA）、长链非编码RNA（long noncoding RNA，lncRNA）、环 状RNA（circular RNA，circRNA）和PIWI 相互作用RNA（PIWI interacting RNA，piRNA）是在癌症中具有不同功能的四种主要非编码RNA 类型。circRNA 是一类以共价封闭环为特征，广泛存在于真核生物中的新型RNA 分子，是近年来非编码RNA 领域最新的研究热点[2]。最近的一些证据表明，circRNA 的异常表达几乎发生在所有癌症类型中[2]。circRNA 磷脂酰肌醇-4-磷酸5-激 酶1 型α（circular RNA phosphatidylinositol-4-phosphate 5-kinase type 1 alpha，circPIP5K1A）是一种新发现的与癌症相关的circRNA，广泛参与胶质瘤，结肠癌，卵巢癌等多种癌症进展[3]。circPIP5K1A 可能作为癌症患者的早期诊断识别和应用有效的生物标志物，故本文对circPIP5K1A在多种肿瘤中的研究进展进行综述。

1 circRNA的生物学功能

1.1 circRNA充当miRNA海绵或竞争性内源性RNA

具有miRNA 结合位点的circRNA 可以直接与相应的miRNA 结合，作为竞争性内源性RNA（competing endogenous RNAs，ceRNAs）或miRNA海绵来抑制miRNA 活性，从而调控靶基因的表达。circRNA miR-7 海 绵（circular RNA sponge for miR-7，ciRS-7）是最早报道功能机制的circRNA 分子，研究人员通过对人类、小鼠和线虫的RNA 进行了测序和计算分析，检测到数千个在组织或发育阶段特异性表达良好、稳定的circRNA。其中ciRS-7被miRNA 效应复合物密集结合，并含有63 个古老miRNA miR-7 的保守结合位点。进一步分析表明，ciRS-7 在神经元组织中与miR-7 结合，在斑马鱼中过表达ciRS-7 表现出动物中脑受损，类似于敲除miR-7，这表明ciRS-7 能够充当miR-7 拮抗剂[4]。研究表明为了充当ceRNA 或发挥miRNA 海绵的功能，circRNA 要么包含许多miRNA 结合位点，要么在细胞质中具有较高的表达水平[5]。

1.2 circRNA参与转录调控

研究发现circRNA 通过RNA 介导的相互作用影响选择性剪接，从而调控靶基因表达。Li等[6]报道了一类与人类细胞中的RNA 聚合酶Ⅱ（RNA polymerase Ⅱ，Pol Ⅱ）相关的circRNA。此类circRNA 外显子呈环状，内含子“保留”在外显子之间，被命名为外显子-内含子环状RNA（exonintron circRNA，EIciRNA），其与常见circRNA 定位不同，主要定位于细胞核。EIciRNA 通过U-核小核糖核蛋白（U-small nuclear ribonucleoprotein，U-snRNP）和EIciRNA 之间的特异性RNARNA 相互作用将U1-snRNP 等因子固定在ElciRNA 上，然后EIciRNA-U1-snRNP 复合物在启动子处进一步与Pol Ⅱ转录复合物相互作用，增强靶基因表达。

1.3 circRNA作为蛋白质支架

circRNA 在其生命周期中经常与不同的蛋白质发生作用。circRNA 叉头框O3（circular RNA Forkhead box O3，circFoxO3）在小鼠非癌细胞细胞质中高度表达，它与细胞周期蛋白依赖性激酶2（cyclin-dependent kinase 2，CDK2）和周期蛋白依赖性激酶抑制剂1（cyclin-dependent kinase inhibitor 1A，p21）相互作用，形成circFoxO3-p21-CDK2 三元复合物并抑制CDK2 功能，这通常是细胞周期进展所必需的[7]。如circRNA 乙酰辅 酶A 羧化酶1（circular RNA acetyl-CoA carboxylase 1，circACC1）通过与AMP 激活的蛋白激酶（AMP-activated protein kinase，AMPK）β 和γ 调节亚基形成三元复合物，促进AMPK全酶的酶活性，在细胞对代谢应激的反应中起着关键作用[8]。

1.4 circRNA参与蛋白质翻译

由于5’和3’端的缺失，circRNA 一直被认为是非编码元件，一般情况下不具备翻译的功能，但是近年来研究发现circRNA 实际上可以编码调节肽，并且可能存在由circRNA 编码的隐藏蛋白质组，内部核糖体进入位点和N6-甲基腺嘌呤介导的帽非依赖性翻译起始被认为是circRNA 翻译的潜在机制[9]。2015 年，Abe 等[10]制备了具有无限开放阅读框的cricRNA，在缺乏核糖体，poly-A 尾巴和帽状结构参与的条件下在兔网织红细胞裂解液中被翻译成长蛋白，证明了circRNA 能够在活的人类细胞中有效地翻译产生丰富的蛋白质产物。2017 年，Legnini 等[11]报道了一种与成肌细胞增殖相关的circRNA——circRNA 锌指蛋白609（circular RNA zinc finger protein 609，circZNF609），它以剪切依赖和非帽依赖的方式被翻译成蛋白质，为真核生物中circRNA 编码的蛋白质提供了另一个例子。

2 circPIP5K1A在肿瘤中的作用机制

circPIP5K1A 来源于PIP5K1A 基因，是由PIP5K1A 基因第7～11 外显子反向剪接而成的724 个核苷酸的circRNA。circPIP5K1A 在多种肿瘤组织中过表达，并与肿瘤进展密切相关[3]。

2.1 circPIP5K1A与非小细胞肺癌

非小细胞肺癌（non-small cell lung cancer，NSCLC）是一种常见的致命恶性肿瘤，小分子酪氨酸激酶抑制剂和免疫疗法的使用在选定的患者中带来了前所未有的生存益处，但是NSCLC 的总体治愈率和生存率仍然很低。因此，需要继续探索新的可能的NSCLC 的治疗靶点，以扩大临床用药选择[12]。Zhang 等[13]使用circRNA 微阵列在NSCLC（n=3）和邻近肺组织（n=3）之间筛选肿瘤特异性circRNA，并通过实时荧光定量聚合酶链式反应（quantitative real-time polymerase chain reaction，qRT-PCR）在10 对癌和癌旁组织中进行验证，确定了circPIP5K1A 在NSCLC 组织中显著高表达。近年来，研究人员关注于circPIP5K1A 在NSCLC 中的作用机制。Chi 等[14]的体内研究显示circPIP5K1A 沉默抑制了肿瘤生长和肺转移。机制上，circPIP5K1A 可能作为miR-600 的海绵，进而促进低氧诱导因子-1α 介导的NSCLC 细胞转移和增殖。Wang 等[15]通过双荧光素酶报告系统和RNA pull-down 实验证实circPIP5K1A、miR142-5p 和胰岛素样生长因子1（insulin-like growth factors-1，IGF-1）的直接相互作用，沉默circPIP5K1A 可通过上调miR-142-5p 的表达并抑制IGF-1 的表达，从而抑制NSCLC 细胞增殖，促进细胞凋亡。Geng 等[16]的研究结果表明circPIP5K1A 在NSCLC 中作为肿瘤启动子，通过miR-136-5p/B 淋巴细胞瘤-2（B-cell lymphoma-2，bcl-2）轴促进NSCLC 的进展。因此，circPIP5K1A 主要是通过作为ceRNA或miRNA 海绵来抑制多种miRNA 的表达参与肿瘤进展。此外，circPIP5K1A 参与NSCLC 化疗耐药的进展。Feng 等[17-18]研究证实了circPIP5K1A作为ceRNA 负性调控miR-493-5p 和miR-101的表达，进而通过调节miR-493-5p/Rho 相关激酶1（Rho-associated protein kinase1，ROCK1）轴和miR-101/ATP 结合盒亚家族C 成员1（ATP binding cassette subfamily C member 1，ABCC1）轴调节NSCLC 患者顺铂化疗敏感性。这些发现表明circPIP5K1A 可以作为NSCLC 化疗耐药潜在的生物标志物。

2.2 circPIP5K1A与其他肿瘤

结直肠癌（colorectal cancer，CRC）是一种异质性疾病，探索新的靶点以及新型靶向药物开发成为了实施个体化治疗的关键要求[19]。Zhang 等[20]通过检测临床标本中circPIP5K1A 表达水平，发现circPIP5K1A 在CRC 组织和细胞系中显著上调。在CRC 细胞中敲低circPIP5K1A 后，细胞活力降低，侵袭和迁移能力受到抑制，而过表达circPIP5K1A 则表现出相反的作用。研究结果表明，circPIP5K1A/miR1273a 轴调控CRC 发生发展的致癌效应，为CRC 发病机制的研究提供了新的视角。卵巢癌是最致命的女性妇科癌症[21]。为了改善治疗，Sun 等[22]通过对卵巢癌细胞进行qRT-PCR 分析和Kaplan-Meier 生存分析，发现与邻近正常组织相比，circPIP5K1A 在肿瘤组织中过度高表达。此外，Sheng 等[23]发现circPIP5K1A 在顺铂耐药卵巢癌组织和细胞中高表达。机制上，circPIP5K1A 作为miR-942-5p 的海绵正向调控核因子I/B（nuclear factor I/B，NFIB）表达，挽救实验表明，circPIP5K1A沉默引起的抗癌和顺铂增敏作用是通过miR-942-5p/NFIB 轴实现的。神经胶质瘤是源于神经胶质祖细胞的固有脑肿瘤[24]。有研究发现circPIP5K1A在胶质瘤组织和细胞系中过表达。功能上，研究人员通过体内外实验证实过表达circPIP5K1A 显著增强胶质瘤细胞的增殖和侵袭能力。研究结果表明circPIP5K1A 通过调控miR-515-5p 介导的PI3K/AKT 轴调控脑胶质瘤的进展，是脑胶质瘤的潜在预后标志物[25]。

3 总结与展望

近年来，随着RNA 测序技术的迅速发展和广泛应用，研究人员发现许多外显子转录本可以通过非线性反向剪接或基因重排方式形成circRNA。本文总结了cirRNA 的基础生物学功能，并概述了circPIP5K1A 在多种肿瘤类型中的功能机制。circPIP5K1A 可以稳定存在于多种环境条件中，在多种癌症的早期诊断和预后中体现了其独特的价值。在目前的研究中，circPIP5K1A 主要是充当miRNA 海绵或ceRNA 调控下游相关靶基因的表达，并参与细胞增殖、调亡、自噬、氧化应激等生理功能从而调节肿瘤的发生。除了负性调控miRNA 表达之外，circPIP5K1A 的其他生物学功能与肿瘤发生发展的关系仍不明确，需要进一步研究其在肿瘤中的其他生物特性和作用机制。随着以核酸为基础的治疗工具的巨大进步，circPIP5K1A 作为未来癌症治疗的可靶向分子具有良好的发展前景。