环状RNA与癌症关系的研究进展

房树志，房远

中国人民解放军第264医院，山西 太原 030001

RNA家族可分为编码RNA和非编码RNA两大类，而其中非编码RNA包括长链非编码RNA（lncRNA）、核 糖 体 RNA（rRNA）、转 运 RNA（tRNA）、核小RNA（snRNA）及微小RNA（miRNA）等。有一类特殊的非编码RNA，不存在5′和3′端，呈闭合环状结构，这就是环状RNA（circular RNA，circRNA）[1]。20世纪 70年代，环状 RNA 在病毒中首次被发现，随后在真核细胞中也发现环状RNA的存在，但由于技术水平限制，环状RNA被认为是垃圾分子、“暗物质”[2]。随着科学技术的发展，尤其是二代测序技术的应用，人们发现环状RNA在真核细胞中广泛存在，并具有一定的生物学功能。

1 环状RNA的特点

由于其特殊的环状结构，环状RNA不具有5′端帽子结构和3′端polyA尾，不易被核酸外切酶RNaseR降解，与其他非编码RNA相比可以更稳定地存在[1，3]。大部分环状RNA由外显子形成，少数来源于内含子或内含子片段，然而同一个基因序列既可以转录成线性RNA，又可以转录成环状RNA。大部分环状RNA定位于细胞质中，少数定位于细胞核内，具有很强的组织、时序和疾病特异性[1，4]。如ciRS-7在脑组织中高表达，而在其他组织中表达量很低。多数环状RNA为高度保守序列，仅有少数在进化上不保守[5]。

2 环状RNA的功能

多数环状RNA能在转录或转录后水平发挥调控作用，少数只能在转录水平发挥作用[1]。环状RNA可以充当miRNA分子海绵，与miRNA相互作用。2014年，发表在《Nature》上的一篇文章首次证实了环状RNA具有特异性结合miRNA的功 能[2]。 环 状 miRNA ciRS-7（circularRNA sponge for miR-7）上有超过70个miR-7的结合位点；进一步功能研究发现ciRS-7能够强烈抑制miR-7的活性，进而激活miR-7的下游基因；并且，还发现环状RNA SRY-9可以作为miR-138的分子海绵[6]。这表明环状RNA作为miRNA的分子海绵可能是一个普遍现象。此外，环状RNA还可以通过竞争性调控经典RNA剪接、与snRNA或RNA合成酶Ⅱ相互作用等功能，参与转录及转录后调控[7-8]。

3 环状RNA与癌症

研究显示，在多种癌症组织与癌旁正常组织中，环状RNA的表达存在差异，说明环状RNA可作为新兴肿瘤生物标志物，并可能参与肿瘤发生发展过程中的基因调控。

3.1 环状RNA可作为新兴癌症生物标志物

Fu等[9]采用高通量测序技术获得环状RNA在肝细胞癌中的表达谱，并通过q-PCR技术证实环状RNA hsa_circ_0004018在肝细胞癌中的表达量明显低于癌旁正常组织；并且，hsa_circ_0004018的低表达与一些临床指标存在相关性，如血浆AFP、肿瘤直径、分化和TNM分期等；更为重要的是，从肝炎组织到肝硬化组织再到肝癌组织，hsa_circ_0004018的表达量呈梯度降低，在肝癌组织中的表达量明显低于前两者，说明hsa_circ_0004018存在肝细胞癌阶段特异性表达特征。

Li等[10]通过对比101对胃癌组织与癌旁正常组织中环状RNA水平，发现hsa_circ_002059的表达量在胃癌组织中明显降低（P＜0.001）。在36对术前术后胃癌患者血浆中，环状RNA hsa_circ_002059的表达水平也明显不同，ROC曲线下面积可达到0.73。更重要的是，hsa_circ_002059的表达与胃癌关键临床指标有很强的相关性，如远处转移（P=0.036）和TNM分级（P=0.042）。因此，Li等指出环状RNA has_circ_002059可作为一种新型的稳定的生物标志物，并在胃癌的临床诊断中得到应用。

Xuan[11]通过基因芯片分析技术，对比了4对食管鳞状细胞癌组织及癌旁正常组织中环状RNA的表达，发现在698个被检测到的环状RNA中，302个在癌症组织中呈上调趋势，396个在癌组织中呈下调趋势。随后，作者通过qRT-PCR技术进一步检测明显上调的环状RNA hsa_circ_100855，结果显示hsa_circ_100855在癌症组织与癌旁正常组织中的表达存在明显差异，并且在TNM 3～4期和颈淋巴结转移或分化差的病人中的表达量更高，说明hsa_circ_100855可以作为预测、诊断食管鳞状上皮癌生物标志物。

三期胃癌根治性术后常有复发，因此Zhang等[12]希望通过研究环状RNA这种新型的生物标志物，预测三期胃癌根治术后的复发情况。作者从3071个环状RNA中挑选46个在胃癌组织和癌旁正常组织中存在差异的环状RNA，其中8个在复发病人癌灶和癌旁正常组织中存在明显差异。在随后的队列研究中，通过单因素及多因素cox回归分析，发现4个环状RNA，即hsa_circ_101308、hsa_circ_104423、hsa_circ_104916、hsa_circ_100269的表达差异最为明显。作者依据此4个环状RNA，将胃癌病人分为高危组和低危组。在测试队列和验证队列中，高危组术后复发率明显高于低危组。因此，作者认为以这4个环状RNA为基础建立的分类方法，对于三期胃癌术后复发的早期预测有一定的指导意义。

3.2 环状RNA在癌症发生、发展中的作用

环状RNA可以作为分子海绵结合miRNA，从而在转录后水平调节基因的表达，参与癌症的发生发展。

Li等[13]证实circ-ITCH作为miRNA分子海绵，具有多个miRNA结合位点，包括miR-7结合位点、miR-17结合位点和miR-214结合位点等。并且，这些miRNA常常与癌症有关，如miR-7表达水平的升高与食管鳞状上皮癌相关，miR-17可以作为诊断食管鳞状上皮癌的生物标志物，miR-214在卵巢癌和胃癌中表达升高，miR-216b在鼻咽癌发生中起抑制作用。此外，circ-ITCH可提高ITCH的水平，激发泛素介导的磷酸化Dvl2降解，从而抑制在癌症中发挥重要作用的Wnt/βcatenin通路。致癌基因c-Myc是Wnt信号通路的下游靶点，作者证实环状RNA circ-ITCH可以影响c-Myc的表达。

Xie[14]等发现，环状RNA circ_001569虽然不能影响miR-145的表达，但可影响其转录，从而提高miR-145下游靶点（E2F5、BAG4、FMNL2）的表达水平。E2F5、BAG4、FMNL2在结直肠癌癌组织中高表达，并在结直肠癌的发生发展中起重要作用。这些靶点通过抑制细胞周期停滞及细胞凋亡，从而至少部分上促进结直肠癌癌细胞的生长，并可以提高结直肠癌癌细胞的侵袭能力。

Zhong等[15]通过基因芯片技术，发现环状RNA circTCF25在膀胱癌中的表达与癌旁组织存在明显差异。并且circTCF25可成为miR-103a-3p、miR-107的分子海绵，而 miR-103a-3p、miR-107与13个增殖、转移及侵袭相关的靶点功能上调有关。随后，作者证实circTCF25的过表达能够下调miR-103a-3p及miR-107，提高CDK6表达，从而促进体内、外癌细胞的增殖和转移。此研究为探讨环状RNA在膀胱癌中的作用打下了基础。

Zhang等[16]发现，hsa_circ_100269在胃癌组织中的表达量明显降低（P＜0.01）。随后，作者通过使用Target-Scan和miRanda预测到miRNA-630可与hsa_circ_100269结合，并发现miR-630在胃癌组织中高表达（P=0.006），与hsa_circ_100269的表达量明显负相关（r=-0.688）。Zhang等通过双萤光素酶报告系统证实miR-630是hsa_circ_100269作用的直接靶点。并且，在hsa_circ_100269表达的细胞中，miR-630表达量降低，胃癌细胞的增殖受到抑制。说明环状RNA hsa_circ_100269可通过与mi630相互作用，参与胃癌的发生发展。为环状RNA参与疾病过程机制提供了新思路。

4 结语

目前，环状RNA的研究仍处于起步阶段，而癌症是一种复杂疾病，其发生发展与多种因素相关。现阶段研究表明环状RNA具有成为癌症生物标志物的潜能，并参与癌症调控。更加深入的机制研究可为癌症的诊断与治疗打开新局面。

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