环状RNA在消化系统疾病中的研究进展

胡 彤， 徐丽娟， 顾卓然， 庞 智

1.南京医科大学附属苏州医院(北区)消化内科，江苏 苏州215008； 2.中国医科大学临床医学系

环状RNA(circular RNA，circRNA)是一类新型的内源性非编码RNA。与线性RNA不同，circRNA是通过共价键形成不具有5′末端帽子及3′末端的闭合环状结构[1]。SANGER等[2]于1976年首次在植物病毒中发现circRNA，但其一直被认为是转录本异常剪接形成的中间产物或错误产物，未引起广泛关注。随着生物信息学和高通量测序技术的快速发展，研究[3]发现，circRNA广泛存在于真核细胞中，具有多种生物学功能，可能在多种疾病的发生、发展中起着重要作用，因而近年来逐渐成为RNA领域的研究热点。本文就circRNA在消化系统疾病中的研究进展作一概述。

1 circRNA的种类及成环机制

circRNA主要来源于蛋白质编码基因，也可由基因区间、反义转录本、tRNA及lncRNA等产生[4-5]。目前其产生机制和过程尚未彻底明确。研究[6]显示，不同于线性RNA，circRNA通过反向剪接将下游的剪接位点与上游的剪接位点反向连接，形成共价闭合的环状结构。目前根据其来源及构成序列不同分为3类：外显子circRNA(ecircRNA)、内含子circRNA(ciRNA)及由外显子和内含子共同形成的circRNA(ElciRNA)。其中，ecircRNA主要存在于细胞质中，其可通过外显子跳读形成套索结构驱动成环或内含子碱基互补配对驱动成环。ciRNA主要存在于细胞核中，其形成依赖靠近5′剪切位点附近长7 nt的富含GU的片段和分支点附近的长11 nt的富含C的片段[7]。LI等[8]研究指出,ElciRNA可能由于在内含子碱基互补配对驱动形成ecircRNA时保留了内含子序列。

2 circRNA的生物学功能

2.1miRNA海绵作用SALMENA等[9]于2011年提出了竞争性内源RNA(competing endogenous RNA，ceRNA)调控假说，具体为：mRNA、假基因及lncRNA等通过共同的miRNA应答元件(miRNA response element，MRE)竞争性结合miRNA，从而调控靶基因的表达，又称为miRNA“海绵作用”(miRNA sponge)。越来越多的研究[7]表明，circRNA可发挥miRNA“海绵”或ceRNA的作用。其中最具代表性的circRNA是小脑变性相关蛋白-1反义转录物(Cdr1as)，也称为ciRS-7。研究[10-11]发现，Cdr1as含有70多个miR-7的结合位点，可作为miR-7的海绵调控靶基因如EGFR、ACK1、IGF1R的表达，进一步调控各种癌症的发生。HANSEN等[12]研究发现，Y染色体性别决定区(SPY)编码的circRNA具有与Cdr1as类似的功能，其含有16个miR-138结合位点，通过竞争性结合miR-138发挥海绵体的作用，从而调控miR-138靶基因的表达。由此发现，circRNA的形成使miRNA海绵效应的存在成为一个普遍现象。

2.2调控基因转录和可变剪接几乎所有分布在细胞质中的circRNA都是由外显子产生的[13]；而ciRNAs和ElciRNAs主要位于细胞核中[7，12]，被认为更有可能作为基因表达的转录后调控因子。LI等[8]证实，ElciRNA通过U1 snRNP及RNA聚合酶Ⅱ相互作用，通过顺式调节促进其亲本基因的转录。此外，某些基因的剪切效率与circRNA水平呈负相关，意味着反向剪接的circRNA能够竞争性调控可变剪接。ASHWAL-FLUSS等[14]发现，circMBL由剪切因子MBL的第二外显子环化产生，其侧翼内含子上有很多MBL蛋白结合位点，能够与MBL蛋白特异性结合。两者结合能够促进circMBL的产生，从而竞争性抑制经典剪接。

2.3其他功能此外，circRNA还可与RNA结合蛋白(RBP)结合，参与蛋白质或RNA的转运、存储及一些复杂的装配[14]。虽然circRNA为非编码RNA，但某些circRNA(如丁型肝炎病毒的circRNA)也可作为蛋白质翻译模板，指导蛋白质的合成。相信随着circRNA研究的不断深入，更多的circRNA功能将会被发现。

3 circRNA在消化系统疾病中的作用

基于circRNA的功能，研究人员已经研究了circRNA在生理学和病理学中的作用。现有证据表明，circRNA与自噬[15]、细胞凋亡[16]和增殖[17]相关，表明circRNA可能在不同疾病中发挥重要作用。因此，circRNA有望成为疾病诊断的生物标志物或疾病治疗的靶点。

3.1消化系统肿瘤研究[18]表明，circRNA与多种消化道肿瘤密切相关。这些研究主要分为两大类：一类根据circRNA的表达使其成为鉴别癌症诊断的生物标志物，另一类则检测circRNA在癌症发生、发展中发挥的作用。

3.1.1 癌症诊断：早期诊断在癌症治疗中非常重要，癌症诊断领域长期以来一直是全球科学家的研究热点。随着circRNA的不断深入研究，研究人员认识到circRNA在这一关键过程中的潜在作用。circRNA具有以下显著特征：(1)广泛存在于人体细胞中，有时其表达水平甚至超过线性RNA的10倍[13]；(2)circRNA呈闭合环状结构，因此不易被核酸外切酶RNase R降解，比线性RNA更稳定[19]；(3)多数circRNA在不同物种间具有保守性[13]；(4)circRNA表达具有细胞组织特异性和发育阶段特异性[6]；(5)不仅在肿瘤组织中，在血液、唾液中都能检测到circRNA[20-21]。这些特征使得circRNA有望成为癌症诊断的生物标志物，且已有大量相关文献被报道(见表1)[22-25]。

表1 可作为癌症生物标志物的circRNATab 1 circRNAs as potential biomarker for cancer

3.1.2 癌症治疗：迄今为止，已经证实circRNA可调节癌细胞的生长、凋亡和细胞周期，表明circRNA可能成为新型的癌症治疗靶点。

circRNA与结直肠癌(CRC)：CRC是第三常见的恶性肿瘤，其死亡率较高。GUO等[26]研究发现，与成对的相邻组织相比，hsa_circ_0000069在CRC组织中呈高表达，随后的功能分析证实，敲低hsa_circ_0000069抑制细胞增殖、迁移和侵袭，并通过诱导G0/G1期影响细胞周期，这表明hsa_circ_0000069可能是CRC治疗中的一个有前景的靶点。circCCDC66和circ-BANP也在CRC组织中过表达，且在CRC中发挥相似作用[27-28]。相反，hsa_circ_001988在CRC组织中表达下调，且其与肿瘤分化程度和神经浸润程度显著相关[29]。HUANG等[24]报道CRC组织中cir-ITCH表达明显下调，进一步研究发现，cir-ITCH可通过竞争性吸附miR-7和miR20a负调控Wnt/β-catenin信号通路从而抑制CRC细胞增殖。上述结果表明，circRNA可作为治疗CRC的新靶点。

circRNA与胃癌：胃癌在我国消化系统恶性肿瘤中发病率居首位。最近的研究证实，circRNA在胃癌的发生、发展中发挥作用[22-23]。LI等[22]发现，与邻近的非肿瘤组织相比，胃癌组织中hsa_circ_0000096显著下调。进一步分析表明，hsa_circ_0000096可通过抑制细胞周期蛋白D1、CDK6、MM9-2和MMP-9的表达来抑制胃癌细胞的增殖和迁移。然而，这项研究并未阐明分子调控机制。最近研究[23]发现，circPVT1在胃癌患者中表达上调并作为海绵吸附miR-125从而促进细胞增殖。另外，ZHANG等[30]研究显示，circ_100269在胃癌组织中下调并且通过靶向miR-630来抑制细胞增殖。ZENG等[31]发现，circLARP4在胃癌组织中下调，并通过上调miR-424靶基因LATS1来抑制细胞生长和肿瘤侵袭。

circRNA与肝细胞肝癌(HCC)：HCC是第五大常见癌症，全球每年约有740 000人被诊断为HCC，每年死亡人数约为700 000[32]。通过分析HCC组织中circRNA表达谱后发现，circMTO1(hsa_circRNA_0007874/hsa_circRNA_104135)在HCC组织中显著下调，且其下调程度与患者存活时间呈负相关[33]。进一步研究发现，沉默circMTO1可导致其下游靶点miR-9的靶基因p21的下调，且此过程可以被miR-9抑制剂阻断，表明circMTO1-miR-9-p21流程在HCC细胞增殖及侵袭过程中起作用，circMTO1可能是HCC治疗的潜在靶标。YAO等[34]发现，circZKSCAN1在HCC组织中的表达显著低于相邻的非肿瘤组织。circZKSCAN1通过介导几种与癌症相关的信号通路抑制HCC细胞生长、迁移和侵袭。此外，hsa_circ_0004018、circRNA_100338和circRNA_000839也可能在HCC发展中起作用[35-37]。

3.2消化系统非肿瘤性疾病circRNA在消化系统非肿瘤性疾病中的研究也有报道。PENG等[38]研究了circRNA与先天性巨结肠症之间的关系，发现cir-ZNF609通过miR-150-5p/AKT3途径参与先天性巨结肠症的发病机制。JIN等[39]研究了可用于非酒精性脂肪性肝炎诊断的生物标志物的circRNA和mRNA谱，并预测了可能的circRNA-miRNA-mRNA网络来分析非酒精性脂肪性肝炎的病原体。此外，CHEN等[40]发现，hsa_circ_0071410通过靶向miR-9-5p促进辐射诱导的肝纤维化中的肝星状细胞活化。GUO等[41]进行了类似的研究，发现circRNA_021412通过miR-1972/LPIN1信号传导诱导肝脂肪变性。另有研究[42]指出，circRNA_0046366水平与肝细胞脂肪变性及脂质过氧化呈负相关，其机制可能与靶向结合miR-34a，解除PPARα的表达抑制相关。

4 展望

circRNA是非编码RNA家族中的一员，如今正受到越来越多的关注。但目前人们对circRNA领域的研究才刚刚起步，想要阐明其生物学功能和具体机制还需更多的研究。circRNA的广泛性、保守性、细胞组织特异性和发育阶段特异性等特征，都预示着其有望成为疾病诊断的生物标志物或治疗的靶点。相信随着科研人员的不断努力及相关研究技术的不断提高，circRNA的研究和应用将获得全面、长足的发展。