环状RNA在肿瘤发生发展过程中的作用

李欣 张金凤 周丽艳

(吉林工程职业学院，吉林 四平 136001)

环状RNA(circular RNA)在真核细胞基因表达过程中起到重要的调控作用〔1～3〕。最近的研究表明，circRNA在肿瘤的发生、进展和治疗抵抗过程中同样发挥着重要的基因调控功能〔4～6〕，可以作为肿瘤抑制剂或加速器发挥作用〔5〕。随着高通量测序技术的发展，已经可以很容易的比较circRNA在肿瘤组织和癌旁组织中表达水平的差异。截至目前，已经发现数千个在肿瘤组织表达水平明显变化的circRNA〔7〕。与线性RNA不同，circRNA的结构是共价闭合的环，在5′-3′端口没有尾部，这一结构能够抵抗RNA酶的消化，使其保持完整结构〔2，8～10〕。因此，circRNA是肿瘤诊断、监测和预后的理想的生物标志物。circRNA主要可以分为3中：外显子来源的circRNA、内含子来源的circRNA及内外外显子混合来源的circRNA，其在肿瘤发生过程中的调控作用是一个十分复杂的分子调控网络。由于circRNA的表达水平具有组织特异性等特点，并且在病理条件下其表达水平变化显著，这些特点使得其在人类疾病和肿瘤中的作用具有重要的研究价值〔11，12〕。虽然circRNA参与基因调控的确切作用和机制仍有待研究，但是circRNA具有作为疾病和肿瘤生物标志物和新治疗靶标的潜力。本文将针对circRNA在肿瘤发生发展过程中的作用及相关研究进展进行简要综述。

1 circRNA在肿瘤中的作用机制

1.1内源竞争RNA机制 关于circRNA发挥生物学功能的机制有很多假说，其中最受关注的是内源竞争RNA(ceRNA)机制，这一假说认为circRNA能够特异性识别微小RNA(miRNA)的应答元件(MREs)并与miRNA互补结合，作为miRNA海绵吸附miRNA〔13〕，从而降低miRNA的表达水平，抑制其生物学功能，调节转录或转录后水平的基因表达〔5，14，15〕。miRNA的重要功能是之一就是调节靶基因mRNA的表达水平〔16〕。在ceRNA网络中研究最多的miRNA之一是miR-7，最新的研究表明miR-7的表达水平受到ciRS-7的调控。miR-7可以直接下调表皮生长因子受体(EGFR)，P21激活的激酶-1(Pak1)，胰岛素受体底物(IRS)-1，磷酸肌醇3-激酶催化亚基(PIK3CD)及哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mTOR)等肿瘤相关基因〔17〕。在某些条件下，RNA结合蛋白(RBP)可以作为circRNA形成的调节激活剂或抑制剂〔18〕。RBP可以影响前体mRNA形成，mRNA转换和翻译等过程，并且在多种癌症及其他疾病中发挥作用〔19〕。

1.2融合circRNA在肿瘤中的作用 肿瘤细胞复制过程中发生的染色体易位能够产生异常的融合-circRNA(f-circRNA)〔20〕。致癌融合蛋白是由两个分离的基因连接在一起而形成，导致融合基因的形成和突变蛋白的产生，这种融合蛋白可导致癌症发生和进展〔21～23〕。Barrett等〔24〕的研究发现，在circRNA形成过程中同样会发生这种基因融合现象，产生f-circRNA。F-circRNA由不相关的内含子序列组合在一起形成，从而发挥新的反向调节作用。Guarnerio等〔20〕通过RNA-seq检测证实了肺癌中f-circRNA存在EML4/ALK1易位和与Ewing肉瘤相关的EWSR1/FLI1易位。应用细胞系模型进行的体外实验发现，f-circRNA能够激活PI3K和MAPK信号转导通路，促进癌症发展的原始致癌和促增殖〔9〕。此外，f-circRNA也能够增加肿瘤细胞对治疗的抵抗性，体外研究显示在用三氧化二砷(ATO)处理白血病细胞时，f-circM9能够对白细胞起到保护作用〔3〕。实际上，在克服肿瘤细胞治疗抗性的过程中，靶向抑制f-circRNA比靶向抑制circRNA的效果更为明显。

1.3circRNA可作为肿瘤分子标志物 检查与癌发生有关的信号传导通路，可以筛选出可用作肿瘤分子标志物的circRNA。例如，circRNA在Wnt/β-连环蛋白通路的调节过程中起到重要的调控作用〔25〕。Wnt信号传导通路是参与肿瘤进展的重要机制之一〔26〕。如果确认circRNA调节该通路，则可以通过靶向抑制circRNA的方法阻断该通路，抑制肿瘤生长和发育。许多研究已经证明，ciRS-7在肿瘤组织中的过表达可以抑制miR-7，并激活EGFR和RAF1癌基因。这些结果进一步验证了circRNA在癌症发生和发展中发挥着重要的基因调控作用〔27〕。此外，circRNA也参与了PI3K/ATK和Raf/MEK/ERK等通路的调节过程。

2 circRNA与不同肿瘤之间的关系

2.1胃癌 尽管许多发达国家的胃癌发病率呈明显下降趋势，但胃癌仍然是世界范围内由于癌症导致死亡的主要原因之一。Li等〔28〕的研究认为hsa_circ_002059与胃癌的发生之间存在潜在的相关性。与正常对照相比，胃肿瘤组织中hsa_circ_002059表达量显著下调。此外，在患有胃癌的患者的血浆样品中可检测到游离的hsa_circ_002059分子，并且与健康对照相比，血浆中的游离hsa_circ_002059含量也显著下调。hsa_circ_002059的表达水平还与性别、年龄病理分期、远处转移等临床和病理特征相关。同样，Chen等〔29〕已经鉴定出在胃癌组织中circPVT表达水平上调，并通过特异性吸附miR-125，进而促进细胞增殖。

2.2结直肠癌(CRC) CRC是世界范围内发病率第三的恶性肿瘤，在肿瘤中死亡率也排名第三。Bachmayr-Heyda等〔30〕比较了患者的正常黏膜组织和肿瘤组织样品中的circRNA表达水平，研究发现大多数circRNA呈下调趋势。随机选择5个circRNA验证其表达水平变化趋势，结果表明与正常结肠黏膜组织相比，5个circRNA中的4个在肿瘤组织中的表达水平降低，其中仅有一个circRNA(circ6229)变化水平具有统计学差异。Dou等〔31〕在针对KRAS突变型CRC的研究中发现，与KRAS野生型CRC相比，KRAS突变型CRC肿瘤细胞中circRNA表达水平下调更为显著。类似研究还发现cirITCH在CRC组织中也呈下调趋势〔25〕。 cirITCH特异性吸附miRNA并提高ITCH基因的表达水平。ITCH基因参与Wnt/β-连环蛋白途径，其与CRC的发生和进展相关〔32〕。

2.3膀胱癌 膀胱癌起源于膀胱上皮细胞，是全球第九大常见肿瘤。Zhong等〔33〕使用高通量微阵列鉴定膀胱癌中circRNA的表达特征，他们以癌旁非肿瘤组织为对照，鉴定了2个在肿瘤组织中显著下调的circRNA(circFAM169A，circTRIM24)和4个在瘤组织中显着上调circRNA(circTCF25，circZFR，circPTK2和circBC048201)。此外还发现，circTCF25通过miRNA海绵作用下调肿瘤组织中的miR-103a-3p和miR-107，从而导致CDK6表达水平升高，这与膀胱癌的发展密切相关〔33〕。

2.4肝细胞癌(HCC) HCC是肝脏的原发性恶性肿瘤，主要发生在潜在的慢性肝病和肝硬化患者中。研究显示与癌旁正常组织相比，在HCC中circRNA的表达水平失调〔7〕。Qin等〔34〕发现与对应的癌旁正常肝组织相比，hsa_circ_0001649的表达水平显着下调。同时，Shang等〔35〕研究发现与癌旁正常组织相比，hsa_circ_0005075在HCC中显着上调。同样，Yu等〔36〕研究发现ciRs-7的表达水平在HCC肿瘤组织显著上调。

2.5其他癌症 研究发现，与癌旁正常组织相比，食管癌和肺癌组织中circRNA的表达水平降低〔37，38〕，上消化道癌症、胰腺癌中circRNA的表达水平异常〔39〕。在前列腺和肾细胞癌等肿瘤组织中circHIPK3的表达水平显著上调〔7〕。此外，通过靶向抑制癌基因相关的circRNA，还可能有助于开发克服治疗相关耐药性的新方法〔37，38〕。最近的研究表明，circHIAT1作为转移抑制剂起到抑制雄激素受体增强的肾细胞癌细胞迁移和侵袭的作用，并且可以通过增加circHIAT1表达以靶向抑制雄激素受体，从而抑制肾细胞癌的侵袭和迁移能力〔40〕。

目前为止，已经发现并验证了数千种具有特定功能的circRNA。随着人们对circRNA分子作用机制更透彻的研究及对复杂circRNA分子调控网络的进一步探索，circRNA将为研究细胞发育、疾病形成和肿瘤发生机制等领域提供新的重要的见解。