张蕾 查显丰 温旺荣
急性髓细胞性白血病(Acute Myeloid Leukemia AML)是造血干细胞的恶性疾病,其特征是髓系谱系异常分化的胚细胞的克隆扩增。未成熟骨髓细胞的异常增殖导致未成熟祖细胞(成纤维细胞)的积聚,损害了正常的造血功能,导致严重的感染,贫血和出血[1]。随着年龄增长发病率越高,多发生在老年人群[2]。目前国际上主要通过细胞形态学(Morphology)、免疫学(Immunology)、细胞遗传学(Cytogenetics)和分子生物学(Molecular biology)分型,即MICM 分型对AML 进行诊断以及预后监测。随着分子生物学技术的发展,越来越多的与AML 发病相关的生物分子被发现,有望成为AML诊断和预后监测的标志物。环状RNA(Cirular RNA,CircRNA)作为近年研究热门的生物分子,具有丰度高、进化保守性、高特异性及高稳定性特点,可作为优良的疾病诊治的生物标志物[3]。很多研究已经表明,癌症的发生和进展与circRNAs 表达失调有关,尤其是在实体肿瘤中已经有较多的研究,比如胃癌[4]、结直肠癌[5]、肺癌[6]、乳腺癌[7]等。近期在AML 中也发现多种与肿瘤发生发展密切相关的circRNAs,本文主要对这些circRNAs在AML 中诊断和预后中的研究现状进行综述,旨在探讨circRNAs 在AML 中诊断和预后监测中的应用价值。
CircRNA 是具有共价闭合环状同种型的单链ncRNA 家族,是由前体mRNA(pre-mRNA)生成的,由下游的5′剪接位点与上游的3′端连接在一起,因此既没有5′至3′端极性,也没有多聚腺苷酸尾。并且所得到的circRNA 仍旧通过3′-5′磷酸二酯键连接[8]。目前认为circRNA 的形成主要有四种:内含子配对驱动环化套索驱动环化内含子自身驱动环化RNA 结合蛋白(Retinol-Binding Protein,RBP)或反式因子驱动环化[9]。CircRNA 具有种类丰富[10,15]、进化保守及组织特异性[17]、结构稳定[3,11]等特点,能在细胞中稳定存在[12]。CircRNA 的最突出功能是其作为miRNA 海绵的作用,可通过抑制miRNA 活性来调节靶基因的表达[13],circRNAmiRNA 调控基因网络在癌症进展和治疗功效中起到至关重要的作用;除了能够与miRNA 相互作用外,circRNA 还可作为蛋白质诱饵来影响细胞功能[14,15];还可以作为转录和剪接的调节因子,Li等[9]就发现一类与人类细胞中的RNA聚合酶II(Pol II)相关的EIciRNA 可能与U1 小核核糖体蛋白(U1 snRNP)形成EIciRNA-U1 snRNP 复合物在亲本基因启动子处进一步与Pol II 转录复合物相互作用,促进亲本基因的转录,起到顺势调节的作用;可能参与翻译蛋白质及加工核糖体,研究发现某些circRNA 可能编码的几种肽可参与到癌细胞增殖过程,并能够与核糖体结合翻译蛋白[16]。另外有研究发现环状反义非编码RNA(circANRIL)可以通过控制核糖体RNA(rRNA)成熟来赋予动脉粥样硬化保护作用和调节动脉粥样硬化的途径[17]。
在白血病中,染色体易位常导致基因融合。融合circRNA(f-circRNA)的发现及其功能研究为了解白血病的机理和为患者量身定制疗法创造了新的见解。Guarnerio J[18]等猜测并验证了带有染色体易位的肿瘤也带有来自重排基因组的circRNA:异常融合circRNA(f-circRNA),并进一步研究了两种类型AML 中的PML-RARα 和MLL/ AF9 融合基因产生的多个f-circRNA。通过小鼠实验发现f-circM9 不足以独自导致白血病发生而是可能与其他致癌刺激物(例如MLL-AF9 融合蛋白)结合,促进体内白血病发生。另外进一步研究发现,沉默内源性f-circRNA 会诱导癌细胞会发生凋亡,这说明f-circRNA 有望成为抗肿瘤药物的重要靶标。f-circRNA 的发现及其功能研究为了解白血病的机理和为患者量身定制疗法创造了新的方向。
核蛋白(nucleophosmin/nucleoplasmin family,member1,NPM1)是AML 中最常见的突变基因之一,具有原癌基因和抑癌特性,可通过编码多功能伴侣蛋白来参与核糖体的生物发生以及细胞凋亡和细胞增殖。CircNPM1 位于5 号染色体上。Hirsch[19]等 通 过RNA-Seq 的转录 组 分析探索了NPM1 的circRNA 变体,并定量检测了NPM1 野生型和突变的AML 中的circRNA hsa_circ_0075001,发现hsa_circ_0075001 表达与总NPM1 表达呈正相关,但与NPM1 突变状态无关。Hsa_circ_0075001 表达的高与低定义了以不同的基因表达模式为特征的患者亚组,例如在hsa_circ_0075001 高表达情况下Toll 样受体信号转导途径的成分表达较低。这些发现将有助于通过circRNA表达谱区分不同的AML 亚组,并为探索白血病细胞的生物学特性提供新的见解。
波形蛋白(VIM)是III 型中间丝(IF)蛋白的主要成分,由VIM基因编码,并在内皮细胞和其他间充质细胞中普遍表达。VIM在重要的生理和病理过程中至关重要,例如黏附,迁移,细胞信号传导,炎症,神经突扩展和血管形成[20],可能与肿瘤的生长,浸润和不良预后有关[21]。circ-VIM是VIM基因的circRNA,位于10 号染色体上。Yi[22]等检测了113 例AML 患者和42例健康对照者骨髓标本中的circVIM,发现与对照组相比,circVIM在AML中显着上调,并且与白细胞(WBC)计数呈正相关。circVIM表达的上调说明其可能作为有前途的生物标志物,用于AML 的诊断。生存分析进一步表明,在全队列AML,非急性早幼粒细胞白血病AML 和细胞遗传学正常AML 患者中,过表达的CircVIM与总体生存期(OS)和无白血病生存期(Leukemia-Free Survival,LFS)显着缩短有关。多变量分析还显示,Circ-VIM过表达是AML 患者OS和LFS 的独立不良预后因素,它可能有助于预测生存期较低,并且可能作为AML 治疗结果的评估标准。
CircRNA-DLEU2(hsa_circ_0000488)位于13号染色体。Wu[23]等研究发现,在AML 组织和细胞中circRNA-DLEU2 被上调,circRNA-DLEU2 抑制miR-496 表达并促进PRKACB(蛋白激酶依赖cAMP 的催化β,是Ser/Thr 蛋白激酶家族的成员,是cAMP/PKA 诱导的信号转导的关键效应子,参与许多细胞过程包括细胞增殖,凋亡,基因转录,代谢和差异化。)表达。miR-496 拮抗PRKACB 对MOLM-13 细胞增殖和凋亡的影响,进而判断circRNA-DLEU2 通过抑制miR-496 和促进PRKACB表达来促进人AML。另外还发现circRNADLEU2 加速了体内AML 相关肿瘤的形成。通过靶向miR-496/PRKACB 通道,circRNA-DLEU2 可以作为人类AML 的新型生物标志物和治疗靶标。
CircPAN3(源自PAN3基因转录本;基因符号mmu_circ:chr5:147450653-147488258),是通 过Pan3pre-mRNA 的反向剪接产生的。Zhu[24]等发现小鼠和人的Lgr5+肠道干细胞(Lgr5+ISCs)与免疫细胞相关的circPan3 高表达,Lgr5-GFP+ISC中的circPan3 通过隐窝ILC2 介导的IL-13-IL-13R信号传导来促进ISC 自我更新能力。另外,Shang[25]等发现具有化学敏感性和化学抗性的AML 细胞之间差异表达的circRNA-circPAN3 可能通过circPAN3-miR-153-5p/ miR-183-5p-X 连锁的凋亡蛋白抑制剂(XIAP)轴而成为化学耐药性的关键介体,证明CircPAN3 可以作为预测AML 患者化疗临床疗效的重要指标,并且还可以作为逆转AML 耐药性的潜在靶标。随后通过进一步的生物信息学分析和机制实验发现,circPAN3 可能通过调节自噬和影响凋亡相关蛋白的表达来促进AML 耐药,而AMPK/ mTOR 信号传导在circ-PAN3 对自噬的调节中起关键作用。这些发现可能为circRNA在介导AML 耐药中的作用提供新的重要见解[26]。
Hsa_circ_0004277 位于10 号染色体,位于相同染色体上的WDR37 是Hsa_circ_0004277 的线性同工型。它们与细胞凋亡,信号通路和细胞周期有关[27]。Li[28]等借助circRNA 芯片,证明了circRNA在急性髓细胞性白血病患者中的表达谱,并鉴定了大量可能以白血病特异性方式表达的circRNA。并在115 个人类样品的队列中对下调的circRNA hsa_circ_0004277 进行了表征和功能评估,发现化学疗法可以显着恢复hsa_circ_0004277 的表达,表明hsa_circ_0004277 的水平升高与成功的治疗相关。除了分析AML 患者和健康对照之间的circRNA,他们还进行了高风险和低风险AML 亚组之间的比较,发现有5 个circRNA 失调,尤其是在低危亚组中,这可能有助于AML 风险状况评估。因此根据AML 的进展阶段,hsa_circ_0004277 的动态表达,结合ROC 曲线分析,hsa_circ_0004277 很可能是AML 中的诊断性生物标志物或治疗靶标。
近年来越来越多的研究人员开始探索与AML相关的circRNA。范[29]等发现hsa_circ_100290 在AML 临床样本中高表达,并通过靶向miR-203/Rab10 轴确定了hsa_circ_100290 在AML 细胞增殖和凋亡中的关键调节作用。不同于其他研究者对比AML 与健康人之间差异表达的circRNA,Ping L[30]等通过circRNA 测序鉴定AML 患者和缺铁性贫血(对照)的骨髓样品中差异表达的circRNA,发现AML 患者的circ_0009910 明显上调,进行进一步的体内外实验表明,敲除circ_0009910 通过使miR-20a-5p 海绵化,抑制细胞增殖并诱导凋亡,因此可作为AML 的新结局生物标志物,circ_0009910和miR-20a-5p也可能都是未来AML治疗的潜在治疗靶标。一种来自ANAPC7 基因位点的circRNA(hsa_circRNA_101141),也称circ-ANAPC7,是有前途的AML 生物标志物,它可能通过充当miR-181家族的海绵参与AML 的发病机制[31]。细胞遗传学和分子遗传学特征是AML 患者的重要预后因素。由8 号染色体上PVT1 的外显子2 产生的Circ-PVT1 通常伴随着8q24 扩增子。扩增后的AML 患者(AML-amp)中circ-PVT1 的表达水平显着高于正常核型的患者。在AML-amp 病例中发现与8q24 扩增基因有关的转录后嵌合体和circRNA,可能会拓宽我们对人类白血病潜在机制的探索[32]。
随着高通量测序技术以及生物信息学的发展,人们对circRNA 的认知和了解也越来越深入,积极探索了circRNA 的形成潜在机制、生物信息学功能、在体内作用的机制。不同的circRNA 的不表达谱与临床特征有关,尤其是在肿瘤的发生发展、转移和复发中表现出越来越重要的地位,使其成为疾病研究的主题之一。本文主要阐述与总结了AML 中circRNA 的相关研究,我们了解到circRNA在AML 中可能起到早期诊断的生物标记物作用,并在疾病的发生发展以及与AML 相关的体内肿瘤有关,对AML 的治疗以及相关药物的耐药性研究也有重要的意义,同时可能是疾病疗效观察和预后的重要检测目标。但由于目前缺乏对circRNA 缺乏全面的了解以及实验研究缺乏相应的标准规范,因此需要通过更深入的研究,以及通过总结归纳制定出相关的实验研究范本,并积极探索circRNA在疾病诊断中的更明确的作用,期望基于circRNA 的相关药物早日应用到临床之中。