circRNA在犬乳腺肿瘤分子机制中的应用前景

吴居业，贾 坤

（华南农业大学兽医学院，广东 广州 510642）

犬乳腺肿瘤主要是发生在未绝育的雌犬上，约占犬肿瘤疾病发病率的一半，其恶性程度比较高，并且有肿瘤转移的倾向，严重降低患犬的生活质量，甚至危害犬的生命健康[1-2]。目前对犬乳腺肿瘤的诊断方法主要有超声检查[3]、X射线检查[4]、组织病理学检查[5]等。虽然这些诊断方法在一定程度上可确定疾病的发展阶段，但如何做到早诊断、早预防和针对性治疗，依然是研究犬乳腺肿瘤的一大难题。临床上最常用治疗犬乳腺肿瘤的方法是手术切除和化疗[6]，具有一定的局限性。犬乳腺肿瘤的早期症状不明显，确诊的犬往往处于肿瘤发生的中晚期。因此，需要精确、快速的诊断方法和针对性强的治疗方法才能解决上述问题，从分子机制上揭示犬乳腺肿瘤的进展至关重要。

目前，现有研究未能清晰地揭示犬乳腺肿瘤的发生发展机制。circRNA作为一种具有特殊的生物学特性和巨大调控潜力的非编码RNA分子，已经被广泛应用于各种癌症的研究。所以circRNA在犬乳腺肿瘤分子机制研究中可能同样具有很大的应用前景。文章综述circRNA在犬乳腺肿瘤分子机制研究的应用前景，为深入探索circRNA在犬乳腺肿瘤中的机制提供支撑，推动临床兽医对乳腺肿瘤诊断的准确性和快速检测技术的研发。

1 circRNA研究概况

1.1 circRNA的来源

circRNA广泛存在于生物体中[7-8]。circRNA由编码基因转录生成，占所有转录本的10%以上[9]。circRNA是通过特殊的反向剪接产生的共价闭合环状结构，没有5'端帽子或3'端poly A尾[10]。circRNA参与各种细胞的增殖、分化、凋亡和转移等过程，circRNA的异常表达与各种癌症有关[11]。由于circRNA在细胞外的稳定性较好，能从外泌物、细胞外液等中检测到[12]。所以circRNA有成为各种癌症疾病的生物学标志物的潜力。

1.2 circRNA的生物学特征

circRNA具有特殊的生物学特征：（1）丰富性和广泛性。在人类细胞中的circRNA种类超过1 200种，也广泛存在于动植物细胞中，且主要存在于细胞质中[13]。（2）相对稳定性。由于特殊的剪接方式，circRNA形成的环状结构不易受核酸酶影响，而且circRNA的半衰期比mRNA长，circRNA在24 h内的表达量变化不大[13-14]。（3）差异性和特异性。circRNA在细胞类型、组织、发育阶段、病理条件下的表达具有差异性和特异性[15]。（4）选择调控性。circRNA上有与miRNA特异性结合所需的应答元件，能充当竞争性内源RNA，通过circRNA吸附靶向miRNA来间接地改变游离miRNA的表达水平，从而选择性地使miRNA对靶基因的调控能力发生改变[16]。基于这些特殊的生物学特征，circRNA在寻找犬乳腺肿瘤生物标志物和分子机制研究等方面有很大潜在价值。

1.3 circRNA的作用

最初发现环状RNA时，由于当时生物学技术的局限性，circRNA曾被认为是mRNA合成过程中因错误剪接而形成的[17]。随着研究的深入，有关circRNAs表达和功能的研究也取得突破性进展。circRNA在生物体中发挥的调节功能和作用不断被发现和证实。

1.3.1 circRNA作为竞争性内源RNA或miRNA海绵体

circRNA可以作为竞争性内源RNA，竞争性地结合miRNA，从而调控相关靶RNA的丰度或翻译活性[18]。circRNA可以作为miRNA的海绵体，在真核生物中发挥调节miRNA 活性的作用，调控下游靶基因的表达[19]。有的circRNA具有同种类的miRNA结合位点，通过结合这些位点与miRNA相互作用，调节miRNA靶标的表达水平[20]；有的circRNA具有不同种类的miRNA结合位点，circRNA既可以与1种miRNA结合，也可以与多种miRNA结合，从而发挥海绵作用[21]。

1.3.2 circRNA调控基因表达和转录等过程

含有内含子序列的circRNA可以与RNA结合蛋白结合，从而影响亲本基因表达，内含子间竞争性互补配对可以与线性RNA分子之间形成平衡，能影响mRNA的表达[22]。一些存在于细胞核内的circRNA通过与聚合酶Ⅱ相互作用以顺势反应方式调控宿主转录活性，促进其亲代基因的表达[14]。例如，鼠甲酸精基因（Fmn）通过反向拼接产生的circRNA作为mRNA陷阱，隔离转录起始位点，从而捕获mRNA，使得mRNA不能被翻译而形成功能性Fmn蛋白产物，导致Fmn蛋白的表达异常[23]。由此说明，circRNA同基因表达或转录调控都密切相关。

1.3.3 circRNA参与蛋白翻译活动

在人成纤维细胞中，许多单个外显子来源的circRNA都包含1个翻译起始位点，细胞质内的miRNA与mRNA的非编码区进行碱基互补配对，从而调控mRNA的蛋白翻译水平，但只有少数circRNA能被翻译成蛋白质[24]。当circRNA经过人工设计具备翻译所需的启动子和开放阅读框，就能够进行蛋白翻译过程[25]。circRNA在参与蛋白翻译方面的功能仍需要深入的研究，进一步阐释circRNA在参与蛋白翻译和蛋白互作方面的新功能。

2 circRNA在犬乳腺肿瘤分子机制研究的基础

2.1 circRNA在乳腺癌上的相关研究

circRNA的特殊生物学特征展示circRNA在乳腺肿瘤分子机制研究中的巨大潜力，其强大的调控功能在乳腺癌等癌症上有更明显的作用。研究表明，与癌旁非肿瘤组织相比，circRNA在肿瘤组织中表达异常，这些异常表达的circRNA能通过干扰miRNA或参与其他生物学过程来影响癌症的发生[26]。此外，circRNA与miRNA存在复杂的互作网络，寻找circRNA与miRNA相互作用的相关通路将是研究乳腺癌的1个方向。circRNA在乳腺癌上的相关研究主要集中在2个方面。一是circRNA与乳腺癌miRNA形成海绵机制，通过与miRNA结合位点结合，在乳腺癌发生发展的关键信号通路中作为关键的节点，调控circRNA-miRNA-mRNA网络，从而发挥对乳腺癌进展的调控。例如通过circANKS1B通过海绵miR-148a-3p和miR-152-3p，增加转录因子USF1的表达，从而转录上调TGF-β1的表达，激活TGF-β1/Smad信号通路促进乳腺上皮细胞向间充质细胞转化，从而促进乳腺癌侵袭和转移[27]。二是circRNA通过调控癌基因的表达，从而发挥对乳腺癌进展的影响，例如circ-AMOTL-1促进肿瘤转录因子C-myc的表达，从而调控多种致癌基因的表达[28]。此外，circRNA含有与miRNA结合的众多位点，这些结合位点的功能机制都有待进一步探索，有助于阐明circRNA在乳腺肿瘤中的分子机制，也可能是未来治疗犬乳腺肿瘤的靶点和探索治疗犬乳腺肿瘤方法的新思路。

2.2 人乳腺癌上的circRNA研究成果推动circRNA在犬乳腺肿瘤上的探索

近几年，针对circRNA在人乳腺癌的研究取得一些进步，可以作为探索犬乳腺肿瘤的基础，可以作为探索circRNA在犬乳腺肿瘤分子机制的借鉴[29]。

犬乳腺肿瘤和人乳腺癌有许多相似之处，如组织病理学特征、分子模式、临床分期等[30]。此外，犬复合癌在分子水平上为人乳腺癌的基础研究提供不可或缺的模型[31]。一些在人乳腺癌上表达的基因和蛋白，被证实同样出现在犬乳腺肿瘤中，更加表明揭示人乳腺癌发生发展的circRNA在犬乳腺肿瘤分子机制研究的可借鉴性。例如CA15-3的表达在人乳腺癌的进展中具有重要作用。有研究表明，犬血清中的CA15-3同样可以作为犬乳腺肿瘤早期诊断和预后评估的生物标志物，而且CA15-3的表达与肿瘤组织学分级密切相关，可评估犬乳腺肿瘤恶性程度[32]。犬乳腺肿瘤与人乳腺癌在分子基础上具有相似性，所以借鉴于人乳腺癌的研究成果，犬乳腺肿瘤应该在分子机制层面上有更深入的研究，而circRNA具有特殊的生物学特性和在癌症方面有出色的功能作用，因此犬乳腺肿瘤在circRNA上的深入研究具有很好的前景。

3 circRNA在犬乳腺肿瘤分子机制的研究优势

目前尚没有早期检测和治疗犬乳腺肿瘤的有效方法，从分子上揭示犬乳腺肿瘤的发生发展机制成为迫切需要。临床兽医对犬乳腺肿瘤病例的检查越来越全面详细，对病例的信息收集也越来越来规范和全面，对从分子机制上全面分析犬乳腺肿瘤的进展有很大帮助。此外，分子生物信息学技术的进步和普及都极大地推动犬乳腺肿瘤分子机制的研究，充实circRNA在犬乳腺肿瘤分子机制上研究的理论基础。研究已经表明，在犬的转移性肿瘤与非转移性肿瘤之间的miRNA表达显著差异，而且差异表达的miRNA构成潜在的转移标志物[33]。此外，circRNA与miRNA存在复杂的相互作用网络，阐明circRNA在这些互作网络中的功能作用将是揭示犬乳腺肿瘤分子机制的关键。目前，在人乳腺癌上发现的circRNA可能在今后犬乳腺肿瘤的早期诊断、病情监测及预后判断等方面作为潜在的生物学标志物，也为犬乳腺肿瘤的诊断、治疗和机制研究提供新思路。这些都极大地推动circRNA在犬乳腺肿瘤分子机制上的研究。目前，还没有关于circRNA在犬乳腺肿瘤的深入研究，所以circRNA在犬乳腺肿瘤分子机制上的研究仍然是一个空缺。

4 展望

随着circRNA领域被不断探索，越来越多的circRNA被发现，分子学技术和生物信息学技术的发展使得circRNA数据库不断完善，同时有关circRNA的生物学功能的报道也越来越多，circRNA与犬乳腺肿瘤的关系也将得到更深入的研究。circRNA分子有复杂的调控网络，使得circRNA在犬乳腺肿瘤的诊断和治疗中具有很大的潜在价值，针对犬乳腺肿瘤上circRNA的分子机制研究有望发现更多新型肿瘤标志物，犬乳腺肿瘤标志物的检测方法也将变得更加便捷。