环状RNA的分类、特征、功能及在胃癌诊疗中的作用

朱飞龙 孔姗 鞠少卿

摘 要 环状RNA是一类通过反向剪接方式形成的具有稳定闭合环状的内源性非编码RNA分子，其具有稳定的结构和高度的保守性，这些是其在不同生物中发挥重要作用的基础。胃癌是起源于胃黏膜上皮的常见恶性肿瘤，具有发病率高、发病机制复杂等特点。目前研究已证实环状RNA可以作为miRNA海绵体、与蛋白质相互作用以及调节基因表达等功能，从而参与多种疾病的发生发展。本文就环状RNA的分子特征、作用机制及其与胃癌的关系，以及环状RNA作为胃癌早期诊断、预后评估、靶向治疗的生物标志物的潜力进行综述。

关键词 环状RNA 胃癌 生物标志物

中图分类号：R735.2； R730 文献标志码：A 文章编号：1006-1533（2022）03-0054-05

Classification， characteristics and functions of circular RNA and its role in the diagnosis and treatment of gastric cancer

ZHU Feilong1， KONG Shan1， JU Shaoqing1，2（1. School of Medicine， Nantong University， Nantong 226019， China； 2. Department of Laboratory Medicine， the Hospital affiliated to Nantong University， Nantong 226001， China）

ABSTRACT Circular RNA is a kind of endogenous non-coding RNA molecule with stable closed ring formed by reverse splicing， which has a stable structure and a high degree of conservatism and is the basis of its important role in different organisms. Gastric cancer is a common malignant tumor originating from gastric mucosal epithelium， which has the characteristics of high incidence and complex pathogenesis. At present， it has been confirmed that circular RNA can act as miRNA sponge， interact with proteins and regulate gene expression， thus participating in the occurrence and development of many diseases. This article reviews the molecular characteristics and mechanism of circular RNA and its relationship with gastric cancer and potential as a biomarker for early diagnosis， prognosis evaluation and targeted therapy of gastric cancer.

KEy wORDS circular RNA； gastric cancer； biomarkers

胃癌（GC）是起源于胃黏膜上皮的恶性肿瘤，是世界上第五大肿瘤，几乎3/4新发病例发生在亚洲（中国病例数占50%以上）[1，2]，其中男性的GC患病率约是女性的2倍、在我国所有肿瘤中排名第二，而女性患病率则排名第五[3]。近年来研究发现，环状RNA（circRNA）在GC的发生和发展中起着重要作用，有可能作为GC诊断、预后的一个评估指标。

circRNA最早于20世紀70年代发现，并通过电子显微镜首次观察到真核RNA可以环状存在。由于当时的生物技术的局限性和其结构的特殊性，circRNA一度被认为是错排的外显子而没有引起人们的过度关注[4]。直到Salzman等[5]对circRNA进行了全面系统的研究，人们才开始重新认识并深入研究circRNA。如今，circRNA在肿瘤相关研究中已经成为一个热点。

本文综述circRNA的特征、功能及在GC诊疗中作用的最新研究进展。

迄今为止，已在不同类型的人类细胞中鉴定出数千个能在血液中大量表达的circRNA，其具有以下分子特征：①不同于线性RNA，它是5’端和3’端直接连接在一起，形成既没有3’尾部也没有5’帽子结构的共价闭合环状结构；②circRNA传统上被归类为非编码RNA，主要由外显子衍生而来，且由一个或多个外显子构成；③同一个基因位点可以通过选择性环化产生多种circRNA；④circRNA在形成过程与前体mRNA的剪接彼此竞争，且受到剪接因子的调控；⑤其较线性RNA更加稳定，不易被核酸外切酶降解；⑥具有高度序列保守性；⑦表达水平差异大，具有时空及组织细胞特异性；⑧广泛存在于哺乳动物中，大多数位于细胞质中，少数存在于细胞核内；⑨可作为竞争性内源RNA调控基因的表达，在转录或转录后发挥调控作用。

研究发现，circRNA根据来源可分为3类：内含子序列形成的circRNA（ciRNA）、外显子序列形成的circRNA（ecircRNA）、内含子序列和外显子序列共同形成的circRNA（ElciRNA）[6]。

2.1 circRNA充当microRNA分子“海绵”

充当microRNA（miRNA）“海绵”是circRNA最典型的一个功能，作为“分子海绵”与miRNA互补结合，抑制其生物学功能[7]。Hansen等[8]发现在人和鼠的脑中存在天然circRNA小脑变性相关蛋白1反义转录物（CDR1as）可作为miR-7a/b的“海绵”发挥作用。以上两种circRNA是最典型的环状miRNA“海绵”，近年来又证明了有多种具有miRNA“海绵”作用的circRNA，例如cric-ITCH[9]、circ-HIPK3[10]、circ-CER[11]等，所以circRNA作为miRNA“海绵”调节基因表达是一种较为常见的现象。

2.2 circRNA与蛋白质相互作用

circRNA可以直接或间接的方式与蛋白质相互作用，并通过对蛋白质功能的调控，作为蛋白质诱导剂或拮抗剂在疾病的发生发展过程中发挥重要作用。有研究发现，circRNA cric-Foxo3在肿瘤细胞呈低表达，其异位表达可以通过与细胞周期蛋白依赖性激酶2（CDK2）和激酶抑制剂蛋白（p21）结合，形成circ-Foxo3-p21-CDK2三元复合体。这种三元复合物的形成阻断CDK2的功能，进而阻碍细胞周期进程[12]。还有研究发现，在人宫颈癌HeLa细胞中发现了大量与HuR结合的circRNA，其中最突出的HuR靶标为circPABPN1。PABPN1的翻译受HuR正向调节，而受circPABPN1负向调节，circPABPN1与HuR的结合可以降低PABPN1的翻译水平，这也是circRNA及其同源mRNA竞争影响翻译的第一个例子[13]。以上研究都表明了circRNA可与蛋白质相互作用，产生调节作用。

2.3 circRNA翻译蛋白质

由于circRNA既没有3’尾部也没有5’帽子结构而形成的共价闭合环状结构，缺少合适的内部核糖体进入位点，曾一度认为circRNA不能翻译蛋白质。随着近些年对circRNA研究的不断深入，发现一些circRNA是可以翻译蛋白质的。Yang等[14]研究发现，CIRC-FBXW7在正常人脑中大量表达，其通过内部核糖体进入位点（internal ribosome entry site，IRES）和开放阅读框（ORF），编码一种新的蛋白质，即可抑制癌细胞的增殖和调控细胞周期的蛋白FBXW7-185aa。Legnini等[15]发现，circZNF609以剪接依赖和帽不依赖的方式翻译成蛋白质，能够特异性地控制成肌细胞的增殖。

3.1 可以作为生物标志物

GC具有起病隐匿、易转移、早期易漏诊和高复发率等特点。由于传统的癌胚抗原（CEA）或糖类抗原19-9（CA19-9）都属于非器官特异性肿瘤相关抗原，在GC的筛查中的特异性与敏感性都较低[16]。目前，内镜活检结合病理检查仍是GC诊断的金标准。但是内镜检查有一定的并发症和禁忌证，并不能为所有人接受，而且其结果一定程度上取决于内镜医生的经验[17]。目前早期GC可以通过手术治愈，并且具有较长的生存期，但是由于缺乏可靠有效的早期诊断技术，大多数患者确诊GC时往往已进入晚期，预后差。尽管近年来根治性手术的应用和早期检测技术的发展，GC患者的总死亡率有所下降，但许多患者仍被诊断为晚期，导致5年生存率仅为30%[18]。因此，寻找理想的生物标志物对于提高GC的诊断和治疗至关重要。

3.1.1 GC患者上调的circRNA

Lai等[19]利用微阵列检测了GC组织和配对的非癌黏膜组织中差异表达的circRNA和mRNA，发现hsa_ circ_0047905、hsa_circ_0138960和has-circRNA7690-15与其亲本基因呈正相关，抑制这三种circRNA可抑制GC细胞的体外增殖和侵袭。提示他们可能在GC发生中起促癌作用。Cai等[20]研究发现，hsa_circ_0000267在GC组织和细胞系中显著上调，其高表达与肿瘤直径增大和局部淋巴结转移密切相关。从机制上，hsa_ circ_0000267通过调节miR-503-5p/HMGA2轴参与促进GC的增殖、迁移、侵袭和转移，其有可能作为GC诊断的一种全新生物标志物。

3.1.2 GC患者下调的circRNA

Huang等[21]采用實时荧光定量逆转录聚合酶链反应（qRT-PCR）发现hsa_circ_0000745的表达水平在GC组织中下调，并与GC的分化程度有关；而在血浆中的表达水平与GC的淋巴结转移分期有关，其曲线下面积（area under the curve，AUC）值为0.683，具有较好的诊断效能，如若联合癌胚抗原（CEA）水平可使AUC值增加到0.775，可作为GC的诊断指标。Fang等[22]鉴定出一个新的circRNA——hsa_circ_0001461，将其命名为circFAT1（e2），在GC组织和细胞系中显著下调，并与GC患者的总体生存相关。circFAT1（e2）过表达可减少GC细胞的侵袭、迁移和增殖。circFAT1（e2）可能通过miR-548g/RUNX1轴发挥功能；同时，位于细胞核的circFAT1（e2）可以直接与Y-box结合蛋白-1（YBX1）相互作用，因而在GC细胞中发挥肿瘤抑制作用。circFAT1（e2）可作为GC诊断的生物标志物。

3.2 可用于预后的评估

Chen等[23]鉴定了一个来源于PVT1基因的circRNA——circPVT1，circPVT1一定程度上可作为miR-125家族成员的“海绵”，从而刺激细胞的增殖。进一步研究发现，circPVT1是一种新的GC增殖因子和预后标志物。Zhang等[24]采用qRT-PCR发现GC组织中hsa_circ_0067997表达明显上调，其高表达与GC患者的总体生存率较低有关。该基因敲除后细胞存活率显著降低，克隆形成受到抑制，侵袭能力减弱，而过表达则表现出相反作用。hsa_circ_0067997通过调节miR-515-5p/ XIAP轴发挥作用，其可以作为GC预后评估的生物标志物之一。

3.3 可以調控基因转录，作为治疗靶点

circRNA可以顺式或反式调控基因的转录，Li等[25]发现，与RNA聚合酶Ⅱ（PolⅡ）结合的外显子-内含子circRNA（EIciRNAs），通过U1snRNA和EIciRNAs之间的特异性RNA-RNA相互作用进行转录调控，由此EIciRNAs增强了其亲本基因在顺式基因中的表达。Zhang等[26]发现，ci-ankrd52大量聚集在亲本基因转录位点，通过结合PolⅡ复合体，上调亲本基因的转录，并作为PolⅡ转录的正调控因子。circRNA可以调控基因的转录，进而影响基因的表达，这也许为相应疾病的治疗提供一个新的方向。

Zhu等[27]发现，GC组织中circNHSL1的表达水平明显上调，其与GC患者的临床病理特征和不良预后呈正相关。circNHSL1促进了细胞的迁移和侵袭，以及体内肿瘤的发生和转移。进一步研究发现，circNHSL1作为miR-1306-3p的“海绵”来缓解miR-1306-3p对靶SIX1的抑制作用，SIX1通过直接与波形蛋白（vimentin）的启动子区域结合，在转录水平上增强了vimentin的表达，从而促进了细胞的迁移和侵袭，促进GC的进展，表明circNHSL1有可能成为GC患者新的治疗靶点。

3.4 可以参与信号通路

circRNA与癌旁组织相比，其在GC组织中异常表达，通过自身或干扰相关miRNA的表达来干扰GC的发生发展。Liu等[28]发现，circYAP1在GC组织中的表达水平明显低于癌旁正常组织，且circYAP1低表达的GC患者的生存期短于circYAP1高表达的GC患者。在功能上，circYAP1通过靶向miR-367-5p/p27轴在GC细胞中发挥肿瘤抑制作用，并可能为GC患者的生存提供一个预后指标。ciRS-7是一种新的circRNA，已成为miR-7的潜在海绵。与癌旁组织相比，GC组织中ciRS-7呈高表达，ciRS-7可能是影响总生存率的独立危险因素。ciRS-7的过表达通过拮抗miR-7介导的PTEN/PI3K/AKT通路，阻断了miR-7诱导的MGC-803和HGC-27细胞的抑瘤作用，并加剧致癌表型的侵袭性。因此ciRS-7可作为预测GC预后的生物学标志物和治疗靶点[29]。

迄今为止，我们所知道的circRNA种类以及功能只占circRNA的一小部分，还有许多circRNA有待我们去发掘。circRNA作为一类有调节功能的RNA，其在对人体研究中必然占据重要位置。circRNA具有稳定的结构和高度的保守性，这些是其在不同生物中发挥重要作用的基础，除了已证实的作为miRNA的“海绵”、与蛋白质相互作用以及调节基因表达等功能外，还有一些未经证实的功能需要人们继续对circRNA进行更为全面和广泛的研究。鉴于circRNA的高度稳定性和保守性，并且某些circRNA的表达量只在特定癌症细胞中才发生变化，使其有望成为癌症的全新生物标志物。

虽然目前对于circRNA的研究还处于起步阶段，从实验室研究应用到实际临床还有很长的一段路要走，但是随着对circRNA的不断深入探究、生物技术的不断进步，相信未来circRNA会成为GC、乃至其它肿瘤的早期诊断、预后评估的重要生物标志物及治疗靶点，研究circRNA对于攻克肿瘤疾病有着深远意义。

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