环状RNA调控肿瘤细胞铁死亡的研究进展*

李温庭，史志周

（昆明理工大学医学院，云南昆明 650000）

铁死亡是铁离子依赖的脂质过氧化物累积引起的一种不同于细胞坏死、凋亡和自噬的新的程序性细胞死亡方式［1］。溶质载体家族7 成员11（solute carrier family 7 member 11，SLC7A11）、谷胱甘肽过氧化物酶4（glutathione peroxidase 4，GPX4）、二氢乳清酸脱氢酶（dihydroorotate dehydrogenase，DHODH）和线粒体相关凋亡诱导因子2（apoptosis-inducing factor mitochondria-associated 2，AIFM2）是目前发现的调控细胞铁死亡的关键基因。SLC7A11 和SLC3A2 共同组成谷氨酸/胱氨酸反向转运体，负责将胱氨酸由细胞外运输进入细胞内用于谷胱甘肽的合成，是铁死亡的负调控因子［2］。GPX4 通过特异性催化谷胱甘肽将脂质过氧化物转化为类脂醇，发挥抑制细胞铁死亡的作用［3］。DHODH 通过抑制线粒体内脂质过氧化过程而抑制细胞铁死亡的发生［4］。AIFM2 通过促进辅酶Q10 的合成，抑制线粒体内脂质过氧化过程，显示出抑制细胞铁死亡的作用［5-6］。越来越多的研究表明，肿瘤细胞具有抵抗铁死亡的特点，而诱导肿瘤细胞铁死亡有望成为抗肿瘤治疗新方法［7-8］。

环状RNA（circular RNA，circRNA）是一类不具有5'末端帽子和3'末端poly（A）的环状非编码RNA，由外显子、内含子或两者共同转录形成［9-10］。circRNA不同于普通线性RNA，其封闭环状结构不易被核酸外切酶降解，但仍会被小干扰RNA 降解［11］。科学研究显示，circRNA 可以自身翻译蛋白质发挥生物学功能以及结合miRNA 或蛋白质在转录和转录后水平调控基因表达［12］。作为“分子海绵”，circRNA 通过结合miRNA 可以抑制miRNA 对其靶基因的调控作用；同样通过结合蛋白质可以阻碍其与其他蛋白的结合［13-14］。大量研究表明，circRNA 参与肿瘤细胞铁死亡过程的调控。本文综述了circRNA 调控肿瘤细胞铁死亡的研究进展。

1 circRNA通过结合miRNA调控肿瘤细胞铁死亡

1.1 circRNA/miRNA/GPX4 信号轴调控肿瘤细胞铁死亡 GPX4 表达量升高可以抑制细胞内脂质过氧化过程，是肿瘤细胞抵抗铁死亡的机制之一。研究显示，circKIF4A 在甲状腺乳头状癌中高表达，它通过海绵吸附miR-1231 上调GPX4 进而抑制甲状腺乳头状癌细胞铁死亡，并促进肿瘤细胞增殖和迁移［15］。circIL4R 在肝癌中高表达，它通过竞争性结合miR-541-3p减弱miR-541-3p对GPX4的靶向抑制作用，进而诱导肝癌细胞铁死亡抵抗；敲减circIL4R 可以增加肝癌细胞对铁死亡诱导剂erastin的敏感性［16］。

1.2 circRNA/miRNA/SLC7A11 信号轴调控肿瘤细胞铁死亡 谷氨酸/胱氨酸反向转运体通过上调细胞内谷胱甘肽水平，抑制脂质过氧化过程，诱导肿瘤细胞铁死亡抵抗。circ0067934在甲状腺癌细胞系中的表达显著高于正常甲状腺细胞系；敲减该circRNA通过上调miR-545-3p 降低SLC7A11 的表达水平，进而增加细胞中ROS和Fe2+含量，最终促进肿瘤细胞铁死亡；双萤光素酶报告基因实验证实circ0067934 与miR-545-3p，以及miR-545-3p 与SLC7A11 存在靶向结合情况；敲减circ0067934 显著增加甲状腺癌细胞对erastin诱导铁死亡的敏感性［17］。circFNDC3B在口腔鳞状细胞癌组织中高表达；沉默circFNDC3B 通过减弱对miR-520d-5p的海绵吸附作用，下调其靶基因SLC7A11，增加细胞内ROS 和Fe2+水平，最终诱导口腔鳞癌细胞铁死亡，并抑制动物模型中肿瘤生长［18］。应用circRNA 芯片筛选得到，circ0097009 在肝癌组织和细胞系中表达上调；功能研究显示，沉默circ0097009 通过减弱对miR-1261 的海绵吸附作用上调miR-1261 表达量，进而增强miR-1261 对SLC7A11的靶向抑制作用，最终诱导肝癌细胞铁死亡并降低肿瘤细胞增殖能力［19］。circFOXP1 在肺癌组织中高表达，且其高表达的肺癌患者生存期较短；沉默circFOXP1显著抑制肺癌细胞的增殖能力、迁移能力和上皮间质转化过程；沉默circFOXP1 上调miR-520a-5p 的表达，进而增强miR-520a-5p 对SLC7A11的靶向抑制作用，最终诱导肺癌细胞铁死亡并降低肺癌细胞存活率和集落形成能力；动物模型研究表明，沉默circFOXP1 显著增加肿瘤细胞内MDA、Fe2+和脂质ROS水平，进而抑制肿瘤生长，而过表达SLC7A11可以逆转沉默circFOXP1 对肿瘤生长的抑制作用［20］。circEPSTI1 在宫颈癌细胞系中的表达量显著高于正常宫颈细胞系；敲减circEPSTI1 显著抑制宫颈癌细胞的增殖能力和动物模型中肿瘤的生长；分子水平研究显示，circEPSTI1 通过海绵吸附miR-375、miR-409-3p 和miR-515-5p 上 调SLC7A11，进而抑制宫颈癌细胞铁死亡；miR-375、miR-409-3p和miR-515-5p 均可以结合并负调控肿瘤细胞中SLC7A11的表达水平［21］。在竞争性内源RNA 机制中，铁死亡相关基因是否都被其调控；circRNA 作为多个miRNA 的分子海绵调控铁死亡时是否能比单一miRNA 调控更加有效影响肿瘤细胞的增殖、迁移和侵袭；以及多个circRNA 结合一个miRNA 调控肿瘤细胞铁死亡的情况，均有待进一步研究。见图1。

Figure 1.circRNA/miRNA signaling axis regulates ferroptosis of tumor cells.Cys：cysteine；Glu：glutamate；GSH：glutathione；GPX4：glutathione peroxidase 4；system：glutamate/cystine antiporter；ROS：reactive oxygen species；SLC7A11：solute carrier family 7 member 11；SLC3A2：solute carrier family 3 member 2.图1 circRNA/miRNA 信号轴调控肿瘤细胞铁死亡

1.3 circRNA/miRNA/AIFM2 信号轴调控肿瘤细胞铁死亡AIFM2是新发现的细胞铁死亡负调控基因，沉默AIFM2可以显著增加索拉非尼（sorafenib）对肝癌细胞的杀伤作用［22］。研究报道，circGFRA1 在HER2 阳性乳腺癌组织中高表达；沉默circGFRA1 通过降低对miR-1228 的海绵吸附作用增加其表达量，进一步增强miR-1228 对靶基因AIFM2的抑制作用，最终诱导HER2 阳性乳腺癌细胞铁死亡，并抑制肿瘤细胞的增殖、浸润和迁移能力［23］。

1.4 circRNA/miRNA 信号轴调控肿瘤细胞铁死亡的其他机制 研究显示，敲减circRHOT1 显著降低乳腺癌细胞的增殖能力、迁移能力、侵袭能力和动物模型中肿瘤生长，并诱导乳腺癌细胞凋亡和铁死亡；分子水平研究进一步表明，沉默circRHOT1 降低了对miR-106a-5p 的海绵吸附作用，进而增强了miR-106a-5p 对STAT3的靶向抑制作用，并增加了乳腺癌细胞内Fe2+和脂质ROS 水平及降低铁死亡调控关键分子GPX4和SLC7A11表达量，最终诱导乳腺癌细胞铁死亡［24］。circTTBK2 在胶质瘤中高表达；它通过竞争性结合miR-761 正调控ITGB8而抑制胶质瘤细胞铁死亡，并促进肿瘤细胞增殖和动物模型中肿瘤生长［25］。同样，circCDK14在胶质瘤组织和细胞系中高表达，且高表达circCDK14 的胶质瘤患者生存期较短；circCDK14 通过竞争性结合miR-3938 上调PDGFRA的表达，从而抑制胶质瘤细胞铁死亡，并促进动物模型中肿瘤生长［26］。circ0007142在结直肠癌中高表达，敲减circ0007142 可以显著降低结直肠癌细胞的增殖能力，并诱导铁死亡和细胞凋亡；分子机制研究显示，circ0007142 通过海绵吸附miR-874-3p正调控其靶基因GDPD5，实现抑制肿瘤细胞铁死亡并促进肿瘤生长的作用［27］。直肠癌中，circABCB10表达上调；沉默circABCB10 促进直肠癌细胞铁死亡和凋亡，并抑制动物模型中肿瘤生长；circABCB10通过调控miR-326及其靶基因CCL5实现对直肠癌细胞凋亡和铁死亡的调控作用［28］。circ0000190在胃癌组织和细胞系中表达下调，且其低表达与胃癌患者的不良预后正相关；过表达circ0000190 抑制胃癌细胞的增殖、迁移和侵袭，并促进erastin 和RSL3 诱导的肿瘤细胞铁死亡；分子水平研究显示，circ0000190通过竞争性内源RNA 机制调控miR-382-5p 及其靶基因FNRF3，从而影响肿瘤细胞铁死亡［29］。值得注意的是，circPVT1 在耐5-FU 食管癌细胞中的表达量显著高于非耐药肿瘤细胞，沉默circPVT1 通过降低对miR-30a-5p 的海绵吸附作用下调其靶基因FZD3的表达，进而降低细胞内GPX4、SLC7A11 和β-catenin的表达量，最终增加耐药食管癌细胞对5-FU 的敏感性［30］。上述研究表明，circRNA/miRNA 信号通路可以通过调控不同靶基因影响肿瘤细胞铁死亡，但是circRNA/miRNA/靶基因信号通路调控肿瘤细胞铁死亡的下游机制还有待进一步研究。

2 circRNA通过结合蛋白质调控肿瘤细胞铁死亡

除了结合并调控miRNA，circRNA 还可以结合蛋白实现对肿瘤细胞铁死亡的调控。研究显示，索拉非尼可以显著上调肝癌细胞中cIARS 的表达量，后者通过结合RNA 去甲基化酶ALKBH5，增强beclin-1 与Bcl-2 的结合能力，促进细胞自噬和铁自噬，并诱导肝癌细胞铁死亡；而敲减cIARS 通过抑制铁死亡可以降低肝癌细胞对索拉非尼和erastin 的敏感性［31］。此外，肺腺癌患者血清外泌体可以抑制脂质过氧化过程并诱导肺腺癌细胞铁死亡抵抗；分子机制研究显示，外泌体源性circRNA101093 通过结合并上调FABP3，降低细胞内花生四烯酸含量，抑制脂质过氧化过程和肺癌细胞铁死亡，可见减少外泌体可以增强基于铁死亡的抗肿瘤作用［32］。由此可见，circRNA 可以通过多种方式调节肿瘤细胞铁死亡，未来研究还有待加强。

3 结论与展望

虽然目前研究已经显示，肿瘤细胞中GPX4、SLC7A11 和AIFM2 的表达均受到circRNA/miRNA 信号轴的调控，但是DHODH 是否也受circRNA/miRNA信号轴调控还不清楚；circRNA 是否参与肿瘤微环境中，肿瘤细胞及肿瘤相关免疫细胞铁死亡水平的调控也有待进一步研究。研究显示circPP1R12A 在结直肠癌中编码蛋白激活Hippo-Yap 信号通路促进肿瘤细胞 的生长［33］，而circFNDC3B 可以通 过编码circFNDC3B-218aa 抑制结肠癌的增殖、侵袭和迁移［34］。因此circRNA 是否可通过翻译蛋白进而调控肿瘤细胞铁死亡也有待进一步研究。

Alu 序列作为短散在核重复序列（short interspersed nuclear elements，SINEs）的一种，是circRNA产生的前体，是否可以靶向Alu序列来调节circRNA，circRNA 是否能被RNA 结合蛋白调控，均有待研究。鉴于此，未来研究应重点揭示circRNA调控肿瘤细胞及肿瘤微环境细胞铁死亡的分子机制，并开发靶向circRNA调控铁死亡的抗肿瘤治疗新方法。