环状RNA核受体相互作用蛋白1对肿瘤发生发展的调控机制研究进展

高 欣，于永波，王海存，姜兴明，王志东

哈尔滨医科大学附属第二医院 普通外科，黑龙江 哈尔滨 150086

环状RNA(circular RNA, circRNA)是由反式剪切或套索驱动作用使前体RNA的3′端与5′端共价结合形成的环状RNA分子,具有结构稳定、高度保守以及特异性表达等特点,是肿瘤发生发展的重要调节因子[1-5]。环状RNA核受体相互作用蛋白1(circular RNA nuclear receptor interacting protein 1, circ_NRIP1)是由亲本基因NRIP1的外显子选择性剪切形成,定位于21号染色体长臂1区1带2亚带(21q11.2)。Circ_NRIP1参与调控多种恶性肿瘤的发生发展, 在肿瘤诊断、 治疗和患者预后评估等方面具有广泛的应用前景。

1 Circ_NRIP1与妇科肿瘤

1.1 卵巢癌

Circ_NRIP1在卵巢癌肿瘤组织和细胞内均呈显著上调表达。外源性下调肿瘤细胞内circ_NRIP1表达后细胞增殖和侵袭迁移能力减低,同时细胞周期蛋白cyclin D1和基质金属蛋白酶2(matrix metalloproteinase 2,MMP2)表达受到明显抑制。此外,紫杉醇耐药的卵巢癌细胞(SKOV3)中circ_NRIP1表达较正常肿瘤细胞明显增高;分别将转染siRNA-circ_NRIP1和siRNA-NC(negative control)的SKOV3细胞注射到裸鼠皮下后发现实验组移植瘤生长速度变慢并且对紫杉醇的敏感性明显增加[6]。上述研究表明circ_NRIP1有望成为卵巢癌的治疗靶点,辅助化疗来改善患者预后。

1.2 宫颈癌

40例宫颈癌肿瘤组织及癌旁组织的定量检测结果及与临床病理学数据分析结果表明宫颈癌中circ_NRIP1表达明显上调且其表达水平与肿瘤大小、淋巴结侵袭及FIGO(international federa-tion of gynecology and obstetrics)分期密切相关。体外实验中外源性敲低circ_NRIP1能够明显降低EdU阳性肿瘤细胞比率及划痕恢复面积,而过表达circ_NRIP1则能够显著增强肿瘤细胞增殖及侵袭迁移能力[7]。

2 Circ_NRIP1与消化系统肿瘤

2.1 结直肠癌

结直肠癌(colorectal cancer, CRC)肿瘤组织和细胞内circ_NRIP1表达显著上调并且其表达水平与淋巴结侵袭、远处转移及肿瘤TNM分期密切相关。同时,利用Kaplan-Meier法分析circ_NRIP1表达水平与CRC患者总生存率的关联发现低表达circ_NRIP1组患者的总生存率更高。此外相比健康对照组CRC患者血清中circ_NRIP1明显上调;ROC(receiver operating characteristic curve)分析结果显示circ_NRIP1表达检测对CRC的诊断灵敏度为80.91%,特异度为82.86%(AUC=0.88)。功能实验分析结果表明下调circ_NRIP1能够抑制CRC肿瘤细胞增殖侵袭能力,停滞细胞周期于G0/G1期并诱导细胞凋亡发生[8]。

2.2 胃癌

对20例胃癌患者进行临床特征分析和肿瘤组织定量检测结果发现胃癌组织中circ_NRIP1表达异常上调并且高表达circ_NRIP1组患者整体生存期和无进展生存期更差。临床病理学数据分析结果表明肿瘤大小、淋巴侵袭与circ_NRIP1异常表达密切相关[9]。ROC结果指出circ_NRIP1的诊断效能优于癌胚抗原和CA19-9(AUC=0.831,P<0.001)[10]。外源性沉默circ_NRIP1后肿瘤细胞增殖及侵袭迁移能力明显减低而对5-FU的敏感性增加[11];同时糖酵解标志蛋白HK2(hexokinase 2)、PKM2(pyruvate kinase M2)表达下调,表明肿瘤细胞能量代谢受到抑制。此外,circ_NRIP1低水平表达还能够通过下调N-cadherin来抑制细胞EMT(epithelial-mesenchymal transition)进程[12]。

2.3 食管癌

Circ_NRIP1在食管癌肿瘤组织中呈异常高表达并发挥促癌作用,且其表达水平与肿瘤大小、淋巴结转移密切相关而与年龄、性别、肿瘤定位无关;统计学分析结果显示circ_NRIP1定量检测可以作为患者预后评估的独立危险因素。细胞学实验结果表明circ_NRIP1的低水平表达能够抑制肿瘤细胞增殖与侵袭迁移能力、诱导细胞凋亡发生并减缓裸鼠皮下移植瘤的生长速度[13]。

3 Circ_NRIP1与其他肿瘤

3.1 非小细胞肺癌

肺癌是危害人类健康常见的恶性肿瘤之一,其发病率和病死率均位居首位,因而寻找肺癌早期诊断生物标志物和治疗靶点显得尤为重要[14]。定量检测12组非小细胞肺癌(non-small cell lung cancer, NSCLC)肿瘤组织与对应癌旁正常组织发现:肿瘤组织中circ_NRIP1呈异常高表达;患者术前血清内circ_NRIP1表达明显高于健康者,术后患者血清内circ_NRIP1呈显著下降趋势。ROC分析结果指出血清内circ_NRIP1含量检测可用于NSCLC的临床诊断并且其敏感性及特异性高于癌胚抗原[15]。此外,circ_NRIP1在NSCLC肿瘤细胞内同样呈高表达;下调circ_NRIP1后细胞活力及侵袭迁移能力受到显著抑制[16]。

3.2 鼻咽癌

研究发现鼻咽癌肿瘤组织内circ_NRIP1呈异常高表达,并且肿瘤患者血清内circ_NRIP1表达高于健康者,顺铂耐药患者血清内circ_NRIP1表达呈明显上升趋势;对顺铂耐药肿瘤细胞(HK-1)进行定量检测发现HK-1中circ_NRIP1呈显著上调表达;向顺铂培养的HK-1中转染特异性siRNA下调circ_NRIP1后细胞增殖能力明显减低[17]。上述研究结果提示circ_NRIP1参与诱导鼻咽癌对顺铂耐药并可以作为评估鼻咽癌患者预后的生物标志物。

3.3 甲状腺癌

甲状腺癌肿瘤组织和细胞内circ_NRIP1呈显著上调表达并且其表达水平与肿瘤TNM分期(Ⅰ/Ⅱ期对比Ⅲ/Ⅳ期)密切相关。下调circ_NRIP1能够在体外抑制甲状腺癌细胞(TPC-1)的增殖和侵袭迁移能力,阻滞细胞周期于G0/G1期并促进其发生凋亡;此外,低表达circ_NRIP1组裸鼠皮下移植瘤Ki-67指数明显减低,移植瘤生长速度受到显著抑制[18]。提示circ_NRIP1可作为甲状腺癌的潜在治疗靶点。

3.4 骨肉瘤

基因芯片检测发现circ_NRIP1在骨肉瘤肿瘤组织内呈异常高表达,统计学分析结果表明circ_NRIP1异常表达与肿瘤TNM分期密切相关并且高表达circ_NRIP1组患者无进展生存期和整体生存期更差。外源性沉默circ_NRIP1能够显著抑制骨肉瘤细胞的增殖及侵袭转移能力并诱导细胞凋亡发生[19]。此外,circ_NRIP1能够借由外泌体的传递功能作用于微环境中的其他肿瘤细胞增强其恶性表型[20]。

3.5 乳腺癌

乳腺癌肿瘤组织中circ_NRIP1呈异常高表达,多因素Cox回归分析结果显示其表达检测可作为患者预后评估的独立危险因素。此外,转染pcDNA3.1构建的过表达载体上调circ_NRIP1能够增强肿瘤细胞增殖及侵袭迁移能力并促进裸鼠体内移植瘤生长[21]。上述研究表明,circ_NRIP1可以促进乳腺癌的发生发展,针对其作用机制的研究有望为乳腺癌治疗提供新思路。

4 Circ_NRIP1的调控机制

EMT(epithelial-mesenchymal transition)是上皮细胞转化为准间充质细胞的高度动态过程,能够赋予上皮细胞干细胞样特性、改变其细胞形态并增强侵袭能力,是肿瘤发生发展中的重要环节[22]。研究表明circ_NRIP1能够通过靶向吸附miR-653来上调ZEB2(zinc finger E-box binding homeobox 2)表达从而加快乳腺癌肿瘤细胞EMT进程发挥促癌作用[21];另有报道敲减胃癌肿瘤细胞内circ_NRIP1可使EMT相关的关键蛋白表达失调,提示circ_NRIP1促进胃癌侵袭及转移可能与上皮间质化的调控密切相关[23]。病理性血管生成为肿瘤组织提供营养和转移途径对其增殖和转移至关重要。研究证实乳腺癌组织内高水平表达的circ_NRIP1能够海绵吸附miR-1253从而提高内源性一氧化氮合酶抑制剂DDAH1(dimethylarginine dimethylaminohydro-lase 1)表达促进肿瘤组织血管生成,进而增强乳腺癌的恶性生物学行为[24]。Warburg效应是肿瘤的重要代谢特征,胃癌组织中异常表达的circ_NRIP1能够充当miR-186-5p的ceRNA(competitive endogen-ous RNA)来上调MYH9表达增强细胞糖酵解从而促进胃癌的发生发展[12]。PI3K(phosphatidylinositol 3-kinase)和mTOR(mechanistic target of rapamycin kinase)是一类与细胞增殖紧密相关的蛋白激酶,其通路中的关键调控因子在多数肿瘤细胞中均发生明显突变导致细胞活动调控失调,进而诱导细胞癌变[25]。研究证实circ_NRIP1可以借助分子海绵机制吸附miR-532-3p、miR-149-5p、miR-595激活PI3K/AKT/mTOR通路分别促进骨肉瘤、胃癌及食管癌的发展[20,23,26]。JAK/STAT信号通路是近年发现的接受细胞因子刺激的传导通路,参与细胞的增殖、分化、凋亡以及免疫调节等重要生物学过程,主要由酪氨酸激酶相关受体、酪氨酸激酶JAK(Janus kinase)和转录因子STAT(signal transducer and activator of transcription)组成[27]。甲状腺肿瘤细胞内异常表达的circ_NRIP1能够靶向吸附miR-195-5p来上调JAK2和STAT1进而激活JAK/STAT通路发挥促癌作用[18]。除了上述通路,circ_NRIP1还可通过ceRNA机制靶向调控miR-629-3p和miR-195-5p提高p38、ERK1(extracellular regu-lated protein kinase 1)和MAPK3(mitogen-activated protein kinase 3)表达从而促进Ras/Raf通路的激活来加快细胞周期进程,增强宫颈癌和甲状腺癌的恶性生物学行为[7,18]。化学药物治疗是目前治疗伴有转移的中晚期肿瘤的重要手段,肿瘤的耐药特性是影响疗效的主要因素。5-FU是一种抑制DNA合成的广谱抗肿瘤药物。对结肠癌与胃癌耐药性的研究发现:相比5-FU敏感肿瘤细胞,circ_NRIP1在耐药细胞中表达水平更高,机制研究表明过表达的circ_NRIP1通过调控miR-138-5p/HIF-1α(hypoxia inducible factor 1 subunit alpha)轴和靶向吸附miR-532-3p分别诱导胃癌和结肠癌对5-FU产生耐药[11,28]。紫杉醇通过抑制细胞有丝分裂发挥抗肿瘤作用,在紫杉醇耐药的卵巢癌组织和细胞中circ_NRIP1表达水平显著上调,并通过靶向吸附miR-211-5p来调控HOXC8(homeobox C8)从而促进肿瘤增殖和侵袭转移并抑制细胞凋亡,拮抗紫杉醇对卵巢癌的抑制作用[6]。顺铂是常用的铂类化疗药物,能与DNA交叉链接干扰其复制和转录。研究证实circ_NRIP1在顺铂耐药的鼻咽癌细胞中表达水平升高并通过海绵吸附miR-515-5p来上调IL-25(interleukin 25)表达来促进鼻咽癌顺铂耐药的发生[18]。CeRNA是circRNA常见的作用机制,借助碱基互补配对竞争性结合miRNA抑制其负性调节作用从而影响下游分子的表达[29]。除上述提及的miRNA外,circ_NRIP1还可靶向调控miR-339-5p/CDC25A(cell division cycle 25A)、miR-199a/FOXC2(forkhead box C2)和miR-182/ROCKI(Rho associated coiled-coil contain-ing protein kinase 1)轴分别促进食管癌、骨肉瘤和胃癌的发展[13,19,30]。越来越多的证据表明,一些具备适宜长度的开放阅读框并包含起始密码子AUG的circRNA能够与核糖体发生相互作用,提示部分circRNA具备一定蛋白质编码潜力[31]。Circ_ZNF609能够以剪接依赖性和帽非依赖性方式翻译成蛋白质,然而目前尚无关于circ_NRIP1翻译功能的报道,其能否通过编码蛋白质来调控肿瘤发生发展还有待进一步探索[32](表1)。

表1 环状RNA核受体相互作用蛋白1(circ_NRIP1)在癌中的功能特点Table 1 Functional characterization of circular RNA nuclear receptor interacting protein 1(circ_NRIP1) in cancers

5 问题与展望

近年来环状RNA因其独特的结构和生物学功能受到广泛关注。现有研究表明circ_NRIP1在诸多恶性肿瘤中表达异常并通过多种途径促进肿瘤的发生发展。然而,目前关于肿瘤中circ_NRIP1作用机制的研究主要集中于调控靶基因表达,其在肿瘤发生发展中的其他生物学功能及机制仍有待进一步探索。相信随着研究的不断深入,基于circ_NRIP1的肿瘤诊断和治疗策略将更有效地服务于临床实践。