姚瑶 郭琳琅

综 述

环状RNA在肿瘤中的治疗进展

姚瑶 郭琳琅

环状RNA(circRNA)是一种大量存在于生物中的非编码RNA，因其特殊的环状结构得名。近年来发现，circRNA具有高丰度性、稳定性、保守性的特点，并且能够作为微小RNA(miRNA)的“海绵”、RNA结合蛋白(RBP)以及转录调节功能参与到基因的表达调控中去，从而对宫颈癌、食管癌、结肠癌等恶性肿瘤的发生发展起到重要作用。本文总结了circRNA与肿瘤方面的前沿及经典研究，阐述了circRNA的生成、生物学功能、在肿瘤中的作用及临床治疗中的意义。

环状RNA;长链非编码RNA;恶性肿瘤;临床治疗

恶性肿瘤是病死率极高的疾病之一，在最新的2012年流行病学统计中，全世界有1.41千万人新发恶性肿瘤疾病，820万人致死，而中国新发恶性肿瘤病例约358.6万人，死亡病例218.7万人［1-2］。所以，肿瘤的发生发展及治疗一直是全世界的研究热点，但是在肿瘤的预测和治疗等研究上还有很长的一段路要走。

非编码RNA(ncRNA)是一类不能编码蛋白质的RNA的总称，根据大小可以分为两大类，一类是小RNA，长度不超过200 nt，包括微小RNA(miRNA)，Piwi蛋白相互作用RNA(piRNA)和核仁小分子RNA(snoRNA)，另一类是长链RNA，长度大于200 nt［3］。近年来，大量研究报道ncRNA在生物的正常发育调控和疾病发生中起到重要作用，并且发现ncRNA可以在表观遗传调控、转录调控以及转录后调控等多种层面来调控蛋白编码基因，进而在肿瘤的预测、治疗、预后中具有重要意义［4-9］。

环状RNA(circRNA)于20世纪70年代就有学者在某些高等植物中发现，但在其后的20年里，circRNA一直被认为是没有明显生物学功能的ncRNA，是细胞内的“暗物质”［10-11］。但是随着第二代RNA测序的到来，人们发现，circRNA是区别于线性RNA的一类新型RNA，它的3’端和5’端是链接在一起的，构成了具有闭合环状结构，并且circRNA大量存在于真核转录组中［12-14］。circRNA虽然还有很多未知需要我们探索，但它在肿瘤研究中具有重要的未来前景。本文将就circRNA在肿瘤中的表达、发挥的功能、介导的通路、临床治疗及发展前景进行探讨。

1 circRNA生成及生物学功能

目前circRNA的生成主要有两种模型:套索驱动的环化和内含子驱动的环化，又被称为外显子跳读和直接反向剪切。这两种模型生成circRNA的构成不同，套索驱动的环化由外显子构成的剪切受体和剪切供体共价结合，再由剪切体切除内含子形成circRNA;而内含子驱动的环化由内含子互补配对结合构成，是circRNA生成的主要方式［12，15］。

circRNA的生物学功能与miRNA有关。以竞争性抑制机制形成调控作用网络［16］。miRNA是一类内生的、长度约21个左右核苷酸的小RNA，目前大量关于miRNA的研究证明，miRNA可以作为参与调控基因表达的分子，可以与靶基因转录体序列互补结合，从而对肿瘤的发生发展有巨大作用［17-18］。而在2013年Hansen等［19］和Memczak等［13］发现，circRNA在肿瘤中可以作为“海绵”来阻断及竞争性抑制miRNA来发挥作用，因此circRNA可以作为内源性竞争RNA参与到肿瘤的发病(或病理)机制中。有研究发现环状RNA-7(ciR-7)的序列上存在多于60个的保守结合位点与miR-7结合，并且在细胞质中大量存在，可以与细胞中超过20 000个miR-7结合，从而影响了miR-7在细胞中的转录抑制功能［13，20］。circRNA SRY也被发现有6个结合位点，从而作为miR-138“海绵”［20-21］。有研究者在哺乳动物中发现，circRNA保守序列上和上千个miRNA存在匹配［22］。而已有大量实验证明miRNA可以转录或下调靶基因，从而对肿瘤的发生发展具有重要作用［23-26］。

研究显示circRNA可以通过竞争性抑制miRNA来参与介导肿瘤的信号通路中去。例如在宫颈癌细胞中差异表达的ciRS-7，可以作为miR-7结合的海绵在肿瘤细胞中发挥生物学功能，而miR-7可能促进基因α-突触核蛋白(α-synuclein)、X连锁凋亡抑制蛋白(XIAP)及表皮生长因子受体(EGFR)的表达，而XIAP促进了转化生长因子-β(TGF-β)/smad信号通路的发生。miR-7还可以在乳腺癌和肝癌中靶向FAK24和胰岛素样生长因子-1受体(IGF1R)基因表达而上调上皮细胞钙粘蛋白(EC)，从而抑制上皮间质化转换(EMT)发生［27-31］。Li等［32］报道了循环RNA-ITCH(cir-ITCH)在食管鳞癌中可以和miR-7，miR-17和miR-214竞争性抑制ITCH的表达，并且影响散乱蛋白2(Dvl2)泛素化从而影响Wnt(wingless/int)信号通路。cir-ITCH在结直肠癌中同样介导抑制Wnt/β-连环蛋白(Wnt/β-catenin)信号通路［33］。见表1。

表1 circRNA相关肿瘤信号通路

circRNA不光可以作为miRNA的“海绵”，有报道发现circRNA可以抑制RNA结合蛋白(RBP)的表达，例如hsa_circ_0024707有85个位点可以和Argonaute2(AGO2)结合，circ_0000020 可以作为HuR和脆性X智力低下蛋白(FMRP)的“海绵”，这些circRNA可能参与到RBP的储存、运输中，作为一种竞争原件参与到RBP的调节中去，进而影响生物学功能［34-35］。还有一类circRNA被发现位于细胞核内，并且直接参与肿瘤基因的调控转录，例如ci-ankrd52和ci-sirt7可以与聚合酶Ⅱ(PolⅡ)复合体相互作用，从而影响靶基因的转录，虽然具体机制尚不清楚［36］。还有一类被命名为外显子-内含子环状RNA(EIciRNA)，此类ncRNA可以通过招募U1小RNA蛋白复合物(U1 snRNP)来促进基因转录的起始从而调控其自身所在的基因的表达，而在该报道中circ-EIF3J和circ-PAIP2通过上述作用参与了对宫颈癌细胞的调控［37-38］。另外有报道，circRNA通过结合位点MBL从而反向调控前体mRNA(pre-mRNA)剪切而影响肿瘤坏死因子α(TNF-α)或者肿瘤坏死因子β(TNF-β)的生成［14-15，39］。

2 circRNA与肿瘤

通过高通量测序和生物信息学分析，已经证明有大量的circRNA存在，并且通过实验证明大部分是存在在细胞质中。已有很多关于circRNA的数据库平台出现，如CircNet数据库报道，已经发现了212 950个circRNA，而在nc2Cancer数据库中，报道已收录了172个circRNA和人类的31种恶性肿瘤相关，Liu等［40］通过CircNet数据库搜索发现了circ-ZEB1.5、 circ-ZEB1.19、 circZEB-1.17和 circ-ZEB1.33在肺癌中表达低于正常组织。有学者利用生物学分析比较不同部位的乳腺癌小鼠circRNA表达发现，有6 824和4 523个circRNA存在于不同乳腺癌阶段的小鼠乳腺组织中，还有学者报道了circ-EIF3J、circ-PAIP2、circ-FUNDC1在宫颈癌细胞中显著表达;用反转录-聚合酶链式反应(RT-PCR)技术发现cir-ITCH在食管鳞癌和结直肠癌中下调，hsa_circ_002059 被报道在胃癌中表达低于正常组织，circ_0001649同样在肝癌中表达低于正常组织［41-43］。近年来研究最多的ciRS-7在成神经细胞瘤、星形细胞瘤、肺癌、宫颈癌细胞中均有差异表达。circRNA不仅在肿瘤细胞中大量存在并差异表达，而且在临床中可以通过血液、唾液、临床标本等不同方式中检测出表达情况，并且与肿瘤分期、生存率、性别等因素相关［44］。另外，也有研究报道circRNA与肿瘤的耐药相关，Guarnerio等［45］报道在白血病小鼠模型中，f-circM9可以促进肿瘤的发展且具有一定的耐药作用。

3 circRNA检测的临床意义

circRNA具有以下几个特性:① 普遍性:存在在各种不同生物中，例如人和鼠。② 保守性:由于结构的3’端和5’端链接在一起(外显子构成的circRNA)或2’端和5’端链接在一起(内含子构成的circRNA)，使之在真核生物中具有保守基因，亚型很少。③ 高丰度性:大量存在在正常细胞和癌细胞内，98%的外显子表达生成circRNA。Memczak等［9］发现特异表达的circRNA在人类细胞中有1 950，鼠类中有1 903，线虫中有724。④ 稳定性:它的环状结构特性使之不被脱枝酶(DBE)和RNA核酸内切酶(REN)降解，并且半衰期最长可到48 h，而mRNA平均半衰期只有10 h［46-47］。因为circRNA的普遍性、高丰度性、保守性、稳定性，已有报道circRNA在肿瘤患者肿瘤样本和血液中可以得到，并作为肿瘤诊断和预防的生物标记物。例如hsa_circ_002059在胃癌组织中表达量明显低于周围无瘤组织，可以作为潜在的标记物应用于胃癌的早期诊断中;hsa_circ_0001649 可以应用于肝癌的早期诊断中等［41-42］。

4 展望

circRNA是ncRNA家族中的一员，随着近年来对肿瘤细胞的研究发现，circRNA可以通过对miRNA、RBP的竞争抑制和转录调节而对肿瘤发挥功能，并且circRNA参与了多个肿瘤信号通路的调控，与癌症的耐药也有一定关系，证明了circRNA可能在肿瘤研究中占有重要地位。因为circRNA具有稳定、保守、高丰度等特点，不久的将来可以作为临床预测和诊断肿瘤标记物，并且为肿瘤靶向药物的开发和肿瘤治疗提供新思路。虽然目前研究circRNA仍存在许多技术困难，但circRNA必将成为肿瘤研究的一大分支。

1 Ferlay J， Soerjomataram I， Dikshit R， et al. Cancer incidence and mortality worldwide: sources， methods and major patterns in GLOBOCAN 2012. Int J Cancer，2015，136:E359-386.

2 陈万青，郑荣寿，曾红梅，等. 2011年中国恶性肿瘤发病和死亡分析.中国肿瘤，2015，24:1-10.

3 Mercer TR， Dinger ME， Mattick JS. Long non-coding RNAs: insights into functions. Nat Rev Genet，2009，10:155-159.

4 Della RF， Gagliardi M， D'Esposito M， et al. Non-coding RNAs in

chromatin disease involving neurological defects. Front Cell Neurosci，2014，8:54.

5 Kagami H， Akutsu T， Maegawa S， et al. Determining associations between human diseases and non-coding RNAs with critical roles in network control. Sci Rep，2015，5:14577.

6 刘名倬，朱峰.长链非编码RNA的研究进展.中华危重病急救医学，2014，26:285-288.

7 林浩，赵楚生，郑永平.肝硬化和肝癌患者外周血淋巴细胞中INK4位点反义非编码RNA和肿瘤抑制因子的表达.中国中西医结合急救杂志，2015，22:86-89.

8 王秀宏.微小RNA与肿瘤发生发展的关系.实用检验医师杂志，2010，2:181-184.

9 李世朋，邢雨，田庆，等.微小RNA与器官移植研究进展.实用器官移植电子杂志，2013，1:363-367.

10 Conn SJ， Pillman KA， Toubia J， et al. The RNA binding protein quaking regulates formation of circRNAs. Cell，2015，160:1125-1134.

11 Kramer MC， Liang D， Tatomer DC， et al. Combinatorial control of Drosophila circular RNA expression by intronic repeats， hnRNPs， and SR proteins. Genes Dev， 2015，29:2168-2182.

12 Ivanov A， Memczak S， Wyler E， et al. Analysis of intron sequences reveals hallmarks of circular RNA biogenesis in animals. Cell Rep，2015，10:170-177.

13 Memczak S， Jens M， Elefsinioti A， et al. Circular RNAs are a large class of animal RNAs with regulatory potency. Nature，2013，495: 333-338.

14 Ashwal-Fluss R， Meyer M， Pamudurti NR， et al. CircRNA biogenesis competes with pre-mRNA splicing. Mol Cell，2014，56:55-66.

15 Zhang XO， Wang HB， Zhang Y， et al. Complementary sequencemediated exon circularization. Cell，2014，159:134-147.

16 朱峰.竞争性内源RNA新模式:环状RNA.中华危重病急救医学，2016，28:466-468.

17 Kim VN， Han J， Siomi MC. Biogenesis of small RNAs in animals. Nat Rev Mol Cell Biol，2009，10:126-139.

18 李玉军. microRNAs在肿瘤病理学研究中的进展.实用检验医师杂志，2014，6:1-5.

19 Hansen TB， Jensen TI， Clausen BH， et al. Natural RNA circles function as efficient microRNA sponges. Nature，2013，495:384-388.

20 Hansen TB， Kjems J， Damgaard CK. Circular RNA and miR-7 in cancer. Cancer Res，2013，73:5609-5612.

21 Capel B， Swain A， Nicolis S， et al. Circular transcripts of the testisdetermining gene Sry in adult mouse testis. Cell，1993，73:1019-1030.

22 Yao J， Liang L， Huang S， et al. MicroRNA-30d promotes tumor invasion and metastasis by targeting Galphai2 in hepatocellular carcinoma. Hepatology，2010，51:846-856.

23 Wilusz JE， JnBaptiste CK， Lu LY， et al. A triple helix stabilizes the 3' ends of long noncoding RNAs that lack poly (A) tails. Genes Dev，2012，26:2392-2407.

24 Webster RJ， Giles KM， Price KJ， et al. Regulation of epidermal growth factor receptor signaling in human cancer cells by microRNA-7. J Biol Chem，2009，284:5731-5741.

25 Westholm JO， Miura P， Olson S， et al. Genome-wide analysis of drosophila circular RNAs reveals their structural and sequence properties and age-dependent neural accumulation. Cell Rep，2014，9: 1966-1980.

26 Ma C， Qi Y， Shao L， et al. Downregulation of miR-7 upregulates Cullin 5 (CUL5) to facilitate G1/S transition in human hepatocellular carcinoma cells. IUBMB Life，2013，65:1026-1034.

27 Zhao X， Dou W， He L， et al. MicroRNA-7 functions as an antimetastatic microRNA in gastric cancer by targeting insulin-like growth factor-1 receptor. Oncogene，2013，32:1363-1372.

28 Fang Y， Xue JL， Shen Q， et al. MicroRNA-7 inhibits tumor growth and metastasis by targeting the phosphoinositide 3-kinase/Akt pathway in hepatocellular carcinoma. Hepatology，2012，55:1852-1862.

29 Jiang L， Liu X， Chen Z， et al. MicroRNA-7 targets IGF1R (insulinlike growth factor 1 receptor) in tongue squamous cell carcinoma cells. Biochem J， 2010，432:199-205.

30 Kong X， Li G， Yuan Y， et al. MicroRNA-7 inhibits epithelialto-mesenchymal transition and metastasis of breast cancer cells via targeting FAK expression. PLoS One， 2012，7:e41523.

31 Wu DG， Wang YY， Fan LG， et al. MicroRNA-7 regulates glioblastoma cell invasion via targeting focal adhesion kinase expression. Chin Med J (Engl)， 2011，124:2616-2621.

32 Li F， Zhang L， Li W， et al. Circular RNA ITCH has inhibitory effect on ESCC by suppressing the Wnt/β-catenin pathway.Oncotarget，2015，6:6001-6013.

33 Huang G， Zhu H， Shi Y， et al. cir-ITCH plays an inhibitory role in colorectal cancer by regulating the Wnt/β-catenin pathway. PLoS One，2015，10:e0131225.

34 Hentze MW， Preiss T. Circular RNAs: splicing's enigma variations. EMBO J， 2013，32:923-925.

35 Dudekula DB， Panda AC， Grammatikakis I， et al. CircInteractome: A web tool for exploring circular RNAs and their interacting proteins and microRNAs. RNA Biol， 2016，13:34-42.

36 Zhang Y， Zhang XO， Chen T， et al. Circular intronic long noncoding RNAs. Mol Cell， 2013，51:792-806.

37 Guo JU， Agarwal V， Guo H， et al. Expanded identification and characterization of mammalian circular RNAs. Genome Biol， 2014，15:409.

38 Li Z， Huang C， Bao C， et al. Exon-intron circular RNAs regulate transcription in the nucleus. Nat Struct Mol Biol， 2015，22:256-264.

39 Kelly S， Greenman C， Cook PR， et al. Exon skipping is correlated with exon circularization. J Mol Biol， 2015，427:2414-2417.

40 Liu YC， Li JR， Sun CH， et al. CircNet: a database of circular RNAs derived from transcriptome sequencing data. Nucleic Acids Res，2016，44:D209-215.

41 Qin M， Liu G， Huo X， et al. Hsa_circ_0001649: A circular RNA and potential novel biomarker for hepatocellular carcinoma. Cancer Biomark， 2016，16:161-169.

42 Li P， Chen S， Chen H， et al. Using circular RNA as a novel type of biomarker in the screening of gastric cancer. Clin Chim Acta， 2015，444:132-136.

43 Zhang C， Wu H， Wang Y， et al. Expression patterns of circular RNAs from primary kinase transcripts in the mammary glands of lactating rats. J Breast Cancer， 2015，18:235-241.

44 Li Y， Zheng Q， Bao C， et al. Circular RNA is enriched and stable in exosomes: a promising biomarker for cancer diagnosis. Cell Res，2015，25:981-984.

45 Guarnerio J， Bezzi M， Jeong JC， et al. Oncogenic role of fusioncircRNAs derived from cancer-associated chromosomal translocations. Cell， 2016，165:289-302.

46 Jeck WR， Sharpless NE. Detecting and characterizing circular RNAs. Nat Biotechnol， 2014，32:453-461.

47 Wang PL， Bao Y， Yee MC， et al. Circular RNA is expressed across the eukaryotic tree of life. PLoS One， 2014，9:e90859.

(本文编辑:李银平)

510282 广州，南方医科大学珠江医院病理科

郭琳琅，Email:linlangg@yahoo.com

10.3969/j.issn.1674-7151.2016.04.015

2016-10-25)