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circRNAs在肿瘤中的研究进展_郭佳妮

doi:10.3971/j.issn.1000-8578.2016.08.016

circRNAs在肿瘤中的研究进展

郭佳妮综述,何敬东审校

Research Progress of circRNAs in Cancer

GUO?Jia’ni,?HE?Jingdong

Huai’an First People’s Hospital, Nanjing Medical University, Huai’an 223300, China Abstract:?Circular?RNAs(circRNAs)?are?a?large?class?of?RNAs?that?form?covalently?closed?continuous?loops.?They?are?the?members?of?the?non-coding?RNAs.?circRNAs?are?characterized?by?evolutionally?conserved,?relatively stable, highly specific and enormously abundant. They can regulate miRNA activity as “miRNA sponges”?and?have?an?effect?on?gene?transcription?and?the?generation?of?proteins.?circRNAs?are?gradually?becoming?a?new?star?of?the?ncRNA?regulatory?network.?They?are?involved?in?the?development?of?numerous?diseases?and?have?great?potential?in?the?diagnosis,?treatment?and?prognosis?of?tumors.?circRNAs?are?expected?to?become?new?tumor?biomarkers?or?molecular?therapeutic?targets.?

Key words: circRNA;?Gene?expression?regulation;?Tumor?markers;?Therapeutic?targets

摘?要:环状RNA(circular?RNA,?circRNA)是一种共价闭合的单股环状分子,属于非编码RNA家族成员。circRNA以保守、稳定、特异、高含量为特点,可作为microRNA海绵调控靶miRNA的活性,并参与基因转录和蛋白生成的调控,逐渐成为非编码RNA调控网络的新星。circRNA在多种疾病的发生发展中发挥重要作用,并且在肿瘤诊断、治疗和预后等方面具有巨大的潜能,有望成为新的肿瘤生物标志物或分子靶向治疗靶点。

关键词:环状RNA;基因表达调控;肿瘤标志物;靶向治疗

中图分类号:R730.231 文献标识码:A

收稿日期:2015-11-09;修回日期:2015-12-23

基金项目:江苏省卫生厅科研立项项目(H201358);

淮安市科技立项项目(HAS2015001)

作者单位:223300?淮安,南京医科大学附属淮安第一

医院

作者简介:郭佳妮(1991-),女,硕士在读,主要从

事肿瘤内科学的研究·综?述·

0?引言

环状RNA(circular?RNA,?circRNA)不同于典型的线性RNA分子,没有5’,3’末端和多聚腺苷酸尾结构,而是形成共价闭合的连续环[1]。研究表明circRNA在基因表达调控中发挥microRNA 海绵、结合RNA相关蛋白、调控剪接和转录、修饰亲本基因的表达等重要功能[2]。circRNA可通过调控Wnt信号通路、上皮-间质转化(epithelial-mesenchymal?transition,?EMT)等影响肿瘤的发生发展、侵袭转移及耐药性等。circRNA已成为RNA 研究领域的新热点,其在肿瘤诊断、治疗及预后中的潜在临床价值已受到密切关注。

1 circRNA概述

circRNA主要来源于蛋白编码基因的外显子,也可由内含子、基因间区、UTR区、非编码RNA 位点和已知转录物的反义位点产生[3]。目前的研究表明,circRNA可以作为miRNA海绵或竞争性内源RNA(competing?endogenous?RNA,?ceRNA)参与多种疾病(如动脉粥样硬化疾病、朊病毒疾病、肌强直性营养不良等)的发生发展,并且与神经系统疾病(如帕金森病、阿尔兹海默症等)密切相关[4]。此外,circRNA在肿瘤的发生发展、侵袭转移及耐药等方面具有重要的作用,并有望成为肿瘤诊断的新型分子标志物和治疗靶点。

2 circRNA与肿瘤

2.1?circRNA与肿瘤相关miRNA

2011年,Hansen等[5]在人类和小鼠的大脑组织中发现了一种编码于人类CDR1基因位点反向基因组的天然环状转录物CDR1as,可作为miR-7海绵即ciRS-7。作为一种ceRNA,ciRS-7可抑制miR-7活性并与miR-7竞争结合其他RNA(如mRNA和long?non-coding?RNA),从而调控靶基因的表达[3,6]。比如,HeLa细胞中ciRS-7的稳定表达会导致SNCA、EGFR和IRS2的mRNA水平明显下调,提示其可能与宫颈癌的发生发展密切相关[6]。另有报道,ciRS-7可作为“mRNA圈套”,通过封闭翻译起始位点减少蛋白质的表达水平[7]

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。此

外,ciRS-7还可以作为RNA结合蛋白(RNA?bind-ing?protein,RBP)结合多种蛋白质亚基的“支架”,增强circRNA转录物的稳定性[8]。已有研究表明,ciRS-7在成神经细胞瘤中广泛表达,在星形细胞瘤、肾细胞癌和肺癌中频繁表达[9]。通过RNA荧光原位杂交和免疫荧光杂交发现,HeLa细胞中ciRS-7和miR-7间存在很大程度上的亚细胞共定位[6]。并且,ciRS-7对miR-671敏感,miR-671可以诱导ciRS-7的降解和核酸内切分裂。因此可推测,ciRS-7结合miR-7并转移到特定的亚细胞定位点,随后miR-671通过降解ciRS-7促进miR-7的释放[3,10],miR-7/miR-671/ciRS-7轴可能在肿瘤的发生发展、侵袭转移等过程中发挥重要作用。

此外,Li等[11]通过生物信息学分析发现了一种含有E3泛素蛋白连接酶(ITCH)外显子的circRNA—cir-ITCH。作为Wnt/β-catenin通路中的重要分子,ITCH可调节蛋白质稳定、免疫应答及肿瘤进展[12],其激活可在多种肿瘤(如肝细胞癌[13]、前列腺癌[14]、卵巢癌[15]等)中产生致癌作用,并且其靶标(包括p63、p73、Dvl2及Notch1等)与肿瘤耐药性密切相关[16]。研究者们运用Taq-Man?rt-PCR对684例食管鳞状细胞癌和癌旁组织检测发现,相比于癌旁组织,cir-ITCH在癌组织中的表达明显下调。cir-ITCH可作为肿瘤相关miRNA (miR-7、miR-17、miR-214、miR-128以及miR-216b[6])海绵,从而上调ITCH水平,促进磷酸化Dvl2的泛素化和降解,抑制Wnt/β-catenin通路。随后,Huang等[17]在结直肠癌中验证了cir-ITCH的海绵作用,并发现cir-ITCH可抑制c-myc和cyclinD1的表达。c-myc和cyclinD1可触发和调控细胞增殖相关基因的转录,其在包括结直肠癌在内的多种肿瘤中过表达[18]。cir-ITCH对其的抑制作用可导致细胞周期停滞并抑制恶性肿瘤细胞的生长。这些结果均表明,cir-ITCH可通过调节miRNA活性、上调ITCH水平、抑制Wnt通路和调控细胞增殖,从而发挥抑癌作用[11]。

最近,Caiment等[19]首次提出了circRNA在异生物质暴露下的表达模式。他们通过高通量测序(HTS)检测HepG2细胞暴露于苯并芘(BaP)后的完整基因转录组。在6个时间点中只有一种miRNA是持续过表达的,即miR-181a-1_3p。他们提出假说:首先,BaP暴露诱导的miR-181a-1_3p 过表达抑制了MGMT(一种DNA损伤修复酶)翻译并显著降低其mRNA水平。24?h后miR-181a-1_3p表达下调,而捕获这一miRNA的circRNA表达上调,从而上调MGMT水平,这一机制可能增加DNA的突变率并最终导致肝癌。

2.2?circRNA与肿瘤相关途径

尽管circRNA可通过与miRNA相互作用间接地参与肿瘤的多种生物学进程,但这一“海绵”作用可能只是circRNA功能的一部分。Conn等[20]在EMT中发现,上百种circRNA的表达受TGF-β的影响,而与其同源的mRNA转录物无关。他们用circScreen同时定量线性RNA和circRNA,发现RNA 结合蛋白Quaking(QKI)是EMT中circRNA生成的主要调节因子。EMT中大多数circRNA水平是上调的,表明某些circRNA具有间质表型相关功能,并因此影响间质细胞性能(比如迁移、侵袭以及肿瘤转移倾向)。小部分circRNA则相反,这与它们具有上皮特异性功能一致。比如,DOCK1是一种鸟苷酸交换因子(GEF),可激活Rac以提高细胞活性[21]。使用TGF-β诱导EMT过程后,上皮细胞中含量最为丰富的DOCK1?circRNA水平下降了30倍,而DOCK1?mRNA水平则上升了2倍,提示这一circRNA的功能之一可能是引起上皮细胞中mRNA 的下调,从而保持细胞的稳定性。然而,鉴于上皮细胞中含有大量的DOCK1?circRNA,其很可能还有其他方面的功能。总而言之,EMT过程中circRNA 的生成受QKI的调节,并且某些circRNA可能在EMT中具有重要作用,从而调控肿瘤细胞的侵袭性和转移能力[20]。然而,circRNA在EMT中的确切作用及相关机制仍有待进一步明确。

2.3?circRNA与肿瘤的诊断与治疗

最近,Li等[22]在胃癌组织中的研究发现,Hsa_circ_002059的表达显著下调,且其血浆水平在胃癌术前和术后患者中有明显差异,其低水平表达与远处转移、TNM分期、性别和年龄明显相关,提示Hsa_circ_002059可能成为胃癌诊断的一种新型分子标志,并且circRNA的血浆水平检测使得其应用于临床成为可能。另有研究表明,外泌体中含有大量的circRNA。RNA序列分析显示,circRNA在外泌体中的含量明显高于分泌细胞,且这一分泌可被miRNA调控。人类血清外泌体中检测出超过1000种circRNA,并且血清外泌体cir-cRNA在结肠癌中具有特异性,提示circRNA可作为外泌体中的肿瘤标志物,并且外泌体circRNA可能具有潜在的生物学功能[23]。

相比于典型的线性RNA海绵,环状RNA海绵可能对miRNA的致癌活性具有更强的抑制作用,并因此产生更强的抗肿瘤效应。Tay等[24]探讨了恶

性黑色素瘤细胞系中不同mRNA海绵表达载体的设计及其效果,他们发现相比于线性载体,环状载体能使mRNA海绵具有更加持久而稳定的作用。环状RNA海绵可以添加更多的特异性miRNA结合位点,从而无限地增强其抗miRNA能力[25],并且特定的circRNA含有许多特定的miRNA结合位点,其具有比典型的miRNA抑制剂更有效和更特异的抑制功能。相信在不久的将来,miRNA环化海绵有望成为一种基于RNA的肿瘤基因治疗新策略。

3?结语

circRNA是丰富、稳定、保守、特异的一类RNA分子,反义互补序列和RBP可在circRNA的生物合成中产生重要的作用[26],但大多数circRNA 的降解和定位仍需深入研究,circRNA在肿瘤发生发展中的作用及分子机制有待进一步阐明。虽然circRNA具有高度的特异性、保守性和稳定性,但目前检测和定性circRNA的方法仍有局限性,不同的生物信息学方法或测序数据造成circRNA的识别出现偏倚,circRNA的全长序列检测技术也有待进一步发展。研究表明,circRNA在肿瘤组织中、血浆及唾液中的表达具有特异性[23,27],提示circRNA 在疾病诊断和治疗中具有很好的临床应用价值,并有望成为肿瘤早期诊断、预后判断的分子标志物及肿瘤治疗靶点。

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[编辑:刘红武;校对:周永红]