环状RNA与结直肠癌的相关性研究进展_王芬.pdf

80 第35卷 第1期2023年VOL.35NO.12023菏 泽 医 学 专 科 学 校 学 报JOURNALOFHEZEMEDICALCOLLEGEDOI:10.3969/j.issn.1008-4118.2023.01.024环状 RNA 与结直肠癌的相关性研究进展王芬，王庆领（菏泽医学专科学校附属医院，山东 菏泽 274000）关键词：结直肠癌；环状 RNA；分子标志物；靶点中图分类号：R735.3+5 文献标识码：A 文章编号：1008-4118（2023）01-0080-05结直肠癌（CRC）是消化系统最常见的恶性肿瘤之一，也是全球发病率和死亡率居于第三位的恶性肿瘤1。尽管 CRC 在检测和治疗策略上有了新的方法，但其死亡率仍居高不下。CRC 患者的 5 年生存率为 60%左右，而发生远处转移的晚期 CRC 患者的生存率仅有 13.1%2。因此，阐明CRC 发生的分子机制和寻找高灵敏、简便的分子标志物，对于提高早期 CRC 的检出率，降低晚期CRC患者的死亡率至关重要。环状RNA（circRNA）是一种具有共价闭合环状结构的单链 RNA，在基因表达调控和生物学过程中发挥着特殊的作用，可作为微小 RNA 的海绵，参与转录调控、滚环翻译和假基因的产生等3。越来越多的证据表明circRNA 与阿尔茨海默病、心脏病和癌症等多种疾病的病理密切相关，尤其在癌症的发生发展过程中，已被证实发挥着特殊的作用。本文就 circRNA在 CRC 中的研究进展作一综述，以期为 CRC 的早期诊断和治疗提出新的方向。1circRNA 的形成与分类20 世纪 70 年代，Sanger 等4在植物病毒中首次发现单链 circRNA，之后多年间一直被认为是异常剪接的无功能产物，未受到研究者的重视。近年来，随着新一代 RNA 测序技术的发展，在哺乳动物细胞中大量 circRNA 被发现。根据circRNA 的组成可以分为三类（图 A）：外显子来源 的 circRNA（exonic circRNA,ecircRNA），其主要稳定存在细胞质中；由外显子-内含子组成的 circRNA（exon-intron circRNA，elciRNA），以细胞核分布最为广泛，且与亲本基因的转录密切相关；内含子来源的 circRNA（circular intronic RNA，ciRNA），其稳定存在于细胞核中5。根据 circRNA 的位置可以将其分为五类（图B）：ecircRNA、ciRNA、反义链circRNA（antisense circRNA）、重 叠 区 circRNA（sense overlapping circRNA）和 基 因 间 的 circRNA（intergenic circRNA）。因此，可以根据是否可以翻译，将circRNA 分为非编码 circRNA 和编码 circRNA。研究发现，如果 circRNA 中存在一个内部核糖体进入位点（Internal ribosome entry site，IRES）或者具有特定的 m6A 结合位点，且存在一个开放阅读框（Open reading frame,ORF），就可以使得核糖体在 mRNA 序列中启动翻译（图 C）图 A根据 circRNA 的组成将其分为三类：ecircRNA，ciRNA，elciRNA图 B根据 circRNA 的位置和相邻 mRNA 将其分为五类：ecircRNA，ciRNA，antisensecircRNA，senseoverlappingcircRNA 和 intergeniccircRNARibosomePolypeptideIRESCodingcircRNAORFAUGBecircRNAexon1exon2exon3exon4AciRNAELciRNAPre-mRNA3581第35卷 第1期2023年VOL.35NO.12023菏 泽 医 学 专 科 学 校 学 报JOURNALOFHEZEMEDICALCOLLEGE图 C具有编码功能的 circRNA 至少拥有一个 IRES 和 ORF2circRNA 的生物学特征circRNA 是由共价闭环结构组成，既没有5 3 的极性，也没有3 Poly（A）尾的特殊结构，与线性 RNA 相比更能抵抗 RNA 外切酶，分子结构相对稳定7。随着新的测序技术的发展，在人体内发现大量新的 circRNA，其中部分 circRNA 的表达模式超出了其对应的线性 RNA的 10 倍以上。在进化过程中 circRNA 的表达模式变得越来越复杂，一个序列可以产生多个不同种类的 circRNA。这种复杂的表达模式，将使得在 circRNA 的研究过程中增加一定的困难。目前研究还发现 circRNA具有阶段特异性表达的模式。在某些特定的发育阶段，如人类植入前胚胎、人类胎儿发育和衰老，已观察到某些 circRNA 出现表达程度的不同8。因此，circRNA 的生物学特征可以概括为进化的普遍性、多样性、稳定性和保守性。3circRNA 的功能circRNA 可作为微小 RNA（miRNA）的分子海绵。circRNA 上存在 miRNA 的结合位点，可作为竞争的内源性 RNA（competitive endogenous RNA,ceRNA），海绵化miRNA，干扰其相应的功能，导致目标基因的异常表达。同时 circRNA 还参与调控转录，研究发现 EIciRNA 通过与 U1snRNA之间特异的 RNA-RNA 相互作用，产生 EIciRNA-U1snRNP 复合物，进而与 PolII 转录复合物在启动子上相互作用，增强亲本基因的转录和表达9。此外，一些研究已经证明 IRES 的存在，可使得 circRNA 能够在体外和细胞内进行翻译。Pamudurti 等10在果蝇的头部发现一些 circRNA可以通过结合相关的核糖体或在富含膜的亚细胞室，使用宿主 mRNA 的起始密码子来翻译相关的蛋白质，并且它们还具有进化上保守的终止密码子。相关研究也发现 circZNF609 等一些 circRNA也能参与相关蛋白的翻译11。最近研究表明 RNA结 合 蛋 白（RNA binding proteins,RBPs）影 响circRNA 生命周期的全部过程，一些 RBPs 还参与了 circRNA 的生成。例如，在 RBPs 驱动的环化中，RBPs 与侧翼内含子和环化外显子相互作用，来调节 circRNA 的反向剪接。circRNA 还可以与 RBPs结合，作为蛋白质海绵。由于 circRNA 和 RBPs 相互作用的研究较少，对于这种相互作用的机制仍需进一步研究和探讨。4circRNA 与外泌体外泌体是由多种细胞通过胞吐作用分泌的具有双层膜结构的细胞外小泡，平均直径约40100 nm12。最近研究发现，在外泌体中富含circRNA，其丰富度和环状线性剪接率比细胞中的水平至少增加 26 倍，并且具有良好的稳定性。circRNA 存在于外泌体中，其机制可能是：（1）长链非编码RNA竞争性调节circRNA进入外泌体。（2）充当 miRNA 的分子海绵。（3）RBPs 识别具有特定序列的 RNA 并调节外泌体 circRNA 的分类。（4）外泌体优先释放较小的 circRNA13。外泌体含有丰富的脂类成分，极不易被蛋白酶和核酸酶降解，所以存在其中的 circRNA 更加稳定，并且可以在各种体液中被检测到，方法简单且没有创伤。因此，外泌体 circRNA 的研究将为今后各种疾病的早期诊断和寻找新的肿瘤标志物提供生物学基础。5circRNA 与 CRC近年来，CRC 的临床治疗虽然已有了较大进展，但患者的总体生存率并无明显改善，究其原因为 CRC 的早期诊断不及时、发病机制不清楚。随着对肿瘤相关 RNA 研究的不断深入，许多circRNA 已被证实在 CRC 的细胞、组织和血液中异常表达，并与 CRC 的分期、转移密切相关，可作为 CRC 有前景的诊断、评估预后的生物标志物和潜在的治疗靶点。新近发现的部分 CRC 相关的circRNA 的研究进展（表 1）。ecircRNAantisensecircRNAsenseoverlappingcircRNAIntergeniccircRNAciRNA533355 1kb 1kb 1kbC82 第35卷 第1期2023年VOL.35NO.12023菏 泽 医 学 专 科 学 校 学 报JOURNALOFHEZEMEDICALCOLLEGE表 1CRC 相关的 circRNAcircRNA 名称功能相关机制表达水平文献circ_0000231促进肿瘤的发生和发展与 miR-375 和 IGF2BP3 蛋白结合上调17circ_ITGA7抑制肿瘤的发生和发展通过海绵化 miR-3187-3p 靶向 ASXL1下调18circ_0137008抑制肿瘤的生长和侵袭海绵化 miR-338-5p上调 19circ_000984促进肿瘤细胞的增殖海绵化 miR-106b 上调 CDK6上调20circ-FBXW7抑制肿瘤的发生和发展抑制 NEK2/mTOR 信号通路，靶向激活抑癌基因 PTEN上调21circ_0009361抑制肿瘤的生长和侵袭与 miR-582 竞争性结合，靶向抑制 Wnt/-catenin 通路下调22circPTK2促进肿瘤的发生和发展与 vimentin 蛋白的相结合，从而促进 EMT上调235.1 circRNA 影响 CRC 发生和发展 ZHANG 等14通过实验发现，has_circ_0000231 在 CRC 组织中表达水平明显高于癌旁组织，并提示预后不良。高表达的 has_circ_0000231 可促进 CRC 的细胞增殖和转移，其机制在于：has_circ_0000231 一方面作为 miR-375 的内源竞争核糖核酸，促进细胞周期蛋白 D2 的表达，另一方面可与 IGF2BP3 蛋白相结合，阻止细胞周期蛋白 D2 的降解，从而促进CRC 的发生和发展。YANG 等15发现在 CRC 组织中 has_circ_ITGA7 表达明显降低，进一步的测序和生物信息学分析表明，has_circ_ITGA7 可以通过海绵化 miR-3187-3p 靶向上调 ASXL1 的表达，从而抑制 CRC 的发生和发展。YANG 等16发现过表达的 hsa_circ_0137008 可抑制 CRC 细胞的迁移和侵袭。进一步体内实验结果显示，hsa_circ_0137008 过表达后通过海绵化 miR-338-5p 抑制 CRC 进展，表明 hsa_circ_0137008/miR-338-5p轴是 CRC 发生、发展的重要调控信号通路。此外，有研究发现 hsa_circ_000984 可以与 miR-106b 海绵化结合，并且通过 ircRNA-miRNA-mRNA 信号通路，靶向增加下游 CDK6 水平，从而将细胞从G1 期过渡到 S 期，进而缩短了 CRC 的细胞周期，促进了细胞的增殖17。5.2 circRNA 可作为 CRC 的潜在治疗靶点 据报道，失调的 circRNA 与胃肠道肿瘤的转移和侵袭有关，并可作为治疗的潜在靶点。LU 等18采用小干扰 RNA 的方法，将质粒转染到 CRC 的SW480 和 SW620 细胞中，从而获得稳定的 hsa_circ_FBXW7 细胞株和高表达的 hsa_circ_FBXW7细胞株。此研究发现，在细胞模型中稳定的 hsa_circ_FBXW7 能显著促进 CRC 细胞的增殖、集落形成、细胞迁移和侵袭；相反，高表达的 hsa_circ_FBXW7 则能显著抑制 CRC 进展。他们通过进一步研究发现，高表达的 hsa_circ_FBXW7 通过抑制 NEK2/mTOR 信号通路，靶向激活抑癌基因 PTEN，从而抑制 CRC 的进展。因此，hsa_circ_FBXW7 与 NEK2/mTOR 信号通路有望成为CRC 的潜在治疗靶点。GENG 等19研究发现 hsa_circ_0009361在CRC细胞和组织中表达显著下调，并且他们通过实验证明了 hsa_circ_0009361 可通过与 miR-582 竞争性结合，上调腺瘤性息肉病大肠杆菌 2 的表达，靶向抑制 Wnt/-catenin 的信号传导通路，进而抑制 CRC 细胞的生长、侵袭和转移。该研究提示 hsa_circ_0009361/miR-582/Wnt/-catenin 网络可作为 CRC 的治疗靶点。最新研究发现 circPTK2 在 CRC 组织中表达升高，且与肿瘤的生长和转移呈正相关。进一步研究发现，circPTK2 可 以 vimentin 蛋 白 的 Ser38、Ser55、Ser82 位点相结合，从而促进 CRC 的上皮间质转化（Epithelial-mesenchymal transition,EMT）。同时他们还发现，circPTK2 可以通过下调或者过表达 vimentin 蛋白来调控 CRC 的生长和转移。该研究揭示了 circPTK2 与 vimentin 蛋白的相互作用可以作为 CRC 新的治疗靶点20。5.3 circRNA 可作为 CRC 分子标志物 研究表明，circRNA 具有以下几个特征可作为肿瘤分子标志物。（1）稳定性：circRNA 对核酸外切酶具有抵抗力。（2）特异性：具有组织特异性和发育阶段特异性的表达方式。特别是在癌组织和非癌症组织之间存在明显表达差异。（3）普遍性：83第35卷 第1期2023年VOL.35NO.12023菏 泽 医 学 专 科 学 校 学 报JOURNALOFHEZEMEDICALCOLLEGEcircRNA 被认为是人类细胞中分布最广泛的分子。（4）在不同生物的进化中具有保守性21。WANG等22发现，has_circ_0014717 在 CRC 组织中的表达水平明显低于相应的正常组织，进一步 Kaplan-Meier 生存分析显示，has_circ_0014717 的表达水平降低与 CRC 患者的总生存期成负相关，且提示患者预后不良。该研究提示 has_circ_0014717在 CRC 组织中表达水平的高低可作为 CRC 早期诊断和评估患者预后的分子标志物。RUAN 等23发现 hsa_circ_0002138 在 CRC 组织中表达水平稳定下调，ROC 曲线下面积为 0.7249，其敏感性为62.86%，特异性为 74.29%，P0.001，提示 has_circ_0002138 的表达异常可作为 CRC 诊断分子标志物。此外，YIN 等24发现 has_circ_0000375和 has_circ_0011536 在 CRC 组织和血清标本以及 CRC 细胞系中表达均下调，他们通过计算得出has_circ_0000375 和 has_circ_0011536 在 CRC 组织中的 ROC 曲线下面积分别为：0.911 和 0.885，在血清中分别为 0.976 和 0.982。与术前相比较，他们发现，术后 30 天患者血清中这两种 circRNA 水平均高于术前水平，提示 has_circ_0000375 和 has_circ_0011536 的表达与结直肠癌的发生发展有关，有望成为 CRC 新的分子标志物。此外，外泌体circRNA 已经被证明了在早期检测 CRC 的诊断潜力，其敏感性和特异性高于单独的 CEA 和 CA19-9，并且还具有 TNM 分期特异性的预后潜力。根据以上研究结果，circRNA 在 CRC 组织和血清中表达异常，且与 CRC 患者的临床病理密切相关，有望成为 CRC早期诊断和评估预后的分子标志物。6结论和展望近年来，研究者已证明非编码 RNA 参与了细胞结构、功能和生理发育的调节，并与癌症的发生和发展密切相关。其中，circRNA 被认为是非编码 RNA 研究领域中的一颗新星。circRNA 其相对稳定及特异性的生物学特性，使其在基因表达调控方面发挥着重要功能。越来越多的证据表明circRNA 与包括癌症在内的多种疾病的发生发展密切相关。CRC 是一种恶性程度较高的癌症，严重威胁人们的健康生活，尽早阐明其分子机制和寻找高灵敏、简便的分子标志物，有利于 CRC 的早期检出率，降低晚期 CRC 患者的死亡率。在 CRC的发生和发展过程中，大多数 circRNA 可以与miRNA 海绵化来影响 CRC 细胞的生长，同时两者之间的某些信号通路可作为治疗 CRC 的靶点。此外，circRNA 的表达水平在 CRC 组织、血清中与正常相比较存在明显差异，并与癌症的病理分期及患者的预防相关，有望成为 CRC 新的分子标志物。目前研究发现存在于外泌体中的 circRNA 更加稳定，并在人体血液、尿液、胃液等多种体液中更易获得，表达含量更加丰富，可作为 CRC 更为灵敏的筛查标志物。然而，到目前为止 circRNA在 CRC 中的生物学功能及其调节机制尚未完全阐明，更多新的 circRNA 有待发现，其功能、作用机制和临床应用也需要进一步研究证实。参考文献：1 ZHENG Xiao,CHEN Lujun,ZHOU You,et al.A novel protein encoded by a circular RNA circPPP1R12A promotes tumor pathogenesis and metastasis of colon cancer via Hippo-YAP signalingJ.Mol Cancer,2019,18(1):47.2 Kristensen LS,Jakobsen T,Hager H,et al.The emerging roles of circRNAs in cancer and oncologyJ.Nat Rev Clin Oncol,2022,19(3):188-206.3 GE Jiaxin,JIN Yanping,LV Xueyou,et al.Expression profiles of circular RNAs in human colorectal cancer based on RNA deep sequencingJ.J Clin Lab Anal,2019,33(7):22952.4 Naeli P,Pourhanifeh MH,Karimzadeh MR,et al.Circular RNAs and gastrointestinal cancers:Epigenetic regulators with a prognostic and therapeutic roleJ.Crit Rev Oncol Hematol,2020,145:102854.5 王家立,叶孟.环状 RNA 的功能及其在结直肠癌中的作用 J.生命的化学,2020,40(4):520-527.6 LI Zhe,RUAN Yao,ZHANG Haiyan,et al.Tumor-suppressive circular 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