韓 希 綜述,張艷亮 審校

昆明醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)科/云南省檢驗(yàn)醫(yī)學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/云南省醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)臨床醫(yī)學(xué)研究中心,云南昆明 650032

肺癌是目前對(duì)人類生命威脅最大的惡性腫瘤之一,根據(jù)2020年版全球癌癥統(tǒng)計(jì)報(bào)告(GLOBO-CAN2020)的數(shù)據(jù),2020年,全球肺癌的發(fā)病人數(shù)和病死人數(shù)分別為220萬(wàn)例和180萬(wàn)例[1]。根據(jù)組織學(xué)類型,肺癌可分為非小細(xì)胞肺癌(NSCLC)和小細(xì)胞肺癌(SCLC),其中前者占肺癌的85%[2]。環(huán)狀RNA(circRNA)是真核生物中的前體mRNA(pre-mRNA)經(jīng)反向剪接而形成的頭尾相連的環(huán)狀RNA分子,不具有5′“帽”和3′末端結(jié)構(gòu)。1976年,SANGER等[3]首次發(fā)現(xiàn)了circRNA的存在,但在當(dāng)時(shí)其被視為錯(cuò)誤剪切產(chǎn)生的副產(chǎn)物。隨著二代測(cè)序技術(shù)和生物信息學(xué)技術(shù)的應(yīng)用,circRNA被認(rèn)為是一類具有調(diào)節(jié)功能的RNA,并且提出circRNA可以作為微小RNA(miRNA)海綿發(fā)揮生物學(xué)功能[4-5]。有研究顯示,circRNA的表達(dá)與肺癌的發(fā)生和進(jìn)展過(guò)程具有密切聯(lián)系,在疾病的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)過(guò)程中發(fā)揮關(guān)鍵作用[6]。

1 circRNA概述

1.1circRNA的生物學(xué)特性 (1)穩(wěn)定性:因circRNA具有特殊的環(huán)狀結(jié)構(gòu),其表達(dá)極為穩(wěn)定,半衰期可比線性RNA(linear RNA)長(zhǎng)達(dá)10倍左右,并且天然對(duì)核酸酶(RNase)具有抵抗能力,能夠使其自身豐度保持在一個(gè)較高的水平上[7-8]。(2)特異性:circRNA廣泛存在于細(xì)胞中,在不同的細(xì)胞類型及細(xì)胞的生長(zhǎng)階段、不同疾病及疾病的進(jìn)展階段分別具有不同的表達(dá)模式[9]。(3)豐富性:circRNA 廣泛存在于各物種當(dāng)中,有時(shí)其表達(dá)豐度可比相應(yīng)的宿主基因高達(dá)5倍以上[10]。(4)保守性:circRNA是一種高度保守的環(huán)狀分子,且在不同物種當(dāng)中也具有保守性[11]。

1.2circRNA的形成機(jī)制與分類 circRNA分為以下4種類型[12-13]:(1)外顯子circRNA(ecircRNA)。ecircRNA的形成主要為套索環(huán)化模式,通過(guò)外顯子的3′端剪接供體與5′端剪接受體結(jié)合,形成套索結(jié)構(gòu),進(jìn)而再將套索中內(nèi)含子成分移除。ecircRNA多數(shù)定位于細(xì)胞質(zhì)中,富含miRNA的結(jié)合元件,能夠在惡性腫瘤轉(zhuǎn)錄后調(diào)控發(fā)揮關(guān)鍵作用。(2)內(nèi)含子circRNA(ciRNA)。線性內(nèi)含子通過(guò)配對(duì)誘導(dǎo)反向剪接過(guò)程,2個(gè)內(nèi)含子共價(jià)結(jié)合形成內(nèi)含子ciRNA。(3)外顯子-內(nèi)含子circRNA(EIciRNA)。EIciRNA是由外顯子和內(nèi)含子共同環(huán)化而形成的,大多數(shù)位于細(xì)胞核,可以調(diào)控宿主基因的轉(zhuǎn)錄過(guò)程。(4)前體tRNA剪接形成的circRNA(TricRNA)。

1.3circRNA的調(diào)控機(jī)制

1.3.1circRNA的海綿吸附活性 位于細(xì)胞質(zhì)中的circRNA富含miRNA結(jié)合位點(diǎn),可以作為高效的競(jìng)爭(zhēng)性內(nèi)源RNA(ceRNA),通過(guò)circRNA-miRNA-mRNA軸實(shí)現(xiàn)對(duì)靶mRNA的調(diào)控作用。另外,有些circRNA還可以與多個(gè)miRNA結(jié)合,實(shí)現(xiàn)對(duì)多種基因信號(hào)通路的調(diào)控[14-15]。HANSEN等[5]早期在人和小鼠的正常大腦中發(fā)現(xiàn)了一個(gè)表達(dá)量很高的circRNA分子小腦變性相關(guān)蛋白反義轉(zhuǎn)錄物1(CDR1as),其富含多于70個(gè)miRNA的作用位點(diǎn),同時(shí)還可以與Argonaute(AGO)蛋白相互作用調(diào)控miR-7的功能。circRNA 可作為“miRNA海綿”是目前circRNA發(fā)揮生物學(xué)功能的主要途徑。

1.3.2與RNA結(jié)合蛋白(RBP)相互作用 RBP是一類可以參與RNA代謝調(diào)控的蛋白質(zhì)。circRNA 可以與 RBP結(jié)合形成復(fù)合物調(diào)節(jié)游離RBP的活性,從而對(duì)下游靶mRNA的功能產(chǎn)生影響[16]。人類抗原R(HuR)是一種研究較為廣泛的RBP,circDCUN1D4可以作為支架促進(jìn)HuR蛋白與硫氧還蛋白互作蛋白(TXNIP)的相互作用,從而提高TXNIP mRNA的穩(wěn)定性。有研究證實(shí),circDCUN1D4能夠通過(guò)堿基互補(bǔ)直接與TXNIP mRNA相互作用,可以形成circDCUN1D4/HuR/TXNIP RNA-蛋白質(zhì)三元復(fù)合體,并且circDCUN1D4抑制肺腺癌細(xì)胞的轉(zhuǎn)移和糖酵解也需要依賴TXNIP途徑發(fā)揮調(diào)控作用[17]。HUANG等[18]研究發(fā)現(xiàn),circXPO1通過(guò)與IGF2BP1相互作用,增強(qiáng)肺腺癌細(xì)胞中CTNNB1 mRNA的穩(wěn)定性,并且通過(guò)體內(nèi)外實(shí)驗(yàn)證實(shí)了circXPO1/IGF2BP1-CTNNB1軸可以促進(jìn)肺癌細(xì)胞的增殖和遷移,而沉默circXPO1能夠抑制腫瘤的生長(zhǎng)。上述研究提示circXPO1可能是肺腺癌的治療靶點(diǎn)。

1.3.3翻譯蛋白質(zhì)或多肽 由于circRNA不具有頭尾結(jié)構(gòu),缺乏翻譯所需的必要元件,因此,一般被認(rèn)為是不具備翻譯功能。但最新的研究表明,circRNA可以以一種不依賴帽的方式,通過(guò)內(nèi)部核糖體進(jìn)入位點(diǎn)(IRES)和6-甲基腺嘌呤(m6A)誘導(dǎo)的核糖體參與位點(diǎn)(MIRES)來(lái)啟動(dòng)蛋白質(zhì)/多肽的翻譯[19]。YANG等[20]研究發(fā)現(xiàn),circRNA CIRC-FBXW7在健康人腦中表達(dá)上調(diào),由IRES 序列驅(qū)動(dòng)的開(kāi)放閱讀框(ORF)能夠?qū)Φ鞍踪|(zhì)FBXW7-185aa的序列進(jìn)行編碼,在人類膠質(zhì)瘤的發(fā)生發(fā)展中扮演重要的角色。circZNF609可以在人和鼠的成肌細(xì)胞中表達(dá),調(diào)節(jié)成肌細(xì)胞的增殖。circZNF609序列中含有跨過(guò)反向剪接位點(diǎn)的ORF,可以以不依賴“帽”和依賴剪接的方式使之被翻譯成為蛋白質(zhì),并且其翻譯過(guò)程還可以在應(yīng)激條件下進(jìn)行[21]。

1.3.4調(diào)節(jié)基因的轉(zhuǎn)錄和剪接 與線性RNA不同,circRNA可以存在于真核轉(zhuǎn)錄組中。EIciRNA廣泛存在于細(xì)胞核,通過(guò)與U1小核糖核蛋白粒子(U1 snRNP)相互作用可以與U1 snRNP形成EIciRNA-U1 snRNP復(fù)合物,進(jìn)一步與親本基因啟動(dòng)子上的RNA聚合酶Ⅱ(RNA polⅡ)轉(zhuǎn)錄物作用,促進(jìn)親本基因的轉(zhuǎn)錄表達(dá)[22]。NAN等[23]通過(guò)體內(nèi)外研究證實(shí),circNOL10可以抑制轉(zhuǎn)錄因子SCML1泛素化降解過(guò)程并促進(jìn)其表達(dá),SCML1可以調(diào)控HN多肽家族的線粒體功能,影響多條信號(hào)通路,最終抑制肺癌細(xì)胞的惡性程度及致瘤能力,延緩肺癌的進(jìn)展。

2 circRNA在肺癌中的作用

2.1circRNA作為致癌基因 LU等[24]研究發(fā)現(xiàn),circCSNK1G3在肺癌組織中表達(dá)上調(diào)。通過(guò)細(xì)胞增殖和凋亡等功能實(shí)驗(yàn)證實(shí),過(guò)表達(dá)circCSNK1G3可促進(jìn)肺癌的惡性程度,并通過(guò)生信分析及雙熒光素酶檢測(cè),circCSNK1G3與miR-143-3p的表達(dá)呈負(fù)相關(guān),進(jìn)而誘導(dǎo)下游靶基因HOXA10信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)促進(jìn)肺癌的進(jìn)展。ZHANG等[25]研究結(jié)果表明,circ_0017639在肺癌組織中高度表達(dá),circ_0017639的高表達(dá)通過(guò)觸發(fā)PI3K/AKT信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路增強(qiáng)了NSCLC細(xì)胞的增殖、遷移和侵襲能力。circSATB2在肺癌中上調(diào),發(fā)揮致癌作用,敲減circSATB2可抑制細(xì)胞增殖、侵襲,促進(jìn)細(xì)胞凋亡;之后通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證發(fā)現(xiàn),circSATB2具有miR-326的結(jié)合位點(diǎn),而肌動(dòng)蛋白結(jié)合蛋白(FSCN1)為miR-326的靶基因,circSATB2 通過(guò)調(diào)節(jié) miR-326/FSCN1 軸發(fā)揮致癌基因的作用。此外,circSATB2可以在NSCLC患者血清外泌體中檢測(cè)到。因此推測(cè),circSATB2 可以作為肺癌檢測(cè)的新型循環(huán)生物標(biāo)志物[26]。hsa_circ_0001875是一個(gè)在NSCLC組織和細(xì)胞系中顯著上調(diào)的環(huán)狀分子,可以促進(jìn)NSCLC腫瘤細(xì)胞的增殖和轉(zhuǎn)移;在作用機(jī)制上,circ-000187通過(guò)轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β(TGF-β)/Smad2信號(hào)通路調(diào)節(jié)miR31-5p/sp1軸,促進(jìn)上皮細(xì)胞-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化(EMT)過(guò)程,發(fā)揮致癌作用[27]。

2.2circRNA作為抑癌基因 circSCAP在肺癌組織中的表達(dá)水平低于癌旁組織,其表達(dá)水平與肺癌患者TNM分期呈負(fù)相關(guān);通過(guò)生物學(xué)功能實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證發(fā)現(xiàn),過(guò)表達(dá)circSCAP可以顯著減弱NSCLC細(xì)胞的活力,抑制遷移和侵襲;circSCAP可以直接與SF3A3結(jié)合并促進(jìn)其降解,導(dǎo)致MDM4S水平升高,激活p53信號(hào),進(jìn)而抑制NSCLC的惡性程度,延緩肺癌的進(jìn)展[28]。LI等[29]研究發(fā)現(xiàn),hsa_circ_0030998在肺癌組織較癌旁組織中表達(dá)量較低,并可以通過(guò)與miR-558相互作用延緩肺癌的進(jìn)展,抑制細(xì)胞增殖活性及侵襲等惡性細(xì)胞表型,同時(shí)可以降低肺癌細(xì)胞對(duì)紫杉醇的耐藥性。circNDUFB2在肺癌組織中呈低表達(dá),并且可以作為支架蛋白增強(qiáng)TRIM25與IGF2BPs的結(jié)合,IGF2BPs是能夠促進(jìn)腫瘤進(jìn)展的正向調(diào)控因子,三者形成的復(fù)合物結(jié)構(gòu)可以加速IGF2BPs的泛素化降解進(jìn)程。此外,circNDUFB2還能夠激活RIG-I-MAVS信號(hào)通路,觸發(fā)腫瘤的免疫防御反應(yīng)[30]。

2.3circRNA與肺癌的轉(zhuǎn)移與侵襲 轉(zhuǎn)移與癌癥患者的死亡和治療失敗密切相關(guān)。circRNA 是多種惡性腫瘤進(jìn)展相關(guān)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)關(guān)鍵調(diào)控分子,如經(jīng)典的Wnt信號(hào)通路、TGF-β等信號(hào)通路,這些通路都是影響腫瘤細(xì)胞增殖、侵襲、遷移與EMT的重要調(diào)控通路。circ_0001806在NSCLC組織和細(xì)胞中表達(dá)呈高表達(dá),circ_0001806可通過(guò)“miRNA海綿”抑制miR-1182的功能,增強(qiáng)神經(jīng)腫瘤腹側(cè)抗原2(NOVA2)的表達(dá),促進(jìn)NSCLC細(xì)胞的遷移和侵襲[31]。c-Myc是原癌基因 MYC 編碼的轉(zhuǎn)錄因子,是多條信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的靶基因,與多種惡性腫瘤的發(fā)生具有密切聯(lián)系[32]。ZHANG等[33]研究發(fā)現(xiàn),circRNA_010763可作為miR-715的ceRNA發(fā)揮生物學(xué)功能,抑制miR-715對(duì)c-Myc的負(fù)調(diào)控,上調(diào)c-Myc基因的表達(dá),促進(jìn)癌細(xì)胞的生長(zhǎng)、加速癌細(xì)胞的遷移和侵襲。LIU等[34]研究發(fā)現(xiàn),雌激素受體β(Erβ)可通過(guò)與circ-TMX4宿主基因TMX4的5′端啟動(dòng)子區(qū)域結(jié)合促進(jìn)其表達(dá);體內(nèi)外實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果顯示,circ-TMX4可以抑制miR-622的表達(dá),通過(guò)減少miRNA與其3′非翻譯區(qū)(3′UTR)的結(jié)合,增加CXCR4信使RNA的翻譯,從而促進(jìn)NSCLC細(xì)胞的侵襲。

2.4circRNA調(diào)控肺癌腫瘤微環(huán)境 腫瘤間質(zhì)與細(xì)胞外基質(zhì)、氧氣水平和pH等因素共同構(gòu)成了腫瘤微環(huán)境,微環(huán)境變化在腫瘤發(fā)生階段具有至關(guān)重要的作用[35]。缺氧是腫瘤生長(zhǎng)的重要標(biāo)志,主要受缺氧誘導(dǎo)因子-1(HIF-1α)的調(diào)節(jié)。HIF-1α在缺氧環(huán)境中表達(dá)量增多,可以調(diào)節(jié)多種與缺氧有關(guān)的基因,使腫瘤細(xì)胞可以快速對(duì)缺氧的微環(huán)境進(jìn)行適應(yīng)性調(diào)節(jié),促進(jìn)腫瘤的進(jìn)展[36]。有研究發(fā)現(xiàn),circHMGB2在腫瘤組織中較配對(duì)癌旁組織表達(dá)上調(diào),circHMGB2的高表達(dá)可以影響肺癌細(xì)胞的增殖,并且可以通過(guò)circHMGB2/miR-181a-5p/CARM1軸促進(jìn)形成免疫抑制腫瘤微環(huán)境來(lái)限制程序性死亡受體-1(PD-1)的療效[37]。SHANGGUAN等[38]研究發(fā)現(xiàn),circSLC25A16(hsa_circ_0018534)可以促進(jìn)NSCLC細(xì)胞的糖酵解過(guò)程,提升葡萄糖攝取、乳酸合成和三磷酸腺苷(ATP)產(chǎn)生的能力,促進(jìn)癌細(xì)胞的增殖。此外,circSLC25A16可以吸附miR-488-3調(diào)節(jié)HIF-1α的表達(dá),促進(jìn)乳酸脫氫酶的轉(zhuǎn)錄激活。

3 circRNA的臨床價(jià)值

circRNA 穩(wěn)定性高、半衰期長(zhǎng),并廣泛存在于人體的血清、血漿和外泌體中,容易被收集檢測(cè),使得circRNA成為包括癌癥在內(nèi)多種疾病理想的生物標(biāo)志物。

3.1可作為肺癌診斷和預(yù)后的生物標(biāo)志物 在NSCLC組織中篩選出表達(dá)顯著上調(diào)的circRNA100146,circRNA100146對(duì)NSCLC的診斷具有一定價(jià)值,其靈敏度和特異度均高于大多數(shù)肺癌的診斷標(biāo)志物[39]。circRNA_101237在NSCLC細(xì)胞和組織中均呈高表達(dá),經(jīng)Kaplan-Meier生存分析結(jié)果顯示,circRNA_101237表達(dá)量高的患者的總體生存期短于表達(dá)水平低的患者,提示circRNA_101237的表達(dá)與NSCLC患者預(yù)后不良具有密切關(guān)系[40]。

3.2可作為肺癌治療的靶點(diǎn) circ_0072088在NSCLC組織中表達(dá)顯著下調(diào),細(xì)胞功能實(shí)驗(yàn)中證實(shí),circ_0072088可以通過(guò)與miR-944結(jié)合抑制LASP1的表達(dá),進(jìn)而抑制NSCLC細(xì)胞的惡性進(jìn)展,提高NSCLC細(xì)胞對(duì)順鉑藥物的敏感性,因此,circ_007208可能成為NSCLC新的治療靶點(diǎn)[41]。circRNA-002178在LUAD組織和細(xì)胞中顯著上調(diào),circRNA-002178可以通過(guò)海綿介導(dǎo)miR-34在癌細(xì)胞中促進(jìn)T細(xì)胞耗竭促進(jìn)PD-L1的表達(dá)。circRNA-002178可以通過(guò)外泌體從癌細(xì)胞轉(zhuǎn)移到CD8+T細(xì)胞中,并吸收CD8+T細(xì)胞中的miR-28-5p誘導(dǎo)PD-1的表達(dá),提示circRNA-002178可作為檢測(cè)LUAD一個(gè)潛在的生物標(biāo)志物,并可以作為肺癌免疫治療的靶點(diǎn)[42]。

4 小結(jié)與展望

隨著circRNA 在不同類型的肺癌組織中被發(fā)現(xiàn),circRNA被證實(shí)參與肺癌的進(jìn)展。circRNA對(duì)于肺癌的診斷具有較高的特異度與靈敏度,研究潛力較大。雖然越來(lái)越多的研究人員進(jìn)行circRNA與肺癌發(fā)病機(jī)制的研究,但大部分研究重點(diǎn)集中在circRNA的miRNA海綿吸附功能上,應(yīng)更多地關(guān)注circRNA與蛋白質(zhì)的相互作用及其轉(zhuǎn)錄調(diào)控功能等的研究。由于circRNA數(shù)量繁多、功能復(fù)雜,它們的分子機(jī)制在很大程度上仍然是未知的,阻礙了其在臨床上的應(yīng)用,并且NSCLC患者的預(yù)后不良可能與肺癌進(jìn)展的復(fù)雜性和分子機(jī)制的不明確性相關(guān)。因此,還需對(duì)circRNA進(jìn)行深入研究,使其能夠在癌癥研究及精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中正確和精確地使用。