環(huán)狀RNA在消化系統(tǒng)疾病中的研究進(jìn)展

胡 彤， 徐麗娟， 顧卓然， 龐 智

1.南京醫(yī)科大學(xué)附屬蘇州醫(yī)院(北區(qū))消化內(nèi)科，江蘇 蘇州215008； 2.中國醫(yī)科大學(xué)臨床醫(yī)學(xué)系

環(huán)狀RNA(circular RNA，circRNA)是一類新型的內(nèi)源性非編碼RNA。與線性RNA不同，circRNA是通過共價(jià)鍵形成不具有5′末端帽子及3′末端的閉合環(huán)狀結(jié)構(gòu)[1]。SANGER等[2]于1976年首次在植物病毒中發(fā)現(xiàn)circRNA，但其一直被認(rèn)為是轉(zhuǎn)錄本異常剪接形成的中間產(chǎn)物或錯誤產(chǎn)物，未引起廣泛關(guān)注。隨著生物信息學(xué)和高通量測序技術(shù)的快速發(fā)展，研究[3]發(fā)現(xiàn)，circRNA廣泛存在于真核細(xì)胞中，具有多種生物學(xué)功能，可能在多種疾病的發(fā)生、發(fā)展中起著重要作用，因而近年來逐漸成為RNA領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。本文就circRNA在消化系統(tǒng)疾病中的研究進(jìn)展作一概述。

1 circRNA的種類及成環(huán)機(jī)制

circRNA主要來源于蛋白質(zhì)編碼基因，也可由基因區(qū)間、反義轉(zhuǎn)錄本、tRNA及l(fā)ncRNA等產(chǎn)生[4-5]。目前其產(chǎn)生機(jī)制和過程尚未徹底明確。研究[6]顯示，不同于線性RNA，circRNA通過反向剪接將下游的剪接位點(diǎn)與上游的剪接位點(diǎn)反向連接，形成共價(jià)閉合的環(huán)狀結(jié)構(gòu)。目前根據(jù)其來源及構(gòu)成序列不同分為3類：外顯子circRNA(ecircRNA)、內(nèi)含子circRNA(ciRNA)及由外顯子和內(nèi)含子共同形成的circRNA(ElciRNA)。其中，ecircRNA主要存在于細(xì)胞質(zhì)中，其可通過外顯子跳讀形成套索結(jié)構(gòu)驅(qū)動成環(huán)或內(nèi)含子堿基互補(bǔ)配對驅(qū)動成環(huán)。ciRNA主要存在于細(xì)胞核中，其形成依賴靠近5′剪切位點(diǎn)附近長7 nt的富含GU的片段和分支點(diǎn)附近的長11 nt的富含C的片段[7]。LI等[8]研究指出,ElciRNA可能由于在內(nèi)含子堿基互補(bǔ)配對驅(qū)動形成ecircRNA時(shí)保留了內(nèi)含子序列。

2 circRNA的生物學(xué)功能

2.1miRNA海綿作用SALMENA等[9]于2011年提出了競爭性內(nèi)源RNA(competing endogenous RNA，ceRNA)調(diào)控假說，具體為：mRNA、假基因及l(fā)ncRNA等通過共同的miRNA應(yīng)答元件(miRNA response element，MRE)競爭性結(jié)合miRNA，從而調(diào)控靶基因的表達(dá)，又稱為miRNA“海綿作用”(miRNA sponge)。越來越多的研究[7]表明，circRNA可發(fā)揮miRNA“海綿”或ceRNA的作用。其中最具代表性的circRNA是小腦變性相關(guān)蛋白-1反義轉(zhuǎn)錄物(Cdr1as)，也稱為ciRS-7。研究[10-11]發(fā)現(xiàn)，Cdr1as含有70多個(gè)miR-7的結(jié)合位點(diǎn)，可作為miR-7的海綿調(diào)控靶基因如EGFR、ACK1、IGF1R的表達(dá)，進(jìn)一步調(diào)控各種癌癥的發(fā)生。HANSEN等[12]研究發(fā)現(xiàn)，Y染色體性別決定區(qū)(SPY)編碼的circRNA具有與Cdr1as類似的功能，其含有16個(gè)miR-138結(jié)合位點(diǎn)，通過競爭性結(jié)合miR-138發(fā)揮海綿體的作用，從而調(diào)控miR-138靶基因的表達(dá)。由此發(fā)現(xiàn)，circRNA的形成使miRNA海綿效應(yīng)的存在成為一個(gè)普遍現(xiàn)象。

2.2調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄和可變剪接幾乎所有分布在細(xì)胞質(zhì)中的circRNA都是由外顯子產(chǎn)生的[13]；而ciRNAs和ElciRNAs主要位于細(xì)胞核中[7，12]，被認(rèn)為更有可能作為基因表達(dá)的轉(zhuǎn)錄后調(diào)控因子。LI等[8]證實(shí)，ElciRNA通過U1 snRNP及RNA聚合酶Ⅱ相互作用，通過順式調(diào)節(jié)促進(jìn)其親本基因的轉(zhuǎn)錄。此外，某些基因的剪切效率與circRNA水平呈負(fù)相關(guān)，意味著反向剪接的circRNA能夠競爭性調(diào)控可變剪接。ASHWAL-FLUSS等[14]發(fā)現(xiàn)，circMBL由剪切因子MBL的第二外顯子環(huán)化產(chǎn)生，其側(cè)翼內(nèi)含子上有很多MBL蛋白結(jié)合位點(diǎn)，能夠與MBL蛋白特異性結(jié)合。兩者結(jié)合能夠促進(jìn)circMBL的產(chǎn)生，從而競爭性抑制經(jīng)典剪接。

2.3其他功能此外，circRNA還可與RNA結(jié)合蛋白(RBP)結(jié)合，參與蛋白質(zhì)或RNA的轉(zhuǎn)運(yùn)、存儲及一些復(fù)雜的裝配[14]。雖然circRNA為非編碼RNA，但某些circRNA(如丁型肝炎病毒的circRNA)也可作為蛋白質(zhì)翻譯模板，指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成。相信隨著circRNA研究的不斷深入，更多的circRNA功能將會被發(fā)現(xiàn)。

3 circRNA在消化系統(tǒng)疾病中的作用

基于circRNA的功能，研究人員已經(jīng)研究了circRNA在生理學(xué)和病理學(xué)中的作用?，F(xiàn)有證據(jù)表明，circRNA與自噬[15]、細(xì)胞凋亡[16]和增殖[17]相關(guān)，表明circRNA可能在不同疾病中發(fā)揮重要作用。因此，circRNA有望成為疾病診斷的生物標(biāo)志物或疾病治療的靶點(diǎn)。

3.1消化系統(tǒng)腫瘤研究[18]表明，circRNA與多種消化道腫瘤密切相關(guān)。這些研究主要分為兩大類：一類根據(jù)circRNA的表達(dá)使其成為鑒別癌癥診斷的生物標(biāo)志物，另一類則檢測circRNA在癌癥發(fā)生、發(fā)展中發(fā)揮的作用。

3.1.1 癌癥診斷：早期診斷在癌癥治療中非常重要，癌癥診斷領(lǐng)域長期以來一直是全球科學(xué)家的研究熱點(diǎn)。隨著circRNA的不斷深入研究，研究人員認(rèn)識到circRNA在這一關(guān)鍵過程中的潛在作用。circRNA具有以下顯著特征：(1)廣泛存在于人體細(xì)胞中，有時(shí)其表達(dá)水平甚至超過線性RNA的10倍[13]；(2)circRNA呈閉合環(huán)狀結(jié)構(gòu)，因此不易被核酸外切酶RNase R降解，比線性RNA更穩(wěn)定[19]；(3)多數(shù)circRNA在不同物種間具有保守性[13]；(4)circRNA表達(dá)具有細(xì)胞組織特異性和發(fā)育階段特異性[6]；(5)不僅在腫瘤組織中，在血液、唾液中都能檢測到circRNA[20-21]。這些特征使得circRNA有望成為癌癥診斷的生物標(biāo)志物，且已有大量相關(guān)文獻(xiàn)被報(bào)道(見表1)[22-25]。

表1 可作為癌癥生物標(biāo)志物的circRNATab 1 circRNAs as potential biomarker for cancer

3.1.2 癌癥治療：迄今為止，已經(jīng)證實(shí)circRNA可調(diào)節(jié)癌細(xì)胞的生長、凋亡和細(xì)胞周期，表明circRNA可能成為新型的癌癥治療靶點(diǎn)。

circRNA與結(jié)直腸癌(CRC)：CRC是第三常見的惡性腫瘤，其死亡率較高。GUO等[26]研究發(fā)現(xiàn)，與成對的相鄰組織相比，hsa_circ_0000069在CRC組織中呈高表達(dá)，隨后的功能分析證實(shí)，敲低hsa_circ_0000069抑制細(xì)胞增殖、遷移和侵襲，并通過誘導(dǎo)G0/G1期影響細(xì)胞周期，這表明hsa_circ_0000069可能是CRC治療中的一個(gè)有前景的靶點(diǎn)。circCCDC66和circ-BANP也在CRC組織中過表達(dá)，且在CRC中發(fā)揮相似作用[27-28]。相反，hsa_circ_001988在CRC組織中表達(dá)下調(diào)，且其與腫瘤分化程度和神經(jīng)浸潤程度顯著相關(guān)[29]。HUANG等[24]報(bào)道CRC組織中cir-ITCH表達(dá)明顯下調(diào)，進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，cir-ITCH可通過競爭性吸附miR-7和miR20a負(fù)調(diào)控Wnt/β-catenin信號通路從而抑制CRC細(xì)胞增殖。上述結(jié)果表明，circRNA可作為治療CRC的新靶點(diǎn)。

circRNA與胃癌：胃癌在我國消化系統(tǒng)惡性腫瘤中發(fā)病率居首位。最近的研究證實(shí)，circRNA在胃癌的發(fā)生、發(fā)展中發(fā)揮作用[22-23]。LI等[22]發(fā)現(xiàn)，與鄰近的非腫瘤組織相比，胃癌組織中hsa_circ_0000096顯著下調(diào)。進(jìn)一步分析表明，hsa_circ_0000096可通過抑制細(xì)胞周期蛋白D1、CDK6、MM9-2和MMP-9的表達(dá)來抑制胃癌細(xì)胞的增殖和遷移。然而，這項(xiàng)研究并未闡明分子調(diào)控機(jī)制。最近研究[23]發(fā)現(xiàn)，circPVT1在胃癌患者中表達(dá)上調(diào)并作為海綿吸附miR-125從而促進(jìn)細(xì)胞增殖。另外，ZHANG等[30]研究顯示，circ_100269在胃癌組織中下調(diào)并且通過靶向miR-630來抑制細(xì)胞增殖。ZENG等[31]發(fā)現(xiàn)，circLARP4在胃癌組織中下調(diào)，并通過上調(diào)miR-424靶基因LATS1來抑制細(xì)胞生長和腫瘤侵襲。

circRNA與肝細(xì)胞肝癌(HCC)：HCC是第五大常見癌癥，全球每年約有740 000人被診斷為HCC，每年死亡人數(shù)約為700 000[32]。通過分析HCC組織中circRNA表達(dá)譜后發(fā)現(xiàn)，circMTO1(hsa_circRNA_0007874/hsa_circRNA_104135)在HCC組織中顯著下調(diào)，且其下調(diào)程度與患者存活時(shí)間呈負(fù)相關(guān)[33]。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，沉默circMTO1可導(dǎo)致其下游靶點(diǎn)miR-9的靶基因p21的下調(diào)，且此過程可以被miR-9抑制劑阻斷，表明circMTO1-miR-9-p21流程在HCC細(xì)胞增殖及侵襲過程中起作用，circMTO1可能是HCC治療的潛在靶標(biāo)。YAO等[34]發(fā)現(xiàn)，circZKSCAN1在HCC組織中的表達(dá)顯著低于相鄰的非腫瘤組織。circZKSCAN1通過介導(dǎo)幾種與癌癥相關(guān)的信號通路抑制HCC細(xì)胞生長、遷移和侵襲。此外，hsa_circ_0004018、circRNA_100338和circRNA_000839也可能在HCC發(fā)展中起作用[35-37]。

3.2消化系統(tǒng)非腫瘤性疾病circRNA在消化系統(tǒng)非腫瘤性疾病中的研究也有報(bào)道。PENG等[38]研究了circRNA與先天性巨結(jié)腸癥之間的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)cir-ZNF609通過miR-150-5p/AKT3途徑參與先天性巨結(jié)腸癥的發(fā)病機(jī)制。JIN等[39]研究了可用于非酒精性脂肪性肝炎診斷的生物標(biāo)志物的circRNA和mRNA譜，并預(yù)測了可能的circRNA-miRNA-mRNA網(wǎng)絡(luò)來分析非酒精性脂肪性肝炎的病原體。此外，CHEN等[40]發(fā)現(xiàn)，hsa_circ_0071410通過靶向miR-9-5p促進(jìn)輻射誘導(dǎo)的肝纖維化中的肝星狀細(xì)胞活化。GUO等[41]進(jìn)行了類似的研究，發(fā)現(xiàn)circRNA_021412通過miR-1972/LPIN1信號傳導(dǎo)誘導(dǎo)肝脂肪變性。另有研究[42]指出，circRNA_0046366水平與肝細(xì)胞脂肪變性及脂質(zhì)過氧化呈負(fù)相關(guān)，其機(jī)制可能與靶向結(jié)合miR-34a，解除PPARα的表達(dá)抑制相關(guān)。

4 展望

circRNA是非編碼RNA家族中的一員，如今正受到越來越多的關(guān)注。但目前人們對circRNA領(lǐng)域的研究才剛剛起步，想要闡明其生物學(xué)功能和具體機(jī)制還需更多的研究。circRNA的廣泛性、保守性、細(xì)胞組織特異性和發(fā)育階段特異性等特征，都預(yù)示著其有望成為疾病診斷的生物標(biāo)志物或治療的靶點(diǎn)。相信隨著科研人員的不斷努力及相關(guān)研究技術(shù)的不斷提高，circRNA的研究和應(yīng)用將獲得全面、長足的發(fā)展。