環(huán)狀 RNA 與骨肉瘤的關(guān)系

劉千正 林顥 黃靜 蔡義俠

骨肉瘤是一種青少年常見的原發(fā)性骨腫瘤[1]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在我國，骨肉瘤發(fā)病率約為 3 / 100 萬，而在 15～ 19 歲青春期患者中發(fā)病率可達(dá) 11 / 100 萬[2]，且有逐年上升趨勢，是青少年癌癥死亡的主要原因。由于缺乏特異性診斷標(biāo)志物及檢測指標(biāo)，約 85% 的患者首診時(shí)即出現(xiàn)難以察覺的微小轉(zhuǎn)移[3-4]。近幾十年來，以外科手術(shù)為基礎(chǔ)聯(lián)合化療的綜合治療策略已成為骨肉瘤的標(biāo)準(zhǔn)治療模式，患者的 5年生存率從 70% 提升至 82%[5]。然而手術(shù)切除常常影響患者的運(yùn)動(dòng)功能，具有較高的致殘率；而主流的化療藥物副作用大、易耐藥且缺乏特異性，導(dǎo)致治療效果差，容易復(fù)發(fā)及轉(zhuǎn)移。而惡性程度高、早期易轉(zhuǎn)移、治療后易復(fù)發(fā)是影響骨肉瘤患者生存率的重要因素。研究表明，骨肉瘤的發(fā)生與年齡、性別和身高等危險(xiǎn)因素以及家族遺傳等密切相關(guān)，但其確切病因尚不明確，骨肉瘤的發(fā)病機(jī)制有待進(jìn)一步闡明[6]。因此，研究骨肉瘤發(fā)病的相關(guān)分子機(jī)制，尋找特異性的生物標(biāo)記，有助于協(xié)助篩選臨床的早期患者，及時(shí)預(yù)警，尋找靶向位點(diǎn)。環(huán)狀 RNA (circular RNA，circRNA)是一種新興的、廣泛存在、豐富且進(jìn)化保守的非編碼 RNA，是近年來生命科學(xué)研究的熱點(diǎn)。首個(gè) circRNA 最早于 1976年在植物感染的類病毒及副流感病毒顆粒中被發(fā)現(xiàn)[7]，不久后在人類及動(dòng)物體內(nèi)也被檢測到[8]。根據(jù)起源的差異，將 circRNA 分為 3 類，包括外顯子 circRNAs (ecRNAs)[9-10]，外顯子 - 內(nèi)含子 circRNA (elciRNAs)[11]和圓形的內(nèi)含子 RNA (ciRNAs)[12]。有研究表明，circRNA 具有包括充當(dāng) miRNA“海綿”、蛋白質(zhì)“海綿”、與 RNA 結(jié)合蛋白相互作用、選擇性剪接及轉(zhuǎn)錄調(diào)控、翻譯蛋白及編碼腫瘤相關(guān)功能短肽等多種生物學(xué)功能 (圖1)。circRNA 可能與多種疾病的發(fā)生發(fā)展相關(guān)，有望作為疾病的新型生物標(biāo)記。近年來，越來越多的證據(jù)表明 circRNA 在腫瘤的發(fā)生發(fā)展過程中發(fā)揮重要作用[13]。circRNA 與喉癌、結(jié)腸癌、肺癌、肝癌、腎癌、宮頸癌、胃癌、食管癌、膀胱癌、乳腺癌、腦膠質(zhì)瘤、白血病、淋巴瘤[14-26]等多種惡性腫瘤和疾病有密切的關(guān)系。已有研究報(bào)道了 circRNA 與骨肉瘤間的關(guān)系，現(xiàn)將就 circRNA 與骨肉瘤的研究現(xiàn)狀綜述如下。

圖1 a：circRNA 與 miRNA 競爭性結(jié)合，抑制了 miRNA 對(duì)于 mRNA 的作用；b：circRNA 直接與蛋白質(zhì)結(jié)合，發(fā)揮其海綿作用，也可以直接與 RBP 結(jié)合發(fā)揮作用；c：circRNA 通過與 POL Ⅱ 結(jié)合調(diào)控轉(zhuǎn)錄同時(shí)也與 mRNA 前體剪接競爭；d：circRNA 翻譯蛋白和腫瘤相關(guān)功能短肽Fig.1 a: Circular RNA competitively binds to miRNA and inhibits the effect of miRNA on mRNA; b: Circular RNA directly binds to protein to play its sponge role, and can also directly bind to RBP to play its role; c: Circular RNA regulates transcription by binding to Pol Ⅱ and competes with mRNA precursor splicing; d: Circular RNA translation proteins and tumor-related functional short peptides

一、circRNA 在骨肉瘤中存在異常表達(dá)

circRNA 在許多腫瘤組織中異常表達(dá)，有可能成為腫瘤診斷和治療的潛在生物標(biāo)記 (表 1)。Liu 等[27]利用 Arraystar 芯片技術(shù)檢測人成骨細(xì)胞與骨肉瘤細(xì)胞獲得微陣列的骨肉瘤 circRNA 表達(dá)譜 (GSE96964)，其中一共有 110 個(gè)明顯差異表達(dá)的 circRNA，包括 8 個(gè)明顯上調(diào)和 102 個(gè)明顯下調(diào)的 circRNA；作者利用芯片技術(shù)檢測人成骨細(xì)胞與骨肉瘤細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)存在 252 種差異性表達(dá)的 circRNA，在骨肉瘤細(xì)胞中有 71 種表達(dá)上調(diào)，181 種表達(dá)下調(diào)。這些差異表達(dá)的 circRNA 導(dǎo)致骨肉瘤的生物學(xué)及遺傳信息發(fā)生改變并最終引起了惡性生物學(xué)行為，預(yù)示著 circRNA 在骨肉瘤的發(fā)展和進(jìn)程中起著重要作用。

表1 circRNA 在骨肉瘤中的表達(dá)Tab.1 Expression of circular RNA in osteosarcoa

二、circRNA 影響骨肉瘤的診斷、治療及預(yù)后

傳統(tǒng)的骨肉瘤中的腫瘤標(biāo)志物主要有糖蛋白 (glycoproteins)、多肽 (polypeptides)、糖脂 (glycolipids)、多胺 (polyamine)和免疫球蛋白、腫瘤胚胎抗原 (on-cofetal antigens)、激素 (hormones)和酶類 (en-zymes)等，但特異性不強(qiáng)。目前，臨床診斷主要依賴臨床表現(xiàn)，影像學(xué)檢查以及病理活檢去確診[31]。如今 circRNA 作為研究新熱點(diǎn)，其作為骨肉瘤腫瘤標(biāo)志物的作用逐漸被發(fā)現(xiàn)，Zhu 等[32]通過對(duì)比化學(xué)耐藥和化學(xué)敏感骨肉瘤細(xì)胞系發(fā)現(xiàn) hsa_circ_0081001 在化學(xué)耐藥骨肉瘤細(xì)胞、組織和血清中上調(diào)，可以動(dòng)態(tài)監(jiān)測和反映骨肉瘤患者的病情變化，相比堿性磷酸酶和乳酸脫氫酶有更好的診斷效能，可以在小規(guī)模的前瞻性臨床預(yù)測試中動(dòng)態(tài)監(jiān)測和反映骨肉瘤患者的病情變化。傳統(tǒng)的骨肉瘤治療方法包括手術(shù)切除，放療和化療，化療作為治療骨肉瘤的標(biāo)準(zhǔn)輔助治療方法，化學(xué)抗藥性是影響骨肉瘤預(yù)后的主要因素。Wu 等[33]發(fā)現(xiàn)抑制骨肉瘤細(xì)胞系中 circ_001569 的活性可導(dǎo)致阿霉素，甲氨蝶呤或順鉑的 IC50 值降低，而 Wnt / β-catenin 途徑激動(dòng)劑補(bǔ)償了降低的 IC50 值，說明 circ_001569 可通過 Wnt / β-catenin 途徑促進(jìn)順鉑耐藥。Hu 等[34]發(fā)現(xiàn) Circ-LARP4 在腫瘤組織中低表達(dá)并且與 Enneking 階段呈負(fù)相關(guān)，高表達(dá)患者輔助化療的腫瘤細(xì)胞壞死率增加同時(shí)可提高 MG63 細(xì)胞對(duì)順鉑和阿霉素的化學(xué)敏感性。Kun-Peng 等[29]發(fā)現(xiàn)在具有化學(xué)抗性的骨肉瘤細(xì)胞中有 80 個(gè) circRNA 失調(diào)，其中 hsa_circ_0004674 在骨肉瘤化療耐藥細(xì)胞和組織中明顯增加，與不良預(yù)后有關(guān)，說明 hsa_circ_0004674 可能是骨肉瘤細(xì)胞化學(xué)耐藥的候選靶點(diǎn)。Kun-Peng 等[35]發(fā)現(xiàn) circPVT1 在骨肉瘤組織，血清和化學(xué)耐藥細(xì)胞系中顯著上調(diào)，敲除 circPVT1 可以通過降低經(jīng)典的耐藥相關(guān)基因 ABCB1 的表達(dá)而減弱骨肉瘤細(xì)胞對(duì)阿霉素和順鉑的耐藥性。除了治療手段對(duì)骨肉瘤預(yù)后的影響，影響骨肉瘤預(yù)后的因素還有很多，例如：腫瘤大小，Enneking 分期和遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移的發(fā)生。Nie 等[36]通過骨肉瘤組織與癌旁組織對(duì)比發(fā)現(xiàn) circ-NT5C2 在骨肉瘤組織中顯著上調(diào)，進(jìn)行 Kaplan-Meier 生存分析以分析 circ-NT5C2 表達(dá)與患者的總生存 (overall survival，OS)和無病生存 (disease free survival，DFS)的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)高表達(dá)患者的 OS (P= 0.006)和 DFS (P= 0.001)短，說明 Circ-NT5C2 可能與骨肉瘤預(yù)后不良存在密切關(guān)系。隨著對(duì) circRNA 的研究，其對(duì)骨肉瘤的診斷、治療及預(yù)后的影響機(jī)制被逐漸發(fā)現(xiàn)，為提高骨肉瘤患者生存率及改善預(yù)后提供了新思路。

三、circRNA 影響骨肉瘤的惡性生物學(xué)行為

骨肉瘤的增殖與凋亡是一個(gè)涉及多因素，基因和步驟的復(fù)雜過程。目前，對(duì)這過程的機(jī)制仍在探索中。Cao 等[37]發(fā)現(xiàn) circ-0060428 在骨肉瘤中異常高表達(dá)，可以促進(jìn)骨肉瘤細(xì)胞增殖并降低其細(xì)胞凋亡，circ-0060428 通過刺激 miR-375 來上調(diào)骨肉瘤細(xì)胞中 RPBJ 的表達(dá)來調(diào)節(jié)凋亡相關(guān)蛋白 (Bax，Bcl-2 和 Caspase-3)的表達(dá)。除此之外，一些學(xué)者通過異體移植骨肉瘤細(xì)胞至裸鼠體內(nèi)，發(fā)現(xiàn)某些 circRNA 的過度表達(dá)，如 circ 0001721 和 circ 0000502，促進(jìn)了腫瘤體積和重量的增加[38-39]。

骨肉瘤具有很強(qiáng)的遷移和侵襲能力，大多數(shù)患者早期發(fā)現(xiàn)有肺部轉(zhuǎn)移，越來越多的研究發(fā)現(xiàn) circRNA 對(duì)骨肉瘤的遷移和侵襲的影響。Yang 等[40]在晚期骨肉瘤，轉(zhuǎn)移性腫瘤和復(fù)發(fā)性腫瘤中均發(fā)現(xiàn) circ_0001105 低表達(dá)，circ_0001105 的過表達(dá)降低了轉(zhuǎn)移相關(guān)蛋白 MMP-2，MMP-7 和 MMP-9 的水平從而抑制了 U2OS 和 MG63 細(xì)胞的遷移和侵襲，這表明過表達(dá) circ_0001105 可抑制骨肉瘤的遷移和侵襲作用。Liu 等[41]發(fā)現(xiàn) circPVT1 在骨肉瘤細(xì)胞中高表達(dá)，敲低 circPVT1 可抑制細(xì)胞遷移和侵襲同時(shí)降低 MG63 和 U2OS 細(xì)胞中 N-鈣黏著蛋白，波形蛋白和 Snail 的蛋白質(zhì)表達(dá)水平，這說明 circPVT1 通過增強(qiáng)細(xì)胞上皮 - 間質(zhì)轉(zhuǎn)化 (EMT)促進(jìn)骨肉瘤侵襲和轉(zhuǎn)移。

上述研究表明 circRNA 與骨肉瘤的惡性生物學(xué)行為有著密切的聯(lián)系，通過對(duì)其機(jī)制的研究為找到骨肉瘤潛在的治療靶點(diǎn)提供了依據(jù)，為骨肉瘤的精準(zhǔn)治療開辟了道路。

綜上所述，circRNA 在骨肉瘤組織和細(xì)胞中存在異常表達(dá)并引起惡性生物學(xué)行為，對(duì)骨肉瘤的發(fā)生與進(jìn)展起到重要作用。然而，如今對(duì)于 circRNA 還是知之甚少，許多 circRNA 仍未被發(fā)現(xiàn)，其在骨肉瘤中的功能和作用機(jī)制尚未得到證實(shí)，circRNA 間的相互作用對(duì)于骨肉瘤的影響尚不明確，臨床應(yīng)用的骨肉瘤腫瘤標(biāo)志物甚少。所以，進(jìn)一步研究 circRNA 對(duì)骨肉瘤發(fā)生、進(jìn)展及預(yù)后的影響，為骨肉瘤的靶向精準(zhǔn)治療提供了可能，有助于提高骨肉瘤患者的綜合治療能力及生存率；探究 circRNA 作為骨肉瘤生物標(biāo)志物的功能，發(fā)現(xiàn)更多靈敏度高，特異性強(qiáng)的 circRNA 作為骨肉瘤腫瘤標(biāo)志物將更好地提高臨床診斷及病情監(jiān)測能力，做到早期發(fā)現(xiàn)，早期治療，改善患者預(yù)后水平。circRNA 作為非編碼 RNA 中的一個(gè)新熱點(diǎn)，其對(duì)骨肉瘤的發(fā)生發(fā)展有著密切的聯(lián)系，更好地了解 circRNA 之間的關(guān)系有助于找到診治骨肉瘤的新突破口。