World Journal of Cancer Research
Vol.07 No.04(2017), Article ID:22556,6 pages
10.12677/WJCR.2017.74015

Research Progress of circRNAs in Cancer

Tengfei Zhang1,2, Xiuyan Huang1*

*通讯作者。

1Department of Surgery, Shanghai Sixth People’s Hospital, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai

2Chaohu Hospital, Anhui Medical University, Chaohu Anhui

Received: Oct. 9th, 2017; accepted: Oct. 23rd, 2017; published: Oct. 31st, 2017

ABSTRACT

Circular RNAs (circRNAs) are noncoding RNAs (ncRNAs) formed by back splice, which are abundantly present in organisms. This article aims to review the mechanism and characteristics of circRNA, biological function and its role in the tumor.

Keywords:circRNA, ncRNA, ceRNA, Tumor

环状RNA在肿瘤中的研究近况

张腾飞1,2,黄修燕1*

1上海交通大学附属第六人民医院普外科,上海

2安徽医科大学附属巢湖医院肝胆外科,安徽 巢湖

收稿日期:2017年10月9日;录用日期:2017年10月23日;发布日期:2017年10月31日

摘 要

环状RNA (circular RNAs, circRNAs)是一类通过反向剪接(backsplice)方式形成的非编码RNA (noncoding RNA, ncRNA),大量存在于生物中。本文旨在综述circRNA的形成机制和特征、生物学功能及其在肿瘤中的作用。

关键词 :环状RNA,非编码RNA,竞争性内源RNA,肿瘤

Copyright © 2017 by authors and Hans Publishers Inc.

This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY).

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1. 引言

非编码RNA(noncoding RNA, ncRNA)是指细胞内不编码蛋白质却行使多种生物学功能的RNA,而环状RNA(circular RNAs,circRNAs)大多为非编码RNA。20世纪70年代,circRNA首先在病毒中被发现 [1] 。但是,随后circRNA一直被认为是一类因转录过程中发生错误剪接而形成的低丰度RNA分子,因而对它们的研究不深。近年来,随着高通量测序技术等生物信息学的快速发展,环状RNA作为一种特殊的内源性非编码RNA,其可作为竞争性内源性RNA(competitive endogenous RNA,ceRNA)参与到基因的表达调控中,成为继微小RNA(miroRNA,miRNA)和长链非编码RNA(long noncoding RNA,IncRNA)后的又一研究新热点 [1] 。本文旨在综述circRNA的形成机制和特征、生物学功能及其在肿瘤中的作用。

2. 环状RNA的形成机制

根据序列的来源不同,circRNA大致可分为外显子来源的环状RNA分子(exonic circRNAs)、内含子来源的环状RNA分子(ciRNAs)、由外显子和内含子共同组成的环状RNA分子(retained-intron circRNAs)。目前circRNA的加工成熟机制尚不完全清楚,推测外显子环状RNA通过反向剪接的方式形成,目前存在两种假设模型 [2] 。①外显子环状RNA形成过程中,前体RNA(pre-RNA)转录时发生了部分折叠,外显子随着RNA的折叠出现跳跃现象,这样在被跨越的部分形成外显子包含内含子的环状RNA中间体套索结构,接着套索内部通过剪接去除内含子序列后形成环状RNA。此种模型定义为套索驱动环化。②由于环状RNA的前体序列两侧内含子上存在反向互补序列,两侧内含子的互补配对介导了环状RNA的形成。此种模型定义为内含子配对驱动环化。关于内含子来源的环状RNA,目前认为,部分内含子在剪接作用中形成套索结构,但绝大多数会在脱分支作用下被很快降解,只有一些含关键核酸序列的内含子在剪接后不能被脱分支酶作用,形成内含子来源的环状RNA [3] [4] 。

CircRNA较线性RNA相比,没有5’末端和3端末端,呈闭合环状,故circRNA更具稳定性和高度保守性 [2] [5] 。关于circRNA的降解机制,有学者通过对培养细胞上清液circRNA的检测,表明circRNA可通过外泌体的形式分泌到胞外而被清除 [6] 。Hansen等证实circRNA也可被miRNA海绵样吸附,比如ciRS-7(也称CDR1as)与miR671结合后被降解 [7] 。

3. circRNA的生物学功能

近期研究表明,circRNA是具有功能的生物大分子,包括充当ceRNA来发挥miRNA海绵作用,亲本基因的调控,作为生物标记物等 [8] 。

3.1. circRNA是一种ceRNA

和mRNA、假基因一样,circRNA也含有miRNA应答元件,通过竞争性结合miRNA来调控各自的表达,从而调控基因的表达 [8] 。近年来,研究者推测circRNA也可作为一种新的ceRNA,参与到ceRNA的调控网络中。在人和小鼠的脑组织中,circRNA RS-7可以作为miR-7的分子海绵结合并抑制miRNA分子继而正向调控miR-7的靶基因;circRNASry能够结合并抑制miR-138从而正向调控miR-138的靶基因。但circRNA本身对miRNA介导的转录后调控并不敏感 [7] [9] 。可见,circRNA作为一种稳定的miRNA应答元件,能够更有效率得结合miRNA,是一种极为重要的ceRNA。

3.2. 参与亲本基因的调控

李兆勇等人通过研究表明,敲除EIciRNA(外显子-内含子RNA)会导致其亲本基因的mRNA水平及转录水平降低。EIciRNA调节亲本基因转录,要通过与PolII、U1小核核糖核蛋白(U1 snRNP)及基因启动子的相互作用。U1 snRNP阻断U1小核核糖核酸(U1 snRNA)会消除EIciRNA敲除对亲本基因mRNA水平的影响,并削弱PolⅡ与EIciRNA之间的关系,还会减少EIciRNA和亲本基因启动子的相互作用。U1 snRNA在EIciRNA上的结合位置是在保留的内含子的5’剪切位点上,阻断这个位置会减少U1 snRNA 与EIciRNA的相互作用 [3] [10] 。总之,U1 snRNA与EIciRNA通过相互作用形成EIciRNA-U1 snRNA复合物,此复合物在亲本基因启动子上与Pol Ⅱ转录复合物相互作用,以调控亲本基因的表达。

3.3. 作为新型生物标志物

随着全基因组测序时代的来临,新的测序手段定位RNA在基因组中的来源并通过去除rRNA对非多聚腺苷酸化的RNA进行测序 [11] [12] 。circRNA在结构上较线性RNA具有更高的稳定性,通过与疾病关联的miRNA相互作用,circRNA在疾病的发生发展中发挥着重要作用,有望成为新型的疾病临床诊断标志物。近年发现,胃癌组织中has-circ-002059的表达明显低于周围无瘤组织;has-circ-0001649在肝癌组织中也表达异常 [13] [14] 。

4. circRNA与肿瘤

circRNA与多种疾病的易感性相关联,如肿瘤、糖尿病、神经系统疾病等 [15] 。circRNA在肿瘤的发生发展、侵袭转移及耐药等方面具有重要作用,并有望成为肿瘤诊断的新型分子标志物和治疗靶点。

4.1. circRNA与肝癌

Yu等研究发现,作为ciRS-7作为miR-7海绵,在肝癌组织中高表达,其抑制miR-7活性并竞争结合其他RNA,从而调控靶基因的表达 [16] 。Xu等发现ciRS-7的高表达与肿瘤微血管侵犯有着密切的关系,可能在肝癌转移机制的研究中有着重要作用 [17] 。Han等证实,circ RNA MTO1作为miR-9海绵,促进p21的表达从而抑制肝癌的发生发展 [18] 。Hsa_circ_0003570不仅在HCC细胞系中低表达(P < 0.001),而且在HCC组织中也被发现低表达(P < 0.001)。此外,hsa_circ_0003570从慢性肝炎(CH)、肝硬化(LC)和HCC组织中表达(P < 0.01)逐渐减少。另外,其表达水平与肿瘤直径、分化、微血管侵犯显著相关 [19] 。有发现HCC的hsa_circ_0005986的表达水平明显低于相邻非肿瘤组织(P < 0.001)。而且,HCC细胞系、HepG2、SMMC7721、Huh7、MHCC97L、MHCC97H、HCCLM3的水平明显低于人类正常肝细胞系L02(P < 0.001)。此外,hsa_circ_0005986的低表达水平与慢性乙肝家族史(P = 0.001)、肿瘤直径(P < 0.001)、微血管侵犯(P = 0.026)、临床肝癌(BCLC)阶段(P < 0.001)有关 [20] 。国内高鹏骥等 [21] 发现,HCC组织中circRNA表达谱变化显著,其中has-circ-0043278和has-circ-0006220明显上调可能参与HCC的发生和进展。我们课题组应用circRNA芯片检测四对乙肝阳性的肝细胞癌组织及对应癌旁组织发现189个circRNA上调,37个circRNA下调,其中circRNA_100338高表达与患者累积生存率下降及转移进展密切相关,miR-141-3p吸附circRNA_100338促进肝癌细胞的侵袭潜能,因此,circRNA_100338可能是乙肝阳性的肝癌患者的诊断标志物和干预靶点;同时,借助大数据分析,我们发现转移抑制基因1(metastasis suppressor 1, MTSS1)是miR-141-3最可能的下游重要靶基因之一,因此,circRNA-100338/miR-141-3p信号通路在肝癌研究中具有潜在临床意义 [22] 。circRNA在HCC研究中的结果存在差异,可能与样本选择差异及肝炎病毒拷贝数有相关性,还需要进一步研究。

4.2. circRNA与胃肠癌

Li等证明了circ-104916的表达在胃癌组织和细胞系中被下调。circ-104916的较低表达出现在更深的侵入深度、更高的肿瘤分期和更频繁的淋巴管转移患者。circ-104916的过度表达有效抑制了胃癌细胞的增殖、迁移和侵袭能力。Western blot显示circ-104916过表达上调e-cadherin和下调n-cadherin,Vimentin和Slug,表明circ-104916参与上皮-间质过渡过程 [23] 。HCT116和HT29细胞中cirs-7的过度表达导致mir-7的阻断,导致更有攻击性的致癌表型,cirs-7过表达允许mir-7的抑制和EGFR和RAF1致癌基因的激活。与正常的黏膜(P = 0.0018)相比,在结直肠癌组织中,cirs-7明显被上调(P = 0.0018),而它的过度表达与患者的生存状况(P = 0.0224和0.0061,分别在实验和验证组中)有关联。多变量生存分析显示,cirs-7是总体生存的独立危险因素(P = 0.0656和0.0324,分别为实验和验证组) [24] 。Guo等首次使用定量聚合酶链反应的癌旁非癌组织来测定的hsa_circ_0000069的表达在肠癌组织。在肠癌组织中观察到hsa_circ_0000069的高表达,与患者年龄、肿瘤、淋巴结、转移(TNM分期)阶段(P < 0.05)有关。此外,通过在肠癌细胞中使用专门设计的siRNAs,进行了功能分析,发现hsa_circ_0000069的击倒可以明显抑制细胞增殖、迁移和侵袭,并诱导G0/G1细胞周期的停止 [25] 。Wang等使用ΔCt方法和调查之间的差异肿瘤组织和正常结肠粘膜配对t检验。对hsa_circ_001988表达水平与患者临床病理因素的关系进行了单向方差分析。发现hsa_circ_001988的表达与分化(P < 0.05)和会阴侵袭(P < 0.05)显著相关,表明hsa_circ_001988可能成为结肠直肠癌诊断的一种新的潜在生物标志物,是治疗大肠癌的潜在新靶点 [26] 。结直肠癌细胞系的功能研究方面,circCCDC66控制多种病理过程,包括细胞增殖、迁移、侵袭和独立生长。circCCDC66通过调控肿瘤基因的一个子集发挥其功能,并分别在异种移植物和原位小鼠模型中抑制circCCDC66抑制肿瘤生长和肿瘤侵袭 [27] 。

4.3. circRNA与其他肿瘤

食管鳞癌与circRNA的研究中,涉及多种circRNA,如has-circ-0067934 [28] ,circRNA ITCH [29] 等。为了研究环状RNA在卵巢癌中的作用,Ahmed对3例卵巢癌患者的主要位点、腹腔和淋巴结转移进行了RNA测序,发现上皮性卵巢癌中成千上万的环状异构体 [30] 。

5. 结语

circRNA作为非编码RNA家族的新成员,因其高丰度、稳定性和保守性越来越被科学家们重视。然而,目前检测circRNA的方法仍有局限性,编码、命名仍未统一,不同的生物信息学方法得出的结果仍有偏倚,需要多中心、大样本的临床验证。随着功能研究的不断深入,circRNA在疾病诊治,尤其在肿瘤的发生发展和防治研究方面的无限潜力,有望成为肿瘤早期诊断的生物分子标志和肿瘤治疗的新靶点,其参与肿瘤进展的分子机制也是重要的研究内容之一。

基金项目

中美联合培养学者/留学生转化医学课题(UCTMP2015-03C001);国家自然科学基金面上项目(81272401)。

文章引用

张腾飞,黄修燕. 环状RNA在肿瘤中的研究近况
Research Progress of circRNAs in Cancer[J]. 世界肿瘤研究, 2017, 07(04): 99-104. http://dx.doi.org/10.12677/WJCR.2017.74015

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