环状RNA在胰腺癌中的研究进展

彭立嗣 黄浩杰 王凯旋 李兆申

·综述与讲座·

环状RNA在胰腺癌中的研究进展

彭立嗣 黄浩杰 王凯旋 李兆申

环状RNA(circularRNA，circRNA)是一类参与转录和转录后基因表达调节的非编码RNA(noncodingRNA，ncRNA)[1]，与微小RNA(microRNA，miRNA)、长链非编码RNA(1ong non-coding RNA，lncRNA)一起构成了竞争性内源RNA(competing endogenous RNA，ceRNA)家族，是RNA研究领域的热点。近年来多种circRNA被证实与胰腺癌的发生及发展有关，本文就circRNA与胰腺癌关系的研究进展作一综述。

一、circRNA的分类及特征

circRNA由前体mRNA(precursor messenger RNA，pre-mRNA)反向剪接而成，其形成过程可分为外显子环化(exon circularization)和内含子环化(intron circularization)两大机制。根据Jeck等[2]提出的模型，外显子来源的circRNA(exonic circRNA，ecircRNA)有两种形成方式：(1)套索驱动环化(1ariat-driven circularization)，即外显子的3′剪接供体(splice donor)与5′剪接受体(splice receptor)共价结合形成套索，套索进行内部拼接后剪除内含子形成circRNA；(2)内含子配对驱动环化(intron-pairing-driven circularization)，即两个内含子的碱基互补配对形成环形结构，然后切除内含子形成circRNA[2]。Zhang等[3]则提出内含子本身可以环化，形成内含子来源的circRNA(circular intronic RNA，ciRNA)。最新研究发现，某些环化外显子中间保留有内含子，此类circRNA被称为外显子-内含子circRNA ( exon-intron circRNA or EIciRNA)[4]。

circRNA具有以下生物学特征：(1)与线性RNA不同，circRNA形成封闭的共价环状结构，没有游离的ploy A末端，因此不易被RNA核酸外切酶降解，比线性RNA更稳定[2,5]；(2)与线性信使RNA(messenger RNA, mRNA)相比，circRNA更为丰富，种类繁多，如人的成纤维细胞中存在超过25 000种circRNA，为线性mRNA的l0倍[2]；(3)circRNA以外显子来源为主，大量存在于真核细胞的胞质中，但少数来源于内含子或内含子片段的circRNA则存在于胞核内，且序列高度保守，具有不同组织及不同发育阶段表达的时空特异性[2-3]；(4)绝大部分circRNA是ncRNA[2]，具有生物进化保守性；(5)多数circRNA能在转录或转录后水平发挥调控作用[3]。

二、circRNA与肿瘤的关系

circRNA除在动脉粥样硬化、帕金森病、阿尔茨海默症、糖尿病、骨关节炎等疾病的发生和发展中扮演重要角色外，在肿瘤的发生中也发挥生物学功能[6]。

1．circRNA充当miRNA海绵： miRNA是内源性的翻译抑制因子，可以与靶mRNA的3′端非翻译区的碱基互补配对结合，切割或降解mRNA，最终诱导目的基因沉默，使相应的功能蛋白表达受到影响[7]。miRNA这种在转录后基因表达中的重要作用被证实与多种疾病，特别是肿瘤相关[8]。 而胞质中ecircRNA具有miRNA应答原件(microRNA response element，MRE)，可以通过MRE与miRNA结合，竞争性抑制miRNA的活性，发挥“miRNA海绵(miRNA sponge)”或竞争性内源RNA(ceRNA)的功能，进而解除miRNA对其肿瘤靶基因的抑制作用，在转录后水平上上调肿瘤靶基因的表达[1]。其中最有代表性的是小脑变性相关蛋白1反义转录物(antisense to the cerebellar degeneration-related protein l transcript, CDR1as)和cir-SRY。CDR1as是CDR1基因的环状天然反义转录物，含有超过70个miR-7的MRE，是miR-7的环状抑制剂[9]，因此也被命名为ciRS-7(circular RNA sponge for miR-7)，即充当“miR-7海绵”的circRNA[1]。 ciRS-7结合miR-7，导致miR-7活性降低，使miR-7靶向转录物水平增加。此前已多次报道，miR-7作为抑癌因子参与多种肿瘤的信号转导，包括胃癌[10]、肝癌[11]、子宫颈癌[12]、肺癌[13]、乳腺癌[14]和舌癌[15]等。SRY即Y染色体性别决定区(sex-determining region Y)，其基因外显子在成年睾丸细胞质中可直接转录为cireRNA分子，形成cir-SRY。cir-SRY具有16个miR-138的MRE，作为“miR-138海绵”抑制miR-138的活性[1]，与胆管癌、结肠癌、卵巢癌、肺癌以及淋巴细胞白血病相关的几种转录物相互作用，影响这些肿瘤的侵袭和转移[16]。此外，cir-ITCH还通过“海绵化”miR-7、miR-17和miR-214在食管鳞状细胞癌[17]和结肠癌[18]中发挥抗肿瘤功能；hsa_circRNA_001569作为“miR-145海绵”，抑制miR-145活性从而上调miR-145的靶基因(E2F5、BAG4 FMNL2等)转录物，提高其mRNA的蛋白表达水平，促进结肠癌的增殖和侵袭[19]。

2．circRNA充当RNA结合蛋白海绵：circRNA可“海绵化”或螯合RNA结合蛋白(RNA-binding protein，RBP)调控相关蛋白质的活性。最近研究表明，circRNA可以稳定地与阿格蛋白(argonaute，AGO)、RNA聚合酶Ⅱ、Moscleblind(MBL)蛋白、Quaking(QKI)RNA结合蛋白、EIF4A3和其他潜在的RBP关联，其中一些circRNA是对于特定RBP具有特别高密度结合位点的“超海绵(super-sponges)”，如hsa_circ_0024707可以作为具有85个预测位置的AGO2的超海绵，hsa_circ_0000020包含多种RBP的结合位点，如HuR(6个位点)和FMRP(10个位点)。这些circRNA可作为载体来储存、分选或呈递RBP到特定的亚细胞位置，并且可能通过作为竞争元件来调节RBP的功能。而RBP可以参与多种转录后调节过程，例如RNA选择性剪接、转录和翻译，影响细胞增殖、分化、衰老、凋亡以及对氧化应激的细胞应答，在癌症发展中发挥关键作用[6]。

3．circRNA充当转录调节因子：circRNA可与靶基因转录产生的mRNA的部分碱基直接互补配对，影响mRNA的表达，发挥转录调节作用，如CDR1as能与CDR1 mRNA互补配对，增强CDR1 mRNA的稳定性[20]。许多内含子来源的circRNA如ci-ankrd52、ci-mcm5和ci-sirt7可以分别增强与肿瘤发生相关的亲本基因ankrd52、mcm5和sirt7 mRNA的表达，从而发挥肿瘤抑制基因或启动子的作用[6]。

三、circRNA与胰腺癌的关系

circRNA与胰腺癌的关系是目前研究的新兴热点之一。Qu等[21]对比分析了circRNA在胰腺导管腺癌(PDAC)和正常胰腺组织中的微阵列表达谱。结果表明PDAC的一些circRNA表达与正常胰腺组织不同，异常表达主要有以下几种：

1．ciRS-7：ciRS-7具有miR-7海绵样吸附作用可抑制miR-7表达，进而升高miR-7靶基因EGFR的水平，30%～50%的胰腺癌组织过表达EGFR蛋白，其过表达水平与胰腺癌患者肿瘤大小、临床分期及预后呈负相关[22]。Duex等[23]证实，使用小干扰RNA(small interfering RNA, siRNA)敲除泛素特异性蛋白酶18基因(ubiquitin-specific protease 18，USP18)Ⅰ型干扰素诱导基因可以上调miR-7表达，使多种癌细胞系中的EGFR蛋白水平降低50%～90%。miR-7通过抑制EGFR mRNA和蛋白的表达及其下游分子ERK1/2和Akt的活性，参与抑制多种肿瘤细胞的生长[24]；而ciRS-7可减弱miR-7这种抑癌作用，且由于ciRS-7的稳定性，因此ciRS-7/miR-7有可能是治疗胰腺癌的一个潜在治疗靶点。

2．ci-sirt7：翻译后修饰在细胞中有重要作用，如DNA识别、蛋白-蛋白相互作用、催化活性和蛋白质稳定性。蛋白去乙酰化属于组蛋白共价修饰，主要由组蛋白去乙酰化酶(histone deacetvlase，HDAC)催化。HDAC共有4类，Sirtuin属于Ⅲ类HDAC，与酵母沉默信息调节因子2(silent information regulator 2，Sir2)同源[25]。Sirtuin家族里共有7种成员，包括SIRT1～SIRT7，参与调节细胞衰老、应激和代谢过程[26]。Sirtuin在胰腺癌中作用机制的相关研究较少，大多数集中在SIRT1。Zhao等[27]证实，SIRT1基因敲除后胰腺癌细胞增殖和侵袭减弱而凋亡增加。Wauters等[28]报道，抑制SIRT1表达可以预防胰腺腺泡与导管的组织转化，并减少胰腺导管腺癌肿瘤细胞活力。而McGlynn等[29]研究表明，与SIRT1相反，在PDAC中SIRT7以抗增殖的方式起作用，其低表达与PDAC的强侵袭性和较差的预后相关，而SIRT7在核仁中的高表达与生存期延长、复发间隔时间增加的相关数据和SIRT7的肿瘤抑制作用是一致的。Zhang等[3]设计了多种反义寡核苷酸(antisense oligodeoxynucleotide，ASO)敲除ci-sirt7，并排除了ASO直接作用于SIRT7 pre-mRNA的影响，结果发现SIRT7 mRNA的表达下调，证明ci-sirt7对其亲本基因有顺式调控作用。其可能机制为ci-sirt7大部分定位于转录位点附近，可以与RNA聚合酶Ⅱ复合体(RNA Pol Ⅱ)结合，影响其延长，是pol Ⅱ的正调节因子，促进RNA Pol Ⅱ对SIRT7基因的转录。

四、展望

circRNA可以调节胰腺癌的发生，在正常组织与肿瘤组织中具有表达特异性，同时比线性RNA更稳定，具有更长的半衰期，而且在血清中大量富集[30]，这些特点使得circRNA作为胰腺癌的生物标志物及治疗靶点的潜力巨大。相信随着对circRNA研究的不断深入，会有越来越多与胰腺癌相关的circRNA被发现。虽然目前对circRNA在胰腺癌中发挥的生物学功能和具体作用机制并不十分明确，但可以从特定circRNA与miRNA的相互作用、对其靶基因的反馈作用、以及对所对应的生理病理过程相关指标的影响(如细胞周期、增殖、凋亡、迁移性改变及上皮-间质样转变)等多视角着手，并以此为基础探讨circRNA在胰腺癌早期诊断和靶向治疗的临床应用价值将是今后研究努力的方向。

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(本文编辑：屠振兴)

10.3760/cma.j.issn.1674-1935.2017.02.014

国家自然科学基金面上项目(81372482)；上海市自然科学基金(138R1409300)

200433 上海，第二军医大学长海医院消化科

王凯旋，Email: wangkaixuan224007@sina.com

2017-02-13)