CircRNA作为肿瘤诊断的

生物标志物研究进展

Latest research progress

 

 

摘要

环状RNA（circRNA）是一类单链封闭的核糖核酸分子，由前体mRNA反向剪接和选择性剪接形成的共价闭合的环型分子。高通量测序和生物信息学方法揭示了circRNA在真核生物中广泛表达。它们的高度稳定性、丰富性和物种间的进化保守性，表明了它们具有蛋白质海绵的独特性质和多样的生物功能；它们在调节转录和剪接中也起着重要作用。研究发现大多数circRNA参与一些肿瘤的发生发展，在病理条件下以组织特异性异常表达。本文概述了circRNA的检测方法和生物学功能，还概述了circRNA作为肿瘤诊断的生物标志物的潜力。

关键词

circRNA；肿瘤；生物标志物

 

 

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环状RNA（circRNA）的概述

 

环状RNA（circRNA）是一种具有广泛分布和多种细胞功能的内源性非编码 RNA。没有 5 '末端和3'端多聚（A）尾的结构。它们首次是在1976年作为 RNA（核糖核酸）病毒中类病毒提出，被认为是拼接错误[1]。根据RNA的结构，它们可以分为线性RNA和环状RNA。与线性RNA相比，环状RNA的报道较少[2]。

随着 RNA 测序 (RNA-seq) 技术和生物信息学的发展，很多circRNA被检测和鉴定，并且有少数circRNA 的功能被研究发现。

许多研究表明，circRNA在各种疾病的病理过程中起着重要作用。由于circRNA具有特异性表达和长期稳定，circRNA可以作为肿瘤诊断的生物标志物[3]。

 

 

 

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circRNA检测方法

 

circRNA的检测具有挑战性，因为它们的序列几乎与线性同源RNA的序列相同。适合检测circRNA的方法必须将环状RNA与线性RNA物种区分开来，并且具有敏感性，以便能够有效地检测circRNA的闭环结构。

qRT-PCR方法是分析circRNA应用最广泛的技术，但当以线性基因组为模板设计引物时，它不能区分circRNA和线性RNA。微阵列技术是检测和研究circRNA的一种有效且相对敏感的技术，但它只能检测已知的circRNA，不能检测未知circRNA[4]。

高通量测序是现在研究比较热门的技术，其中包括第二代高通量测序(NGS)和第三代高通量测序，高通量测序技术在circRNA研究领域具有很大的优势。目前，通过高通量 RNA 测序技术与新型生物信息学相结合的方法，发现了超过一百万个circRNA[5]。

 

 

 

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 circRNA主要的生物学功能

circRNA 可以作为 miRNA 海绵发挥作用，miRNA 可以通过直接碱基配对来控制基因表达。越来越多的研究表明circRNA 包含miRNA的结合位点。

circRNA可以参与肿瘤的生理和病理过程。大多数circRNA 主要位于细胞质中，表明circRNAs 可能作为竞争性内源性 RNAs，通过竞争 miRNA 结合位点来调节 miRNA 活性。与circRNA结合的miRNA不能与靶标的mRNA结合，miRNA失去抑制基因表达的能力，结果会导致mRNA的增加[6-7]。Han等[8]研究发现，在经外泌体circRNA000-1445处理的胶质瘤细胞中，miRNA-127-5p的表达显著降低，这一结果表明，外泌体中circRNA000-1445可作为miRNA-127-5p的海绵，通过影响miRNA-127-5p/SNX5信号通路促进胶质瘤的增殖、迁移和侵袭。Wang等[9]研究发现，circRNA-0008717充当miR-203的海绵，导致食道癌细胞中Slug的表达增强，促进癌细胞增殖和侵袭。Sun等[10]报道了circ-SFMBT2可以作为miR-182-5p的海绵来调节CREB1 mRNA的表达，并进一步促进胃癌细胞的增殖。Chen等[11]报道了circPVT1通过作为miR-125家族成员的海绵来刺激胃癌细胞生长。

circRNA 可以调控RNA结合蛋白。研究显示，RNA结合蛋白在转录后过程中对RNA的调控至关重要，它们参与了RNA的成熟、运输、定位和翻译。越来越多的研究表明，RNA聚合酶等RNA结合蛋白可以与circRNA结合，影响circRNA的剪接、折叠、稳定、加工和定位[12]。circRNA与多种蛋白质相互作用，随后影响其作用模式。RNA结合蛋白基因可以被转录成许多包含相应RNA结合蛋白结合位点的circRNA。例如，circPABPN1通过与HuR结合来阻断HuR与PABPN1 mRNA的相互作用，影响PABPN1 mRNA的翻译[13]。

许多研究发现位于细胞核内的circRNA可以调节转录。例如，EIciEIF3J和EIciPAIP2，这两个circRNA通过与U1snRNP相互作用，促进亲本基因的转录。消耗EIciEIF3J和EIciPAIP2的同时，降低了EIF3J和PAIP2基因的转录水平[14]。这一发现揭示了circRNA的具有调节基因表达的功能。

circRNA因为没有5´末端，和3´多聚poly（A），被认为是不能被翻译的。最近研究表明，少部分的circRNA具有翻译成蛋白的功能，与多聚体相关的circ-ZNF609可以被翻译成蛋白。一些研究报道circRNA翻译在癌症中发挥作用。例如，circLINC-PINT在胶质母瘤中进行翻译，它均能抑制胶质母细胞瘤细胞的增殖[15]。这些研究表明circRNA在没有5´末端和3´poly（A）尾的情况下能够进行翻译。

 

 

 

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circRNA作为几种常见肿瘤诊断的生物标志物

 

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circRNA作为肾癌诊断的生物标志物

肾癌是常见的人类疾病，在世界范围内广泛存在并导致大量的死亡。研究人员正寻找合适的分子标记物作为肾癌早期诊断的标志物。研究发现，与正常肾细胞系相比，所有肾癌组织中的 circ-ABCB10 表达均升高[16]。

科研人员[17]研究发现Hsa-circ-0001451在肾癌组织中显著下调，显著增加了肾癌细胞的增殖，研究表明Hsa-circ-0001451差异表达与肾细胞癌的分化高度相关。这些证据表明，circRNA不仅在肾脏疾病的进展中起着关键作用，而且可作为诊断肾癌的生物标志物

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circRNA作为胃癌诊断的生物标志物

胃癌在早期常无症状，这会延误早期诊断，错过最佳治疗的时机。因此，寻找新的具有高敏感性和特异性的无创性生物标志物对早期诊断胃癌患者具有重要意义。

Xie等科研人员[18]研究发现，胃癌组织中的circSHKBP1调控miR-582-3p/HUR/VEGF通路，促进胃癌进展，circSHKBP1可能是一种很有前途的胃癌诊断的生物标志物。科研人员[19]研究发现，外泌体中的circRanGAP1在胃癌组织和血清中表达均上调，同时发现CircRanGAP1介导的miR-877-3p/VEGFA促进了胃癌细胞的侵袭和转移。科研人员[20]研究发现胃癌组织中hsa-circ-0065149的表达水平与肿瘤直径显著相关，更重要的是，胃癌患者早期血浆外泌体中的hsa-circ-0065149水平显著降低。

血浆外泌体中的hsa-circ-0065149可作为早期胃癌诊断的生物标志物。科研人员[21]对101例胃癌组织和36例胃癌患者术后血浆样本进行研究，发现hsa-circ-002059在胃癌组织和血浆中显著下调。同时发现胃癌组织中的hsa-circ-104916表达更低。科研人员[22]研究发现Hsa-circ-0014717在胃癌组织和胃液中表达低，还发现Hsa-circ-0014717的表达水平与肿瘤分期和癌胚抗原等呈负相关，这些研究表明circRNA可作为胃癌诊断的生物标志物。

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circRNA作为乳腺癌诊断的生物标志物

乳腺癌是最常见的恶性肿瘤之一，是全球妇女癌症死亡的主要因素。目前，乳腺癌仍面临高侵袭性、转移性、耐药性和复发率的严峻挑战。因此寻找特异性强的生物标志物对早期诊断乳腺癌患具有重要价值。

科研人员[23]研究发现乳腺癌患者血清中的circRNA，有646个circRNA显著上调，157个circRNA显著下调。通过RT-PCR检测出血清中hsa-circRNA-0088088和hsa-circRNA-00000751表达较高，hsa-circRNA-00005795表达较低，结果表明这三种异常表达的circRNA具有作为诊断乳腺癌的生物标志物的潜力。研究小组[24]对2438例乳腺癌患者组织进行研究，结果发现，Hsa-circ-104689 、Hsa-circ-103110和Hsa-circ-104821在乳腺癌组织中表达上调，Hsa-circ-006054和Hsa-circ100219在乳腺癌组织中表达下降，研究结果表明这5种circRNA具有作为乳腺癌诊断的生物标志物的潜力。

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circRNA作为肺癌诊断的生物标志物

肺癌是世界范围内最常见的恶性肿瘤之一。大多数病例在诊断时表现为晚期。晚期肺癌患者的生存率很低，这就突出早期诊断和及时治疗的必要性。

最近的研究表明，circRNA可能参与了肺癌的发生发展，circRNA的相关研究对肺癌的诊断和治疗具有重要意义。科研人员[25]利用微阵列筛选肿瘤特异性强的circRNA候选基因，研究发现有39个circRNA上调，20个circRNA下调。在这些候选基因中，研究发现hsa-circ-0013958在所有患者肺癌组织以及这些患者的血浆中均有高表达。患者工作特征曲线分析证实hsa-circ-0013958对肺癌诊断具有高特异性和敏感性。科研人员[26]研究发现circSATB2在肺癌患者的血清外泌体中高表达，对临床检测具有较高的敏感性和特异性，并与肺癌转移相关。

此外，circSATB2促进肺癌细胞的增殖、迁移和侵袭。结果表明，circSATB2可能是一种很有前景的肺癌诊断标志物。科研人员[27]研究发现CircRNA-002178可通过外泌体传递到CD8T细胞中，诱导PD1的表达。并且能在在肺癌早期患者的血浆外泌体中检测到，结果表明circRNA-002178可作为肺癌早期诊断的标志物。

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circRNA作为肝癌诊断的生物标志物

肝细胞癌(HCC)是一种常见的发病率和死亡率高的肿瘤。关于circRNA在肝癌诊断中的重要性已经被证实。

研究人员[28]发现，肝癌组织中ciRS-7的表达与匹配的非肿瘤组织的表达基本相同，研究发现超过一半的肝癌组织中ciRS-7的表达略低。但是，与表达低ciRS-7的肝癌组织样本相比，ciRS-7表达高的肝癌组织样本中甲胎蛋白水平显著升高，ciRS-7可能在肝癌的发展中起到一定作用，可作为肝癌早期诊断的生物标志物。人们[29]研究发现hsa-circ-0005075在肝癌组织中表达上调，且这种差异表达与肝癌的大小呈正相关。在肝癌中差异表达的CircRNA有望作为肝癌早期诊断有价值的生物标志物。

研究发现hsa-circ-0001445可以抑制肝癌细胞的增殖、迁移和侵袭、并且能促进细胞凋亡，因此，hsa-circ-0001445可以作为一种有用的诊断生物标志物。

研究人员[30]研究发现，一些CircRNA在肝癌血清中差异表达。与正常样本相比，肝癌患者血清中有7个上调和5个下调的 circRNA。其中 hsa-circ-0004001、hsa-circ-0004123、hsa-circ-0075792 以及这三种circRNA的联合应用表现出较高的灵敏度和特异性。通过试验验证，发现hsa-circ-0004001、hsa-circ-0004123、hsa-circ-0075792的联合应用具有更高的特异性和灵敏性。这三种circRNA联合应用可作为诊断肝癌患者的生物标志物。

科研人员[31]研究发现，许多circRNA在肝癌患者的血清中存在差异表达。通过qRT-PCR验证显示，与慢性乙肝病毒和肝硬化相比，肝癌患者的血清中hsa-circ-0028861表达降低，结果表明hsa-circ-0028861可以作为肝癌的新型诊断生物标志物。

 

 

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结论与展望

circRNA具有一系列丰富而稳定的生物活性，并且能广泛表达，同时具有参与调节各种生理和病理通路等生物功能，可以改变肿瘤微环境，影响肿瘤生长发展[3]。最近，许多研究表明CircRNA在几种人类常见肿瘤中异常表达。对此方面的研究可以更好地了解CircRNA在肿瘤发生发展中的作用。肿瘤中相关的CircRNA的研究表明，CircRNA具有作为肿瘤诊断的生物标志物的潜力。

由于肿瘤中CircRNA的研究仍处于起步阶段，需要科研人员通过不同的研究方法和途径，探索更多的CircRNA的生物学特性、生物学功能以及在肿瘤中的机制。全面理解CircRNA参与调节肿瘤相关的分子过程。将有助于发现有效的肿瘤诊断的生物标志物和治疗肿瘤的靶点。同时要结合先进的技术发现更多的CircRNA，提高CircRNA作为诊断的标志物和治疗肿瘤的靶点的可能。此外，还需要更多的大规模的临床试验来证明CircRNA作为未来肿瘤的生物标志物的有效性。

 

 

 

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编辑：青翠欲滴

审校：晨晨