0   引言

环状RNA（circular RNA,circRNA）不同于典型的线性RNA分子，没有5’，3’末端和多聚腺苷酸尾结构，而是形成共价闭合的连续环^[1]。研究表明circRNA在基因表达调控中发挥microRNA海绵、结合RNA相关蛋白、调控剪接和转录、修饰亲本基因的表达等重要功能^[2]。circRNA可通过调控Wnt信号通路、上皮-间质转化（epithelial-mesenchymal transition,EMT）等影响肿瘤的发生发展、侵袭转移及耐药性等。circRNA已成为RNA研究领域的新热点，其在肿瘤诊断、治疗及预后中的潜在临床价值已受到密切关注。

1   circRNA概述

circRNA主要来源于蛋白编码基因的外显子，也可由内含子、基因间区、UTR区、非编码RNA位点和已知转录物的反义位点产生^[3]。目前的研究表明，circRNA可以作为miRNA海绵或竞争性内源RNA（competing endogenous RNA,ceRNA）参与多种疾病（如动脉粥样硬化疾病、朊病毒疾病、肌强直性营养不良等）的发生发展，并且与神经系统疾病（如帕金森病、阿尔兹海默症等）密切相关^[4]。此外，circRNA在肿瘤的发生发展、侵袭转移及耐药等方面具有重要的作用，并有望成为肿瘤诊断的新型分子标志物和治疗靶点。

2   circRNA与肿瘤

2.1   circRNA与肿瘤相关miRNA

2011年，Hansen等^[5]在人类和小鼠的大脑组织中发现了一种编码于人类CDR1基因位点反向基因组的天然环状转录物CDR1as，可作为miR-7海绵即ciRS-7。作为一种ceRNA，ciRS-7可抑制miR-7活性并与miR-7竞争结合其他RNA（如mRNA和long non-coding RNA），从而调控靶基因的表达^{[3, 6]}。比如，HeLa细胞中ciRS-7的稳定表达会导致SNCA、EGFR和IRS2的mRNA水平明显下调，提示其可能与宫颈癌的发生发展密切相关^[6]。另有报道，ciRS-7可作为“mRNA圈套”，通过封闭翻译起始位点减少蛋白质的表达水平^[7]。此外，ciRS-7还可以作为RNA结合蛋白（RNA binding protein，RBP）结合多种蛋白质亚基的“支架”，增强circRNA转录物的稳定性^[8]。已有研究表明，ciRS-7在成神经细胞瘤中广泛表达，在星形细胞瘤、肾细胞癌和肺癌中频繁表达^[9]。通过RNA荧光原位杂交和免疫荧光杂交发现，HeLa细胞中ciRS-7和miR-7间存在很大程度上的亚细胞共定位^[6]。并且，ciRS-7对miR-671敏感，miR-671可以诱导ciRS-7的降解和核酸内切分裂。因此可推测，ciRS-7结合miR-7并转移到特定的亚细胞定位点，随后miR-671通过降解ciRS-7促进miR-7的释放^{[3, 10]}，miR-7/miR-671/ciRS-7轴可能在肿瘤的发生发展、侵袭转移等过程中发挥重要作用。

此外，Li等^[11]通过生物信息学分析发现了一种含有E3泛素蛋白连接酶（ITCH）外显子的circRNA—cir-ITCH。作为Wnt/β-catenin通路中的重要分子，ITCH可调节蛋白质稳定、免疫应答及肿瘤进展^[12]，其激活可在多种肿瘤（如肝细胞癌^[13]、前列腺癌^[14]、卵巢癌^[15]等）中产生致癌作用，并且其靶标（包括p63、p73、Dvl2及Notch1等）与肿瘤耐药性密切相关^[16]。研究者们运用TaqMan rt-PCR对684例食管鳞状细胞癌和癌旁组织检测发现，相比于癌旁组织，cir-ITCH在癌组织中的表达明显下调。cir-ITCH可作为肿瘤相关miRNA（miR-7、miR-17、miR-214、miR-128以及miR-216b^[6]）海绵，从而上调ITCH水平，促进磷酸化Dvl2的泛素化和降解，抑制Wnt/β-catenin通路。随后，Huang等^[17]在结直肠癌中验证了cir-ITCH的海绵作用，并发现cir-ITCH可抑制c-myc和cyclinD1的表达。c-myc和cyclinD1可触发和调控细胞增殖相关基因的转录，其在包括结直肠癌在内的多种肿瘤中过表达^[18]。cir-ITCH对其的抑制作用可导致细胞周期停滞并抑制恶性肿瘤细胞的生长。这些结果均表明，cir-ITCH可通过调节miRNA活性、上调ITCH水平、抑制Wnt通路和调控细胞增殖，从而发挥抑癌作用^[11]。

最近，Caiment等^[19]首次提出了circRNA在异生物质暴露下的表达模式。他们通过高通量测序（HTS）检测HepG2细胞暴露于苯并芘（BaP）后的完整基因转录组。在6个时间点中只有一种miRNA是持续过表达的，即miR-181a-1_3p。他们提出假说：首先，BaP暴露诱导的miR-181a-1_3p过表达抑制了MGMT（一种DNA损伤修复酶）翻译并显著降低其mRNA水平。24 h后miR-181a-1_3p表达下调，而捕获这一miRNA的circRNA表达上调，从而上调MGMT水平，这一机制可能增加DNA的突变率并最终导致肝癌。

2.2   circRNA与肿瘤相关途径

尽管circRNA可通过与miRNA相互作用间接地参与肿瘤的多种生物学进程，但这一“海绵”作用可能只是circRNA功能的一部分。Conn等^[20]在EMT中发现，上百种circRNA的表达受TGF-β的影响，而与其同源的mRNA转录物无关。他们用circScreen同时定量线性RNA和circRNA，发现RNA结合蛋白Quaking（QKI）是EMT中circRNA生成的主要调节因子。EMT中大多数circRNA水平是上调的，表明某些circRNA具有间质表型相关功能，并因此影响间质细胞性能（比如迁移、侵袭以及肿瘤转移倾向）。小部分circRNA则相反，这与它们具有上皮特异性功能一致。比如，DOCK1是一种鸟苷酸交换因子（GEF），可激活Rac以提高细胞活性^[21]。使用TGF-β诱导EMT过程后，上皮细胞中含量最为丰富的DOCK1 circRNA水平下降了30倍，而DOCK1 mRNA水平则上升了2倍，提示这一circRNA的功能之一可能是引起上皮细胞中mRNA的下调，从而保持细胞的稳定性。然而，鉴于上皮细胞中含有大量的DOCK1 circRNA，其很可能还有其他方面的功能。总而言之，EMT过程中circRNA的生成受QKI的调节，并且某些circRNA可能在EMT中具有重要作用，从而调控肿瘤细胞的侵袭性和转移能力^[20]。然而，circRNA在EMT中的确切作用及相关机制仍有待进一步明确。

2.3   circRNA与肿瘤的诊断与治疗

最近，Li等^[22]在胃癌组织中的研究发现，Hsa_circ_002059的表达显著下调，且其血浆水平在胃癌术前和术后患者中有明显差异，其低水平表达与远处转移、TNM分期、性别和年龄明显相关，提示Hsa_circ_002059可能成为胃癌诊断的一种新型分子标志，并且circRNA的血浆水平检测使得其应用于临床成为可能。另有研究表明，外泌体中含有大量的circRNA。RNA序列分析显示，circRNA在外泌体中的含量明显高于分泌细胞，且这一分泌可被miRNA调控。人类血清外泌体中检测出超过1000种circRNA，并且血清外泌体circRNA在结肠癌中具有特异性，提示circRNA可作为外泌体中的肿瘤标志物，并且外泌体circRNA可能具有潜在的生物学功能^[23]。

相比于典型的线性RNA海绵，环状RNA海绵可能对miRNA的致癌活性具有更强的抑制作用，并因此产生更强的抗肿瘤效应。Tay等^[24]探讨了恶性黑色素瘤细胞系中不同mRNA海绵表达载体的设计及其效果，他们发现相比于线性载体，环状载体能使mRNA海绵具有更加持久而稳定的作用。环状RNA海绵可以添加更多的特异性miRNA结合位点，从而无限地增强其抗miRNA能力^[25]，并且特定的circRNA含有许多特定的miRNA结合位点，其具有比典型的miRNA抑制剂更有效和更特异的抑制功能。相信在不久的将来，miRNA环化海绵有望成为一种基于RNA的肿瘤基因治疗新策略。

3   结语

circRNA是丰富、稳定、保守、特异的一类RNA分子，反义互补序列和RBP可在circRNA的生物合成中产生重要的作用^[26]，但大多数circRNA的降解和定位仍需深入研究，circRNA在肿瘤发生发展中的作用及分子机制有待进一步阐明。虽然circRNA具有高度的特异性、保守性和稳定性，但目前检测和定性circRNA的方法仍有局限性，不同的生物信息学方法或测序数据造成circRNA的识别出现偏倚，circRNA的全长序列检测技术也有待进一步发展。研究表明，circRNA在肿瘤组织中、血浆及唾液中的表达具有特异性^{[23, 27]}，提示circRNA在疾病诊断和治疗中具有很好的临床应用价值，并有望成为肿瘤早期诊断、预后判断的分子标志物及肿瘤治疗靶点。