热点回顾| circrna在癌症和肿瘤学中的新作用
circRNA的生物生产依赖于典型的剪接机制，但其效率远低于常规线性剪接。然而，一旦circRNAs形成，它们就特别稳定，可以在细胞质中积累。
典型的RNA剪接通过内含子将上游5’剪接位点(剪接供体)连接到下游3’剪接位点(剪接受体)，导致相邻外显子之间内含子的去除。但很多前mRNA可以反向剪接，即下游剪接供体与上游剪接受体连接，跨越一个或多个外显子，生成* * *价封闭的circRNA。对于很多基因来说，前mRNA的线性剪接和反向剪接会存在竞争，有几个因素会影响这两种剪接方式的平衡。在癌症中，这种平衡经常被打破，从而导致circRNA表达的不平衡。
反向剪接需要环绕下游剪接供体和上游剪接受体位点两侧的内含子，使这些剪接位点靠近，产生外显子cirrnas(ECIRRNAs)。或者，如果内含子保留在环中，就会产生外显子-内含子环状RNA(EIciRNAs)。反向内含子重复序列(如Alu元件)、非重复互补序列或RNA结合蛋白(RBPs)的二聚化可以促进环状结构的形成。
一种新型的circRNAs，即readthrough？CircRNAs是转录终止失败产生的，转录物延伸到下游基因后反向扩增。因此，circRNA可以包含来自相邻基因的外显子。转录终止的总体效率已被证明在癌症中发生了变化，这增加了readthrough circRNAs影响疾病表型的可能性。
由于易位连接的上游和下游内含子中互补序列的并置，染色体易位可导致circRNAs(f-circRNAs)的融合，这可能独立于其融合蛋白对应物而促进癌症的发展。与致癌融合蛋白结合，f-circRNA甚至可以在体内促进白血病的进展。
此外，circRNA可以通过其宿主基因启动子的高甲基化或改变组蛋白修饰而发生癌症特异性转录沉默。
EcircRNAs主要位于细胞质中，而EIciRNAs和ciRNAs通常留在细胞核中。circRNA是如何从细胞核中输出的尚不完全清楚，但ATP依赖的RNA解旋酶DDX39A和剪接RNA解旋酶DDX39B已被证明参与了这一过程，其方式取决于circRNA的长度。此外，N6-甲基腺苷(m6A)修饰经常出现在circRNA中，并已被证明影响其成核。
circRNA对线性RNA的降解机制有抗性，CircRNA的降解机制有待充分阐明。例如，ciRS-7(也称为CDR1as)可以被特定miRNA的高度互补结合位点miR-671降解，这可以触发Argonaute 2(AGO2)对生成的双链RNA双链体的切割，Argonaute 2是RNA诱导沉默复合物的关键成分。在更全面的水平上，核核糖核酸酶与circRNA降解有关。此外，高度结构化的circRNAA可能被ATP依赖的解旋酶UPF1和G3BP1降解，其降解模式可能依赖于G3BP1的内在核酸内切酶活性。
circRNA通过多种机制发挥其功能，从而影响癌症的发生和发展。circRNA的序列、稳定性、转录后修饰、二级结构、积累方式和位置决定了它们的功能。
微小RNA海绵.位于细胞质中的CircRNAs可以通过海绵化miRNAs参与转录后基因调控，从而阻止特定的miRNAs与靶mRNAs相互作用并抑制它们。CiRS-7是miRNA海绵的最佳候选物，含有60多个miR-7的结合位点，可能在一些组织中作为竞争性内源性RNA(ceRNA)发挥作用。然而，ciRS-7在癌细胞中起到ceRNA作用的观点受到了挑战，在推断circRNA的miRNA海绵特征时应考虑到该领域的一些争议。CircHIPK3是circRNA的另一个例子，具有潜在的海绵特性，可能与几种不同的miRNA结合，包括抑制肿瘤的miR-124。沉默这种circRNA可以抑制细胞生长。
蛋白质相互作用。一些circRNAs可以与RBP相互作用，充当蛋白质海绵或抑制剂，可以用作接近不同蛋白质的支架，或者可以将蛋白质募集到特定的亚细胞区室中。例如，HeLa细胞中一种具有蛋白海绵特征的circRNA，即circPABPN1，与线性PABPN1 mRNA竞争结合ELAV1(又称HuR)，从而抑制PABPN1翻译。
circRNA的翻译。检测环状多肽或蛋白质的实验存在很多缺陷，需要精心设计。作为一个范畴，circRNAs通常被认为是非编码的；然而，一些circRNA，包括circ-ZNF609和circMbl，含有内部核糖体进入位点(IRES ),可以独立于cap翻译，而其他的，包括circARHGAP35，可以独立于M6 A翻译..一些circrna，包括来源于e-cadherin基因(CDH1)的circrna(命名为CIRC-E- CAD ),编码独特的肽，在癌症中具有潜在的功能相关性，这将在本综述中进一步讨论。CircRNA还可以编码与癌症功能相关的大蛋白(如circARHGAP35和circMAPK1产生的致癌蛋白)。此外，来自病毒的circRNA可以被翻译，如来自人乳头瘤病毒的circE7，它在宫颈癌和头颈癌中大量表达，具有致癌活性。
CircRNA主要是在疾病背景下研究的，但越来越多的证据也表明它在正常生理条件下具有重要功能。在此，我们重点关注与癌症相关的细胞内稳态过程。有趣的是，许多研究指出了特定circRNA在维持胚胎和成体干细胞以及多能干细胞中的关键作用，而其他研究表明circRNA是干细胞分化和组织发育、维持和恢复的重要决定因素。
在致癌转化过程中，经常会观察到从零开始获得的干细胞和发育基因表达程序，由此产生的细胞具有无限的自我更新潜力。因此，当解除管制时，circRNA，包括上述那些，预计在癌症发展中起作用。例如，已经在癌症中广泛研究了circ-ZNF609，并且已经显示通过增强肝癌细胞的干燥来促进肝癌的发生。在机制上，circ-ZNF609通过分泌miR-15a-5p和miR-15b-5p激活HCC细胞中的Hedgehog信号，参与Hedgehog信号通路中转录因子GLI2的转录后沉默。CircZKSCAN1和CircPHB 4是circRNA的另外两个例子，它们分别调节肝癌和神经胶质瘤中肿瘤干细胞的特征。此外，来源于E-钙粘蛋白前体mRNA的circ-E-Cad编码的肽C-E- CAD与EGFR相互作用，激活下游的STAT3信号，从而促进癌细胞的增殖、存活和侵袭，从而有助于维持胶质母细胞瘤中癌干细胞的状态。来源于致癌病毒的CircRNAs也可能诱导肿瘤干细胞的特性，如胃癌中来源于爱泼斯坦-巴尔病毒的circLMP2A。
除了癌细胞的干燥，在所有常见的癌症类型和许多罕见的恶性肿瘤中都观察到了大范围的circRNA表达障碍，并且circRNA的水平通常在快速增殖的癌细胞中降低。
调节细胞周期的环状RNA。已经发现许多分离的环状RNA促进细胞周期进程。研究人员发现，许多circRNAs是细胞增殖所必需的，包括circHIPK3和circKLHL。对于这些circrnas，通过短发夹RNA介导的敲除已经观察到类似的表型。对circFAM120A的进一步机制分析表明，这种circRNA通过与IGF-2bp2(一种翻译抑制剂)的竞争性结合，促进其宿主基因FAM120A(一种参与AKT信号通路的肿瘤基因)的mRNA的有效翻译，尽管circRNA的含量小于mRNA的含量。这一发现意味着IGF-2bp2优先与circRNA转录物结合，circFAM120A的m6A修饰被证明是增强IGF-2bp2结合能力的原因。和FAM120A一样，MAPK1是直接参与信号转导的癌基因，导致细胞增殖。在肺鳞癌中，来源于TP63基因的circRNA的上调也可以促进细胞增殖。Circ-ZNF609还通过调节G1/S转换直接参与细胞周期。CircPVT1是来自非编码PVT1基因座的另一个被广泛研究的circRNA。大多数研究表明，其致癌活性是通过促进细胞周期的进程。
环状RNA与细胞凋亡或自噬。尽管存在大量的遗传和表观遗传异常，但避免凋亡是癌细胞持续增殖的关键——因此也是肿瘤生长的关键。许多分离的circRNAs已被证明通过抑制或诱导细胞凋亡发挥作用。后者的一个例子是circ-Foxo3，它与MDM2结合，并阻止它与Foxo3相互作用，从而抑制其宿主基因的蛋白体产物的泛素介导的蛋白体降解。自噬是另一个在癌症中起重要作用的过程。卵巢癌和乳腺癌中circra b 11i 1和circr-DNMT1的例子已被证明能促进自噬。
参与血管生成的CircRNA。血管生成是癌细胞进入血管系统进而转移的关键。在膀胱癌中，circHIPK3的下调与侵袭性肿瘤表型和不良临床结果有关，这可能反映了该circRNA对血管生成和转移的抑制作用。Cirhippk 3已被证明海绵miR-558。因为它与启动子区域结合并上调HPSE的转录，所以它具有miRNA的非经典功能。HPSE编码乙酰肝素酶，乙酰肝素酶是一种内切糖苷酶，可以切割细胞表面和细胞外基质上的硫酸肝素蛋白聚糖，导致血管内皮生长因子(VEGF)和基质金属蛋白酶-9(MMP9)的释放，这两种因子都是重要的血管生成因子。CircSMARCA5是circRNA抑制血管生成的另一个例子。相反，circRNA可以诱导血管生成，如circ-CCAC1在胆管癌中的应用，circPOK在肉瘤中的应用。
CircRNA和无限增殖。保护染色体末端的端粒对于癌细胞无限增殖的能力非常重要。一些circRNA被认为影响端粒酶活性，包括circMEG3和circWHSC1。
CircRNA和细胞能量。癌细胞需要重新规划其能量代谢，以便在氧和葡萄糖供应波动的情况下，为细胞生长和分裂持续提供能量。α-烯醇化酶由ENO1编码，是一种重要的糖酵解酶，与癌症的进展有关。有趣的是，该基因还产生一种CIRC RNA: CIRC-eno1，已被证明通过分泌miR-22-3p促进糖酵解和肺腺癌，导致其线性mRNA对应物上调。而circATP2B1是另一个促进糖酵解的例子。
CircRNA与肿瘤免疫监测。免疫系统协调各种保护性反应来对抗肿瘤的发展。内源性circRNA通过结合和抑制蛋白激酶R(PKR)参与抑制先天免疫反应。RIG-I是一种核酸传感器，也可以检测外源性(但不是内源性)circRNA，诱导I型和III型干扰素反应。CircNDUFB2通过破坏其解旋酶与CARD结构域之间的分子内相互作用来激活RIG-I，从而增强RIG-I与线粒体抗病毒信号蛋白(MAVS)之间的相互作用，从而增强非小细胞肺癌细胞的免疫原性。来自小鼠模型的数据证实了这些发现。
circRNA在侵袭和转移中的作用。癌细胞的转移和扩散是癌症最致命的方面。EMT是腺癌发展过程中的关键过程之一，已被证实受多种circRNA和circRNA生物遗传因子的促进。已被证明促进转移的其他circRNA包括分别来自小细胞肺癌和非小细胞肺癌中的FLI1(FECR)和EML4-ALK融合基因(F-circEA-2a)的circRNA。
CircRNA通常以组织特异性或甚至细胞类型特异性的方式表达。此外，与邻近的非恶性组织相比，许多个体circRNA在肿瘤中差异表达，并与一些临床特征相关，如肿瘤大小、组织学分级、淋巴结和TNM分期。这些发现强调了circRNA作为用于诊断和预后的有前途的生物标志物的重要性，其在生物流体如血浆、唾液和尿液中的高稳定性和可检测性进一步证实了这一点。
CircRNA作为一种预后生物标志物。CiRS-7被认为通过在癌细胞中海绵化miR-7来发挥癌基因的作用，并且它与大多数癌症类型的不良预后有关。但2020年公布的数据显示，经典癌基因驱动的腺癌的癌细胞中没有这种circRNA。虽然这些发现似乎是矛盾的，但ciRS-7在位于这些肿瘤中的基质细胞中非常丰富，并且高比例的基质细胞是多种腺癌(包括结肠、乳腺和肺)中强有力的独立预后因子。在一些研究中，其他被认为是预后生物标志物的circRNAs包括circUBAP2和circLARP4。尽管circRNA的图谱或标记可能被证明是更可靠的生物标志物，但circRNA本身也可能具有预后价值。
CircRNA作为诊断生物标志物。有证据表明，circRNA具有区分癌症亚型的潜力，这通常有助于指导治疗决策。例如，在非小细胞肺癌中，circACVR2A的低表达和Circa CCNB1的高表达可能分别有助于区分腺癌和鳞状细胞癌。此外，circRNAs也可以非侵入性地检测，并可用于诊断。
CircRNA作为预测性生物标志物。通过预测对治疗的反应，circRNA可以帮助临床医生在限制毒性的同时实现最佳的患者结果。例如，在乳腺癌和前列腺癌中，可以通过测量特定circRNA的表达水平来预测对内分泌治疗的反应。circRNA的表达水平也可能有助于预测对各种化疗药物的反应。例如，在鼻咽癌患者中，基于circCRIM1表达和N分期，可以预测对含多西他赛的诱导化疗的不同反应。此外，临床前研究表明，circRNA也在免疫治疗抵抗中发挥作用。circRNA也可用于预测未来治疗的不良反应，有数据显示CircRNA作为各种毒性的保护剂或介质的功能作用。
用于早期检测。由于大多数癌症一旦转移就无法治愈，因此早期癌症检测是降低发病率和死亡率的关键。由于其高度稳定性和组织特异性表达，circRNA作为早期癌症检测的微创生物标志物具有巨大的潜力。一项多中心研究的数据显示，基于血浆的circRNA生物标志物在HCC早期检测中表现良好，区分HBV相关HCC患者和非HCC患者的准确性高于甲胎蛋白。CircRNA也被证明富含血清外泌体，具有早期诊断大肠癌的潜力，而另一项研究表明，来自血清细胞外囊泡的两种CircRNA circhip k3和circSMARCA5具有很强的早期诊断胶质母细胞瘤的潜力。
CircRNA功能障碍疗法。由于CircRNA在肿瘤发生中的既定功能，它已被确定为抗癌治疗的明显靶标。反义技术可用于选择性抑制或降解致癌物质。一种选择是使用CRISPR-Cas9系统，但涉及伦理和不可预测的选择性剪接事件风险；可以选择RNA干扰、CRISPR–CAS 13系统等更常见的方法。到目前为止，大多数关于功能障碍的研究都是在临床前动物模型中用RNAi敲除circRNA，没有针对circRNA的靶向疗法进入临床试验。
功能获得疗法。新的癌症治疗也可能是基于circRNA功能的获得，或通过天然肿瘤抑制因子circRNA的过量表达，或通过含有肿瘤抑制因子的人工circRNA的表达。在临床前研究中，最常用的方法是提供含有重复miRNA结合位点的circRNA，可作为致癌miRNA的ceRNAs。另外，circRNA的治疗作用不仅限于RNA元素，还可以是蛋白质。
鉴于大部分circRNA的表达水平很低，可能无功能，未来的研究应该更加关注circRNA在研究中的丰度。此外，作者鼓励旨在解决机制和病理生理学效应的研究。考虑到m6A修饰已被证明能增强某些circRNA的蛋白质吸附和翻译潜力，研究circRNA转录后化学修饰的功能相关性也很重要。
尽管circRNAs在癌症中的机制和病理生理作用仍有争议，但这些分子作为诊断、预后和预测的生物标志物仍具有特殊的前景。
目前，仅在有限数量的癌症实体中全面分析了circRNA的表达谱，并且通常对circRNA表达谱和驱动癌基因突变之间的关系知之甚少。此外，由于技术挑战，缺乏单细胞水平和空间分辨率的circRNA表达数据。这些研究对于理解circRNA的功能和促进未来生物标志物的发现和发展非常重要。
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参考
张志勇，等. circRNAs在肿瘤学中的作用[J].自然评论临床肿瘤学，2021: 1-19。