環(huán)狀RNA（circRNA）是一種多功能分子，參與調(diào)控轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)錄后的基因表達，并在多種正常和疾?。òò┌Y）相關(guān)的不同組織和發(fā)育時期表現(xiàn)出特異性表達的特征。circRNA的內(nèi)在穩(wěn)定性高且對核糖核酸酶具有抗性，在癌癥診斷、治療和預(yù)防中作為可靠的診斷和預(yù)后生物標志物而備受關(guān)注。目前，研究人員已經(jīng)鑒定出數(shù)千個高保守性、高豐度的環(huán)狀單鏈RNA分子。然而，circRNA在臨床中的效用和一些關(guān)鍵的注意事項尚不明確，缺乏完整的功能說明，使其生物檢測方法建立和臨床醫(yī)學(xué)應(yīng)用仍然具有很大的挑戰(zhàn)。

2023年8月16日，德克薩斯大學(xué)MD安德森癌癥中心George A Calin教授和巴斯大學(xué)Giuseppina Pisignano博士在Oncogene （IF=8.0）發(fā)表了綜述文章【Going circular: history, present, and future of circRNAs in cancer】。文章回顧并綜述了circRNA的生物發(fā)生及其生物學(xué)功能，總結(jié)并展望了circRNA在腫瘤發(fā)生中的作用和在癌癥靶向治療中的潛在用途。

circRNA的發(fā)現(xiàn)、研究和發(fā)展

circRNA的發(fā)現(xiàn)可以追溯到40多年前，在小鼠仙臺病毒和被稱為類病毒的植物致病病毒中被首次發(fā)現(xiàn)。1979年，科學(xué)家通過電子顯微鏡在真核細胞（HeLa）細胞質(zhì)中觀察到RNA以環(huán)狀的形式存在。在20世紀90年代末到21世紀初，多項研究表明，產(chǎn)生circRNA的基因在從蒼蠅到人類等真核細胞中廣泛存在。2012年可謂是circRNA元年，隨著高通量測序技術(shù)的發(fā)展，在人體內(nèi)發(fā)現(xiàn)了大量circRNA；自此，circRNA研究逐漸火熱。越來越多研究表明，circRNA在動物體內(nèi)比相關(guān)mRNA具有更高的穩(wěn)定性。目前，人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)數(shù)千個circRNA存在于多種生物中，它們的表達與發(fā)育時期、生理條件和包括癌癥在內(nèi)的疾病有關(guān)，從而開辟了一個全新的研究領(lǐng)域。

circRNA在正常或病理環(huán)境中的生物發(fā)生

circRNA的不同類型及其來源

眾所周知，前體mRNA（pre-mRNA）剪接方式是一種與轉(zhuǎn)錄緊密結(jié)合的機制。在該過程中，pre-mRNA的內(nèi)含子被去除，外顯子被共價連接，形成線性mRNA，再被翻譯成蛋白質(zhì)。相反，反向剪接是通過下游剪接位點和上游剪接位點共價連接閉合，由此產(chǎn)生的circRNA沒有5’帽子結(jié)構(gòu)和3’聚腺苷酸化尾巴，核酸外切酶不易接近，比線性RNA更穩(wěn)定。

circRNA的生物發(fā)生機制

circRNA可以由多個外顯子組合而成，有些甚至保留內(nèi)含子部分。通常存在三種機制，包括套索驅(qū)動的環(huán)化（外顯子跳躍）、內(nèi)含子配對驅(qū)動的環(huán)化和RNA結(jié)合蛋白質(zhì)（RBP）驅(qū)動的環(huán)化。

circRNA在病理過程中的生物發(fā)生

不同的病理環(huán)境（包括癌癥）會產(chǎn)生不同類型的circRNA：

（1）因轉(zhuǎn)錄終止失敗而過度轉(zhuǎn)錄下游基因，再進行反向剪接，產(chǎn)生read-through circRNA（rt circRNA）；
（2）來自癌癥相關(guān)的染色體易位會產(chǎn)生融合circRNA（f-circRNA）；

（3）mRNA中未被甲基化的外顯子可能會形成m6A修飾的circRNA，對circRNA的生成、定位和降解有一定影響。

circRNA的生物學(xué)功能

circRNA作為轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子

除了對pre-mRNA選擇性剪接具有調(diào)節(jié)作用外，circRNA還可以作為親本基因的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子，激活其親本基因。位于細胞核中的circRNA（如由外顯子和內(nèi)含子組成的EIciRNA），可以通過堿基配對與U1-snRNP結(jié)合，在親本基因啟動子處與RNA Pol II相互作用，從而增強其表達。類似地，circRNA在其親本基因的轉(zhuǎn)錄位點積累，并通過連接延伸RNA Pol II復(fù)合物而調(diào)節(jié)其延伸活性，以此來提高親本基因的轉(zhuǎn)錄率。

circRNA作為miRNA的海綿

功能性circRNA最初被證實為有效的miRNA海綿，能夠特異性吸附miRNA，在轉(zhuǎn)錄后調(diào)節(jié)其下游靶基因的活性。在癌細胞中，circHIPK3通過吸收腫瘤抑制因子miR-124來調(diào)節(jié)細胞生長，而circITCH通過吸收miR-7、miR-17和miR-214來發(fā)揮癌癥抑制劑的作用。

circRNA作為RNA穩(wěn)定性的調(diào)節(jié)劑

circRNA可以影響其他RNA分子的穩(wěn)定性，包括lncRNA和mRNA。RNA分子的穩(wěn)定性也可以與蛋白質(zhì)協(xié)同進行。例如，circZNF609促進蛋白質(zhì)ELAV1（也稱為HuR）的募集，其相互作用增強了一系列mRNA的穩(wěn)定性和翻譯；circXPO1通過募集IGF2BP1來增強CTNNB1 mRNA的穩(wěn)定性，從而促進肺腺癌進展。

circRNA與RBP相互作用

circRNA在細胞質(zhì)內(nèi)可以螯合胞漿蛋白并阻止其進入細胞核，充當RBP誘餌以調(diào)節(jié)其功能或充當復(fù)合物組裝的支架分子。例如，在NSCLC中，對腫瘤生長和轉(zhuǎn)移的抑制作用是由circNDUFB2的支架作用引起的，circNDUBB2與TRIM25和IGF2BPs形成三元復(fù)合物，促進IGF2BPs的泛素化和降解，并最終激活抗腫瘤免疫反應(yīng)。

circRNA具有翻譯功能

盡管大多數(shù)circRNA是非編碼基因，但是有些circRNA可以與核糖體結(jié)合并翻譯成蛋白質(zhì)。

目前的研究表明，circRNA在以下2種情況下具有翻譯功能：
（1）circRNA同時承載開放閱讀框（ORF）和內(nèi)部核糖體進入序列（IRES）；
（2）在circRNA的5’UTR中結(jié)合m6A修飾。

此外，致癌病毒衍生的circRNA也可以翻譯成蛋白質(zhì)。例如，人類乳頭瘤病毒衍生的circE7在宮頸癌和頭頸癌中表現(xiàn)出致癌活性，并被轉(zhuǎn)化為E7癌蛋白。

circRNA的檢測和研究方法

從circRNA的發(fā)現(xiàn)、鑒定到功能研究，不同的方法有其自身的優(yōu)勢和局限性，將多種方法相結(jié)合可以提高circRNA檢測和驗證的可靠性和準確性。

circRNA作為癌癥的生物標志物和治療靶點

circRNA與多種生理條件和細胞生物學(xué)特征（包括干細胞和多能性細胞）有關(guān)，可能與誘導(dǎo)和維持癌癥進展有關(guān)。此外，circRNA與一些臨床特征相關(guān)，如腫瘤分級、大小、轉(zhuǎn)移和侵襲性。越來越多研究表明，circRNA可作為早期癌癥檢測、臨床診斷和預(yù)后的潛在生物標志物，甚至可用于監(jiān)測治療反應(yīng)。circRNA具有獨特的表達模式、分子穩(wěn)定性、特異性和在人體內(nèi)的廣泛分布特性，因此能夠通過體液（包括血液、唾液和尿液）中的液體活檢對其進行檢測和定量，液體活檢便于重復(fù)采樣、侵襲性較小和可行性較高，比組織活檢便捷高效。

circRNA的失調(diào)可以驅(qū)動各種癌癥的腫瘤發(fā)生和轉(zhuǎn)移，使其成為癌癥治療的有效靶點。目前的研究旨在通過調(diào)節(jié)circRNA的表達水平而進行治療,使用動物模型進行臨床前研究主要運用過表達或敲低circRNA使其獲得或喪失功能的策略。

總結(jié)

circRNA在不同癌癥組織和疾病中參與多種分子機制，從臨床角度來看，circRNA的出現(xiàn)為癌癥研究開辟了新天地，可以作為早期癌癥檢測、診斷、預(yù)后甚至預(yù)測治療反應(yīng)的有效生物標志物。然而，circRNA對癌癥的診斷和治療有何影響仍然存在爭議，有時甚至相互矛盾，將來需要在臨床研究的背景下對患者樣本進行更詳細的生物學(xué)驗證。一旦對circRNA的功能生物學(xué)有了更全面的了解，就有可能在臨床上充分利用circRNA的潛力。

原文鏈接：

https://doi.org/10.1038/s41388-023-02780-w