陳懿禹, 葉 婷

(西南醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院醫(yī)學(xué)檢驗部, 四川 瀘州 646000)

1 腫瘤干細胞定義及生物學(xué)特性

腫瘤干細胞(cancer stem cells,CSC)是一類具有高度自我更新的不定向分化潛能等特征的細胞亞群[1],它主要來源于成體干細胞[2]、腫瘤細胞[3]、分化細胞[4]及細胞融合[5]。腫瘤干細胞假說提出腫瘤干細胞是腫瘤發(fā)生、耐藥和轉(zhuǎn)移等不良生物學(xué)行為的根源[6]。腫瘤干細胞的生物學(xué)特性包括:(1)自我更新能力。腫瘤干細胞利用干細胞獨特的細胞分裂方式,維持腫瘤干細胞未分化狀態(tài)[7]。此外,腫瘤干細胞處于靜止?fàn)顟B(tài)及缺氧環(huán)境也會誘導(dǎo)其自我更新[8]。腫瘤干細胞高度自我更新潛能是導(dǎo)致腫瘤發(fā)生的直接誘因。(2)多向分化潛能。腫瘤干細胞利用不對稱分裂方式并在多種信號通路及轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控下,產(chǎn)生不同分化程度及表型的子代細胞,以構(gòu)成腫瘤主體、確定腫瘤組織學(xué)類型和維持腫瘤異質(zhì)性[9, 10]。而腫瘤干細胞的分化過程并非單向和不可逆的,已分化的腫瘤細胞也能去分化或轉(zhuǎn)分化形成腫瘤干細胞,兩者之間相互轉(zhuǎn)換可驅(qū)使腫瘤惡性進展[11-13]。(3)致瘤性。利用免疫缺陷型實驗動物通過原位接種腫瘤干細胞構(gòu)建腫瘤干細胞異種移植模型,通常以原位接種1 000個細胞/只動物作為經(jīng)典操作[14]。同時,觀察一定時間內(nèi)成瘤情況,包括:成瘤動物數(shù)量、腫瘤體積及重量,證實腫瘤干細胞具有更強的腫瘤形成能力[15, 16]。(4)治療抗性。當(dāng)前,腫瘤治療方式多樣,包括手術(shù)、化學(xué)藥物治療、放射治療、靶向治療和免疫治療等,但治療抵抗所引起的復(fù)發(fā)是導(dǎo)致腫瘤死亡的主要原因[17]。目前,多種機制調(diào)控腫瘤干細胞治療抗性,例如:多重耐藥基因表達、DNA修復(fù)能力增強、抑制細胞凋亡、活性氧(reactive oxygen species,ROS)清除劑及細胞代謝改變等方式參與腫瘤干細胞介導(dǎo)的治療抵抗[18]。(5)高轉(zhuǎn)移潛能。作為腫瘤干細胞的關(guān)鍵特征之一,腫瘤干細胞通過分化為轉(zhuǎn)移性起始細胞(metastasis-initiating cells,MICs)、與腫瘤干細胞微環(huán)境相互作用等[19]多種途徑獲得高轉(zhuǎn)移潛能,進一步賦予腫瘤啟動和維持的能力[20, 21]。

2 環(huán)狀RNA結(jié)構(gòu)及生物學(xué)功能

CircRNAs(circular RNAs)是由3′和5′末端通過外顯子或內(nèi)含子環(huán)化連接,形成共價閉合環(huán)狀非編碼RNA[22]。因其不含3′和5′端特殊結(jié)構(gòu),不易被核酸外切酶降解,其結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定[23]。CircRNAs按其來源分為:外顯子circRNAs(exon-derived circRNAs,EcRNAs)[24]、內(nèi)含子circRNAs(intron-derived circRNAs,CiRNAs)[25]和外顯子-內(nèi)含子circRNAs(circRNAs containing both exons and introns,EIciRNAs)[26],絕大多數(shù)circRNAs屬于EcRNAs。

研究表明,circRNAs存在于不同物種間且具有一定進化保守性,大多真核生物中circRNAs具有組織、發(fā)育階段及亞細胞定位特異性,證實circRNAs屬于功能分子[27],通過發(fā)揮多種生物學(xué)功能參與不同生理及病理過程[23]。(1)CircRNAs充當(dāng)微小RNA(microRNA,miRNA)海綿作為其經(jīng)典功能之一。根據(jù)競爭性內(nèi)源RNA(competitive endogenous RNA,ceRNA)假說提出,ceRNA通過miRNA應(yīng)答原件(microRNA response elements,MREs),可競爭性結(jié)合miRNA影響其剪接和轉(zhuǎn)錄,進而影響mRNA穩(wěn)定性及翻譯,間接調(diào)控miRNA靶基因表達,這種競爭性結(jié)合miRNA被稱為miRNA海綿作用[28]。雖然miRNA海綿作為circRNAs功能最為常見,但并非所有circRNAs具備miRNA海綿功能模型,因此,仍需進一步探究其他功能[29]。(2)CircRNAs與蛋白質(zhì)相互作用,以circRNAs與RNA結(jié)合蛋白(RNA-binding proteins,RBPs)相互作用較為多見。RBPs作為一類廣泛與RNA相互作用的蛋白質(zhì),主要參與RNA轉(zhuǎn)錄后調(diào)控和組織發(fā)育等過程[29]。因此,circRNAs與RBPs相結(jié)合會進一步影響蛋白質(zhì)活性及功能,調(diào)節(jié)circRNAs合成及降解,調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄和抑制細胞周期等過程。此外,circRNAs與蛋白質(zhì)相互作用還包括:利用circRNAs中保守的蛋白質(zhì)結(jié)合序列與蛋白質(zhì)相互結(jié)合調(diào)節(jié)親本基因轉(zhuǎn)錄,促進多種蛋白質(zhì)的相互作用,以及改變蛋白質(zhì)的亞細胞定位,形成蛋白質(zhì)支架、多元復(fù)合物等方式參與機體發(fā)育、疾病等各階段[30]。(3)CircRNAs具有翻譯蛋白質(zhì)的潛能[31]。近年來,circRNAs利用內(nèi)部核糖體進入位點(internal ribosome entry site,IRES)和開放閱讀框(open reading frame,ORF)進行蛋白質(zhì)翻譯的方式得到證實。同時,N6-甲基腺苷(N6-methyladenosine,m6A)甲基化驅(qū)動及滾輪擴增方式也能有效啟動circRNAs蛋白質(zhì)翻譯。但目前circRNAs參與蛋白質(zhì)翻譯的調(diào)控機制及延伸終止的過程仍不清楚[32]。

CircRNAs具有作為潛在腫瘤生物標(biāo)志物、治療靶點等臨床價值[33],研究人員借助工具和方法分析circRNAs序列、亞細胞定位、生物學(xué)功能、對腫瘤的影響及治療潛力,推動circRNAs檢測臨床應(yīng)用[34]。因此,本文總結(jié)了當(dāng)前circRNAs在腫瘤領(lǐng)域相關(guān)檢測技術(shù)應(yīng)用、優(yōu)勢及局限性(見Table 1)。

Table 1 Applications, advantages and limitations of circRNA detection technologies

RNA印跡雜交(Northern blot)作為RNA分析技術(shù)之一,雖可檢測circRNAs大小及表達豐度,但靈敏度低、且耗時費力,并不適用于高通量篩選。實時熒光定量逆轉(zhuǎn)錄PCR(quantitative real-time PCR,RT-qPCR)也能檢測circRNAs表達豐度及篩選特異性基因,且在一定程度兼顧靈敏度、特異性、速度和成本,使其更適用于臨床常規(guī)操作[35]。雖然該技術(shù)已實現(xiàn)檢測及篩選circRNAs,但核糖核酸外切酶R(ribonuclease R,RNase R)可能對含3′末端二級結(jié)構(gòu)的線性RNA消化不足[36]。同時,在逆轉(zhuǎn)錄過程中,由于鏈置換和滾環(huán)復(fù)制效應(yīng),單個circRNA分子可以產(chǎn)生多個重復(fù)的cDNA模板,均可導(dǎo)致circRNAs表達分析錯誤[37]。因此,一定程度限制RT-qPCR用于高通量分析。熒光原位雜交(fluorescence in situ hybridization,FISH)技術(shù),可用于circRNAs半定量分析及亞細胞定位。但該檢測技術(shù)中其FISH 探針設(shè)計僅限于反剪接點,以避免識別線性 RNA。因此,若使用多個FISH探針,可能存在線性RNA干擾[38]。同時,微陣列技術(shù)(microarray)通過分析雜交信號強度篩選特異性circRNAs。但僅針對已知探針,不能分析未知變異[39]。隨著高通量circRNAs測序技術(shù)(Circ-seq)的建立,該方法能高效識別并分析circRNAs表達豐度、保守性及功能等,但目前成本較高,不利于常規(guī)開展[40]。此外,為進一步提高circRNAs檢測靈敏度及速度,還可利用環(huán)介導(dǎo)等溫擴增法(loop-mediated isothermal amplification,LAMP)、滾環(huán)擴增技術(shù)(rolling circle amplification,RCA)及微滴式數(shù)字PCR(droplet digital PCR,dd-PCR)等新型技術(shù)用于檢測circRNAs。由于成本較高、引物設(shè)計和特殊儀器等問題,導(dǎo)致目前應(yīng)用較少[41]。

3 環(huán)狀RNA在腫瘤干細胞中的研究

CircRNAs屬于功能性RNA,已成為惡性腫瘤的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子,并在腫瘤干細胞中作為重要介質(zhì),發(fā)揮不同的生物學(xué)功能,調(diào)節(jié)CSCs自我更新、增殖、分化和轉(zhuǎn)移等不同表型。

3.1 環(huán)狀RNA參與腫瘤干細胞的自我更新

CircRNAs在不同腫瘤類型中發(fā)揮促癌或抑癌雙重作用,調(diào)控其下游轉(zhuǎn)錄因子活性、激活相關(guān)信號通路,參與腫瘤干細胞自我更新(見Fig.1)。

Fig.1 circRNAs regulate self-renewal of cancer stem cells (A) CircRNAs act directly or as miRNA sponges to regulate self-renewal of cancer stem cells; (B) Interaction between circRNAs and proteins regulates self-renewal of cancer stem cells; (C) CircRNAs regulate self-renewal of cancer stem cells through protein translation. (D) Regulation of self-renewal of cancer stem cells by novel and different sources of circRNAs. CircRNA: circular RNA; RBP: RNA-binding proteins; mRNA: messenger RNA; miRNA: microRNA; GLI1: GLI family zinc finger 1; CCAR1: cell-division cycle and apoptosis regulator protein 1; FMRP: fragile X mental retardation protein. Circ-MALAT1: circular RNA- MALAT1; PAX5: paired box 5; circGprc5a: circular RNA Gprc5a. Gprc5a: G protein coupled receptor family C group 5-member A. rt-cisE2F: read-through circRNA stabilizing E2F6/E2F3 mRNAs; IGF2BP2: insulin-like growth factor 2 mRNA-binding proteins 2. E2F6: E2F family of transcription factor 6; E2F3: E2F family of transcription factor 3. mcPGK1: mitochondrial circRNA for translocating phosphoglycerate kinase 1; α-KG: α-ketoglutarate; circ-670: hsa-circRNA-000670

3.1.1 環(huán)狀RNA促進腫瘤干細胞自我更新 CircRNAs異常表達能有效促進CSCs自我更新,進而利于CSCs所介導(dǎo)的腫瘤耐藥、轉(zhuǎn)移和復(fù)發(fā)等過程。在腫瘤干細胞中,circRNAs作為直接調(diào)節(jié)因子轉(zhuǎn)錄激活下游轉(zhuǎn)錄因子介導(dǎo)腫瘤干細胞自我更新。在結(jié)直腸癌中cis-HOX與HOXC10 mRNA結(jié)合抑制其衰變,從而促進結(jié)直腸癌腫瘤干細胞自我更新[42]。Jia等人[43]證實,circFAT1介導(dǎo)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)器和轉(zhuǎn)錄激活因子3(signal transducer and activator of transcript,STAT3)激活并上調(diào)干性相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子性別決定區(qū)Y-box2(sex-determining region Y-box2,SOX2)、克魯珀爾樣因子4(krüppel-like factor 4,KLF4)表達,誘導(dǎo)頭頸部鱗狀細胞癌CSCs成球能力。

CircRNAs還通過與miRNA、mRNA、蛋白質(zhì)相互作用等方式,在表觀遺傳、轉(zhuǎn)錄及轉(zhuǎn)錄后水平調(diào)節(jié)多種基因,參與腫瘤干細胞自我更新。Hsa_circ_0003222海綿化吸附miR-527促進非小細胞肺癌(non-small cell lung cancer,NSCLC)腫瘤干細胞干性[44]。結(jié)合生物信息學(xué)方法可篩選特異性circRNAs,circRNA_103809在膀胱CSCs中的表達顯著高于膀胱癌非腫瘤干細胞,并海綿化吸附miR-511促進膀胱CSCs自我更新[45]。Chen等人[46]利用生物信息學(xué)預(yù)測miR-145-5p作為circPTN下游靶標(biāo)及干性的負調(diào)控因子,證實circPTN海綿化miR-145-5p促進膠質(zhì)瘤干細胞(glioma stem cells,GSCs)自我更新。另外,circRNAs、miRNAs、mRNAs所構(gòu)成的ceRNA調(diào)控網(wǎng)絡(luò)參與調(diào)控腫瘤干細胞自我更新。利用全基因組測序篩選結(jié)直腸癌CSCs中636個特異性circRNAs,結(jié)合生物信息學(xué)分析篩選2個主要circRNAs:hsa_circ_0066631和hsa_circ_0082096,且證實其通過ceRNA網(wǎng)絡(luò)調(diào)控腫瘤干細胞干性[47]。同時,多種腫瘤類型中也存在該調(diào)控軸,例如:乳腺癌CSCs中存在circNOLC1/miR-365a-3p/STAT3[48]及circ_002178/miR-1258/KDM7A,促進乳腺癌CSCs自我更新[49]。肝母細胞瘤[50]及骨肉瘤[51]中分別存在circRNA CDR1as/miR-7-5p/KLF4、circPIP5K1A/miR-515-5p/YAP1促進腫瘤干細胞自我更新。腫瘤中p53作為抑癌基因參與腫瘤各階段,在EBV相關(guān)胃癌(EBV associated gastric carcinoma,EBVaGC)中發(fā)現(xiàn)ebv-circLMP 2A/miR-3908/TRIM59/p53軸,通過抑制p53誘導(dǎo)其腫瘤干細胞自我更新[52]。缺氧環(huán)境會導(dǎo)致基因組失衡,抑制細胞凋亡,維持細胞處于未分化狀態(tài)[53]。在缺氧狀態(tài)下,circHIF1A充當(dāng)miR-580-5p海綿靶向CD44,促進乳腺癌CSCs自我更新[54]。

CircRNAs與蛋白質(zhì)相互作用激活下游靶基因或信號通路并驅(qū)動腫瘤干細胞自我更新。Chen 等人[55]證實,circRNA激活肌肉腱膜纖維肉瘤癌基因同系物F(musculoaponeurotic fibrosarcoma oncogene homolog F,MAFF),即circRNA activating MAFF(cia-MAF)在肝癌CSCs中顯著上調(diào),可與TIP60復(fù)合物相互作用形成分子支架,募集至MAFF啟動子,促進MAFF表達,驅(qū)動肝癌腫瘤干細胞自我更新。核重塑因子復(fù)合物(nucleosome remodeling factor,NURF)作為啟動染色質(zhì)重塑的必要部分,在結(jié)腸癌中,circCTIC1會將NURF募集至c-Myc啟動子,驅(qū)動c-Myc轉(zhuǎn)錄促進腫瘤干細胞自我更新[56]。此前,已證實多種信號通路參與調(diào)控各種生命過程,而信號通路的異常激活是誘發(fā)干細胞惡變及腫瘤發(fā)生的潛在機制之一[57]。Hedgehog信號通路與正常組織修復(fù)及上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化(epithelial-mesenchymal transition,EMT)有關(guān),有利于維持干細胞自我更新,該信號通路異常激活與惡性腫瘤啟動、轉(zhuǎn)移和耐藥密切相關(guān)[58]。肝癌中發(fā)現(xiàn)circIPO11與拓撲異構(gòu)酶I(topoisomerase I,TOP1)相互作用,并將其募集至膠質(zhì)瘤相關(guān)癌基因同系物1(glioma-associated oncogene homologue 1,GLI1)啟動子以觸發(fā)其轉(zhuǎn)錄,激活Hedgehog信號通路驅(qū)動肝癌腫瘤干細胞自我更新[59]。

CircRNAs具備蛋白質(zhì)翻譯潛能,參與特定蛋白質(zhì)翻譯調(diào)控腫瘤干細胞自我更新。Chen等人[60]提出circRNAs制動機制,即形成circRNA-ribosome(核糖體)-mRNA復(fù)合物參與mRNA翻譯。Circ-MALAT1通過circRNAs制動機制延緩腫瘤抑制因子配對盒轉(zhuǎn)錄因子5(paired Box,PAX5)翻譯,促進肝癌CSCs自我更新。另外,有證據(jù)表明,circRNAs具有肽編碼潛力,hsa_circ_02838(circGprc5a)在膀胱癌CSCs中高表達,且通過其肽結(jié)構(gòu)結(jié)合Gprc5a,形成circGprc5-peptide(肽)-Gprc5a軸驅(qū)動膀胱癌CSCs自我更新[61]。

CircRNAs因特殊的結(jié)構(gòu)賦予其獨特的功能,而不同結(jié)構(gòu)及來源的circRNAs也在腫瘤干細胞中發(fā)揮著重要作用。當(dāng)前,Chen等人[62]在肝癌中鑒定出一種通讀circRNAs(read-through circRNAs,rt-circRNAs)[63],rt-cisE2F(read-through circRNA stabilizing E2F6/E2F3 mRNAs)是由10號染色體上的CYP2C18及CYP2C19的外顯子環(huán)化形成。隨后證實,在肝癌腫瘤起始細胞(tumor initiating cells,TICs)中,rt-cisE2F通過轉(zhuǎn)換E2F6/E2F3與m6A閱讀器胰島素樣生長因子2信使RNA結(jié)合蛋白2(insulin-like growth factor 2 mRNA-binding proteins 2,IGF2BP2)、YT521-B 同源域家族成員2(YT521-B homology domain-containing family protein 2,YTHDF2)的相互作用調(diào)控肝癌TICs自我更新。其中,IGF2BP2作為m6A結(jié)合蛋白質(zhì),被證實其具有促進mRNA穩(wěn)定性的作用[64],而YTHDF2作為m6A修飾閱讀蛋白質(zhì),則加快mRNA降解[65]。在肝癌TICs中,rt-cisE2F通過促進E2F6/E2F3與IGF2BP2相互作用并抑制其與YTHDF2的結(jié)合,提高E2F6/E2F3 mRNA穩(wěn)定性,進一步上調(diào)Wnt/β-catenin信號通路的下游基因軸抑制蛋白2(axis inhibition protein 2,AXIN2)、細胞周期蛋白D1(CyclinD1,CCND1)、c-Myc,證實在肝癌TICs中,rt-cisE2F/IGF2BP2-E2F6/E2F3/Wnt/β-catenin軸促進其自我更新。近來,一種新型由線粒體DNA編碼的circRNAs——mcPGK1(mitochondrial circRNA for translocating phosphoglycerate kinase 1),證實在肝癌TICs中表達增強,并通過抑制線粒體氧化磷酸化(oxidative phosphorylation,OXPHOS)和促進糖酵解來調(diào)節(jié)代謝重編程,進一步改變了α-酮戊二酸(α-ketoglutarate,α-KG)和乳酸的細胞內(nèi)水平。由于乳酸能促進β-聯(lián)蛋白(β-catenin)穩(wěn)定性,α-KG則抑制β-聯(lián)蛋白啟動子的活化、及其轉(zhuǎn)錄,即在肝癌TICs中mcPGK1通過調(diào)節(jié)代謝重編程促進Wnt/β-catenin活化和肝內(nèi)TICs自我更新[66]。外泌體(exosome)由細胞內(nèi)多泡體與細胞膜融合后釋放到細胞外基質(zhì)中的膜性囊泡,存在于幾乎所有類型的細胞中。其結(jié)構(gòu)是一種直徑為30～100 nm的脂質(zhì)包裹體,內(nèi)部含有蛋白質(zhì)、mRNA和miRNA等物質(zhì)[67]。近年來,外泌體來源的非編碼RNA被證實參與腫瘤的發(fā)生及惡性進展,具有評估腫瘤進展和預(yù)后的潛在價值[68, 69]。Liang 等人[70]在胃癌CSCs中發(fā)現(xiàn)煙草/煙霧會促進其外泌體分泌,其中外泌體來源的hsa-circRNA-000670(circ670)在胃癌CSCs中表達升高,并增強胃癌CSCs的成球能力及干性基因表達發(fā)揮促進其自我更新的功能。

3.1.2 環(huán)狀RNA抑制腫瘤干細胞自我更新 CircRNAs可參與阻斷重要信號通路和/或抑制干性相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子活性,破壞腫瘤干細胞干性維持。肝癌作為全球常見惡性腫瘤之一,其中肝細胞癌作為原發(fā)性肝癌最常見的病理類型,每年導(dǎo)致約830 000人死亡[71]。Zhu 等人[72]利用RNA免疫共沉淀測序及生物信息學(xué)分析circZKSCAN1表達水平與多種肝細胞癌特征相關(guān)。生存分析結(jié)果顯示,circZKSCAN1 表達水平與總生存期和無復(fù)發(fā)生存期呈正相關(guān)。進一步證實,circZKSCAN1充當(dāng)RNA結(jié)合蛋白(RNA binding protein,RBP)海綿,與脆性X染色體智力遲鈍蛋白(fragile X mental retardation protein,FMRP)靶基因細胞周期和凋亡調(diào)節(jié)因子1(cell cycle and apoptosis regulator 1,CCAR1)競爭,促使Wnt/β-catenin信號通路失活,抑制肝細胞癌腫瘤干細胞成球能力。此外,circZKSCAN1在體內(nèi)誘導(dǎo)腫瘤靜止,表明其在精準靶向治療方面的潛力。在乳腺癌CSCs中,circRNAs作為干細胞抑制劑并充當(dāng)miRNA海綿。Yan等人[73]通過生物信息學(xué)分析證實,circRNA VRK1可以抑制乳腺CSCs自我更新能力,是治療腫瘤的良好靶點。

以上研究結(jié)果表明,circRNAs異常表達與腫瘤干細胞自我更新密切相關(guān)。但目前circRNAs發(fā)揮抑癌作用的相關(guān)研究較少,后續(xù)研究還需致力于尋找抑癌性circRNAs,進一步探討其在腫瘤基因治療中的潛在價值。

3.2 環(huán)狀RNA調(diào)控腫瘤干細胞的增殖與分化

腫瘤干細胞增殖、分化是維持腫瘤異質(zhì)性的關(guān)鍵因素,目前已證明,多種信號通路及轉(zhuǎn)錄因子參與調(diào)控CSCs增殖和分化[74]。原癌基因c-Myc作為轉(zhuǎn)錄因子,參與細胞的生長、增殖和凋亡[75]。在膀胱癌[76]及腎母細胞瘤[77]中,分別存在hsa_circ_0068307/miR-147及circPHACTR4/ miR-34b-5p軸調(diào)控c-Myc表達,參與腫瘤干細胞增殖。同源框(homeobox,HOX)基因構(gòu)成的轉(zhuǎn)錄因子家族,在細胞增殖和腫瘤發(fā)生中具有重要的調(diào)節(jié)作用[78]。CircCHAF1A海綿化吸附miR-211-5上調(diào)轉(zhuǎn)錄因子HOXC8表達,促進GSCs增殖[79]。CircATP5B充當(dāng)miR-185-5p海綿上調(diào)同源框轉(zhuǎn)錄因子B5(homeobox B5,HOXB5)表達。并進一步轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)白細胞介素-6(interleukin- 6,IL6)表達,激活JAK2/STAT3信號傳導(dǎo)促進GSCs增殖[80]。此外,根據(jù)circRNAs與mRNAs相互作用功能模型,circ-CCDC66通過HGF/c-Met信號通路有效促進腎癌干細胞增殖能力[81]。

迄今為止,腫瘤干細胞分化的潛在機制受到廣泛研究,包括轉(zhuǎn)錄因子、信號通路和表觀遺傳修飾等調(diào)控方式。CircRNAs作為新型非編碼RNA,對于腫瘤干細胞分化具有調(diào)節(jié)作用。Zeste2增強子(enhancer of Zeste2 polycomb repressive complex 2 subunit,EZH2)作為一種原癌基因,有利于維持干細胞多能性[82]。Circ-TRPS1在前列腺癌中發(fā)揮致癌作用,并形成circ-TRPS1/miR-124-3p/EZH2軸促進腫瘤干細胞分化[83]。羅雯等人[84]在肺癌CSCs中發(fā)現(xiàn),circMYO1C通過促進SOX2、OCT4、Nanog表達,抑制肺癌CSCs分化。已證實端粒酶能有效促進細胞分裂,誘導(dǎo)細胞惡性轉(zhuǎn)化。Jiang等人[85]證實,circMEG3抑制核糖核糖蛋白H/ACA端粒合成酶組成物(component of telomere synthetase H/ACA ribonucleoprotein,Cbf5)轉(zhuǎn)錄活性,從而抑制端粒酶復(fù)合物活性,達到抑制肝癌CSCs分化的目的。

上述內(nèi)容表明,circRNAs通過改變增殖/分化相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子、端粒酶活性等調(diào)控腫瘤干細胞增殖和分化,促進腫瘤惡性轉(zhuǎn)化(見Fig.2)。但其中是否存在其他因素,例如細胞周期調(diào)控和細胞代謝等值得進一步探討。

Fig.2 circRNAs regulating the proliferation and differentiation of cancer stem cells CircRNA: circular RNA; CSCs: cancer stem cells; c-Myc: oncogene MYC; HOXC8: homeobox gene C8; HGF/c-Met: hepatocyte growth factor/cellular-mesenchymal epithelial transition factor; HOXB5: homeobox gene B5. EZH2: enhancer of Zeste2 polycomb repressive complex 2 subunit; circ-TRPS1: circular RNA-TRPS1; circRNA MYO1C: circular RNA MYO1C; Nanog: homeobox-containing transcription factor; SOX2: sex-determining region Y-box2; OCT4: octamer-binding transcription factor 4; CircMEG3: circular RNA MEG3; Cbf5: the component of telomere synthetase H/ACA ribonucleoprotein

3.3 環(huán)狀RNA參與調(diào)控腫瘤干細胞侵襲與轉(zhuǎn)移

腫瘤干細胞相較于腫瘤細胞而言,表現(xiàn)出更強的侵襲、轉(zhuǎn)移潛能。即腫瘤干細胞所介導(dǎo)的轉(zhuǎn)移性腫瘤,表現(xiàn)出更強的致瘤性及治療抗性[86]。研究證實,circRNA ARF1(cARF1)能有效促進人腦微血管內(nèi)皮細胞(human brain microvascular endothelial cells,hBMECs)侵襲及血管生成,在腫瘤干細胞中作為miR-342-3p海綿抑制其表達,從而上調(diào)胰島素基因增強蛋白2(insulin gene enhancer protein,ISL-2)促進膠質(zhì)瘤血管生成[87]。此外,Lin等人[88]利用人類端粒酶逆轉(zhuǎn)錄酶(human telomerase reverse transcriptase,hTERT)特異性啟動子VP16-GAL4-土撥鼠肝炎病毒轉(zhuǎn)錄后調(diào)節(jié)元件(woodchuck hepatitis virus posttranscriptional regulatory element,WPRE)集成的系統(tǒng),放大復(fù)合物過表達circRGPD6(TV-circRGPD6),證實TV-circRGPD6/miR-26b/YAF2軸可抑制乳腺癌腫瘤干細胞介導(dǎo)的轉(zhuǎn)移,為難治性癌癥提供新的治療選擇。

以上研究結(jié)果表明,circRNAs通過利用其特殊結(jié)構(gòu)及miRNA海綿等方式參與腫瘤干細胞的侵襲、轉(zhuǎn)移,可將circRNAs作為評估腫瘤轉(zhuǎn)移和預(yù)后不良的潛在標(biāo)志物。同時,針對circRNAs的獨特結(jié)構(gòu)聯(lián)合其他新型治療技術(shù),增強腫瘤治療效果,為臨床應(yīng)用提供理論依據(jù)。

4 問題與展望

近年來,新型分子檢測技術(shù)及生物信息學(xué)的高速發(fā)展,推動circRNAs在腫瘤干細胞研究領(lǐng)域深入并取得一定成果。已證實失調(diào)的circRNAs與腫瘤干細胞生物學(xué)特性密切相關(guān),但仍有問題亟待解決。目前,circRNAs在腫瘤干細胞中的研究主要集中于細胞內(nèi)水平,但對于腫瘤干細胞分裂方式、耐藥性、休眠性腫瘤干細胞等生物學(xué)特性的研究仍有待完善。此外,腫瘤干細胞脂類代謝、免疫逃逸等方式作為調(diào)控腫瘤干細胞生物學(xué)特性、介導(dǎo)腫瘤耐藥的重要機制[89, 90],探究circRNAs在上述過程中的功能,有利于尋求新型治療靶點及積極有效的腫瘤治療策略。CircRNAs作為研究新熱點,仍需不斷完善基礎(chǔ)性研究內(nèi)容,例如:構(gòu)建高質(zhì)量circRNAs數(shù)據(jù)庫和開發(fā)高精度快速檢測方法等。在臨床檢驗診斷方面,由于其閉合環(huán)狀結(jié)構(gòu),具有更高的穩(wěn)定性,認為其具有成為腫瘤干細胞或腫瘤診斷生物標(biāo)志物的可能。當(dāng)前,circRNAs的大量研究仍停留于基礎(chǔ)研究階段,同時存在circRNAs特異性、檢測方法自身局限性及檢測標(biāo)準化等問題,限制其臨床應(yīng)用。后續(xù)研究應(yīng)致力于改良circRNAs檢測方法和提高檢測靈敏度。同時,通過篩選新型及特異性circRNAs,與傳統(tǒng)生物標(biāo)志物聯(lián)合檢測以提升診斷效能,并通過多中心、大樣本的臨床研究驗證其臨床價值。