郝雅琴 胡云峰 郝 靜 趙 鑫 王會(huì)豐 馬軍偉

2020年GLOBOCAN報(bào)告顯示,胃癌在全球1930萬新發(fā)病例中位居第5位,1000萬死亡病例中位居第4位。我國(guó)作為胃癌高發(fā)國(guó)家之一,2020年胃癌新發(fā)病例數(shù)約為48萬例,死亡病例數(shù)37萬例,其發(fā)生率及病死率在所有惡性腫瘤中均高居第3位[1]。據(jù)分析,胃癌的早期診斷直接關(guān)系到患者的預(yù)后,早期局限性胃癌患者的5年總生存率可超60%,而遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移的患者5年總生存率甚至達(dá)不到5%。除此之外,化療作為胃癌必不可少的治療手段之一,其耐藥性嚴(yán)重影響了很多晚期患者的治療效果及預(yù)后[2]。因此,提高胃癌的早期診斷率、研究化療耐藥機(jī)制以及找到解決耐藥性的辦法是目前胃癌防治的關(guān)鍵瓶頸,亟待解決,以實(shí)現(xiàn)對(duì)胃癌患者的最佳診治?；谧允稍谀[瘤發(fā)生、發(fā)展過程中的重要作用以及對(duì)非編碼RNAs愈加深入的認(rèn)識(shí),近年來circRNAs與自噬在胃癌中作用的研究引起了人們廣泛的關(guān)注。研究發(fā)現(xiàn)circRNAs的表達(dá)水平與胃癌的發(fā)生、發(fā)展密切相關(guān),作為生物學(xué)標(biāo)志物在胃癌的診斷和預(yù)后預(yù)測(cè)中具有極大的潛力,而且circRNAs與自噬在胃癌耐藥中的分子機(jī)制也為胃癌的治療提供了潛在的新靶點(diǎn)。

一、環(huán)狀RNA概述

目前,人們認(rèn)識(shí)到非編碼RNAs(non-coding RNAs,ncRNAs)主要可分為微小RNAs(microRNAs,miRNAs)、長(zhǎng)鏈非編碼RNAs(long non-coding RNAs,lncRNAs)和環(huán)狀非編碼RNAs(circRNAs)三大類[3]。40多年前,人們?cè)谝环N植物病毒中發(fā)現(xiàn)了circRNAs。近年來,非編碼RNAs一直是RNA研究的新熱點(diǎn)。circRNAs作為一種環(huán)狀非編碼RNA,是共價(jià)閉環(huán)RNA分子,它沒有5′-3′極性的多聚腺苷酸尾巴,由前體編碼RNAs(messenger RNAs,mRNAs)反向剪接和選擇性剪接形成,不易被核酸外切酶降解[4]。一些研究表明,circRNAs在心血管疾病、神經(jīng)系統(tǒng)疾病以及腫瘤的治療中都發(fā)揮著重要作用[5]。在腫瘤中,circRNAs可以作為各種癌癥的生物學(xué)標(biāo)志物或預(yù)后預(yù)測(cè)標(biāo)志物,與周圍正常組織或者癌旁組織比較,腫瘤細(xì)胞中circRNAs的表達(dá)上調(diào)或下調(diào)。它們可以通過海綿miRNA或直接靶向某個(gè)基因來調(diào)節(jié)腫瘤的增殖、侵襲、化療耐藥性和其他生物學(xué)行為,從而進(jìn)一步促進(jìn)或抑制腫瘤的發(fā)生、發(fā)展[6]。

circRNAs主要的生物學(xué)功能有五大方面[7]。有些circRNAs能結(jié)合RNA結(jié)合蛋白(RNA-binding protein,RBP),發(fā)揮蛋白質(zhì)海綿作用;有些circRNAs能同時(shí)結(jié)合酶及相應(yīng)底物,作為蛋白腳手架發(fā)揮功能;有少數(shù)circRNAs具有翻譯功能,可以作為模板翻譯合成多肽;還有一些則可以在細(xì)胞核中調(diào)控轉(zhuǎn)錄;還有研究最為成熟的就是miRNA海綿作用,與lncRNAs發(fā)揮作用的途徑類似,它也可以和miRNAs形成一個(gè)競(jìng)爭(zhēng)的內(nèi)源RNA。ceRNA(competing endogenous RNA,ceRNA)即競(jìng)爭(zhēng)內(nèi)源RNA,包括lncRNAs、circRNAs、mRNAs、tRNAs(transfer RNAs,tRNAs)、rRNAs(ribosome RNAs,rRNAs)和假基因RNAs[5]。它們與miRNAs形成一個(gè)相互作用的調(diào)控網(wǎng)絡(luò),稱為ceRNA網(wǎng)絡(luò)。不同的ceRNA通常含有多個(gè)miRNAs的反應(yīng)元件(miRNA response element,MRE),每個(gè)miRNA可以調(diào)控多個(gè)ceRNA,同樣大多數(shù)ceRNA也受多個(gè)miRNAs的調(diào)控。ceRNA通過靶向miRNAs來調(diào)節(jié)親本RNA的轉(zhuǎn)錄和翻譯[8]。近年來,有關(guān)circRNAs在胃癌中作用的研究大多基于ceRNA網(wǎng)絡(luò)。

二、環(huán)狀RNA作為胃癌的生物學(xué)標(biāo)志物在診斷及預(yù)后預(yù)測(cè)中的作用

1.診斷:胃癌是最常見的消化道惡性腫瘤之一,目前仍缺乏一些在早期診斷、隨訪監(jiān)測(cè)以及預(yù)后預(yù)測(cè)等各個(gè)發(fā)生、發(fā)展階段中特異性強(qiáng)、敏感度高的生物學(xué)標(biāo)志物。關(guān)于環(huán)狀RNA作為生物學(xué)標(biāo)志物在胃癌診斷方面的前景正在被不斷發(fā)現(xiàn),其作用也在被逐漸驗(yàn)證。不少研究發(fā)現(xiàn),circRNAs由于其高穩(wěn)定性,在作為胃癌診斷標(biāo)志物方面表現(xiàn)出較大的優(yōu)越性[9]。

研究發(fā)現(xiàn),circPDZD8在胃癌組織和細(xì)胞中表達(dá)上調(diào),而它靶向的mir-197-5p在胃癌中表達(dá)下調(diào),circPDZD8可以通過海綿miR-197-5p上調(diào)CHD9的表達(dá),并通過調(diào)節(jié)miR-197-5p/CHD9軸來調(diào)節(jié)胃癌細(xì)胞的生長(zhǎng)[10]。Zhang等[11]研究發(fā)現(xiàn),circNRIP1在人胃癌組織中顯著上調(diào),并通過海綿miR-149-5p進(jìn)一步調(diào)節(jié)Akt1/mTOR信號(hào)通路,來促進(jìn)胃癌細(xì)胞的增殖、遷移和侵襲。除了表達(dá)上調(diào)的circRNAs,還有研究發(fā)現(xiàn)有些circRNAs在胃癌組織中呈低表達(dá)。穩(wěn)定表達(dá)且定位于細(xì)胞質(zhì)的circCUL2在胃癌組織和細(xì)胞中表達(dá)顯著降低,而過表達(dá)的circCUL2起抑癌作用[12]。另一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn),胃癌組織中circRHOBTB3的表達(dá)水平顯著下調(diào),circRHOBTB3具有抑癌活性,可通過海綿化miR-654-3p并促進(jìn)其靶標(biāo)p21的表達(dá)來抑制胃癌細(xì)胞的生長(zhǎng)[13]。

由于circRNAs的環(huán)狀結(jié)構(gòu)使其在體液中也具有較高的穩(wěn)定性,不少研究者在血液標(biāo)本中發(fā)現(xiàn)了circRNAs的差異性表達(dá)。Peng等[14]在66例胃癌患者的血漿中發(fā)現(xiàn),胃癌患者circ_0010882的表達(dá)水平顯著高于正常對(duì)照組。它通過調(diào)節(jié)PI3K/Akt/mTOR信號(hào)通路在胃癌細(xì)胞系的增殖、遷移和侵襲中發(fā)揮重要作用。Xie等[15]通過透射電子顯微鏡和蛋白印跡實(shí)驗(yàn),分析了20例胃癌患者和20例健康對(duì)照的血清中外泌體中circSHKBP1的表達(dá)。發(fā)現(xiàn)血清外泌體的circSHKBP1在胃癌患者中比健康對(duì)照組更豐富,這與腫瘤組織中的結(jié)果一致,而且血清外泌體中表達(dá)水平大約是腫瘤中的6倍。該團(tuán)隊(duì)還研究證實(shí)了胃切除術(shù)后血清外泌體中circSHKBP1的表達(dá)急劇下降,這些結(jié)果表明,circSHKBP1是一種來自胃癌組織高表達(dá)的circRNA。同組織中一樣,血液標(biāo)本中也有一些低表達(dá)的circRNAs,一些研究者發(fā)現(xiàn),circPSMC3在胃癌患者的血漿和組織樣品中表達(dá)下調(diào),circPSMC3通過海綿化miRNA-296-5p來調(diào)節(jié)PTEN促進(jìn)胃癌的進(jìn)程[16]。Tao等[17]研究發(fā)現(xiàn),circ_0000419在胃癌患者的血漿和外泌體中表達(dá)下調(diào),探究其機(jī)制發(fā)現(xiàn)circ_0000419可以抑制miR-141-5p和miR-5893p調(diào)控下游靶基因的表達(dá)進(jìn)而調(diào)控胃癌的發(fā)生、發(fā)展。這些證據(jù)均表明,circRNAs在胃癌患者的體液中可以穩(wěn)定表達(dá),并且表達(dá)水平與胃癌的發(fā)生、發(fā)展相關(guān)。

不僅如此,還有研究者將circRNAs與臨床上現(xiàn)有的腫瘤標(biāo)志物聯(lián)合應(yīng)用于胃癌的診斷,評(píng)估其診斷效能。例如,有研究發(fā)現(xiàn),circ_0001821在胃癌組織和胃癌患者的全血標(biāo)本中顯著下調(diào),進(jìn)一步行ROC分析(receiver operating characteristic curve,ROC)表明,循環(huán)circ_0001821的AUC(area under the curve,AUC)值為0.872,高于CEA、CA199和CA125。將循環(huán)circ_0001821與上述標(biāo)志物相結(jié)合,最大AUC值可達(dá)0.933。由此可見,circ_0001821在胃癌診斷中體現(xiàn)了極大的潛力[18]。Huang等[19]研究發(fā)現(xiàn),circ_0000745在胃癌患者的胃癌組織和血漿中下調(diào),與血清CEA比較,circ_0000745篩查胃癌具有更高的敏感度和特異性,二者聯(lián)合檢測(cè)則提高了診斷價(jià)值,circ_0000745作為可能的胃癌診斷標(biāo)志物已顯示出一定潛力。

從分子機(jī)制角度來看,多項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)circRNAs可以協(xié)同自噬效應(yīng),共同調(diào)節(jié)胃癌的發(fā)生、發(fā)展。一項(xiàng)關(guān)于circ_0032821的研究發(fā)現(xiàn),在人胃癌組織和胃癌細(xì)胞中該circRNA表達(dá)顯著上調(diào),機(jī)制上,circ_0032821通過激活MEK1/ERK1/2信號(hào)通路,在體內(nèi)外誘導(dǎo)人胃癌細(xì)胞增殖、內(nèi)胚層轉(zhuǎn)化、遷移、侵襲以及自噬抑制,來發(fā)揮致癌作用,促進(jìn)胃癌發(fā)生、發(fā)展[20]。另一項(xiàng)研究表明,在胃癌細(xì)胞中circ_0006470的表達(dá)顯著增高,通過海綿miR-27b-3,同樣抑制了自噬活性,在胃癌發(fā)生中發(fā)揮致癌作用[21]。

這些研究均表明,circRNAs在胃癌的診斷方面具有相當(dāng)大的前景,包括早期診斷以及隨訪監(jiān)測(cè)中的診斷。且circRNAs在體液中的穩(wěn)定存在,使其轉(zhuǎn)化為臨床所用變得更有可能。但是不同的circRNAs可能發(fā)揮抑癌作用,也可能發(fā)揮促癌作用,筆者猜測(cè)這可能取決于腫瘤的不同類型、細(xì)胞的遺傳環(huán)境和特定的細(xì)胞應(yīng)激等,其中更深層次的內(nèi)涵機(jī)制還需要未來進(jìn)一步研究闡明。

2.預(yù)后:在反映胃癌患者預(yù)后方面,circRNAs也得到了很多人的關(guān)注,有望成為胃癌患者預(yù)后預(yù)測(cè)的生物學(xué)標(biāo)志物。Xia等[10]通過對(duì)所收集的70例胃癌組織標(biāo)本患者的總體生存信息隨訪,進(jìn)行生存分析,結(jié)果顯示當(dāng)circPDZD8水平較高時(shí),胃癌患者的總體生存率較低,circPDZD8基因敲除可抑制胃癌細(xì)胞的增殖和遷移。有研究分析circSMARCA5與臨床病理特征的關(guān)系,發(fā)現(xiàn)在胃癌組織中circSMARCA5表達(dá)下調(diào),并且與胃癌患者的分化、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移、血管浸潤(rùn)以及無病生存期(overall survival,OS)和總體生存期(disease-free survival,DFS)差有關(guān),而且多因素分析結(jié)果表明,circSMARCA5低表達(dá)是胃癌患者生存的獨(dú)立預(yù)后因素[22]。Du等[23]研究發(fā)現(xiàn),circPRMT5的表達(dá)水平與腫瘤直徑、TNM分期、分化程度、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移和遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移相關(guān),且表達(dá)降低的胃癌患者預(yù)后和總生存期更好。

有研究者在血液標(biāo)本中也觀察到了circRNAs與患者的臨床病理特征及預(yù)后密切相關(guān)。他們?cè)谖赴┗颊叩难獫{中發(fā)現(xiàn)表達(dá)下調(diào)的circ_0000419與腫瘤分期、淋巴和遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移、靜脈和神經(jīng)周圍浸潤(rùn)負(fù)相關(guān),并與Borrmann分型和分化等級(jí)顯著相關(guān),且表達(dá)下調(diào)的患者OS和DFS較差[17]。另一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)circ-KIAA1244在胃癌患者的血漿中表達(dá)下調(diào),并與腫瘤分期、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移和OS降低呈負(fù)相關(guān),且circ-KIAA1244的下調(diào)是胃癌患者OS的獨(dú)立預(yù)后指標(biāo)[24]。諸如此類的發(fā)現(xiàn)還有很多,這些研究都提示了circRNAs在胃癌患者的預(yù)后預(yù)測(cè)方面有著巨大的潛能,有望在胃癌診療過程中為患者帶來更大的獲益。

三、環(huán)狀RNA介導(dǎo)自噬對(duì)胃癌化學(xué)耐藥性的調(diào)節(jié)

1.自噬:自噬(autophagy)是細(xì)胞利用溶酶體降解自身受損的細(xì)胞器和大分子物質(zhì),以維持生存和新陳代謝的過程,又被稱為Ⅱ型程序性死亡[25]。自噬可分為宏觀自噬、微觀自噬和分子伴侶介導(dǎo)的自噬。巨自噬是研究最多、最經(jīng)典的一種類型[25]。在哺乳動(dòng)物和酵母的遺傳類似物中,大約有30個(gè)基因被確定為自噬相關(guān)基因(autophagy-related genes,ATGs),參與自噬通路的調(diào)控,比如酵母中的ATG6、哺乳動(dòng)物基因Beclin1等[26]。自噬失調(diào)可導(dǎo)致許多系統(tǒng)的疾病,如阿爾茨海默病、心血管疾病、糖尿病,甚至癌癥等。腫瘤發(fā)生最重要的直接原因在于細(xì)胞增殖和細(xì)胞死亡之間的失衡。當(dāng)自噬失調(diào)、細(xì)胞增殖和死亡之間的平衡被破壞,便意味著早期腫瘤形成的開始。而在腫瘤發(fā)生、發(fā)展的不同階段,自噬扮演的角色也不同。在早期階段,自噬被認(rèn)為可以抑制癌癥的發(fā)生。在晚期,自噬卻是保護(hù)腫瘤細(xì)胞存活的機(jī)制。自噬在腫瘤發(fā)生、發(fā)展中起雙向調(diào)節(jié)作用,因此,它在腫瘤研究中引起了相當(dāng)大的關(guān)注[27]。

2.自噬與胃癌發(fā)生、發(fā)展及化學(xué)耐藥:多數(shù)研究表明,自噬的激活可以抑制早期胃癌發(fā)生[28]。早在1999年,人們就發(fā)現(xiàn)Beclin1通過激活自噬在抑制癌癥發(fā)生、發(fā)展中起著關(guān)鍵作用[29]。UVRAG作為染色體穩(wěn)定性的守護(hù)者,與Beclin1相互作用,發(fā)揮正向調(diào)節(jié)自噬的作用,而有人在胃癌中觀察到了該基因的丟失,且表現(xiàn)出抑瘤性[30]。不難發(fā)現(xiàn),在胃癌早期自噬被激活后可以抑制胃癌細(xì)胞的生長(zhǎng)并誘導(dǎo)其凋亡。與早期抑制腫瘤發(fā)生的作用相反,自噬在腫瘤開始生長(zhǎng)后轉(zhuǎn)變?yōu)榇龠M(jìn)腫瘤的進(jìn)展。在腫瘤細(xì)胞快速增殖期,體內(nèi)營(yíng)養(yǎng)和能量極其缺乏,細(xì)胞對(duì)營(yíng)養(yǎng)、能量的供給不足有明顯反應(yīng)。在這樣的代謝應(yīng)激條件下,癌基因RAS被激活,并通過誘導(dǎo)自噬降解細(xì)胞組分來維持氧化代謝和腫瘤發(fā)生。RAS誘導(dǎo)的自噬通過提供能量和營(yíng)養(yǎng)來源使癌細(xì)胞適應(yīng)應(yīng)激,延長(zhǎng)了癌細(xì)胞的存活[31]。由此,不少研究認(rèn)為自噬通過提高應(yīng)激耐受性和提供必要的營(yíng)養(yǎng)來提高腫瘤細(xì)胞的存活率,以滿足腫瘤細(xì)胞在生長(zhǎng)過程中日益增強(qiáng)的能量需求。

除了自噬對(duì)胃癌發(fā)生、發(fā)展的作用,許多研究者還將目光投向了自噬在胃癌化學(xué)耐藥中的作用機(jī)制,大多數(shù)研究結(jié)果表明,自噬水平的增高可以導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞產(chǎn)生耐藥性。在多藥耐藥的情況下,自噬可能作為一種保護(hù)機(jī)制被激活,以保護(hù)腫瘤細(xì)胞免受化療藥物的毒性[32]。而關(guān)于自噬與胃癌化學(xué)耐藥性之間更進(jìn)一步的關(guān)系及作用,還需要我們?nèi)ド钊胙芯?。如何利用自噬這把雙刃劍更好地在胃癌治療中發(fā)揮作用,值得進(jìn)一步探索。

3.環(huán)狀RNA、自噬與胃癌化學(xué)耐藥性:近年來許多研究發(fā)現(xiàn),在化療耐藥分子機(jī)制中,circRNAs與自噬扮演著非常重要的角色,circRNAs調(diào)節(jié)自噬的機(jī)制主要通過兩方面的功能,即miRNA海綿和RBP結(jié)合[33]。一方面,circRNAs通過海綿miRNA,激活影響自噬過程的關(guān)鍵途徑,通過調(diào)節(jié)自噬活性來調(diào)節(jié)腫瘤的化療耐藥性[34]。另一方面,circRNAs可以直接與自噬啟動(dòng)的相關(guān)蛋白結(jié)合。但circRNAs是否可以通過編碼特定的肽和蛋白來調(diào)控自噬過程,或者是否可以通過在細(xì)胞核中調(diào)控其轉(zhuǎn)錄過程來調(diào)節(jié)自噬中關(guān)鍵蛋白的表達(dá),還需要進(jìn)一步研究。

目前circRNAs-自噬軸研究較為充分的仍是miRNA海綿作用。一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn),在順鉑耐藥胃癌細(xì)胞系中,circCUL2表達(dá)增加會(huì)抑制細(xì)胞活力,而表達(dá)降低則誘導(dǎo)順鉑耐藥,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明circCUL2可能通過miR-142-3p/ROCK2介導(dǎo)的自噬調(diào)節(jié)而成為順鉑敏感度的抑制因子和調(diào)節(jié)劑,這可能成為胃癌化療耐藥的關(guān)鍵機(jī)制和治療靶點(diǎn)[12]。另一項(xiàng)研究表明,circ-PVT1在鉑類耐藥的胃癌血清和細(xì)胞中表達(dá)較鉑類敏感者上調(diào),敲減circ-PVT1可以通過靶向miR-30a-5p/YAP1軸促進(jìn)細(xì)胞凋亡、減少自噬,進(jìn)一步抑制鉑類耐藥細(xì)胞中的耐藥性。circ-PVT1敲低可能成為對(duì)抗胃癌鉑類耐藥的新策略[35]。這些證據(jù)均提示circRNAs與自噬在胃癌耐藥機(jī)制中發(fā)揮著重要作用,并且有一定的治療潛在價(jià)值。

四、展 望

circRNAs作為一種組織特異性RNA,其環(huán)狀結(jié)構(gòu)比線性RNA更穩(wěn)定,在生理過程、病理過程和多種疾病進(jìn)展中發(fā)揮著重要作用。本文從多角度綜述了circRNAs及其與自噬在胃癌中的作用。諸多研究結(jié)果表明,circRNAs參與調(diào)控胃癌細(xì)胞的增殖、侵襲、遷移和上皮間充質(zhì)轉(zhuǎn)化等生物學(xué)行為,而且多與胃癌患者的臨床病理特征(腫瘤分化程度、TNM分期和轉(zhuǎn)移等)有關(guān),因此circRNAs也被認(rèn)為是胃癌早期診斷和預(yù)后判斷的生物學(xué)標(biāo)志物。雖然自噬在胃癌中更深層次的發(fā)生機(jī)制尚不完全清楚,但自噬與胃癌的發(fā)生、進(jìn)展、治療和預(yù)后密切相關(guān)。在上述研究的基礎(chǔ)上,不少研究聚焦到了circRNAs與自噬在胃癌化療耐藥性上的作用,參與胃癌發(fā)生、發(fā)展的circRNAs與自噬極有可能成為胃癌個(gè)體化治療以及解決化療耐藥性的新靶點(diǎn)。盡管將其轉(zhuǎn)化到臨床應(yīng)用還是一個(gè)漫長(zhǎng)的過程,但circRNAs和自噬在胃癌早期診斷、療效評(píng)估、預(yù)后預(yù)測(cè)以及可能的治療方法中的作用仍需開展進(jìn)一步研究予以證實(shí)。