撰文：珍奇
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本綜述總結了當前與 circRNA在細胞內產生和降解，以及癌癥中 circRNA失調的生物過程；概述了 circRNA 在癌癥發生發展過程中的多種作用機制，并討論了這些 RNA 作為生物標志物和治療劑或靶標的臨床潛力；討論了該領域需要解決的問題和挑戰，由此推進未來circRNA 在臨床實踐中的應用。
在過去的十年中，環狀RNA（circRNAs）已經成為一類重要的非編碼RNA分子，很多circRNAs通過不同作用機制在癌癥發展和形成中起關鍵作用。circRNAs通常具有組織限制性和癌癥特異性表達模式，先前的研究數據已表明這些分子具有潛在的臨床應用價值，可作為診斷、預后和預測性生物標志物。2021年12月15日，丹麥奧胡斯大學Lasse S. Kristensen等人于《Nature Reviews Clinical Oncology》雜志上發表了一篇名為“The emerging roles of circRNAs in cancer and oncology”的綜述。本文回顧了目前關于circRNA在癌癥中的生物發生、調節和功能的相關知識，以及它們作為生物標志物、治療劑和藥物靶標的臨床潛力。
circRNA 生物發生、輸出和周轉
circRNA 生物發生依賴于典型的剪接體機制，但效率遠低于常規線性剪接。然而，一旦 circRNA 形成，它們就會異常穩定并且可以在細胞質中積累。生物發生率、細胞輸出率和周轉率共同決定了 circRNA 的穩態細胞內水平。標準 RNA 剪接通過內含子將上游 5' 剪接位點（剪接供體）連接到下游 3' 剪接位點（剪接受體），從而去除相鄰外顯子之間的內含子。然而，許多前體 mRNA 可以進行反向剪接，從而下游剪接供體通過一個或多個外顯子連接到上游剪接受體，產生共價閉合的 circRNA。對于許多基因，競爭發生在前 mRNA31 的線性剪接和反向剪接之間，有幾個因素影響兩種剪接類型之間的平衡。在癌癥中，這種平衡經常被打亂，導致 circRNA 表達失調。
EcircRNAs 主要定位于細胞質，而 EIciRNAs 和 ciRNAs 通常保留在細胞核中。 circRNA 如何從細胞核中輸出尚不完全清楚，但已表明依賴 ATP 的 RNA 解旋酶 DDX39A 和剪接體 RNA 解旋酶 DDX39B 以依賴于 circRNA 長度的方式參與這一過程。此外，N6-甲基腺苷 (m6A) 修飾經常出現在 circRNAs60 中，并且已被證明會影響它們的核輸出。circRNA 可以進一步輸出到細胞外空間，特別是相對于它們的起源細胞，在細胞外囊泡中富集。
circRNA 可以抵抗線性 RNA 衰減機制的降解，而 circRNA 降解的機制仍有待充分闡明。某些 circRNA可以以依賴于特定 miRNA 的高度互補結合位點的方式降解。從更廣泛的層面來說，內切核糖核酸酶與 circRNA 周轉有關。此外，高度結構化的 circRNA 會受到依賴于 ATP 的解旋酶 UPF1 和 G3BP1 介導的降解，其降解方式可能取決于 G3BP1 的內在核糖核酸酶活性。
circRNA的作用機制
circRNA影響癌癥發生發展的機制是多種多樣的，circRNA 的序列和穩定性、轉錄后修飾、二級結構以及它們的積累方式和位置決定了它們的功能。位于細胞質中的 circRNAs 可以通過 miRNAs 的海綿作用參與轉錄后基因調控，從而阻止特定的 miRNAs 相互作用，抑制它們的目標 mRNA。雖然 miRNA 海綿是 circRNA 最常見的功能，但大多數 circRNA 所包含的 miRNA 目標位點并不比預期的多。最好的 miRNA 海綿候選物 ciRS-7 包含超過 60 個 miR-7 結合位點，并且可能在某些組織中充當競爭性內源性 RNA (ceRNA)。然而，ciRS-7 在癌細胞中作為 ceRNA 發揮作用的觀點受到了挑戰，在推斷 circRNA 的 miRNA 海綿特性時，應考慮該領域的一些爭議。此外，一些 circRNA 可以與 RBP 相互作用并起到蛋白質海綿或抑制劑的作用，可以作為支架使不同的蛋白質靠近，或者可以將蛋白質募集到特定的亞細胞區室。
circRNA 的生理作用
circRNAs 主要在疾病背景下進行研究，但越來越多的證據也表明在正常生理條件下的重要功能。多項研究指出特定 circRNA 在維持胚胎和成體干細胞的干性和多能性方面發揮關鍵作用，而其他研究則表明 circRNA 是干細胞分化和組織發育、維持和恢復的重要決定因素。
circRNA具有維持干細胞多能性的功能。最早顯示與干性和多能性相關的兩個 circRNA 來自 BIRC6 和 CORO1C 基因。這些 circRNA 在人胚胎干細胞中的異位表達促進了多能性，而敲低會損害多樣性。特別是，circBIRC6 可能通過海綿 miR-34a 和 miR-145 并由此釋放它們的一些靶標，包括來自 miRNA 介導的翻譯抑制的多能性因子 NANOG、OCT4（POU5F1）和 SOX2，在控制多能性的分子回路中發揮核心作用。此外，circRNA參與細胞分化過程，也可能在成骨和肌生成中起關鍵作用，許多 circRNA 在人表皮干細胞分化為角質形成細胞的過程中也被上調。
circRNA 在癌癥中的病理生理學
在致癌轉化過程中，經常觀察到細胞重新獲得干性及發育基因表達程序，并且由此產生的細胞具有無限的自我更新潛力。因此， circRNAs對細胞干性的影響或許與癌癥的發展息息相關。除了癌細胞干性之外，在所有常見癌癥類型和許多罕見惡性腫瘤中都觀察到了廣泛的 circRNA 表達失調，且在快速增殖的癌細胞中整體 circRNA 的水平降低，因此可以假設許多 circRNA 具有腫瘤抑制功能。此外，大量研究表明circRNA還參與多個癌癥的生理病理學過程，下圖概述了促進或抑制癌癥各種標志的關鍵circRNAs，以及癌癥中circRNAs作為蛋白質或miRNA海綿發揮作用的過程。
作為生物標志物的潛在效用
circRNA 通常以組織特異性甚至細胞類型特異性方式表達。許多circRNA 已被證明在腫瘤中相對于相鄰的非惡性組織差異表達，并與某些臨床特征相關，例如腫瘤大小、組織學分級和腫瘤、淋巴結、轉移 (TNM) 階段。這些發現突出了 circRNA 作為有前景的診斷和預后生物標志物的可能，其在生物體液（如血漿、唾液和尿液）中的高穩定性和可檢測性進一步證實了這一點。
教授介紹：
J?rgen Kjems，丹麥奧胡斯大學跨學科納米科學中心（INANO）和分子生物學與遺傳學系（MBG）教授。Kjems團隊的研究方向包括構建功能化的自組裝DNA和RNA納米結構，能夠進行復雜的生物傳感，并具有藥物釋放，酶激活和受體信號傳導等受控作用；了解小的非編碼RNA和環狀RNA的生物發生和功能，尤其是對circRNA如何在細胞中形成以及它們在發育和疾病中的作用感興趣；為基因醫學創造新的生物成像和遞送系統，包括小RNA，納米抗體和Cas9，特別關注炎癥、癌癥、流感和組織再生；使用DNA和RNA適配體對病毒蛋白進行靶向遞送，檢測和抑制，并分析復雜的生物樣品。
參考文獻：
Kristensen, L.S., Jakobsen, T., Hager, H. et al. The emerging roles ofcircRNAs in cancer and oncology. Nat Rev Clin Oncol (2021). https://doi.org/10.1038/s41571-021-00585-y
