环状RNA临床潜力可期,有助肿瘤患者耐药难题

2020
08/24

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陶然 / 健康界
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环状RNA被证明在监测和克服抗肿瘤耐药方面具有巨大潜力。

癌症已经成为世界范围内最严重的公共卫生问题。由于癌症的早期诊断亟待改善,许多患者在第一次临床就诊时就已经患有晚期癌症。这些患者往往错过了手术的机会,抗癌药物成为他们主要的治疗选择。

自首个晚期癌症化疗临床报道以来,多种抗癌药物的创新研发不断,有效改善了晚期癌症患者的临床疗效。除此之外,靶向和免疫治疗药物也为癌症的医学治疗开创了一个新时代。然而,抗肿瘤的耐药性仍然无法避免,导致癌症复发,环状RNA被证明在监测和克服抗肿瘤耐药方面具有巨大潜力。

识别关键分子丨抗癌耐药重中之重

抗癌耐药的机制涉及多方面,肿瘤生长、选择性治疗压力、免疫系统特性和肿瘤微环境等不同特征决定了抗肿瘤耐药的生物学行为。这些特征是由复杂的潜在分子调控机制驱动的。识别这些过程中的关键分子可以帮助我们了解耐药的发生,这些分子在预测和逆转肿瘤耐药过程中发挥着重要作用。

随着测序技术的发展,研究表明,大约70%的人类基因组被转录,但只有2%的基因编码蛋白。剩下的不编码蛋白质的RNA,最初被认为是转录垃圾。越来越多的证据表明,这些非编码RNA(ncRNA)对生理活动和病理变化也有很大的影响,尤其是在癌症中。

重要的是,ncRNA按大小可分为小rRNA如miRNA(约22 nt)和长非编码RNA (lncRNA,>200 nt)。ncRNA的失调参与了癌症相关的分子和细胞活动过程。由于miRNA和lncRNA等ncRNA已被证实在癌症中发挥重要作用,对新的ncRNA的研究将会继续提高我们对癌症的认识。

环状RNA丨反向剪接衍生而出的明星分子

近年来,一类新的lncRNA即环状RNA(circRNA)也在癌症生物学中被发现并被广泛研究。环状RNA是通过一种被称为反向剪接的非规范可变剪接事件从前mRNA中衍生出来的。这一过程使环状RNA具有独特的与普通线性lncRNA不同的基本结构特征,即无聚腺苷化尾部的共价闭合连续环结构。环状RNA非常稳定,因为它们独特的结构可以抵抗外核酶介导的降解。

尽管在线性RNA中反向剪接的效率远低于典型剪接,环状RNA仍然在组织、血清甚至尿液中富集。虽然环状RNA被广泛表达,但其表达模式表现出组织特异性和细胞类型特异性。

环状RNA可分为3个亚型:

①外显子环状RNA(EcircRNA),只包含外显子序列;

②内含子环状RNA(ciRNA),仅包含内含子序列;

③外显子-内含子环状RNA(EIciRNA),包含外显子和内含子序列。

研究表明,环状RNA可能通过转录调控、miRNA浸润、蛋白质相互作用或在某些情况下进行自我翻译等方式发挥生物学功能。

图1 环状RNA的分类和功能

环状RNA也参与多种病理过程,包括癌症的发生发展。一些具有代表性的环状RNA,它们具有明确的机制、生物学功能和临床意义。

第一,环状RNA在几乎所有癌症中均有差异表达,包括肺癌、胃肠道癌症和泌尿系癌症。

第二,环状RNA在同一肿瘤中表达差异,而不是简单的上调或下调。

第三,同样的环状RNA在多种肿瘤中也有不同的表达,但上调或下调的表达模式在不同的肿瘤中并不相同。

图2 在癌症中具有明确机制、生物学功能和临床意义的代表性环状RNA

潜在诊断价值丨环状RNA与抗癌耐药密切相关

研究发现,环状RNA可以调节癌症的多种生物学功能,如增殖、转移和血管生成等,具有重要的肿瘤相关临床意义。除此之外,环状RNA在介导抗癌耐药中的关键作用也逐渐显现,部分环状RNA的应用如下。

circ_001680与伊立替康:Jian等发现circ_001680增加迁移,并参与CRC的伊立替康耐药。circ_001680作为一种癌基因,通过海绵状miR-340上调CRC中BMI1的表达。BMI1被认为是一种积极的调节因子,可诱导类似癌症干细胞的特性,这些特性与伊立替康耐药密切相关。

circMTHFD2与培美曲塞:Xu等报道了一种新的环状RNA——circMTHFD2,它与培美曲塞在胃癌中的耐药性有关。circMTHFD2已被证实在培美曲塞耐药胃癌细胞中过表达,研究进一步发现circMTHFD2可以与miR-124结合,促进FDZ5和MDR-1蛋白表达,从而诱导培美曲塞耐药。

circ_0035483与吉西他滨:Yan等人报道吉西他滨治疗后,circ_0035483在TK10和UO31肾癌细胞株中显著升高。MTT法检测结果显示circ_0035483在吉西他滨处理的TK10细胞中高表达可提高细胞活力,诱导吉西他滨耐药。

circ_0063809、circ_0002483与紫杉醇:研究证实circ_0063809在紫杉醇抗性组织和细胞中上调,体外和体内实验表明,沉默circ_0063809可促进紫杉醇耐药卵巢癌细胞的细胞毒性。机制实验结果显示circ_0063809可以通过海绵miR-1252上调FOXR2的表达,从而促进卵巢癌对紫杉醇的耐药性。此外,Li等报道过表达circ_0002483可增强非小细胞肺癌紫杉醇的敏感性。

circ_0003998与多西他赛:Yu等人评价了circ_0003998在耐多西他赛肺腺癌A549/DTX和H1299/DTX细胞株中的过度表达,而敲除A549/DTX和H1299/DTX细胞中的circ_0003998,通过促进细胞凋亡可部分恢复多西他赛的敏感性。

图3 环状RNA在非铂类细胞毒性药物中的应用

circ_0006528与阿霉素:用qRT-PCR检测证实circ_0006528在阿霉素耐药细胞系和组织中过度表达,而下调circ_0006528可恢复MCF-7/ADM和MDA-MB-231/ADM细胞对阿霉素的敏感性。

circ_0076305与顺铂:circ_0076305是另一个被发现可以促进肺癌顺铂耐药的circRNA。circ_0076305在顺铂耐药组织和细胞中被证实表达显著升高,研究发现顺铂治疗可以有效上调circ_0076305在A549和H1650细胞中的表达。

图4 环状RNA铂类药物中的应用

circ_0081143、circAKT3与顺铂:在顺铂耐药胃癌中,circ_0081143和circAKT3均上调。Circ_0081143通过海绵化miR-646促进CDK6活性,circAKT3通过直接结合miR-198上调PIK3R1而发挥内源性海绵作用,从而增强胃癌顺铂的耐药性。

circ_0000285与顺铂:Chi等人报告说,与顺铂敏感膀胱癌患者相比,顺铂耐药膀胱癌患者的血清circ_0000285水平降低,低circ_0000285水平表明预后不良,这表明circRNA_000285可作为膀胱癌顺铂治疗反应的生物标志物。

circFNTA与顺铂:chen等人发现circFNTA的缺失降低了膀胱癌顺铂的耐药性。circFNTA的高表达可通过miR-370-3p/FNTA轴激活KRAS信号,从而促进顺铂耐药。

图5 环状RNA在其他药物中的应用

双重作用机理丨环状RNA临床潜力可期

关于环状RNA在发挥抗癌耐药作用的机理,同样得到了进一步的研究。

一方面,环状RNA可能通过调节其表达作为直接治疗靶点,一些主要的致癌环状RNA在多种肿瘤中异常表达,并与多药耐药相关。其独特的反向剪接连接是一个潜在的特异性治疗靶点,精确调控这些致癌环状RNA可能对更恶性的肿瘤发挥治疗作用。

另一方面,由于肿瘤抑制环状RNA的稳定性和对miRNA的多重结合位点,环状RNA是潜在的治疗海绵载体。例如,circ_0002483可能吸收miR-182-5p提高非小细胞肺癌患者紫杉醇敏感性。

近年来,开发有效的治疗手段来调控ncRNA已成为一个活跃的研究领域,数百项涉及ncRNA的临床试验已经在进行中。然而,到目前为止,还没有环状RNA用于癌症治疗的临床前试验报道。总而言之,环状RNA已经被充分证明参与了抗癌耐药,这些环状RNA在监测和克服抗肿瘤耐药方面具有巨大潜力,而许多深入参与耐药的环状RNA仍不清楚,对这些耐药相关环状RNA的进一步研究将扩大其临床潜力。

参考文献:Xu Tianwei,Wang Mengwei,Jiang Lihua et al. CircRNAs in anticancer drug resistance: recent advances and future potential.[J] .Mol. Cancer, 2020, 19: 127.

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关键词:
肿瘤耐药,环状RNA,反向剪接

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