環(huán)狀RNA在急性髓系白血病中的研究進展

張蕾 查顯豐 溫旺榮

急性髓細胞性白血?。ˋcute Myeloid Leukemia AML）是造血干細胞的惡性疾病，其特征是髓系譜系異常分化的胚細胞的克隆擴增。未成熟骨髓細胞的異常增殖導致未成熟祖細胞（成纖維細胞）的積聚，損害了正常的造血功能，導致嚴重的感染，貧血和出血［1］。隨著年齡增長發(fā)病率越高，多發(fā)生在老年人群［2］。目前國際上主要通過細胞形態(tài)學（Morphology）、免疫學（Immunology）、細胞遺傳學（Cytogenetics）和分子生物學（Molecular biology）分型，即MICM 分型對AML 進行診斷以及預后監(jiān)測。隨著分子生物學技術的發(fā)展，越來越多的與AML 發(fā)病相關的生物分子被發(fā)現，有望成為AML診斷和預后監(jiān)測的標志物。環(huán)狀RNA（Cirular RNA，CircRNA）作為近年研究熱門的生物分子，具有豐度高、進化保守性、高特異性及高穩(wěn)定性特點，可作為優(yōu)良的疾病診治的生物標志物［3］。很多研究已經表明，癌癥的發(fā)生和進展與circRNAs 表達失調有關，尤其是在實體腫瘤中已經有較多的研究，比如胃癌［4］、結直腸癌［5］、肺癌［6］、乳腺癌［7］等。近期在AML 中也發(fā)現多種與腫瘤發(fā)生發(fā)展密切相關的circRNAs，本文主要對這些circRNAs在AML 中診斷和預后中的研究現狀進行綜述，旨在探討circRNAs 在AML 中診斷和預后監(jiān)測中的應用價值。

1 環(huán)狀RNA 簡介

CircRNA 是具有共價閉合環(huán)狀同種型的單鏈ncRNA 家族，是由前體mRNA（pre-mRNA）生成的，由下游的5′剪接位點與上游的3′端連接在一起，因此既沒有5′至3′端極性，也沒有多聚腺苷酸尾。并且所得到的circRNA 仍舊通過3′-5′磷酸二酯鍵連接［8］。目前認為circRNA 的形成主要有四種：內含子配對驅動環(huán)化套索驅動環(huán)化內含子自身驅動環(huán)化RNA 結合蛋白（Retinol-Binding Protein,RBP）或反式因子驅動環(huán)化［9］。CircRNA 具有種類豐富［10，15］、進化保守及組織特異性［17］、結構穩(wěn)定［3，11］等特點，能在細胞中穩(wěn)定存在［12］。CircRNA 的最突出功能是其作為miRNA 海綿的作用，可通過抑制miRNA 活性來調節(jié)靶基因的表達［13］，circRNAmiRNA 調控基因網絡在癌癥進展和治療功效中起到至關重要的作用；除了能夠與miRNA 相互作用外，circRNA 還可作為蛋白質誘餌來影響細胞功能［14，15］；還可以作為轉錄和剪接的調節(jié)因子，Li等［9］就發(fā)現一類與人類細胞中的RNA聚合酶II（Pol II）相關的EIciRNA 可能與U1 小核核糖體蛋白（U1 snRNP）形成EIciRNA-U1 snRNP 復合物在親本基因啟動子處進一步與Pol II 轉錄復合物相互作用，促進親本基因的轉錄，起到順勢調節(jié)的作用；可能參與翻譯蛋白質及加工核糖體，研究發(fā)現某些circRNA 可能編碼的幾種肽可參與到癌細胞增殖過程，并能夠與核糖體結合翻譯蛋白［16］。另外有研究發(fā)現環(huán)狀反義非編碼RNA（circANRIL）可以通過控制核糖體RNA（rRNA）成熟來賦予動脈粥樣硬化保護作用和調節(jié)動脈粥樣硬化的途徑［17］。

2 急性髓系白血病中的環(huán)狀RNA

2.1 f-circRNA

在白血病中，染色體易位常導致基因融合。融合circRNA（f-circRNA）的發(fā)現及其功能研究為了解白血病的機理和為患者量身定制療法創(chuàng)造了新的見解。Guarnerio J［18］等猜測并驗證了帶有染色體易位的腫瘤也帶有來自重排基因組的circRNA：異常融合circRNA（f-circRNA），并進一步研究了兩種類型AML 中的PML-RARα 和MLL/ AF9 融合基因產生的多個f-circRNA。通過小鼠實驗發(fā)現f-circM9 不足以獨自導致白血病發(fā)生而是可能與其他致癌刺激物（例如MLL-AF9 融合蛋白）結合，促進體內白血病發(fā)生。另外進一步研究發(fā)現，沉默內源性f-circRNA 會誘導癌細胞會發(fā)生凋亡，這說明f-circRNA 有望成為抗腫瘤藥物的重要靶標。f-circRNA 的發(fā)現及其功能研究為了解白血病的機理和為患者量身定制療法創(chuàng)造了新的方向。

2.2 CircNPM1

核蛋白（nucleophosmin/nucleoplasmin family,member1，NPM1）是AML 中最常見的突變基因之一，具有原癌基因和抑癌特性，可通過編碼多功能伴侶蛋白來參與核糖體的生物發(fā)生以及細胞凋亡和細胞增殖。CircNPM1 位于5 號染色體上。Hirsch［19］等 通 過RNA-Seq 的轉錄 組 分析探索了NPM1 的circRNA 變體，并定量檢測了NPM1 野生型和突變的AML 中的circRNA hsa_circ_0075001，發(fā)現hsa_circ_0075001 表達與總NPM1 表達呈正相關，但與NPM1 突變狀態(tài)無關。Hsa_circ_0075001 表達的高與低定義了以不同的基因表達模式為特征的患者亞組，例如在hsa_circ_0075001 高表達情況下Toll 樣受體信號轉導途徑的成分表達較低。這些發(fā)現將有助于通過circRNA表達譜區(qū)分不同的AML 亞組，并為探索白血病細胞的生物學特性提供新的見解。

2.3 CircVIM

波形蛋白（VIM）是III 型中間絲（IF）蛋白的主要成分，由VIM基因編碼，并在內皮細胞和其他間充質細胞中普遍表達。VIM在重要的生理和病理過程中至關重要，例如黏附，遷移，細胞信號傳導，炎癥，神經突擴展和血管形成［20］，可能與腫瘤的生長，浸潤和不良預后有關［21］。circ-VIM是VIM基因的circRNA，位于10 號染色體上。Yi［22］等檢測了113 例AML 患者和42例健康對照者骨髓標本中的circVIM，發(fā)現與對照組相比，circVIM在AML中顯著上調，并且與白細胞（WBC）計數呈正相關。circVIM表達的上調說明其可能作為有前途的生物標志物，用于AML 的診斷。生存分析進一步表明，在全隊列AML，非急性早幼粒細胞白血病AML 和細胞遺傳學正常AML 患者中，過表達的CircVIM與總體生存期（OS）和無白血病生存期（Leukemia-Free Survival，LFS）顯著縮短有關。多變量分析還顯示，Circ-VIM過表達是AML 患者OS和LFS 的獨立不良預后因素，它可能有助于預測生存期較低，并且可能作為AML 治療結果的評估標準。

2.4 CircRNA-DLEU2

CircRNA-DLEU2（hsa_circ_0000488）位于13號染色體。Wu［23］等研究發(fā)現，在AML 組織和細胞中circRNA-DLEU2 被上調，circRNA-DLEU2 抑制miR-496 表達并促進PRKACB（蛋白激酶依賴cAMP 的催化β，是Ser/Thr 蛋白激酶家族的成員，是cAMP/PKA 誘導的信號轉導的關鍵效應子，參與許多細胞過程包括細胞增殖，凋亡，基因轉錄，代謝和差異化。）表達。miR-496 拮抗PRKACB 對MOLM-13 細胞增殖和凋亡的影響，進而判斷circRNA-DLEU2 通過抑制miR-496 和促進PRKACB表達來促進人AML。另外還發(fā)現circRNADLEU2 加速了體內AML 相關腫瘤的形成。通過靶向miR-496/PRKACB 通道，circRNA-DLEU2 可以作為人類AML 的新型生物標志物和治療靶標。

2.5 CircPAN3

CircPAN3（源自PAN3基因轉錄本；基因符號mmu_circ：chr5：147450653-147488258），是通 過Pan3pre-mRNA 的反向剪接產生的。Zhu［24］等發(fā)現小鼠和人的Lgr5+腸道干細胞（Lgr5+ISCs）與免疫細胞相關的circPan3 高表達，Lgr5-GFP+ISC中的circPan3 通過隱窩ILC2 介導的IL-13-IL-13R信號傳導來促進ISC 自我更新能力。另外，Shang［25］等發(fā)現具有化學敏感性和化學抗性的AML 細胞之間差異表達的circRNA-circPAN3 可能通過circPAN3-miR-153-5p/ miR-183-5p-X 連鎖的凋亡蛋白抑制劑（XIAP）軸而成為化學耐藥性的關鍵介體，證明CircPAN3 可以作為預測AML 患者化療臨床療效的重要指標，并且還可以作為逆轉AML 耐藥性的潛在靶標。隨后通過進一步的生物信息學分析和機制實驗發(fā)現，circPAN3 可能通過調節(jié)自噬和影響凋亡相關蛋白的表達來促進AML 耐藥，而AMPK/ mTOR 信號傳導在circ-PAN3 對自噬的調節(jié)中起關鍵作用。這些發(fā)現可能為circRNA在介導AML 耐藥中的作用提供新的重要見解［26］。

2.6 Hsa_circ_0004277

Hsa_circ_0004277 位于10 號染色體，位于相同染色體上的WDR37 是Hsa_circ_0004277 的線性同工型。它們與細胞凋亡，信號通路和細胞周期有關［27］。Li［28］等借助circRNA 芯片，證明了circRNA在急性髓細胞性白血病患者中的表達譜，并鑒定了大量可能以白血病特異性方式表達的circRNA。并在115 個人類樣品的隊列中對下調的circRNA hsa_circ_0004277 進行了表征和功能評估，發(fā)現化學療法可以顯著恢復hsa_circ_0004277 的表達，表明hsa_circ_0004277 的水平升高與成功的治療相關。除了分析AML 患者和健康對照之間的circRNA，他們還進行了高風險和低風險AML 亞組之間的比較，發(fā)現有5 個circRNA 失調，尤其是在低危亞組中，這可能有助于AML 風險狀況評估。因此根據AML 的進展階段，hsa_circ_0004277 的動態(tài)表達，結合ROC 曲線分析，hsa_circ_0004277 很可能是AML 中的診斷性生物標志物或治療靶標。

2.7 其它circRNA

近年來越來越多的研究人員開始探索與AML相關的circRNA。范［29］等發(fā)現hsa_circ_100290 在AML 臨床樣本中高表達，并通過靶向miR-203/Rab10 軸確定了hsa_circ_100290 在AML 細胞增殖和凋亡中的關鍵調節(jié)作用。不同于其他研究者對比AML 與健康人之間差異表達的circRNA，Ping L［30］等通過circRNA 測序鑒定AML 患者和缺鐵性貧血（對照）的骨髓樣品中差異表達的circRNA，發(fā)現AML 患者的circ_0009910 明顯上調，進行進一步的體內外實驗表明，敲除circ_0009910 通過使miR-20a-5p 海綿化，抑制細胞增殖并誘導凋亡，因此可作為AML 的新結局生物標志物，circ_0009910和miR-20a-5p也可能都是未來AML治療的潛在治療靶標。一種來自ANAPC7 基因位點的circRNA（hsa_circRNA_101141），也稱circ-ANAPC7，是有前途的AML 生物標志物，它可能通過充當miR-181家族的海綿參與AML 的發(fā)病機制［31］。細胞遺傳學和分子遺傳學特征是AML 患者的重要預后因素。由8 號染色體上PVT1 的外顯子2 產生的Circ-PVT1 通常伴隨著8q24 擴增子。擴增后的AML 患者（AML-amp）中circ-PVT1 的表達水平顯著高于正常核型的患者。在AML-amp 病例中發(fā)現與8q24 擴增基因有關的轉錄后嵌合體和circRNA，可能會拓寬我們對人類白血病潛在機制的探索［32］。

3 小結與展望

隨著高通量測序技術以及生物信息學的發(fā)展，人們對circRNA 的認知和了解也越來越深入，積極探索了circRNA 的形成潛在機制、生物信息學功能、在體內作用的機制。不同的circRNA 的不表達譜與臨床特征有關，尤其是在腫瘤的發(fā)生發(fā)展、轉移和復發(fā)中表現出越來越重要的地位，使其成為疾病研究的主題之一。本文主要闡述與總結了AML 中circRNA 的相關研究，我們了解到circRNA在AML 中可能起到早期診斷的生物標記物作用，并在疾病的發(fā)生發(fā)展以及與AML 相關的體內腫瘤有關，對AML 的治療以及相關藥物的耐藥性研究也有重要的意義，同時可能是疾病療效觀察和預后的重要檢測目標。但由于目前缺乏對circRNA 缺乏全面的了解以及實驗研究缺乏相應的標準規(guī)范，因此需要通過更深入的研究，以及通過總結歸納制定出相關的實驗研究范本，并積極探索circRNA在疾病診斷中的更明確的作用，期望基于circRNA 的相關藥物早日應用到臨床之中。