circRNA研究知多少

circRNAs（Circular RNAs，环状RNA分子）是一类不具有5'末端帽子和3'末端 poly(A) 尾巴、并以共价键形成闭合环形结构的非编码 RNA 分子，在真核生物中广泛存在。circRNA 的功能研究主要集中在发育、组织特异性和疾病研究三个方面，在糖尿病、神经系 统疾病、心血管疾病和癌症等疾病中具有重要的研究价值，是多种疾病的功能生物标志物和治疗靶点，已迅速崛起成为新兴生命科学与医学的研究热点。 

circRNA 的作用机制

1、miRNA 分子海绵

circRNA 含有大量的 miRNA 结合位点，具有 miRNA 海绵作用，进而间接调控 miRNA 下游靶基因的表达。

2、调控基因转录

circRNA 也可以通过与 RNA 结合蛋白的结合来调控蛋白功能，比如通过与转录因子的结合来抑制基因的转录。

3、编码潜能

circRNA 虽然属于非编码 RNA，但是也有少数 circRNA 可以编码多肽，通过该多肽行使调控功能。

案例分析

案例一  circRNA充当miRNA海绵或与RNA结合蛋白结合发挥功能

环状RNA FOXP1通过调节 PKLR的表达来促进胆囊癌的肿瘤进展和Warburg效应[1]

研究通过对GBC及 邻 近 正 常 组 织 的 RNA 进 行 序 列 分 析，发 现 在 GBC 组 织 中， circFOXP1(hsa-circ-0008234)的表达显著上调，与淋巴结转移、TNM 分期进展及预后不良呈正相关。短发夹 RNA 介导的 circFOXP1 基因敲除或外源性表达结合体外实验表明，circFOXP1具有促进 GBC 细胞增殖、迁移、侵袭和抑制细胞凋亡等多种作用。在体内，circFOXP1 促进肿瘤生长。机制上，双荧光素酶报告、RNA 免疫沉淀(RIP)和生物素标记的 RNA pull down 证实，circFOXP1 与 PTBP1 相互作用，PTBP1 可结合肝红细胞丙酮酸激酶(PKLR)的 3'UTR 区和编码区(CDS)，以保护 PKLR mRNA 不受衰变。此外， circFOXP1 作为 miR-370 的海绵调节 PKLR，从而促进 GBC 进展中的 Warburg 效应。这些结果表明，circFOXP1 是 GBC 进展和 Warburg 效应的预后生物标志物和关键调节因子，预示了GBC治疗的潜在靶点。

图1 circFOXP1 促进 GBC 进展的作用机制  

案例二 circRNA可翻译

去极化相关的circRNA调节神经基因表达的同时在某些情况下可能作为翻译模板[2]

环状RNA(circRNA)是哺乳动物大脑中一类相对新的，具有高丰度的 RNA 转录本。该研究发现在分化型神经母细胞瘤中表达的 circRNA 在细胞去极化后明显改变，其中 107 个上调，47 个下调；该现象与去极化细胞中的 mRNA(n = 1511)和 miRNA(miRNA) 表达的整体改变相吻合(n = 269)，表明 circRNA-miRNA-mRNA 的调控轴参与细胞对神经活动的反应。生信分析证实 circRNA 具有通过与常见的 miRNA 相互作用从而影响 mRNA 表达的能力。高度表达的 circ-EXOC6B 的功能丧失导致许多与 EXOC6B 功能相关过程中大量的 mRNA 表达的改变，提示 circRNA 可以特异性调节与其宿主基因相关的基因。同时发现，尤其是在去极化细胞中，一些 circRNA 与核糖体有关，暗示它们可能被翻译成蛋白质。这些数据支持了circRNA 在修饰与神经元活动相关的基因调控中的作用。

图2 核糖体相关 circRNA分析  

案例三 circRNA作为分子标志物

circRNA的特征可以预测II/III期结肠癌的术后复发[3]

采集20对术后采集的冰冻组织进行 RNA 序列分析，探讨有无复发患者的 circRNA 表达差异。利用临床信息，生成了一个基于四个circRNA的 cirScores 评分，将患者分为高风险组和低风险组。结果发现 cirScores 高的患者比 cirScores 低的患者有更短的无病生存期(DFS) 和总生存期(OS)。功能丧失试验表明，所选的环状 RNA 在结肠癌的进展中起作用。本实验建立的四个基于 circRNA 的分类方式是一个可靠的预测 II/III 期结肠癌患者术后疾病复发的工具，有助于鉴定新的复发特异性分子生物标志物，以期为 II/III 期结肠癌患者提供更好的预后分层和治疗。

图3 文章研究思路

参考文献：

[1] Wang S, Zhang Y, Cai Q, et al.Circular RNA FOXP1 promotes tumor progression and Warburg effect in gallbladder cancer by regulating PKLR expres- sion[J].Molecular Cancer, 2019,18(1):145.

[2] Mahmoudi E, Kiltschewskij D, Fitzsimmons C, et al. Depolarization-Associated CircRNA Regulate Neural Gene Expression and in Some Cases May Function as Templates for Translation[J]. Cell, 2020, 9(1), 25.

[3] Ju HQ , Zhao Q , Wang F, et al. A circRNA signature predicts postoperative recurrence in stage II/III colon cancer[J]. EMBO Mol Med, 2019, 11: e10168.