原创 杨峰 转录组

环状RNA（circRNAs）是一类单链共价闭合的连续环状RNA分子，在真核细胞的细胞质中广泛表达。近年来，circRNAs引起了广泛的研究关注，这主要是由于它们在疾病的发展和进展中的关键作用，特别是在癌症中。circRNA同源域相互作用蛋白激酶3（circHIPK3）是最近发现的一种circRNA，被认为与人类病理和癌症进展有关。在这里，研究者总结了circHIPK3及其靶分子在癌症中的起源和功能，从而为人类目前对circRNAs的理解提供了更广泛的理解。因此，本文综述了circRNAs在癌症诊断和治疗中的潜在价值和应用，对丰富人们对circRNAs在癌症中作用的认识具有重要意义。

原名：The circular RNA HIPK3 (circHIPK3) and its regulation in cancerprogression: Review

译名：环状RNA HIPK3（circHIPK3）及其在癌症进展中的调节作用：综述

期刊：Life Sciences

IF：3.5

发表时间：2019年12月

通讯作者：秦振乾

作者单位：江苏大学附属宜兴医院

主要内容

环状RNA（circRNAs）形成连续共价闭环结构，既没有5ʹ帽也没有3ʹ尾极性，也没有聚腺苷酸尾，这些是线性RNA的特征。从历史上看，大约49年前在RNA病毒中发现了circRNAs。在这一发现之后，circRNAs被零星报道，并被认为是错误剪接的“副产品”。现在，随着深度测序RNA技术和生物信息学的出现，近年来的研究表明，哺乳动物细胞中大量的circRNAs具有丰富的内源性、保守性和稳定性。它们在真核细胞中广泛表达，通过高通量测序所检测到的，就有数千种存在于人类组织中。通常，circRNAs主要存在于细胞质中，而少量circRNAs则位于细胞核中。大约三分之一的circRNAs在不同物种之间是保守的，表现出组织特异性和动态的发育阶段表达模式。此外，circRNAs在细胞中更为稳定，在转录水平或转录后水平上发挥调节作用。circRNAs有望独立于宿主基因发挥其他功能，这可能与它们的半衰期比线性RNA转录本长有关。

circRNAs在基因调控中发挥着多种功能，包括：

（1）作为microRNA（miRNA）海绵。circRNAs与mRNA、假基因和长非编码RNA（lncRNAs）等其它RNA共享miRNA应答元件，它们可以竞争miRNA结合位点。竞争性内源RNAs的存在与否影响miRNAs调控基因表达的活性。

（2） 调节选择性剪接或转录。circRNAs与pre-mRNA剪接竞争以减少线性mRNA，并从pre-mRNA中排除特异性以改变已加工的mRNA的组成。此外，核内稳定的circRNA与RNA结合促进转录。

（3） 与RNA结合蛋白（RBPs）相互作用。circRNAs结合RBPs和核糖核蛋白复合体，阻止这些因子发挥“储存”功能。

（4）翻译。circRNAs最初被定义为一类独特的非编码RNA，不能翻译。然而，最近的研究表明，一些circRNAs在内部核糖体进入点（IRES）的驱动下也能编码蛋白质。

（5）调节表观遗传改变。circRNAs也被发现调节表观遗传改变，如circFECR1，它诱导FLI1启动子中广泛的CpG-DNA去甲基化，从而表观遗传激活FLI1。

（6） 运输物质和信息。circRNAs在外泌体中含量丰富且稳定，并参与外泌体发挥功能的过程，介导物质和信息的运输。由于circRNAs在细胞功能中的重要作用，目前已建立了circBase、circinteractiveome、CircNet、Circ2Traits、CircR2Disease、TCSD、CSCD等多个数据库，这些数据库将有助于对circRNAs的多种特征进行评估。

近年来，由于circRNAs在人类疾病，特别是癌症的发展和进展中起着关键作用，因此一直受到广泛的研究关注。了解肿瘤的标志特征、干性、耐药以及潜在的肿瘤生物标志物中的circRNAs，将丰富我们对癌症的认识，并为癌症治疗提供新的机遇。通过RNA深度测序技术，circRNA同源域相互作用蛋白激酶3（circHIPK3）已确定在人类细胞中大量表达。先前的研究表明，circHIPK3能够作为多个miRNAs的海绵，如miR-124和miR-558。circHIPK3通过对miR-124的吸附抑制其活性，并在癌细胞中产生强的增殖作用。然而，circHIPK3海绵miR-558可以抑制膀胱癌的生长。

这表明circHIPK3通过海绵不同的miRNAs和靶向蛋白或信号分子在肿瘤发展中起着双重作用。由于它对癌症研究的重要性，有必要阐明circHIPK3在多种癌症发展中的多重作用及其潜在机制。在随后的章节中，研究者对circHIPK3的特性、功能和功能机制进行了综述，为进一步研究提供了基础，为癌症的早期诊断和靶向治疗提供了新的方向。

Fig1: 人HIPK1、2、3和4氨基酸序列的比对

环状RNA circHIPK3
HIPK3是大的HIPK家族的一部分，HIPK大家族由四种核丝氨酸苏氨酸激酶（HIPK1、HIPK2、HIPK3和HIPK4）组成。HIPKs是核激酶，其功能是同源域转录因子的共同抑制因子。HIPK1、HIPK2、HIPK3和HIPK4在其N-末端具有丝氨酸/苏氨酸激酶催化结构域，它们的激酶催化结构域中的残基在所有四种激酶中都是保守的。除了短小的HIPK4外，这个家族的所有成员都有大约90%的同源性（图1）。在胰腺生理学研究中，HIPK3已成为家族中最重要的成员。circRNA HIPK3（circHIPK3）来源于HIPK3基因的外显子2（1099bp），其在circBase中的序列如图2所示，该外显子是一个大的外显子，两侧有长的内含子，包含许多互补的Alu重复序列。HIPK3基因的外显子2优先环化，因为在标准剪接位点的3’到5’的剪接在空间上更容易。已经证明，circHIPK3主要定位于细胞质，在不同的人类组织中稳定和丰富地表达。circHIPK3介导糖尿病视网膜微血管功能障碍，其下调可介导高糖诱导的内皮细胞损伤。此外，它已经被证实与肿瘤的发生有关，并且被命名为膀胱癌相关环状RNA-2（BCRC-2，GenBank:KU921433.1）。

circHIPK3起着miRNA海绵的作用

已经证明circHIPK3可以吸附几个miRNAs来发挥miRNA海绵的作用（图3）。在这些miRNAs中，miR-124在乳腺癌、前列腺癌、肝癌和肺癌等多种肿瘤中发挥抑癌作用。通过吸附miR-124，circHIPK3抑制其活性并在癌细胞中发挥促增殖作用。circHIPK3也能分别在宫颈癌和结直肠癌中海绵miR-506和miR-7。此外，circHIPK3还调节胶质瘤过程中miR-654和miR-124-3p的表达。MiR-4288是肺癌和鼻咽癌中circHIPK3的靶向miRNA。在膀胱癌中，存在miR-588海绵的circHIPK3的两个可接近的结合位点，其调节癌症的进展。另一方面，circHIPK3对miR-124/miR-29b的表达起负调控作用，并与胃癌的进展有关包括GC中的T阶段和Ming分型。在各种癌症中由circHIPK3调节的miRNAs如表1所示。

circHIPK3在癌症中的表达

早期的研究表明，在许多情况下，circHIPK3在许多癌组织和细胞系的表达是不同的。与非癌细胞系相比，癌细胞系倾向于表达更为多样的circRNAs模式。最近的研究广泛鉴定了来自许多邻近的非肿瘤和肿瘤标本，包括膀胱癌、结直肠癌、胶质瘤、前列腺癌和宫颈癌中circHIPK3的表达。circHIPK3在结直肠癌组织和细胞系中明显高表达，与患者的临床晚期和生存不良呈正相关。与正常卵巢上皮组织相比，上皮性卵巢癌（EOC）组织中circHIPK3的表达上调。在人胆囊癌（GC）组织和细胞中，CircHIPK3表达上调，而其表达在GC肿瘤组织中被发现是显著下调与其配对的相邻非肿瘤组织相比，其表达水平与年龄和M分期有关。与肺上皮细胞的低水平相比，circHIPK3在人类肺癌细胞中表达上调。这些研究表明，circHIPK3的表达在不同的肿瘤发展过程中是动态调节的，并通过多种途径发挥其调节作用。

Fig2:circHIPK3产生的原理图

circHIPK3在癌症中的双重作用

肿瘤生长

CircHIPK3通过逆转肿瘤抑制miRNAs及其靶癌基因，被认为与肿瘤发生有关。miR-7作为一种肿瘤抑制因子，靶向生长因子、表皮生长因子受体（EGFR）信号转导的重要触发因子，它调节细胞生长和各种生物学过程。circHIPK3过表达通过上调几个关键miR-7靶基因的表达，这些靶基因包括EGFR、IGF1R、FAK和YY1，有效地逆转miR-7诱导的结直肠癌细胞进程的消退。另一方面，敲除circHIPK3基因显著抑制CRC细胞增殖，诱导细胞凋亡。细胞周期蛋白依赖激酶6（CDK6）在髓母细胞瘤中受miRNA-124调控，其调节髓母细胞瘤细胞生长。在胆囊癌细胞中，沉默circHIPK3可减少增殖以及生存能力，通过海绵抑癌miR-124诱导细胞凋亡，并增加miR-124靶向表达。circHIPK3的过表达也会抑制miR-124的活性，提高其促进增殖的靶基因IL6R和DLX2的表达，从而促进细胞生长。下调circHIPK3，但不下调HIPK3 mRNA，显著抑制不同细胞类型的细胞生长（如Huh7、HCT-116和HeLa）。circHIPK3通过调节miRNAs介导的肿瘤细胞信号促进细胞增殖，包括胶质瘤细胞中的miR-654/IGF2BP3和miR-124-3p/STAT3，或前列腺癌细胞中的miR-193a-3p/MCL1和miRNA-338-3p/ADAM17。在肝细胞癌中，circHIPK3通过miR-124-AQP3轴促进细胞增殖，以及体内肿瘤生长。此外，circHIPK3通过消除miR-4288诱导的ELF3抑制作用促进鼻咽癌的增殖。此外，circHIPK3作为miR-124海绵，调节肺癌细胞miR-124靶基因（SphK1、CDK4和STAT3）的表达，促进细胞增殖，减少细胞凋亡和参与STK11突变型肺癌信号转导的自噬过程。然而，circHIPK3在肿瘤生长中也显示出抑癌作用。circHIPK3的过表达显著抑制体内膀胱癌的生长，而circHIPK3的沉默促进卵巢癌细胞（A2780和SKOV3）和正常卵巢上皮细胞（IOSE80）的增殖但抑制凋亡。

Fig3: circHIPK3作为miRNA海绵的原理图

转移

CircHIPK3及其靶向miRNA和基因参与调控肿瘤的转移。功能研究表明circHIPK3促进胶质瘤细胞的侵袭和体内肿瘤的增殖。CircHIPK3通过调节miR-193a-3p和MCL1的表达，或miRNA-338-3p和ADAM17的表达，促进前列腺癌的侵袭。在肝细胞癌中，circHIPK3充当miR-124海绵，调节miR-124靶基因AQP3的表达以诱导细胞迁移。在鼻咽癌中，circHIPK3通过消除miR-4288诱导的ELF3抑制来促进侵袭。circ-HIPK3的过表达通过海绵miR-124-3p上调STAT3的表达来促进胶质瘤细胞的侵袭能力。circHIPK3在卵巢癌转移中的作用值得商榷。沉默circHIPK3促进卵巢癌细胞（A2780和SKOV3）和正常卵巢上皮细胞（IOSE80）的迁移和侵袭。然而，在EOC中，circHIPK3的过表达与淋巴结侵袭和患者的总生存率相关。此外，在膀胱癌中，circHIPK3分别与侵袭和淋巴结转移呈负相关。circHIPK3的过表达在体外有效抑制膀胱癌细胞的迁移和侵袭，在体内抑制膀胱癌的转移。

血管生成

血管生成是肿瘤进展的一个重要过程，因为它为肿瘤提供了氧和营养物质，并通过在实体瘤周围形成新的血管来处理废物。血管内皮生长因子（VEGF）是最强大的细胞因子之一，在血管生成中起着关键的调节作用。CircHIPK3在膀胱癌组织和细胞系中显著下调，但在膀胱癌细胞中的体外研究表明，circHIPK3的过表达通过海绵miR-558和随后对乙酰肝素酶和VEGF的抑制，来有效抑制血管生成。这表明circHIPK3在膀胱癌中的发挥抑制肿瘤作用。然而，circHIPK3也可以通过阻断miR-30a的功能和增加血管内皮生长因子C、FZD4和WNT2的表达，在糖尿病视网膜病变中发挥作用，导致内皮细胞增殖增加和血管功能障碍。此外，下调circHIPK3的血管生成抑制作用可能导致螺旋动脉重建不足，涉及与不良胎盘血管生成相关的子痫前期发病机制。高糖诱导circHIPK3下调，导致miRNA-124在人脐静脉内皮细胞（HUVECs）和原代主动脉内皮细胞（HAECs）中积累。miRNA-124抑制和circHIPK3过度表达抑制高糖诱导的细胞死亡和凋亡，这表明circHIPK3靶向的miRNA-124会加剧血管生成。然而，circHIPK3的确切作用及其在肿瘤血管生成中的潜在机制需要进一步阐明。

结论

近年来，由于circRNAs作为治疗靶点的有效性，其稳定性、保守性、普遍性（在真核细胞中广泛表达）和特异性等独特性质，以及在肿瘤治疗中作为预后和诊断生物标记物的潜在价值，近年来在研究者中得到了广泛的重视。现有数据表明circRNAs在血浆、血清和唾液等人体液中稳定表达并大量存在。circHIPK3可影响癌细胞的增殖、凋亡、迁移或侵袭以及血管生成，从而直接影响其在肿瘤发展中的作用。目前，越来越多的证据表明还没有关于应用单个circRNA作为肿瘤治疗靶点或治疗载体的临床前报告。因此，研究人员可以在今后对circRNAs的研究中探索这一有趣的领域，如circHIPK3。作为一种治疗载体，其独特的细胞稳定性和吸附miRNAs和蛋白质的能力使其成为一种很有前途的治疗药物的载体，而利用其多个致癌miRNAs或蛋白质结合位点可以恢复细胞的可控增殖或诱导癌细胞凋亡。目前大多数的研究都在试图了解和揭示circRNAs与miRNAs在癌症中的相互作用。尽管如此，需要进一步的研究来广泛地探索circRNAs在癌症中的相互作用网络，包括miRNAs、lncRNAs和蛋白质降解途径，如自噬和免疫细胞。尽管已经发现和研究了一些circRNAs，但仍有数千个circRNAs的功能尚不清楚。随着科学家的努力和新方法的应用，可以发现更多的circRNAs，对circRNAs的深入了解将为癌症的发病机制提供有益的见解。研究者希望circRNAs能在不久的将来应用于癌症治疗的临床实践。