《International Journal of Molecular Sciences》：All-Cause Mortality and Cancer Risk Dependent on Blood Se Level and HRG rs10770 Genotypes on a Prospective Cohort of Women with Familial Breast Cancers
Krzysztof Lubiński,
Adam Stachowski,
Wojciech Marciniak,
Ró?a Derkacz,
Adam Kiljańczyk,
Milena Kiljańczyk,
Marcin R. Lener,
Sandra Pietrzak,
Cezary Cybulski and
Jacek Gronwald
+ 6 authors
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这篇综述首次将循环RNA(cfRNA)系统性概念化为“液体转录组”，提出了基于物理载体、RNA生物型和生物学意义的三层分类框架。文章系统阐述了循环RNA相较于循环肿瘤DNA(ctDNA)在捕获动态转录程序、细胞状态和肿瘤-宿主相互作用方面的独特优势，并详述了其在癌症早期检测、治疗反应监测和免疫肿瘤学等领域的应用前景与技术挑战。
循环RNA：从概念到临床的液体转录组
在液体活检领域，循环肿瘤DNA(ctDNA)长期以来是基因组分析和疾病监测的主导分析物。然而，基于DNA的方法在捕捉动态的细胞状态、功能适应和肿瘤-宿主相互作用方面存在内在局限。循环RNA作为一种互补性的液体活检生物标志物应运而生，它反映了活跃的转录程序和系统的生物学反应。本文将循环RNA概念化为“液体转录ome”，并探讨其从物理起源到临床应用的完整图景。
1. 核心概念：超越静态基因组的动态视野
循环RNA(circulating RNA)可广泛定义为存在于循环系统中的RNA分子，其来源包括肿瘤细胞、正常组织、免疫细胞和基质区室。这些分子共同构成了“液体转录组”，是生物体在特定时间点转录活动的整合快照。与ctDNA主要反映细胞死亡（如凋亡或坏死）过程中释放的、随时间累积的基因组改变不同，循环RNA反映的是活跃的转录程序，这使得对细胞功能、状态转换和生物学反应性的探究成为可能。这种差异带来了时间分辨率上的显著优势：RNA信号可能在数小时到数天内发生变化，而基于DNA的信号可能在功能发生重大重编程时仍保持稳定。
另一个定义特征是循环RNA的系统性本质。在循环RNA池中，宿主来源的RNA（尤其是来自免疫细胞和炎症细胞的）通常占据信号主导。这一特性使得循环RNA能够捕捉肿瘤-宿主相互作用、免疫激活状态以及对恶性肿瘤或治疗的系统性反应。因此，解读循环RNA需要一个超越以肿瘤为中心的范式的系统级视角。
2. 物理起源与载体：信号的传递方式
循环RNA起源于塑造其血液组成的多种生物学过程。细胞通过凋亡或坏死的被动释放贡献了来自垂死肿瘤细胞和正常细胞的片段化RNA。同时，包括选择性RNA包装进入细胞外囊泡(EVs)在内的主动分泌机制，反映了受生物学调控的细胞间通讯途径。血小板和免疫细胞也能获取并重新分布RNA信号，进一步丰富了循环转录组并放大了肿瘤相关特征。这些多样化的起源强调了循环RNA不仅仅是细胞碎片，而是整合了肿瘤内在活性和系统性宿主反应的复合信号。
具体而言，循环RNA以多种物理形式存在：
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细胞游离RNA(cfRNA)：指自由循环于血浆或血清中的RNA片段。其通常高度片段化、丰度低，反映了快速周转和对核糖核酸酶降解的敏感性。尽管存在挑战，cfRNA保留了可用于组织来源推断和疾病检测的组织和细胞类型特异性表达模式。
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细胞外囊泡(EV)相关RNA：包括外泌体和微囊泡在内的细胞外囊泡，将RNA分子封装在脂质双层内，从而保护其免遭酶降解。EV相关RNA通常是选择性包装的，这表明了主动的生物学过程而非被动释放。这种选择性增强了生物学的可解释性和稳定性，使其成为有吸引力的诊断和预后应用靶点。
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核糖核蛋白(RNP)相关RNA：一部分循环RNA与核糖核蛋白复合物结合，例如Argonaut蛋白或脂蛋白。这种载体形式对微小RNA(miRNA)尤其重要，miRNA通常以蛋白质结合状态循环。
物理载体决定了分子的稳定性、抗降解能力和分析可及性，但这些类别本身并不定义循环RNA信号的临床或生物学相关性。它们应被视为塑造转录信息如何在循环中被保存和检测的赋能层。
3. RNA生物型：分子的构成元件
循环RNA包含多种具有不同生物学作用和分析特征的RNA生物型。
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信使RNA(mRNA)片段保留了组织特异性表达模式，并能推断肿瘤或宿主组织中活跃的转录程序。这些特征使得循环mRNA成为组织来源分析和功能状态评估的有力工具。
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微小RNA(miRNA)由于其稳定性、丰度以及在肿瘤发生中的调节作用，是研究最广泛的循环RNA种类。然而，单个miRNA生物标志物通常缺乏临床应用的足够特异性。
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长链非编码RNA(lncRNA)表现出更强的组织和疾病特异性，但在分析上面临丰度较低和注释不完整的挑战。
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环状RNA(circRNA)具有共价闭合的环状结构，表现出卓越的稳定性，并正成为潜在的癌症生物标志物，尽管其功能解读仍是活跃的研究领域。
整合多种RNA生物型可以通过捕捉循环转录组内互补的调控层来增强诊断的稳健性。
4. 生物学意义：从信号到解读
从功能角度看，循环RNA信号可根据其传递的生物学信息进行分类。
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组织来源特征：源于器官特异性转录本的表达，能够定位疾病过程。
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细胞状态相关信号：反映与癌症进展相关的增殖、缺氧、代谢应激、上皮-间质转化(EMT)及其他适应性程序。
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宿主反应信号：包括免疫激活和炎症通路，为了解肿瘤-宿主相互作用和治疗反应性提供见解。这些信号在免疫肿瘤学背景下尤其相关，系统性免疫状态会严重影响治疗结果。
区分功能性生物标志物与相关性信号仍是循环RNA研究中的一个核心挑战，并凸显了对整合性分析框架的需求。
5. 癌症诊断：捕捉早期与系统信号
5.1. 早期癌症检测与筛查
早期癌症检测仍然是液体活检研究最具吸引力也最具挑战性的目标之一。与依赖肿瘤来源基因组物质存在的ctDNA方法相比（因此在早期疾病中灵敏度常常受限），循环RNA提供了接触转录信号的途径，这些信号可能来自小的肿瘤负荷甚至癌前状态。循环RNA特征可以捕捉肿瘤内在的转录活性和宿主反应，例如伴随早期肿瘤发生的免疫激活或炎症重塑。这种双重贡献使得即使在肿瘤来源的DNA片段稀少时，也能检测到具有生物学活性的疾病。然而，循环RNA增加的灵敏度是以更高的复杂性为代价的。与提供相对二元信号的ctDNA突变不同，转录组特征本质上是连续且依赖于背景的。因此，基于循环RNA的早期检测策略通常依赖于多基因特征和基于机器学习的分类器，而非单个生物标志物。
5.2. 多癌种检测与组织来源推断
多癌种早期检测是循环RNA一个特别有吸引力的应用方向。由于RNA表达模式保留了组织特异性，循环RNA能够通过器官富集的转录组特征推断组织来源。这种能力解决了许多多癌种ctDNA检测的一个关键限制，即它们可能检测到恶性肿瘤但提供有限的肿瘤定位信息。基于转录组的组织来源推断利用了蛋白质编码和非编码RNA的表达模式，通常整合来自多种载体和RNA生物型的信号。重要的是，宿主来源的信号可以通过反映器官特异性免疫或基质反应来进一步细化组织定位。这类整合性方法将循环RNA定位为一个在生物学上信息丰富的多癌种筛查平台。
5.3. 恶性与良性疾病的鉴别
癌症筛查中一个持续存在的挑战是区分恶性疾病与良性或炎症性疾病。循环RNA在此背景下提供了潜在优势，因为它捕捉的是转录程序的功能性差异，而非仅仅依赖于遗传改变的存在。例如，与持续增殖信号、代谢重编程或免疫逃逸相关的转录特征可能有助于区分恶性过程与短暂的炎症反应。然而，癌症相关和炎症相关转录组信号之间的重叠仍然是一个显著的混淆因素，强调了对不同临床队列进行仔细的特征选择和验证的必要性。
6. 癌症治疗：动态监测与功能洞察
6.1. 监测治疗反应
在治疗背景下，循环RNA为治疗反应提供了一个动态窗口。转录变化通常先于肿瘤大小或基因组组成的可检测变化，从而能够更早地评估治疗疗效。对循环RNA的纵向监测可以揭示致癌通路的快速抑制或再激活，为治疗动态提供可操作的见解。与ctDNA主要反映肿瘤负荷或克隆组成的变化不同，循环RNA捕捉的是细胞和系统水平上的功能性适应。这种区别对于诱导转录重编程而非立即导致肿瘤细胞死亡的治疗尤为相关。
6.2. 检测适应性耐药
癌症治疗中的适应性耐药通常涉及转录重编程而非获得新的基因突变。循环RNA特别适合捕捉此类适应性变化，包括代偿性信号通路的激活、应激反应程序和表型可塑性。例如，循环RNA中出现上皮-间质转化特征或代谢重编程模式可能预示着即将发生的治疗失败。及早检测到这些变化，可以在明显的临床进展之前，及时修改治疗策略。
6.3. 在免疫肿瘤学中的应用
免疫疗法突显了宿主免疫状态在决定治疗结果中的重要性。循环RNA能够对免疫激活、耗竭和细胞因子信号进行无创分析，提供了难以仅从肿瘤来源DNA中获得的见解。反映干扰素信号、T细胞激活或免疫抑制通路的转录组特征，与免疫检查点抑制剂的反应或耐药相关。通过整合肿瘤内在和免疫来源的RNA信号，循环RNA为监测免疫治疗疗效提供了一种整体性方法。
在免疫肿瘤学中，循环RNA的效用超越了肿瘤负荷评估，延伸到对宿主免疫状态的功能性推断。免疫检查点阻断和其他免疫疗法主要通过调节预先存在的免疫活性而非直接靶向肿瘤细胞来发挥作用，这使得静态的基因组改变不足以捕捉治疗相关的生物学信息。相比之下，循环RNA谱可以反映与免疫激活、耗竭和免疫逃逸相关的动态转录程序，包括干扰素信号、细胞毒性T细胞活性和炎症通路。重要的是，此类免疫相关的转录状态通常是系统性的且随时间变化，随着治疗和肿瘤-宿主相互作用而演变。因此，循环RNA的纵向分析提供了一种监测免疫参与和功能反应轨迹随时间变化的手段，可能先于影像学变化或临床反应评估。由于这些信号可能来自多个免疫和非恶性区室，循环RNA能够实现系统级视角来看待免疫治疗反应，这是仅通过肿瘤限制性或突变中心的分析难以实现的。这些特征共同将循环RNA定位为一种有前景的免疫治疗指导、反应监测以及早期检测免疫逃逸或功能耗竭的模式。
7. 挑战与未来方向
循环RNA的临床转化面临着一系列挑战。首先，技术和分析挑战是巨大的。分析前变量，包括血液采集、处理时间、RNA稳定和储存条件，可引入相当大的变异性。低RNA输入量、片段化和不均一的转录本覆盖是分析上的限制。计算分析则面临着高维度、低信噪比和混合生物起源的独特挑战。来源解卷积（区分肿瘤来源与宿主来源的信号）仍然是一个关键且未解决的问题。机器学习方法为特征选择和分类提供了强大工具，但也存在过度拟合和普适性有限的风险。透明化的建模策略和外部验证对于确保临床稳健性至关重要。
其次，临床转化与验证需要严谨的研究设计、明确界定的临床终点以及对临床效用（而不仅仅是统计性能）的证明。循环RNA检测必须最终证明，它们能提供可操作的信息，在现有诊断模式之外改善临床决策、患者结局或医疗效率。这种统计性能与临床效用之间的区别在筛查和疾病监测场景中尤为关键，因为假阳性、过度诊断或不明确的临床解读可能导致意外的伤害。
最后，未来视角指向多模态整合与功能性精准医疗。未来的液体活检策略越来越倾向于采用整合循环RNA与其他分析物（包括ctDNA、蛋白质生物标志物和临床变量）的多模态设计。这种整合方法反映了人们日益认识到，不同的生物标志物类别捕捉了癌症生物学的互补维度。通过结合这些模式，多模态液体活检框架可以提高生物学可解释性和临床稳健性。例如，ctDNA检测到的突变负荷下降，伴随免疫相关RNA特征的并发激活，可能在免疫检查点阻断治疗期间为治疗反应提供互补证据。相反，ctDNA检测到的致癌突变持续存在，加上指示上皮-间质转化或代谢重编程的循环RNA特征，可能预示着早期的适应性耐药。这些例子说明了基因组和转录组层如何相互锚定和关联，从而实现比任何一种模式单独使用都更细致的生物学推断。
人工智能和深度学习方法是未来发展的核心工具，能够从高维、异构的数据中提取有临床意义的模式。最终，将循环RNA整合到液体活检平台中，支持了向功能知情精准医疗的更广泛转变。在这种范式下，治疗决策不仅由静态基因组改变指导，还由随时间演变的动态转录状态、通路活性和宿主-肿瘤相互作用来指导。循环RNA为这些过程提供了一个独特的窗口，提供了捕捉对治疗和疾病进展的实时生物学反应的潜力。实现这一愿景需要持续的方法学创新，包括改进分析工作流程的标准化、大规模前瞻性验证以及与临床护理路径的紧密结合。
