《Cancer Immunology, Immunotherapy》：Circular RNAs in cancer: Its biogenesis, functions, relationships with cancer progression, applications in immunotherapy and biomarker potentials
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本文系统阐述了环状RNA（circRNA）在癌症领域的最新研究进展。文章详述了circRNA通过反式剪接形成的高度稳定结构，并深入探讨了其作为miRNA海绵、与蛋白质互作、充当支架、翻译模板及调控转录/翻译等多种功能机制。核心部分聚焦于circRNA如何通过调节基因组不稳定性、血管生成、转移、干细胞特性和化疗耐药来驱动癌症进展。尤为重要的是，文章前瞻性地总结了circRNA在癌症免疫治疗中的革新性应用，包括调节免疫检查点阻断（ICB）反应、作为新抗原疫苗的稳定平台以及改善体内CAR-T疗法。最后，作者也评估了circRNA作为无创生物标志物的巨大潜力，并指出了当前研究面临的挑战与未来转化方向。
在生命的分子世界中，存在着一类形态独特且功能多样的RNA分子——环状RNA（circular RNAs， circRNAs）。它们不像常见的信使RNA（mRNA）那样呈线性，而是通过一种称为“反向剪接”的过程，将自身的3‘端和5’端共价连接，形成一个没有尾巴的、封闭的环状结构。正是这个简单的“闭环”设计，赋予了circRNA超凡的稳定性，使其能够抵抗核酸外切酶的降解，从而在细胞和体液中持久存在。近年来，科学家们发现，这些稳定的circRNA分子并非“无用”的副产物，而是在癌症的发生、发展和对抗中扮演着关键角色，成为了肿瘤生物学和免疫治疗领域一颗冉冉升起的新星。
环状RNA的诞生与分类
circRNA的生命之旅始于细胞核。RNA聚合酶II（Pol II）首先转录出前体信使RNA（pre-mRNA），随后，剪接体以比经典的线性剪接效率更低的方式进行“反向剪接”，将一个下游的5‘剪接位点与一个上游的3’剪接位点连接起来，从而形成环状结构。目前认为有两种主要的成环模型：一种是“直接反向剪接”；另一种是涉及“套索中间体”的模型，后者又可分为“外显子跳跃”和“内含子套索逃逸去分支化”两种亚型。根据其组成成分，circRNA主要分为三类：完全由外显子组成的外显子circRNA（EcircRNA）、完全由内含子组成的内含子circRNA（ciRNA）以及同时包含外显子和内含子的外显子-内含子circRNA（EIciRNA）。
功能多样：环状RNA的“十八般武艺”
circRNA之所以备受关注，源于其多样的功能机制，使其成为细胞信号网络中灵活多变的调节器。
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充当miRNA海绵：这是最广为人知的机制。circRNA上含有与微小RNA（miRNA）互补结合的位点，可以像海绵一样吸附并“扣押”miRNA，阻止这些miRNA去抑制其靶mRNA的表达，从而间接上调特定基因的表达水平。例如，circACVR2A通过吸附miR-511-5p，减轻了后者对PIK3CA的抑制，从而激活PI3K/Akt信号通路，促进肝细胞癌的进展。
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与蛋白质相互作用：许多circRNA能够直接与特定的蛋白质结合。这种结合可以稳定蛋白质、改变蛋白质的活性，或者阻止其他分子与蛋白质结合。例如，circNFIB能够竞争性地与MEK1结合，破坏MEK1-ERK2复合物，从而抑制ERK信号通路，阻碍肝内胆管癌的转移。另一方面，缺氧诱导的circWSB1能够结合去泛素化酶USP10，阻碍USP10与p53蛋白的互作，导致p53蛋白被泛素化降解，从而促进乳腺癌的发展。
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充当分子支架：一些circRNA拥有多个蛋白质结合位点，能够像“脚手架”一样将不同的蛋白质召集到一起，促进它们形成功能复合物。例如，circPOLR2A可以同时结合泛素E3连接酶UBE3C和其底物蛋白PEBP1，促进UBE3C对PEBP1的泛素化降解，进而激活ERK通路，推动肾透明细胞癌的进展。circCDYL2则能够稳定GRB7蛋白，并增强其与FAK的互作，从而维持下游AKT和ERK1/2通路的活性，导致乳腺癌对曲妥珠单抗产生耐药。
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作为翻译模板：尽管大多数circRNA是非编码的，但部分含有内部核糖体进入位点（IRES）或m6A修饰的circRNA，可以在没有5‘帽结构的情况下启动翻译，产生功能性的小肽或蛋白质。例如，circTRIM1可以翻译产生TRIM1-269aa蛋白，该蛋白通过增强钙调蛋白（CaM）依赖的MARCKS转位，激活PI3K/AKT/mTOR通路，促进三阴性乳腺癌的化疗耐药和转移。circINSIG1编码的新蛋白则能促进INSIG1的泛素化降解，重编程结直肠癌的胆固醇代谢。
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调控转录与翻译：circRNA还能直接影响基因的转录和翻译过程。例如，circREEP3可以招募染色质重塑因子CHD7到FKBP10基因的启动子区域，激活其转录，从而驱动结直肠癌的进展。在翻译层面，circYap能够结合Yap mRNA以及翻译起始因子eIF4G和PABP，阻止eIF4G与PABP的正常互作，从而抑制Yap蛋白的翻译起始。
驱动癌症进程：环状RNA的“多面”角色
癌症的发展涉及一系列复杂的特征，而circRNA被发现广泛参与了这些过程的调控。
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调节基因组不稳定性与突变：癌症的始动步骤是基因突变的积累。研究发现，circMLL(9,10)能在染色体特定位置形成circRNA:DNA杂交体（circR环），导致转录暂停和蛋白酶体抑制。这会使单链DNA暴露并易于突变，同时受损的DNA双链断裂无法被有效修复，最终驱动MLL基因的致癌性染色体易位，诱发白血病。此外，circNIPBL能促进烟草致癌物NNK诱导的TP53基因H179R突变积累，而circCFL1则通过稳定c-Myc蛋白来促进突变型TP53基因的转录，增强三阴性乳腺癌的干细胞特性。
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促进血管生成：肿瘤的生长需要新生血管来提供营养和氧气。circRNA在此过程中扮演了“推手”角色。例如，结直肠癌细胞外泌体中的circTUBGCP4可以通过吸附miR-146b-3p上调PDK2，激活Akt信号通路，促进血管内皮细胞迁移和成管。在缺氧条件下，食管鳞状细胞癌细胞外泌体中的circ-ZNF609被释放，被内皮细胞摄取后，通过吸附miR-150-5p来激活VEGF-A，促进血管生成和血管通透性，为肿瘤转移准备“前转移龛”。在神经胶质瘤中，EIF4A3诱导产生的circ_0059914通过吸附miR-1249解除对VEGFA的抑制，从而促进血管生成。
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驱动转移：肿瘤的侵袭和远端转移是导致治疗失败和死亡的主要原因。研究表明，circBCAR3在食管癌中高表达，通过吸附miR-27a-3p来增加TNPO1的表达，从而促进癌细胞增殖、迁移、侵袭并抑制铁死亡。在非小细胞肺癌中，缺氧诱导的肿瘤细胞外泌体将circPLEKHM1传递给巨噬细胞，circPLEKHM1在巨噬细胞内通过增强PABPC1与eIF4G的互作，促进OSMR的翻译，最终导致巨噬细胞向促癌的M2型极化，驱动肺癌转移。
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维持干细胞特性：肿瘤干细胞是肿瘤发生、耐药、复发和转移的根源。circKEAP1编码的KEAP1-259aa蛋白能够结合并促进Vimentin蛋白通过泛素-蛋白酶体途径降解，从而抑制骨肉瘤的干细胞特性、侵袭和增殖。相反，circRREB1则通过与YBX1互作并将其带入细胞核，激活WNT7B的转录，从而激活Wnt/β-catenin通路，维持胰腺导管腺癌的干细胞特性。
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介导化疗耐药：克服化疗耐药是临床上的重大挑战。研究发现，奥沙利铂耐药的结直肠癌细胞会通过外泌体分泌高水平的circATG4B，其编码的circATG4B-222aa蛋白能像“诱饵”一样竞争性结合TMED10，阻止TMED10与自噬蛋白ATG4B结合，从而激活自噬，导致化疗耐药。在三阴性乳腺癌中，circRNA-CREIT则作为支架蛋白，促进E3连接酶HACE1对PKR蛋白的泛素化降解，减弱应激颗粒的组装，并激活RACK1/MTK1凋亡信号通路，从而增强肿瘤对阿霉素的敏感性。
革新癌症免疫治疗：环状RNA的全新舞台
传统的癌症免疫疗法，如免疫检查点阻断（ICB）和CAR-T细胞疗法，虽然取得了显著成效，但仍面临响应率低、耐药和副作用等挑战。circRNA因其独特的稳定性和功能可塑性，为这些疗法的改进提供了新思路。
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调节免疫检查点阻断：circRNA可以影响ICB疗法的效果。例如，肝癌细胞外泌体中的circCCAR1能直接结合T细胞上的PD-1蛋白，阻止其被泛素化降解，从而维持PD-1的高表达，导致CD8+T细胞功能耗竭，产生抗PD-1治疗耐药。在肺癌中，circHMGB2通过吸附miR-181a-5p上调CARM1，抑制干扰素响应相关基因的表达，诱导免疫抑制性肿瘤微环境，导致抗PD-1治疗耐药。针对这些circRNA进行干预（如使用反义寡核苷酸敲低circPIAS1），可以显著增强PD-1抑制剂的疗效。
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调节细胞因子网络：细胞因子是肿瘤微环境中关键的信号分子。circRNA参与调控多种细胞因子的分泌。在结直肠癌模型中，外泌体circPOLQ通过激活IL-10/STAT3轴，促进巨噬细胞向M2型极化。在非小细胞肺癌中，circNOX4通过吸附miR-329-5p上调成纤维细胞活化蛋白（FAP），进而诱导IL-6大量分泌，激活炎性成纤维细胞生态位，促进肿瘤生长和转移。IL-6本身又能诱导circGGNBP2的产生，其编码的cGGNBP2-184aa蛋白与磷酸化的STAT3结合，形成IL-6/cGGNBP2-184aa/STAT3正反馈环路，持续激活促癌信号。
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作为新型癌症疫苗平台：基于新抗原的mRNA疫苗是肿瘤免疫治疗的热点，但线性mRNA稳定性差。circRNA的极高稳定性使其成为理想的新抗原疫苗载体。研究表明，编码新抗原的circRNA疫苗在体内能持续、高效地表达抗原，刺激强烈的抗肿瘤免疫反应，显著抑制肿瘤生长并延长小鼠生存期，且效果优于传统的线性mRNA疫苗。此外，研究还发现circRNA本身也可以是新抗原的来源，其编码的异常肽段能被免疫系统识别，这为开发个体化的circRNA新抗原疫苗奠定了基础。
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赋能体内CAR-T疗法：现行的CAR-T疗法流程复杂、成本高昂且有严重副作用。利用mRNA在体内瞬时表达CAR是一种有前景的替代方案，但线性mRNA不稳定。用环状mRNA（cmRNA）替代线性mRNA，可以显著延长CAR在T细胞表面的表达时间和强度。研究表明，装载了抗CD19-CAR编码cmRNA的脂质纳米颗粒，静脉注射后能靶向脾脏等免疫器官，在体内原位将T细胞重编程为CAR-T细胞。这种基于cmRNA的“原位CAR-T”疗法具有可重复给药、安全性更高、制备简便等优势，为开发“现货型”、可调控的CAR-T疗法开辟了新路径。
无创生物标志物：环状RNA的临床潜力
circRNA广泛存在于各种体液中，且在不同生理病理状态下表达差异显著，这使其成为极具潜力的无创诊断和预后生物标志物。
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诊断：通过检测血液等体液中外泌体circRNA的表达谱，可以实现对癌症的早期诊断和鉴别。例如，由5个circRNA组成的检测组合，能高精度地区分胰腺导管腺癌患者与健康对照，甚至能鉴别早晚期患者。与传统的CA19-9联用，可大幅提高诊断准确性，特别是能识别出CA19-9阴性的胰腺癌患者，弥补了现有标志物的不足。类似地，外泌体circLPAR1、circRNA组合等也在结直肠癌、胃癌等的诊断中显示出优越性能。
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预后：许多circRNA的表达水平与患者的生存预后密切相关。例如，在肝细胞癌中，高表达circFOXK2与患者根治性肝切除术后更低的总生存率和无病生存率显著相关，因为它能促进肿瘤的瓦博格效应并吸附抑癌miRNA。在胰腺癌患者血清中，外泌体circPDK1的水平与肿瘤的侵袭性临床特征和不良预后独立相关。这些发现表明，circRNA有望成为预测疾病进展和指导治疗决策的有效工具。
挑战与未来
尽管前景广阔，但将circRNA的研究转化为临床应用仍面临诸多挑战。我们对circRNA在癌症中复杂的调控网络认知仍不全面，其作用的特异性也有待厘清。如何高效、特异地将circRNA药物递送到靶细胞并控制其活性，是亟待解决的技术瓶颈。circRNA固有的高稳定性在治疗时是优势，但在需要抑制其功能时却成了难点。未来，需要更深入地解析circRNA的功能网络，开发更精准的调控工具和递送系统，并通过严格的临床试验验证其安全性与有效性，最终将这颗分子星球的巨大潜力转化为战胜癌症的有力武器。
