引用本文： 許鑫鑫, 魯意迅, 高兢望, 高文星, 李凱, 陳凜. 環狀RNA翻譯在消化系統腫瘤中的研究進展. 中國普外基礎與臨床雜志, 2022, 29(9): 1234-1239. doi: 10.7507/1007-9424.202202029 復制
環狀RNA（circular RNA，circRNA）是一類具有特殊環狀結構的單鏈共價閉合RNA分子，由前體信使RNA（pre-messenger RNA，pre-mRNA）的外顯子或內含子通過反向剪接產生[1]。不同于線性的mRNA分子，circRNA沒有5′ 端帽子和3′ 端尾巴，這種特殊結構使circRNA免于核酸外切酶的消化和降解，并賦予其較高的穩定性。近年來，隨著研究的不斷深入，circRNA分子的諸多功能特征也逐漸被揭示，如circRNA可以充當微小RNA（microRNA，miRNA）的“分子海綿”、與蛋白質相互作用、調控親本基因轉錄和可變剪接等。然而，當前對于circRNA翻譯功能的研究尚處于起步階段。眾所周知，mRNA翻譯通常需要5′ 端7-甲基鳥嘌呤帽子結構和3′ 端多聚腺苷酸（ployA）尾。然而，circRNA分子缺乏5′ 端帽子和3′ 端尾巴結構，通常被認為難以作為翻譯模板而編碼蛋白。但是，一些circRNA的分子和結構特征提示其具有翻譯的潛力。例如，大多數circRNA由pre-mRNA外顯子序列反向剪接組成，主要定位于細胞質，甚至部分circRNA含有起始密碼子AUG、開放閱讀框（open reading frame，ORF）和內部核糖體進入位點（internal ribosome entry site，IRES）等結構[2-3]。Kos等[4]研究表明circRNA可以用作病毒的翻譯模板。Chen等[2]的研究表明，成熟circRNA分子可以招募40S核糖體亞基，并通過IRES翻譯多肽。近年來，基于核糖體圖譜和改進質譜的研究表明，一大批circRNA具有翻譯功能。
事實上，一些circRNA可以通過IRES、N6-腺苷甲基化修飾（N6-methyladenosine，m6A）或滾環擴增（rolling circle amplification，RCA）等方式啟動并實現非帽子依賴式翻譯，而circRNA翻譯產生的蛋白或多肽則可能進一步參與腫瘤的發生發展。越來越多的研究證實，circRNA翻譯在消化系統腫瘤的發生發展中同樣發揮重要作用，circRNA的這一功能極大地豐富了基因組學和蛋白質組學的內涵。本文在論述circRNA翻譯及其調控機制的基礎上，重點對circRNA翻譯在消化系統腫瘤中的研究進展作一綜述，旨在為改善消化系統腫瘤診斷和治療現狀提供思路。
1 circRNA翻譯及其調控機制
蛋白質的翻譯過程一般由核糖體完成，通常涉及翻譯的起始、延伸、終止等步驟。而蛋白質的翻譯有兩種常見形式，即經典的帽子依賴式翻譯和非經典的非帽子依賴式翻譯。通常情況下，真核細胞中RNA的翻譯需要真核翻譯起始因子（eukaryotic initiation factor，eIF）4F，當eIF4F識別到mRNA 5′ 端的7-甲基鳥嘌呤帽子結構并招募43S核糖體時，翻譯過程隨即啟動。這一機制稱為經典的帽子依賴式翻譯，是真核生物翻譯的主要方式[5-6]。然而，進一步的研究闡明，細胞在應激或發生某些病毒感染時經典的帽子依賴式翻譯途徑活性下調，真核細胞隨即啟動一種特殊的非帽子依賴的翻譯方式[7-8]。而非帽子依賴式翻譯方式正是circRNA翻譯的基本機制[9]。
截至目前，研究已報道的circRNA翻譯機制主要有3種。第1種機制是IRES介導的circRNA翻譯。起初，Jang等[10]在病毒中發現并證明了大量IRES元件，隨后人們發現IRES介導的真核細胞翻譯可以作為一種緊急“維護”機制，以確保在應激時能夠滿足機體的蛋白質需求[11-12]。對于真核細胞線性mRNA分子，IRES是位于5′ 端非編碼區的二級結構序列。某些circRNA序列中也存在IRES元件，含有AUG、ORF和IRES的circRNA可以通過招募核糖體從而啟動翻譯。Chen等[13]在全面收集整理32 914種人類外顯子circRNA的基礎上建立了circRNADb數據庫，基于此數據庫預測發現，約1/2的circRNA含有ORF，而這其中約1/2的circRNA分子又包含有IRES元件。另有研究表明，大量富含AU堿基的模體結構具有IRES樣活性，可啟動circRNA翻譯[14]。然而，IRES介導的核糖體組裝機制尚不清楚。有研究認為IRES可以被非經典的真核eIF4G2直接識別。與eIF4G不同，eIF4G2包含eIF4A和eIF3結合域，但缺乏eIF4E帽結合亞基的結合位點[15-16]。因此，即使沒有5′ 端帽子結構，circRNA上的IRES也可以組裝eIF4復合體，并啟動下游ORF的翻譯。
第2種機制是m6A介導的circRNA翻譯。m6A修飾是真核生物中含量最豐富的RNA內部修飾。基于一個聚焦circRNA翻譯潛能的最新數據庫TransCirc顯示，在收錄的328 080種人類circRNA分子中，有m6A修飾位點信息的circRNA有39 397種[17]。Yang等[18]證明數百個內源性circRNA分子具有m6A驅動的翻譯潛力，雖然某些circRNA沒有天然的IRES，但單個m6A修飾就足以啟動翻譯。這種由m6A驅動的翻譯需要起始因子eIF4G2和m6A閱讀器YTHDF3，故YTHDF3的缺失可抑制circRNA的翻譯。此外，m6A驅動的circRNA翻譯可被甲基轉移酶3/14（methyltransferase 3/14，METTL 3/14）增強或被N6-甲基腺苷去甲基酶（fat mass and obesity-associated protein，FTO）抑制，這一發現擴展了人類轉錄組的編碼圖譜。Meyer等[19]研究表明，m6A可直接與eIF3結合，而不需要帽結合亞基eIF4E，從而招募43S預起始復合物來啟動翻譯。
第3種機制是RCA介導的circRNA翻譯。Abe等[20]率先報道circRNA可以通過一種獨特的RCA方式完成翻譯過程。這些circRNA的核苷酸數目均是3的倍數，含有起始密碼子AUG，但缺乏IRES或終止密碼子。以上發現提示這些circRNA包含一個無限循環的ORF[21]。因此，從理論上講，一旦翻譯開始，核糖體可以圍繞circRNA分子多次旋轉延伸，進而產生高分子量蛋白質。然而，Abe等[20]并未闡明RCA的終止機制。Liu等[22]的進一步研究證實，程序化-1核糖體移碼突變誘導的框外終止密碼子可以終止這一無限滾環翻譯過程。由此可見，RCA可能是circRNA翻譯的另一種潛在機制，這一潛在翻譯機制能夠讓circRNA翻譯產生大小不一甚至高分子量的蛋白質，這在一定程度上有別于傳統mRNA的翻譯過程，這也使人們利用有限的核苷酸序列編碼高分子量蛋白質成為可能。circRNA翻譯機制示意圖見圖1。
圖1
circRNA翻譯機制示意圖
CiRNA：內含子環狀RNA（circular intronic RNA）；EcRNA：外顯子環狀RNA（exonic circRNA）；EIciRNA：外顯子-內含子環狀RNA（exon-intron circRNA）；B路徑的A代表 m6A 的腺苷A
2 circRNA翻譯與消化系統腫瘤
目前，針對circRNA在腫瘤中經典調控機制的研究已逐步成熟，而circRNA翻譯與腫瘤的關系，特別是與消化系統腫瘤關系的研究才剛剛興起。2018年，Yang等[23]首次報道circRNA能夠翻譯產生蛋白質，并在膠質瘤中發揮重要的抑癌功能。而后的研究證明，circRNA編碼蛋白的表達異常可促進或抑制多種惡性腫瘤的發生和發展[24-25]。越來越多的研究證實，circRNA翻譯在消化系統腫瘤的發生發展中同樣發揮重要作用，基于人類惡性腫瘤中circRNA的這一異常表達模式，circRNA編碼蛋白可能為包括消化系統腫瘤在內的多種惡性腫瘤的診治提供全新的診斷標志物或特異性的干預靶點。
2.1 circRNA翻譯與胃癌
絲裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）級聯信號通路是調節細胞增殖、分化、凋亡的關鍵信號通路，與胃癌發生發展密切相關。Jiang等[26]研究發現，circMAPK1在胃癌組織中表達下調，并可抑制胃癌細胞的增殖和侵襲。circMAPK1可以編碼一種含有109個氨基酸的全新蛋白MAPK1-109aa，并證實是MAPK1-109aa而非circMAPK1本身在胃癌中發揮了抑癌的功能。circDIDO1是由人死亡誘導終結因子1（death inducer-obliterator 1，DIDO1）基因轉錄剪接而來，circDIDO1在胃癌組織中表達下調，過表達circDIDO1抑制胃癌細胞的增殖、遷移和侵襲能力，而circDIDO1敲除則可起到相反作用。Zhang等[27]發現circDIDO1能夠編碼一種新的含有529個氨基酸的蛋白（DIDO1-529aa），該蛋白可直接與聚ADP-核糖聚合酶1（poly ADP-ribose polymerase 1，PARP1）相互作用并抑制其活性，進而促進細胞凋亡。circDIDO1還可與過氧化物酶2（peroxiredoxin 2，PRDX2）特異性結合，促進ring-box 1基因（ring-box 1，RBX1）介導的泛素化和PRDX2的降解，導致其下游信號通路失活，從而發揮抑癌作用。Wnt/β-catenin信號通路在正常胚胎發育、組織分化、穩態和腫瘤發生中發揮重要作用。Peng等[28]發現circAXIN1在胃癌組織中高表達，它可通過編碼AXIN1-295aa蛋白，競爭性地與腺瘤性結腸息肉病（adenomatous polyposis coli，APC）基因結合，導致β-catenin的釋放，釋放的β-catenin易位到細胞核并結合到啟動子上的TCF（T-cell factor）位點。最終，β-catenin反式激活經典的Wnt信號通路并誘導依賴Wnt的下游基因表達，促進胃癌的發生發展。由此可見，circRNA翻譯產物可通過介導MAPK級聯信號通路、Wnt/β-catenin信號通路等經典信號轉導通路參與胃癌的發生發展過程，并可能成為胃癌的潛在治療靶點。
2.2 circRNA翻譯與肝癌
circ-β-catenin在肝癌組織中的表達明顯上調，敲低circ-β-catenin表達后癌細胞的增殖、遷移和侵襲能力明顯降低。機制上，Liang等[29]發現circ-β-catenin可翻譯產生一種新的含有370個氨基酸的β-catenin亞型，即β-catenin-370aa，它可以競爭性地與糖原合成酶激酶3β（glycogen synthase kinase，Gsk3β）相互作用，阻止Gsk3β與全長β-catenin結合。這種競爭效應抑制了β-catenin的磷酸化和降解，穩定了全長β-catenin，并激活了Wnt/β-catenin信號通路，而Wnt/β-catenin通路的激活與肝癌的發生和不良預后密切相關。circARHGAP35在肝癌組織中高表達，它由抑癌基因Rho GTP酶激活蛋白35（Rho GTPase activating protein 35，ARHGAP35）的2號和3號外顯子反向剪接而成，Li等[30]研究發現circARHGAP35在肝癌中具有促癌作用，然而其親本基因ARHGAP35則具有抑癌作用。進一步的研究還發現circARHGAP35序列包含一個含有3 867核苷酸的ORF序列，該序列可編碼一種長度為1 289個氨基酸的新蛋白（ARHGAP35-1289aa）。此蛋白定位于細胞核內，通過與轉錄因子Ⅱ -I（transcription factor Ⅱ -I，TFⅡ -I）蛋白相互作用促進肝癌細胞的增殖和遷移。circMRPS35在肝癌患者中高表達，下調circ- MRPS35的表達在體外可以抑制肝癌細胞的增殖、遷移、侵襲、克隆形成等，在體內也可抑制腫瘤的生長。Li等[31]檢測到了一種由circMRPS35編碼的多肽（MRPS35-168aa），該肽可被化療藥物誘導產生，進而促進肝癌對順鉑的耐藥性。Li等[32]發現一個由circGGNBP2編碼的新蛋白circGGNBP2-184aa，它在體內外均能促進肝內膽管細胞癌的增殖和轉移。在機制上，circGGNBP2-184aa可使信號轉導因子和轉錄激活因子3（signal transducer and activator of transcription 3，STAT3）發生磷酸化，激活白介素6（interleukin- 6，IL-6）/STAT3信號通路。最終，IL-6/circGGNBP2-184aa/STAT3形成正反饋環路，發揮促癌作用。總之，β-catenin-370aa、ARHGAP35-1289aa以及IL-6/circGGNBP2-184aa/STAT3正反饋環路為肝癌的臨床治療提供了可能的靶點。
2.3 circRNA翻譯與結直腸癌
circPPP1R12A在結腸癌組織中高表達，Zheng等[33]發現circPPP1R12A有一個小的ORF（216個核苷酸），編碼一種新的功能蛋白circPPP1R12A-73aa，該蛋白可通過激活Hippo-Yap信號通路促進結腸癌細胞的生長和轉移。相反，circ-FNDC3B在結腸癌組織中顯著低表達，并且circFNDC3B表達低的患者預后差、生存期短。circFNDC3B可以通過IRES介導的翻譯機制編碼一種新的蛋白circFNDC3B-218aa，它可以抑制Snail基因的表達，上調果糖-1，6-二磷酸（fructose-1，6-bisphosphate，F-1，6-BP）的水平，從而抑制結腸癌細胞的上皮-間質轉化，發揮抑癌作用[34]。Zhi等[35]發現circLgr4在結腸腫瘤中高表達，可編碼一種新多肽Lgr4，他可與細胞表面的富含亮氨酸重復序列的G蛋白偶聯受體4（leucine repeat-rich G-protein coupled receptor 4，LGR4）相互作用并激活LGR4，進一步促進Wnt/β-catenin信號的激活，進而驅動結腸癌干細胞的自我更新。此外，circPLCE1在結腸癌組織中表達下調，并與患者臨床分期和低生存率密切相關，Liang等[36]發現在結直腸癌核轉錄因子-κB（nuclear transcription factor-κB，NF-κB）的活化過程中，一種由circPLCE1編碼的新蛋白PLCE1-411aa發揮重要作用，他可減少結直腸癌細胞中NF-κB的核轉位，從而促進NF-κB的關鍵調控因子核糖體蛋白S3（ribosomal protein S3，RPS3）的泛素依賴性降解，進而抑制結腸癌細胞增殖、侵襲及轉移。MAPK14是MAPK 通路的核心分子之一，在結直腸癌中發揮著重要作用。Wang等[37]發現circ- MAPK14通過編碼circMAPK14-175aa，作為腫瘤抑制因子，阻斷結腸癌的進展和轉移，發揮抑癌作用。Ⅵ型膠原α3蛋白 ［collagen alpha-3（Ⅵ） chain，COL6A3］ 是細胞外基質的關鍵成分，在多種惡性腫瘤中高表達[38]。Zhang等[39]發現hsa_circ_0006401（circCOL6A3）在轉移性結直腸癌中的表達明顯高于非轉移性結直腸癌；hsa_circ_0006401可編碼一種hsa_circ_0006401-198aa多肽，它可以促進其親本基因COL6A3 mRNA的穩定性，進而促進結直腸癌的增殖和轉移。綜上，circPPP1R12A-73aa、circFNDC3B-218aa、Lgr4多肽、PLCE1-411aa、circMAPK14-175aa和hsa_circ_0006401-198aa等有望成為結直腸癌的潛在治療靶點。
消化系統腫瘤中已報道的circRNA翻譯研究見表1。
表1
各種消化系統腫瘤中circRNA的翻譯
3 小結與展望
20世紀末，Nigro等[40]最先在真核生物中發現了circRNA，當時認為circRNA只是mRNA異常剪接的低豐度副產物。然而，針對circRNA的表達模式、調控網絡和功能角色的深入研究表明，它們并非簡單的異常剪接產物，而是一類新型的具有重要調控功能的RNA分子。近年來研究[41]表明，circRNA可通過不依賴5′ 端帽子的方式實現蛋白質的翻譯，這一發現不僅模糊了編碼RNA和非編碼RNA之間的界限，也極大地豐富了翻譯組學和蛋白質組學的內涵。
circRNA的翻譯功能在惡性腫瘤中的報道最為廣泛。越來越多的研究證實circRNA編碼的蛋白或多肽可通過多種不同的作用機制在消化系統腫瘤中發揮促癌或抑癌作用，這也表明，circRNA及其編碼蛋白轉化為新型腫瘤標志物或潛在治療靶點而應用于臨床的潛力十分巨大。此外，基于circRNA的翻譯功能，針對新型冠狀病毒棘突蛋白“受體結合域”，還可設計和改造circRNA用于新型RNA疫苗的制備[42]。盡管circRNA翻譯有很大的應用前景，但未來仍值得思考、關注并解決的若干生物學問題包括：circRNA翻譯中是否存在其他起始模式、翻譯機制及其調控因素；如何對已發現的circRNA翻譯產物進行標準化命名；如何改善現有技術，更加高效地預測哪些circRNA可能會進行翻譯，又有哪些條件會影響circRNA翻譯的組織特異性和分期特異性；已發現的通過經典內源性競爭RNA（competing endogenous RNA，ceRNA）機制發揮促癌或抑癌作用的circRNA是否也可以通過編碼特定蛋白或多肽發揮作用；未來能否通過人為設計具有翻譯能力的circRNA來穩定表達有功能的蛋白質，進而發揮疾病治療的作用等。
當前，對circRNA翻譯的研究還處于起步階段，circRNA及其編碼產物作為臨床診斷標志物及治療靶點的難度仍較大，目前仍缺乏臨床研究數據支持，這也在很大程度上限制了circRNA翻譯的臨床推廣應用。但我們相信在不久的將來，人們終將闡明circRNA翻譯的神秘機制，為改善包括消化系統腫瘤在內的諸多惡性腫瘤的診治現狀開辟新的思路。
重要聲明
利益沖突聲明：本文全體作者閱讀并理解了《中國普外基礎與臨床雜志》的政策聲明，我們沒有相互競爭的利益。
作者貢獻聲明：許鑫鑫，檢索文獻并撰寫本綜述；魯意迅、高兢望、高文星和李凱，資料收集、文獻檢索；陳凜，審閱并校對。
環狀RNA（circular RNA，circRNA）是一類具有特殊環狀結構的單鏈共價閉合RNA分子，由前體信使RNA（pre-messenger RNA，pre-mRNA）的外顯子或內含子通過反向剪接產生[1]。不同于線性的mRNA分子，circRNA沒有5′ 端帽子和3′ 端尾巴，這種特殊結構使circRNA免于核酸外切酶的消化和降解，并賦予其較高的穩定性。近年來，隨著研究的不斷深入，circRNA分子的諸多功能特征也逐漸被揭示，如circRNA可以充當微小RNA（microRNA，miRNA）的“分子海綿”、與蛋白質相互作用、調控親本基因轉錄和可變剪接等。然而，當前對于circRNA翻譯功能的研究尚處于起步階段。眾所周知，mRNA翻譯通常需要5′ 端7-甲基鳥嘌呤帽子結構和3′ 端多聚腺苷酸（ployA）尾。然而，circRNA分子缺乏5′ 端帽子和3′ 端尾巴結構，通常被認為難以作為翻譯模板而編碼蛋白。但是，一些circRNA的分子和結構特征提示其具有翻譯的潛力。例如，大多數circRNA由pre-mRNA外顯子序列反向剪接組成，主要定位于細胞質，甚至部分circRNA含有起始密碼子AUG、開放閱讀框（open reading frame，ORF）和內部核糖體進入位點（internal ribosome entry site，IRES）等結構[2-3]。Kos等[4]研究表明circRNA可以用作病毒的翻譯模板。Chen等[2]的研究表明，成熟circRNA分子可以招募40S核糖體亞基，并通過IRES翻譯多肽。近年來，基于核糖體圖譜和改進質譜的研究表明，一大批circRNA具有翻譯功能。
事實上，一些circRNA可以通過IRES、N6-腺苷甲基化修飾（N6-methyladenosine，m6A）或滾環擴增（rolling circle amplification，RCA）等方式啟動并實現非帽子依賴式翻譯，而circRNA翻譯產生的蛋白或多肽則可能進一步參與腫瘤的發生發展。越來越多的研究證實，circRNA翻譯在消化系統腫瘤的發生發展中同樣發揮重要作用，circRNA的這一功能極大地豐富了基因組學和蛋白質組學的內涵。本文在論述circRNA翻譯及其調控機制的基礎上，重點對circRNA翻譯在消化系統腫瘤中的研究進展作一綜述，旨在為改善消化系統腫瘤診斷和治療現狀提供思路。
1 circRNA翻譯及其調控機制
蛋白質的翻譯過程一般由核糖體完成，通常涉及翻譯的起始、延伸、終止等步驟。而蛋白質的翻譯有兩種常見形式，即經典的帽子依賴式翻譯和非經典的非帽子依賴式翻譯。通常情況下，真核細胞中RNA的翻譯需要真核翻譯起始因子（eukaryotic initiation factor，eIF）4F，當eIF4F識別到mRNA 5′ 端的7-甲基鳥嘌呤帽子結構并招募43S核糖體時，翻譯過程隨即啟動。這一機制稱為經典的帽子依賴式翻譯，是真核生物翻譯的主要方式[5-6]。然而，進一步的研究闡明，細胞在應激或發生某些病毒感染時經典的帽子依賴式翻譯途徑活性下調，真核細胞隨即啟動一種特殊的非帽子依賴的翻譯方式[7-8]。而非帽子依賴式翻譯方式正是circRNA翻譯的基本機制[9]。
截至目前，研究已報道的circRNA翻譯機制主要有3種。第1種機制是IRES介導的circRNA翻譯。起初，Jang等[10]在病毒中發現并證明了大量IRES元件，隨后人們發現IRES介導的真核細胞翻譯可以作為一種緊急“維護”機制，以確保在應激時能夠滿足機體的蛋白質需求[11-12]。對于真核細胞線性mRNA分子，IRES是位于5′ 端非編碼區的二級結構序列。某些circRNA序列中也存在IRES元件，含有AUG、ORF和IRES的circRNA可以通過招募核糖體從而啟動翻譯。Chen等[13]在全面收集整理32 914種人類外顯子circRNA的基礎上建立了circRNADb數據庫，基于此數據庫預測發現，約1/2的circRNA含有ORF，而這其中約1/2的circRNA分子又包含有IRES元件。另有研究表明，大量富含AU堿基的模體結構具有IRES樣活性，可啟動circRNA翻譯[14]。然而，IRES介導的核糖體組裝機制尚不清楚。有研究認為IRES可以被非經典的真核eIF4G2直接識別。與eIF4G不同，eIF4G2包含eIF4A和eIF3結合域，但缺乏eIF4E帽結合亞基的結合位點[15-16]。因此，即使沒有5′ 端帽子結構，circRNA上的IRES也可以組裝eIF4復合體，并啟動下游ORF的翻譯。
第2種機制是m6A介導的circRNA翻譯。m6A修飾是真核生物中含量最豐富的RNA內部修飾。基于一個聚焦circRNA翻譯潛能的最新數據庫TransCirc顯示，在收錄的328 080種人類circRNA分子中，有m6A修飾位點信息的circRNA有39 397種[17]。Yang等[18]證明數百個內源性circRNA分子具有m6A驅動的翻譯潛力，雖然某些circRNA沒有天然的IRES，但單個m6A修飾就足以啟動翻譯。這種由m6A驅動的翻譯需要起始因子eIF4G2和m6A閱讀器YTHDF3，故YTHDF3的缺失可抑制circRNA的翻譯。此外，m6A驅動的circRNA翻譯可被甲基轉移酶3/14（methyltransferase 3/14，METTL 3/14）增強或被N6-甲基腺苷去甲基酶（fat mass and obesity-associated protein，FTO）抑制，這一發現擴展了人類轉錄組的編碼圖譜。Meyer等[19]研究表明，m6A可直接與eIF3結合，而不需要帽結合亞基eIF4E，從而招募43S預起始復合物來啟動翻譯。
第3種機制是RCA介導的circRNA翻譯。Abe等[20]率先報道circRNA可以通過一種獨特的RCA方式完成翻譯過程。這些circRNA的核苷酸數目均是3的倍數，含有起始密碼子AUG，但缺乏IRES或終止密碼子。以上發現提示這些circRNA包含一個無限循環的ORF[21]。因此，從理論上講，一旦翻譯開始，核糖體可以圍繞circRNA分子多次旋轉延伸，進而產生高分子量蛋白質。然而，Abe等[20]并未闡明RCA的終止機制。Liu等[22]的進一步研究證實，程序化-1核糖體移碼突變誘導的框外終止密碼子可以終止這一無限滾環翻譯過程。由此可見，RCA可能是circRNA翻譯的另一種潛在機制，這一潛在翻譯機制能夠讓circRNA翻譯產生大小不一甚至高分子量的蛋白質，這在一定程度上有別于傳統mRNA的翻譯過程，這也使人們利用有限的核苷酸序列編碼高分子量蛋白質成為可能。circRNA翻譯機制示意圖見圖1。
圖1
circRNA翻譯機制示意圖
CiRNA：內含子環狀RNA（circular intronic RNA）；EcRNA：外顯子環狀RNA（exonic circRNA）；EIciRNA：外顯子-內含子環狀RNA（exon-intron circRNA）；B路徑的A代表 m6A 的腺苷A
2 circRNA翻譯與消化系統腫瘤
目前，針對circRNA在腫瘤中經典調控機制的研究已逐步成熟，而circRNA翻譯與腫瘤的關系，特別是與消化系統腫瘤關系的研究才剛剛興起。2018年，Yang等[23]首次報道circRNA能夠翻譯產生蛋白質，并在膠質瘤中發揮重要的抑癌功能。而后的研究證明，circRNA編碼蛋白的表達異常可促進或抑制多種惡性腫瘤的發生和發展[24-25]。越來越多的研究證實，circRNA翻譯在消化系統腫瘤的發生發展中同樣發揮重要作用，基于人類惡性腫瘤中circRNA的這一異常表達模式，circRNA編碼蛋白可能為包括消化系統腫瘤在內的多種惡性腫瘤的診治提供全新的診斷標志物或特異性的干預靶點。
2.1 circRNA翻譯與胃癌
絲裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）級聯信號通路是調節細胞增殖、分化、凋亡的關鍵信號通路，與胃癌發生發展密切相關。Jiang等[26]研究發現，circMAPK1在胃癌組織中表達下調，并可抑制胃癌細胞的增殖和侵襲。circMAPK1可以編碼一種含有109個氨基酸的全新蛋白MAPK1-109aa，并證實是MAPK1-109aa而非circMAPK1本身在胃癌中發揮了抑癌的功能。circDIDO1是由人死亡誘導終結因子1（death inducer-obliterator 1，DIDO1）基因轉錄剪接而來，circDIDO1在胃癌組織中表達下調，過表達circDIDO1抑制胃癌細胞的增殖、遷移和侵襲能力，而circDIDO1敲除則可起到相反作用。Zhang等[27]發現circDIDO1能夠編碼一種新的含有529個氨基酸的蛋白（DIDO1-529aa），該蛋白可直接與聚ADP-核糖聚合酶1（poly ADP-ribose polymerase 1，PARP1）相互作用并抑制其活性，進而促進細胞凋亡。circDIDO1還可與過氧化物酶2（peroxiredoxin 2，PRDX2）特異性結合，促進ring-box 1基因（ring-box 1，RBX1）介導的泛素化和PRDX2的降解，導致其下游信號通路失活，從而發揮抑癌作用。Wnt/β-catenin信號通路在正常胚胎發育、組織分化、穩態和腫瘤發生中發揮重要作用。Peng等[28]發現circAXIN1在胃癌組織中高表達，它可通過編碼AXIN1-295aa蛋白，競爭性地與腺瘤性結腸息肉病（adenomatous polyposis coli，APC）基因結合，導致β-catenin的釋放，釋放的β-catenin易位到細胞核并結合到啟動子上的TCF（T-cell factor）位點。最終，β-catenin反式激活經典的Wnt信號通路并誘導依賴Wnt的下游基因表達，促進胃癌的發生發展。由此可見，circRNA翻譯產物可通過介導MAPK級聯信號通路、Wnt/β-catenin信號通路等經典信號轉導通路參與胃癌的發生發展過程，并可能成為胃癌的潛在治療靶點。
2.2 circRNA翻譯與肝癌
circ-β-catenin在肝癌組織中的表達明顯上調，敲低circ-β-catenin表達后癌細胞的增殖、遷移和侵襲能力明顯降低。機制上，Liang等[29]發現circ-β-catenin可翻譯產生一種新的含有370個氨基酸的β-catenin亞型，即β-catenin-370aa，它可以競爭性地與糖原合成酶激酶3β（glycogen synthase kinase，Gsk3β）相互作用，阻止Gsk3β與全長β-catenin結合。這種競爭效應抑制了β-catenin的磷酸化和降解，穩定了全長β-catenin，并激活了Wnt/β-catenin信號通路，而Wnt/β-catenin通路的激活與肝癌的發生和不良預后密切相關。circARHGAP35在肝癌組織中高表達，它由抑癌基因Rho GTP酶激活蛋白35（Rho GTPase activating protein 35，ARHGAP35）的2號和3號外顯子反向剪接而成，Li等[30]研究發現circARHGAP35在肝癌中具有促癌作用，然而其親本基因ARHGAP35則具有抑癌作用。進一步的研究還發現circARHGAP35序列包含一個含有3 867核苷酸的ORF序列，該序列可編碼一種長度為1 289個氨基酸的新蛋白（ARHGAP35-1289aa）。此蛋白定位于細胞核內，通過與轉錄因子Ⅱ -I（transcription factor Ⅱ -I，TFⅡ -I）蛋白相互作用促進肝癌細胞的增殖和遷移。circMRPS35在肝癌患者中高表達，下調circ- MRPS35的表達在體外可以抑制肝癌細胞的增殖、遷移、侵襲、克隆形成等，在體內也可抑制腫瘤的生長。Li等[31]檢測到了一種由circMRPS35編碼的多肽（MRPS35-168aa），該肽可被化療藥物誘導產生，進而促進肝癌對順鉑的耐藥性。Li等[32]發現一個由circGGNBP2編碼的新蛋白circGGNBP2-184aa，它在體內外均能促進肝內膽管細胞癌的增殖和轉移。在機制上，circGGNBP2-184aa可使信號轉導因子和轉錄激活因子3（signal transducer and activator of transcription 3，STAT3）發生磷酸化，激活白介素6（interleukin- 6，IL-6）/STAT3信號通路。最終，IL-6/circGGNBP2-184aa/STAT3形成正反饋環路，發揮促癌作用。總之，β-catenin-370aa、ARHGAP35-1289aa以及IL-6/circGGNBP2-184aa/STAT3正反饋環路為肝癌的臨床治療提供了可能的靶點。
2.3 circRNA翻譯與結直腸癌
circPPP1R12A在結腸癌組織中高表達，Zheng等[33]發現circPPP1R12A有一個小的ORF（216個核苷酸），編碼一種新的功能蛋白circPPP1R12A-73aa，該蛋白可通過激活Hippo-Yap信號通路促進結腸癌細胞的生長和轉移。相反，circ-FNDC3B在結腸癌組織中顯著低表達，并且circFNDC3B表達低的患者預后差、生存期短。circFNDC3B可以通過IRES介導的翻譯機制編碼一種新的蛋白circFNDC3B-218aa，它可以抑制Snail基因的表達，上調果糖-1，6-二磷酸（fructose-1，6-bisphosphate，F-1，6-BP）的水平，從而抑制結腸癌細胞的上皮-間質轉化，發揮抑癌作用[34]。Zhi等[35]發現circLgr4在結腸腫瘤中高表達，可編碼一種新多肽Lgr4，他可與細胞表面的富含亮氨酸重復序列的G蛋白偶聯受體4（leucine repeat-rich G-protein coupled receptor 4，LGR4）相互作用并激活LGR4，進一步促進Wnt/β-catenin信號的激活，進而驅動結腸癌干細胞的自我更新。此外，circPLCE1在結腸癌組織中表達下調，并與患者臨床分期和低生存率密切相關，Liang等[36]發現在結直腸癌核轉錄因子-κB（nuclear transcription factor-κB，NF-κB）的活化過程中，一種由circPLCE1編碼的新蛋白PLCE1-411aa發揮重要作用，他可減少結直腸癌細胞中NF-κB的核轉位，從而促進NF-κB的關鍵調控因子核糖體蛋白S3（ribosomal protein S3，RPS3）的泛素依賴性降解，進而抑制結腸癌細胞增殖、侵襲及轉移。MAPK14是MAPK 通路的核心分子之一，在結直腸癌中發揮著重要作用。Wang等[37]發現circ- MAPK14通過編碼circMAPK14-175aa，作為腫瘤抑制因子，阻斷結腸癌的進展和轉移，發揮抑癌作用。Ⅵ型膠原α3蛋白 ［collagen alpha-3（Ⅵ） chain，COL6A3］ 是細胞外基質的關鍵成分，在多種惡性腫瘤中高表達[38]。Zhang等[39]發現hsa_circ_0006401（circCOL6A3）在轉移性結直腸癌中的表達明顯高于非轉移性結直腸癌；hsa_circ_0006401可編碼一種hsa_circ_0006401-198aa多肽，它可以促進其親本基因COL6A3 mRNA的穩定性，進而促進結直腸癌的增殖和轉移。綜上，circPPP1R12A-73aa、circFNDC3B-218aa、Lgr4多肽、PLCE1-411aa、circMAPK14-175aa和hsa_circ_0006401-198aa等有望成為結直腸癌的潛在治療靶點。
消化系統腫瘤中已報道的circRNA翻譯研究見表1。
表1
各種消化系統腫瘤中circRNA的翻譯
3 小結與展望
20世紀末，Nigro等[40]最先在真核生物中發現了circRNA，當時認為circRNA只是mRNA異常剪接的低豐度副產物。然而，針對circRNA的表達模式、調控網絡和功能角色的深入研究表明，它們并非簡單的異常剪接產物，而是一類新型的具有重要調控功能的RNA分子。近年來研究[41]表明，circRNA可通過不依賴5′ 端帽子的方式實現蛋白質的翻譯，這一發現不僅模糊了編碼RNA和非編碼RNA之間的界限，也極大地豐富了翻譯組學和蛋白質組學的內涵。
circRNA的翻譯功能在惡性腫瘤中的報道最為廣泛。越來越多的研究證實circRNA編碼的蛋白或多肽可通過多種不同的作用機制在消化系統腫瘤中發揮促癌或抑癌作用，這也表明，circRNA及其編碼蛋白轉化為新型腫瘤標志物或潛在治療靶點而應用于臨床的潛力十分巨大。此外，基于circRNA的翻譯功能，針對新型冠狀病毒棘突蛋白“受體結合域”，還可設計和改造circRNA用于新型RNA疫苗的制備[42]。盡管circRNA翻譯有很大的應用前景，但未來仍值得思考、關注并解決的若干生物學問題包括：circRNA翻譯中是否存在其他起始模式、翻譯機制及其調控因素；如何對已發現的circRNA翻譯產物進行標準化命名；如何改善現有技術，更加高效地預測哪些circRNA可能會進行翻譯，又有哪些條件會影響circRNA翻譯的組織特異性和分期特異性；已發現的通過經典內源性競爭RNA（competing endogenous RNA，ceRNA）機制發揮促癌或抑癌作用的circRNA是否也可以通過編碼特定蛋白或多肽發揮作用；未來能否通過人為設計具有翻譯能力的circRNA來穩定表達有功能的蛋白質，進而發揮疾病治療的作用等。
當前，對circRNA翻譯的研究還處于起步階段，circRNA及其編碼產物作為臨床診斷標志物及治療靶點的難度仍較大，目前仍缺乏臨床研究數據支持，這也在很大程度上限制了circRNA翻譯的臨床推廣應用。但我們相信在不久的將來，人們終將闡明circRNA翻譯的神秘機制，為改善包括消化系統腫瘤在內的諸多惡性腫瘤的診治現狀開辟新的思路。
重要聲明
利益沖突聲明：本文全體作者閱讀并理解了《中國普外基礎與臨床雜志》的政策聲明，我們沒有相互競爭的利益。
作者貢獻聲明：許鑫鑫，檢索文獻并撰寫本綜述；魯意迅、高兢望、高文星和李凱，資料收集、文獻檢索；陳凜，審閱并校對。
