说起来，就探索未知事物的劲头，人类在上帝眼里着实是个“朝三暮四”的孩子。在近十多年来的生物医学领域中，RNA研究最为火热。包括从最初的小RNA干扰到短链非编码RNA，从长链非编码RNA到现在的环状RNA（circRNA），简直让人眼花缭乱。当我们刚刚觉得小RNA干扰大有可为之时，人家弄长非了，刚想搞长非，人家又弄出环状RNA，而且现在连篇累牍的热点关注，暗示这个新兴的环状RNA要比之前的更重要。该领域变化之快，也只有发生在生命科学范畴了。
此外，具有些许讽刺意味的是，虽然十几年前轰轰烈烈的人类基因组计划号称圆满完成，但实际的结果却证明，这只不过是人类给自己挖的一个大坑。所谓无知者无畏，就目前的基因组研究经验来看，我们在连分子的大类都没有掌握的情况下，强行启动这些庞大的工程，除了“搞个大新闻”外，没有见到太大的价值。不管怎么说，全世界的科学家忽悠着政府投资巨额资金，玩了十多年搞出来的东西，总得有个说法。所以，某些聪明的大佬脑袋一拍，斩钉截铁地说，接下来几十年，生命科学将进入后基因组时代。得！这确实是个妙招，而且没准基因组学就该这么玩儿。
追根溯源，环状RNA早在上世纪70年代就首次被发现，后来直到90代又开始有少量的研究。在那个被中心法则统治的时代，像环状RNA这种不参与蛋白翻译的核酸物质根本不入大家的法眼。进入21世纪，环状RNA研究的发展得益于两点，一是以miRNA为代表的非编码RNA研究的兴起，二是生物信息学的飞速发展，主要是基因测序能力的提高，使我们能够在人类细胞中直接检测到几万个环状RNA分子。在这之前，我们唯一了解的环状核酸物质就只有微生物的质粒，而现在环状RNA浮出水面，并且具有重要的生理功能，这确实是个了不起的发现。随着研究的深入，我们总结环状RNA的作用主要有两类：
作为竞争性内源RNA(ceRNA)参与miRNA的调控
说起环状RNA的这个特性，熟悉环状RNA研究的读者肯定认为我又要老生常谈般地讲它的miRNA海绵作用（抑制）了。我的回答是“对，又不完全是”。小编在了解环状RNA功能时和大家一样，所看的资料中，似乎介绍ciRS-7（又称为CD1as）与miR-7之间的抑制关系成为标配。其实作为一种环状RNA，ciRS-7并非只是简单地抑制miR-7对靶基因的调控。如下图1所示，ciRS-7不仅是miR-7的环状抑制剂，也起到miR-7的缓冲剂、蓄电池的作用。miR-7这种小RNA直接作用的一些靶标是癌症相关信号通路中的重要癌症相关蛋白，如：表皮生长因子受体（EGFR）、胰岛素受体底物I和底物II(IRSIand IRSII)、p21蛋白活化激酶I（Pak1）、活化的CDC42激酶I（Ack1），以及磷脂酰肌醇-3激酶催化亚基δ(PIK3CD)等。大量的实验证明，miR-7的高丰度显著抑制胶质瘤细胞、乳腺癌细胞的增殖活性和侵袭性。
今年，来自四军大的樊代明院士课题组又揭示了miR-7在抑制胃癌的关键信号传导途径NFκB的关键作用，成果发表在老牌生物期刊JCB上（图2）。作为能够直接影响miR-7的环状RNA，ciRS-7在上述层面上倒是能够成为治疗癌症的潜在药物，不过距离真正的实际应用，还要很长一段路要走。
图1.环状RNA对miRNA的三种不同影响
CancerRes September 15, 2013 vol. 73 no. 18 5609-5612
图2.miR-7通过影响NFκB途径来抑制胃癌
Zhao,X.D., et al., J Cell Biol, 2015. 210(4): p. 613-27.
作为新型的疾病biomarker
与传统线性RNA相比，环状RNA具有封闭结构，不易被核酸外切酶讲解，因此在细胞中可以长期稳定存在。而且环状RNA多由外显子环化而成，在进化上比较保守。基于上述两点，环状RNA自然成为理想的临床诊断biomarker分子。目前，科学家们已经证实，在全血样本中能采集到大量的稳定存在的环状RNA，而且测序结果显示其整体错误率很低。此外，全血中的环状RNA丰度要比小脑和肝脏细胞来的高，也远高于线性RNA的表达量。
然而不加区分地采集全血中的环状RNA，并测序分析也是一个浩大的工程，有没有更进一步的方法？复旦大学的科研人员就为此找到了更好的环状RNA来源，那就是外泌体中的环状RNA。首先他们发现在细胞外泌体中大量存在环状RNA，它的表达量是细胞中表达量的2倍以上（图3）。同时，外泌体中的环状RNA也对miR-7起“海绵“作用，当将miR-7加入到细胞中，发现外泌体中的ciRS-7表达明显下调。研究人员成功对血清中的外泌体RNA进行RNA-seq分析，共鉴定出1215个环状RNA分子，发现其中90%都有外显子结构，平均长度350nt，且具有不易被RNA酶降解、稳定性高的特性（图4）。进一步的研究比较了直肠癌患者和正常人血清中外泌体环状RNA表达差异，结果惊喜地发现直肠癌患者缺失了67个正常人中原有的环状RNA，增加了257个新的环状RNA，也就是说直肠癌患者血清中外泌体环状RNA表达水平高于正常人水平。这一结果有力地证实外泌体环状RNA将可能成为有效的癌症检测新biomarker。
图3.细胞外泌体中含有大量的环状RNA
Li, Y., et al., Cell Res, 2015. 25(8): p. 981-984.
图4.外泌体环状RNA的高稳定性
Li, Y., et al., Cell Res, 2015. 25(8): p. 981-984.
总结：随着对非编码RNA调节网络研究的深入，环状RNA在其中发挥的作用将逐渐突显，科学界对它的关注也将远超其他线性RNA。针对这类分子的研究不仅拓宽了我们对于真核基因组的认识，而且对于肿瘤、动脉粥样硬化和糖尿病等常见顽疾的治疗手段提供了新的努力方向。最后，来源于细胞，特别是血细胞中的环状RNA将成为新一代疾病前期诊断过程中关键的biomarker，结合目前强大的二代测序NGS，这样的未来指日可待！
来源：解螺旋
2016-06-10