环状RNA(circularRNAs，circRNAs)是一类由前体mRNA(pre-mRNA)成熟时外显子反向剪切形成的单链闭合RNA。由于其不具有polyA尾，以往多聚腺苷酸RNA的分析研究中很少发现circRNA，对其产生及功能也不甚了解。近年来随着新一代测序技术的迅速发展，越来越多的circRNA进入人们的视线。目前研究已证实超过1万种circRNA广泛存在于动植物细胞、细菌、病毒和真菌中，部分circRNA在特定细胞或组织中高表达。circRNA的形成方式主要包括内含子配对驱动的成环(intronpairing-drivencirculariza⁃tion)、RNA结合蛋白配对驱动的成环(RBPpairing-drivencircularization)以及套索驱动的成(lariat-drivencircularization)。绝大多数circRNA存在于细胞质中，部分含有内含子的circRNA也可以定位于细胞核内。研究发现，circRNA具有miRNA海绵(microRNAsponge)、调节转录和合成蛋白等功能，并且在肿瘤和心血管疾病等疾病的发生和发展中发挥了重要的调控作用。
1 circRNA的生成和特性
1.1外显子circRNA的生成与调控
在真核细胞中，剪接体通过2次转酯反应切除pre-mRNA中的内含子，并将2个外显子连接起来，形成成熟的线性RNA。部分外显子circRNA的产生也依赖于此机制。Jeck等提出外显子环化的2种方式，即套索驱动环化和内含子配对环化。套索驱动环化是pre-mRNA经外显子跳读(exonskipping)和典型剪接作用后产生线性RNA和套索，套索下游的3'端与上游的5'端相连成环后切除内含子形成外显子circRNA;外显子两侧的内含子通过互补配对序列结合，在空间上缩小了剪接供体与剪接受体的距离，两侧内含子相连接或被降解，脱落的外显子环化形成外显子circRNA，即内含子配对驱动环化。此外，RNA结合蛋白通过结合两侧内含子，也可发挥驱动环化作用。
套索驱动环化主要受外显子跳读调控，而内含子配对驱动环化主要受两侧的内含子序列尤
其是反向互补序列调控。跨侧翼内含子的配对与单个侧翼内含子配对间的竞争调控着circRNA的成环效率。这些互补序列的选择性配对及其动态调控使得同一基因可产生多个circRNA，这种现象被称为可变环化(alternativecirculariza⁃tion)。RNA结合蛋白QKI(quaking)、MBL(mus⁃cleblind)、NF90/NF110通过作用于侧翼内含子序列，发挥促进成环的作用。RNA剪接因子作用于RNA的腺苷脱氨酶(adenosinetoinosineact⁃ingonRNAenzyme1，ADAR1)，通过干扰侧翼互补序列从而抑制成环，而剪接体对成环效率无明显调控作用。此外，circRNA的形成还受外显子长度、微小RNA(microRNA，miRNA)和自身的反馈调节。
1.2内含子circRNA的生成与调控
针对Ⅰ型和Ⅱ型内含子，目前认为存在不同的成环模型。Ⅰ型内含子参与常规剪接。首先，细胞核内含鸟苷酸的辅酶以3'端羟基对5'端剪接位点发动亲核进攻，取代5'端外显子成为内含子的新5'端;随后游离的外显子3'端羟基进攻3'端剪接位点，释放线性内含子，使其与下游外显子连接。被释放的内含子2'端鸟苷对靠近内含子5'端的磷酯键进行亲核进攻，最终使5'端部分序列释放并形成2'-5'连接的Ⅰ型内含子circRNA保留成环。
此种方式的特点在于内含子不能完整外显子3'端剪接位点水解后，鸟苷进攻5'端剪接位点进而环化形成保留全长的Ⅰ型内含子circRNA;而3'端外显子释放后，暴露的内含子末端2'端羟基进攻5'端剪接位点形成2'-5'连接的Ⅱ型内含子circRNA。内含子环化主要受5'端剪接位点附近的一段7nt左右富含GU碱基的序列以及一段11nt左右富含C碱基的结构等保守序列的调控。
1.3circRNA的代谢
circRNA稳定的闭合环状结构使其不具有线性RNA的3'和5'端，因此能抵抗绝大部分以3'和5'端为作用靶点的RNA酶的降解作用。circRNA主要被部分miRNA、小干扰RNA(smallinterfer⁃ingRNA，siRNA)和蛋白质降解，胞外囊泡(extracellularvesicles，EVs)的外排作用也可以清除胞内积蓄的circRNA。小脑退行性相关蛋白基因(cerebellardegeneration-relatedgene1，CDR1)反义链转录的circRNA因子CDR1as又被称为ciRS-7(circularRNAspongeformiR-7)，可被miRNA效应因子AGO(argonaute)蛋白家族结合并降解，也可以被miR-671降解。
2 circRNA的功能
2.1circRNA与RNA相互作用
研究发现，部分circRNA存在miRNA结合位点，可发挥miRNA海绵的作用，在竞争性内源性468RNA(competingendogenousRNA，ceRNA)调节网络中扮演重要角色。例如CDR1as拥有74个miR-7结合位点，可对miR-7起负性调控作用，影响其靶基的表达;CDR1as过表达能大量结合miR-7，导致其靶基因表达水平升高。Y染色体性别决定区(sex-determiningregionY，SRY)产生的circRNA拥有16个miR-138的结合位点，可结合miR-138进而调控miR-138下游靶基因的表达水平。此外，circRNA也可以与细胞外源性miRNA结合。例如circRNA可与病毒miRNA结合，从而影响免疫应答过程。Li等研究发现，一些由外显子环化形成的circRNA可与U1核内小分子RNA(smallnuclearRNA，snRNA)和多种蛋白结合形成复合体，进而与RNA聚合酶Ⅱ转录复合物相互作用促进基因表达。
2.2circRNA与蛋白质相互作用
2.2.1调控基因表达
circ-ankrd52和circ-sirt7可与RNA聚合酶Ⅱ相互作用调控转录。通过设计不同的反义核苷酸(antisenseoligode-oxynucleo⁃tide，ASO)抑制circ-ankrd52和circ-sirt7的表达，发现ANKRD52和SIRT7基因的转录产物减少，证明部分circRNA可以通过结合RNA聚合酶Ⅱ促进其亲本基因的转录。
2.2.2参与抗病毒免疫反应
与病毒感染相关的免疫因子NF90/NF110可以与外显子两侧配对序列结合促进circRNA的形成，同时可与circRNA结合形成circRBP复合体。当细胞被某些病毒感染时，NF90/NF110会与circRBP复合体解离并快速转运至细胞质，进而结合病毒mRNA，抑制病毒mRNA的翻译与病毒复制。circRNA及其生成过程正是通过与NF90/NF110的协调互作，间接参与了人体抗病毒免疫。
3 circRNA与肿瘤
circRNA作为一个重要的miRNA调节因子，通过发挥miRNA海绵作用进行基因调控。研究发现，ciRS-7/miR-7轴可在多种肿瘤相关路径中发挥作用。miR-7能直接作用于靶基因mRNA并下调表皮生长因子受体(epidermalgrowthfactorreceptor，EGFR)等的表达;在乳腺癌中，miR-7/Pakl通路具有调控低侵袭性乳腺癌表型向高侵袭性乳腺癌表型转化的作用;miR-7还可以通过下调组蛋白赖氨酸N端甲基转移酶SET结构域分支型1(histone-lysineN-methyltransferase1，SETDB1)减少转录信号转导子与激活子3(signaltransduc⁃ersandactivatorsoftranscription3，STAT3)的表达，从而抑制乳腺癌细胞上皮间质转化(epitheli⁃al-mesenchymaltransition，EMT)进程，发挥抑制肿瘤细胞转移的作用;在肝癌细胞中miR-7可减少磷脂酰肌醇3-激酶催化亚基δ的表达并影响肝癌细胞的迁移能力。
Xu发现miR-7可减少干扰素诱导蛋白P56的表达并激活转录因子核因子κB越等：环状RNA作为生物标志物的研究进展469生物技术通讯LETTERSINBIOTECHNOLOGYVol.31No.4Jul.,2020(nuclearfactor-κB，NF-κB)，发挥抑制肝癌细胞转移的作用。此外，ciRS-7/miR-7轴可通过调节miRNA的靶基因对肿瘤发挥双向调控作用。环状ITCH(cir-ITCH)发挥由Wnt/β-catenin信号转导通路介导的miR-7海绵作用，参与结肠癌的发生和发展;cir-ITCH还可竞争性结合miR-7、miR-17和miR-214，抑制食管癌细胞的生长。
4 circRNA作为肿瘤生物标志物的研究进展
越来越多的研究表明circRNA在肿瘤的发生和发展中扮演重要角色，同时，circRNA具有含量丰富、结构稳定、时空特异性和组织细胞特异性等特征，且可在唾液、血液、外泌体中被检出。因具备上述特征，circRNA作为肿瘤生物标志物已逐渐成为研究热点(表1)。
4.1筛查或诊断肿瘤
Nair等发现了乳腺癌肿瘤组织中1155种特异性表达的circRNA，与周围正常组织相比有715种表达上调。在疾病的相关性分析中，联合circ-006054、circ-406697和circ-100219进行分析后发现，受试者工作特征(receiveroperatingcharacter⁃istic，ROC)曲线的曲线下面积(areaundercurve，AUC)达到0.82，提示联合应用这3种circRNA可以作为较好的乳腺癌生物标志物。在胃癌患者的肿瘤组织和血浆中，circ-000190表达显著下调;与传统的胃癌生物标志物癌胚抗原(CEA)和CA19-9相比，circ-000190具有更高的敏感度和特异度，提示circ-000190具有作为诊断胃癌生物标志物的潜能。此外，hsa_circ_0002059可能与胃癌的发生相关，胃癌患者外周血血清中可检测出hsa_circ_0002059，且其表达量高于健康人群，提示外周血中hsa_circ_0002059的表达具有作为胃癌生物标志物的潜能。研究发现，hsa_circ_0001649的表达在肝细胞癌(hepatocellularcarci⁃noma，HCC)组织中显著下调。与癌旁组织相比，肝癌组织中hsa_circ_0005075的表达存在差异，且hsa_circ_0001649的表达量与肝癌组织大小相关。
4.2判断肿瘤转移与预后
研究发现，非小细胞肺癌(non-smallcelllungcarcinoma，NSCLC)组织中表达水平上调的circRNA_100876与肺癌的淋巴结转移和分期密切相关，提示circRNA_100876可作为判断NSCLC转移和预后的潜在生物标志物;circTCF25是一种与胃癌细胞增殖相关的circRNA。一项包含187例临床样本的相关性分析结果显示，circPVT1高表达患者的生存率更高。提示circPVT1可能是一项独立于肿瘤大小、TNM分期的可用于判断胃癌患者预后的临床指标。
4.3预测肿瘤复发
胃癌复发常出现在Ⅲ期患者接受根治性切除术后1年内。Zhang等利用circRNA芯片发现了46种在肿瘤组织中特异性表达的circRNA，最终建立了以4种circRNA为基础的临床标本术后复发预测体系，该方法的AUC值达0.764，高于对照组的0.711，表明联合检测这4种circRNA的表达可成为监测Ⅲ期胃癌根治性切除术后复发的生物标志物。
5 结语
目前关于circRNA的种类、来源、生物学特征以及功能等已有一定认识，但与其他RNA相比，对于circRNA的研究仍处于起步阶段。circRNA的表达调控、对miRNA的海绵作用、对基因的转录调控、病毒调控作用、蛋白质的翻译，以及其与疾病的关联等均须更深入的探讨。已有肿瘤疾病相关研究将血液中的circRNA与现有临床生物标记物进行比较，试图发掘circRNA单独或联合应用于临床诊断的前景，并且在某些肿瘤中已经初步证实了其潜在的应用价值。circRNA的特异性和稳定性或许会成为其作为生物标记物的关键优势。虽然尚不能断言circRNA一定可用于疾病的诊断、疗效判断及预后等，但随着circRNA研究手段和方法的不断进步和完善，有理由相信未来circRNA的价值会被更多地挖掘，circRNA在临床方面的研究必将呈现突破性进展。