肺癌是第二常见的癌症，也是2020年全球癌症相关死亡的主要原因。肺腺癌（LUAD）是非小细胞肺癌（NSCLC）的主要组织学亚型，约占肺恶性肿瘤的40%。近年来，早期发现和多模式治疗的快速发展大大提高了生存获益。然而，LUAD仍然是高度致命的，平均5年生存率仅为15%。需要继续研究其潜在的分子机制，以扩大LUAD患者的治疗选择。

 

快速生长的肿瘤经常面临营养（例如葡萄糖）和能量缺乏的环境。重编程能量代谢以支持细胞增殖和分裂已被公认为是癌症的一个标志。一个突出的例子是Warburg效应，其中癌细胞即使在氧气存在的情况下也能代谢葡萄糖。然而，新出现的证据表明，肺癌细胞表现出增强的糖酵解和氧化磷酸化（OXPHOS）。肿瘤组织中的葡萄糖浓度远低于正常组织，能量应激下的癌细胞依靠OXPHOS生存，从而带来更具恶性表型的克隆选择。

 

CircRNAs由前体mRNA反向剪接产生，并调节包括癌症代谢在内的生物过程。例如，circACC1激活AMPK途径以改变细胞脂质储存以响应血清剥夺。由于其环状结构，circRNAs比线性RNAs更稳定，并有望作为疾病生物标志物。CircRNAs可以通过充当microRNA（miRNA）海绵、与各种蛋白质相互作用、cap非依赖性翻译和剪接调节来发挥作用。

 

可变剪接涉及从信使RNA前体中去除内含子，从而产生特定的功能转录本变体。剪接改变在癌症中很常见，并且几乎影响到所有的特征，包括细胞生长和肿瘤代谢。然而，circRNAs的生物学作用，特别是从可变剪接的角度来看，其在LUAD中响应能量应激的作用在很大程度上仍然不清楚。

 

近日，Journal of Experimental & Clinical Cancer Research期刊（IF11.3）在线发表了一篇题为Energy stress-induced circZFR enhances oxidative phosphorylation in lung adenocarcinoma via regulating alternative splicing的研究论文。本研究报道了一个在LUAD组织中显著上调的能量应激诱导的hsa_circ_0072088 (circZFR)，其通过剪接调节来支持OXPHOS的代谢适应，表明circZFR可能成为抗肿瘤治疗的候选靶点。

 

 

首先，为了筛选肺腺癌（LUAD）中能失调的量应激相关circRNAs，研究人员分析了circRNA微阵列数据（GSE101586）和circRNA表达谱（GSE1016840），总共鉴定出6个显著失调的circRNAs。以能量应激诱导的circRNA为重点，研究人员进一步通过RT-PCR检测了葡萄糖剥夺后LUAD细胞系中circRNA的表达。结果发现，两种葡萄糖限制性细胞系中仅hsa_circ_0072088水平显著升高。对微阵列来源的circRNA和mRNA表达谱(GSE101586)的综合分析显示，在hsa_circ_0072088高表达的患者中，与糖酶解和氧化磷酸化相关的基因组显著富集。接着，研究人员进行了一系列Sanger测序、RNase R消化实验、RT-PCR、细胞分级分离PCR、FISH等实验对circZFR进行了表征和验证。结果显示，circZFR在LUAD细胞系和组织中显著上调，并且存在于细胞质和细胞核中。这些结果表明circZFR是葡萄糖饥饿诱导的circRNA，在LUAD中异常表达。

 

Fig1. circZFR作为响应LUAD中葡萄糖饥饿的环状RNA

 

随后，研究人员使用特异性靶向circZFR的siRNA来探索circZFR的生物学功能。结果显示，circZFR siRNA可有效敲低circZFR的表达。为了阐明circZFR在LUAD中的作用，研究人员对circZFR沉默的A549细胞进行了RNA-seq，结果共检测到671个失调的基因。GSEA分析显示，“细胞对饥饿的响应”、“氧化磷酸化（OXPHOS）”和“细胞周期”等生物学过程在受circZFR影响的基因中显著富集。进一步的实验显示，敲低circZFR可降低HCC827和A549细胞的耗氧率（OCR），并抑制细胞ATP水平，暗示能量应激诱导的circZFR可能直接促进LUAD细胞中的OXPHOS。此外，研究人员还发现，circZFR沉默导致HCC827和A549细胞的增殖能力明显受损，并可诱导G1期细胞周期阻滞和凋亡。过表达circZFR则得到相反的结果。表明circZFR是一种应激诱导的circRNA，可调节OXPHOS以适应LUAD中的能量短缺。

 

Fig2. CircZFR是一种致癌的circRNA，可在体外促进OXPHOS

 

接下来，研究人员使用circRNA pull-down、RNA免疫沉淀、免疫沉淀和可变剪接的生物信息学分析等方法来探索其潜在分子机制。结果发现，CircZFR与HNRNPLL（heterogeneous nuclear ribonucleoprotein L-like）相互作用，并通过阻断泛素化增强HNRNPLL蛋白的稳定性，从而调节MYO1B等的可变剪接，随后激活AKT-mTOR通路，促进LUAD中的OXPHOS和肿瘤生长。

 

Fig3. LUAD进展机制示意图

 

最后，研究人员探索了circZFR的临床相关性。Kaplan-Meier生存分析表明，circZFR免疫反应评分高的LUAD患者总生存时间明显较短。单因素和多因素回归分析显示circZFR表达是LUAD患者的独立预后因素。此外，研究人员发现circZFR水平在肿瘤中上调，并与高T期呈正相关。表明circZFR在LUAD组织中高表达，与临床预后不良相关。

 

此外，为了验证circZFR在体内的生物学功能，研究人员将circZFR反义寡核苷酸（ASO）注射到已建立的患者来源肿瘤异种移植（PDTX）模型中。结果显示，靶向circZFR的ASO显著减弱了肿瘤生长以及MYO1B外显子23的包含。此外，注射ASO的肿瘤组织表现出较少的HNRNPLL，phospho-AKT和phospho-mTOR阳性细胞。相比之下，circZFR的稳定过表达得到相反的结果。临床前模型表明，circZFR可能是LUAD的潜在治疗靶点。

 

Fig4. CircZFR在体内促进肿瘤生长

 

总之，本研究结果发现circZFR是OXPHOS适应能量应激的新型调节因子。CircZFR通过稳定HNRNPLL蛋白来调节MYO1B等的可变剪接，从而激活AKT-mTOR途径，进而促进OXPHOS和细胞增殖。该研究加深了对癌症代谢重编程的理解，并允许开发潜在的LUAD药物靶点。

 

原文链接：

https://jeccr.biomedcentral.com/articles/10.1186/s13046-023-02723-z

 

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