环形 RNA circFRMD4A：癌症抑制与铜死亡调控的双重关键分子

《Molecular Cell》是一本旨在发表细胞生物学、分子生物学及相关交叉领域的突破性原创研究与权威综述，是该领域国际公认的核心期刊之一。该期刊创刊于1997年，由CELL PRESS出版商出版，出版周期Semimonthly。

影响因子：16.6

期刊ISSN：1097-2765

分区：中科院1区。

发文量：329/年

自引率：4.10%

平均审稿速度： 约1月

一、 研究背景

肿瘤抑制蛋白p53在维持基因组完整性和抑制肿瘤发生中发挥着核心作用，它主要通过转录调控参与细胞周期调控和DNA损伤修复的基因来实现其功能。当细胞遭受不可逆损伤时，p53可触发多种形式的程序性细胞死亡以清除这些细胞，例如其促凋亡功能已被充分证实。近年来，p53也被发现是铁死亡的关键调节因子。

铜死亡是一种新近被发现的、依赖于铜并主要影响依赖线粒体代谢的细胞的细胞死亡形式。已有多想研究提示p53可能在调控铜死亡中扮演角色。首先，p53是重要的糖酵解调节因子，它抑制糖酵解但促进TCA循环和氧化磷酸化。其次，p53可能促进铁硫簇的生物合成，而铁硫簇在铜死亡过程中会发生降解。最后，p53还控制着谷胱甘肽的生物合成，后者不仅是有效的抗氧化剂，也是天然的铜螯合剂。尽管上述研究暗示了p53与铜死亡之间可能存在联系，但p53如何控制铜死亡以及参与此过程的具体因子仍不清楚。

二、 研究结果

1、 circFRMD4A的鉴定与特征

研究人员对野生型 p53 阳性 CAL51 细胞经 5-FU、顺铂或 Nutlin-3 处理后行表达芯片分析，发现 1165 种 200-1000 核苷酸的 circRNA 显著上调（p<0.05），其中 hsa_circ_0004183（命名为 circFRMD4A）在三种野生型 p53 细胞系中均被 Nutlin-3 诱导上调；临床结果提示，其在结直肠癌、乳腺癌组织中低表达，与结直肠癌患者不良预后相关，且 p53 野生型样本中表达更高；基因组分析证实其由 FRMD4A 外显子 16-21 反向剪接形成，经测序等验证为环状结构，具备抗 RNase R 降解、稳定性高、定位于细胞质等 circRNA 典型特征。

2、 p53对circFRMD4A的调控机制

研究人员发现p53能够转录激活其靶基因FRMD4A的表达，从而增加circFRMD4A的水平 。染色质免疫沉淀和荧光素酶报告基因实验证实，p53通过结合FRMD4A启动子区域的一个特定反应元件来发挥这一作用 。RNA结合蛋白EWSR1通过结合circFRMD4A侧翼的内含子序列，促进了其环化形成 。

3、 circFRMD4A的肿瘤抑制功能

研究人员通过体内外敲低和过表达circFRMD4A发现，circFRMD4A 是结直肠癌和乳腺癌的抑癌因子，过表达时可抑制癌细胞增殖、集落形成、迁移和侵袭，促进癌细胞凋亡，并在体内抑制肿瘤生长；敲低circFRMD4A时促进癌症进展，且其功能不影响宿主基因 FRMD4A 的表达。

4、 p53通过circFRMD4A提高对铜死亡的敏感性

研究人员发现circFRMD4A过表达能增强癌细胞对Elesclomol诱导的铜死亡的敏感性，而敲低circFRMD4A则产生抵抗。p53激活带来的铜死亡敏感性增加部分依赖于circFRMD4A。circFRMD4A直接结合PKM2蛋白的A1和B结构域，抑制其四聚体化，从而降低PKM2激酶活性。这导致磷酸烯醇式丙酮酸积累、丙酮酸和乳酸减少，同时TCA循环中间产物柠檬酸增加，实现了糖酵解通量向线粒体代谢的重定向。而过表达PKM2可以逆转p53激动剂Nutlin-3带来的铜死亡增敏效果。

5、 Elesclomol与p53激动剂协同抑制肿瘤生长

研究人员发现 p53 激活可增强癌细胞对 Elesclomol 诱导的铜死亡的敏感性，进而评估药物联合效果：Elesclomol 与 p53 激动剂（Nutlin-3、APG-115）联合时，协同抑制结直肠癌和乳腺癌细胞生长（CI<1），而与顺铂、5-FU 联合无协同作用；体内实验中，APG-115 与 Elesclomol 联合对结直肠癌的抑制效果显著优于单独用药，并且不良反应可耐受，提示该联合具有癌症治疗潜力。

三、 总结

该篇文章首次揭示p53 通过特异性结合 FRMD4A 基因启动子区的 p53-RE3 元件，转录激活 FRMD4A 的表达，在 RNA 结合蛋白 EWSR1的协助下，生成环形 RNA circFRMD4A。circFRMD4A 作为关键效应分子，一方面可直接结合糖酵解关键酶 PKM2 的 N 端、A1 及 B 结构域，抑制其活性四聚体的形成，进而介导代谢重编程，具体表现为抑制肿瘤细胞糖酵解过程、降低乳酸生成，同时将代谢通量转向TCA循环，进而增强线粒体代谢；另一方面通过该代谢重编程过程，下调铜死亡核心调控分子 FDX1 的表达，提升癌细胞对 Elesclomol 的敏感性，最终介导代谢重编程与铜死亡的双重抗肿瘤效应。