羅文浩，張培東

(南方醫(yī)科大學(xué)第二臨床醫(yī)學(xué)院珠江醫(yī)院，廣州 510282)

環(huán)狀RNA(circular RNA，circRNA)是一類廣泛存在于真核生物細(xì)胞內(nèi)的非編碼RNA，具有一定的保守性、時(shí)序性和組織特異性，呈閉合環(huán)狀結(jié)構(gòu)，因其不含3’或5’末端，不受RNA外切酶影響，不易被降解，因此表達(dá)更穩(wěn)定。環(huán)狀RNA通過參與調(diào)控基因的表達(dá)，在心血管系統(tǒng)疾病的發(fā)生與進(jìn)展過程中發(fā)揮重要作用。

最近研究證明[1]，ciRS-7(circular RNA sponge for miR-7，ciRS-7)/miR-7 (micro RNA-7,miR-7)可以影響靶基因胰島素樣生長因子1受體 (insulin-like growth factor 1 receptor，IGF1R)、表皮生長因子受體(epidermal growth factor receptor，EGFR)、mTOR的表達(dá)，因此與心血管疾病的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)。ciRS-7 與miR-7有超過70個(gè)結(jié)合位點(diǎn)。ciRS-7 可作為miR-7的抑制劑，結(jié)合后使miR-7的靶基因如EGFR、IGF1R和mTOR等的表達(dá)水平增高[2]。這些被調(diào)控的基因及表達(dá)分子可以進(jìn)一步調(diào)控心血管疾病的發(fā)展。

1 環(huán)狀RNA的生成機(jī)制

真核生物存在一種反向的可變剪接機(jī)制，其能使基因的外顯子序列反向首尾連接，形成一個(gè)環(huán)形，稱circRNA[3]。目前發(fā)現(xiàn)的circRNA來源于外顯子或內(nèi)含子。有文獻(xiàn)證實(shí)，circRNA不是mRNA 成熟過程中的副產(chǎn)物，而與mRNA一樣，是mRNA前體加工后的一個(gè)重要產(chǎn)物[4],并且生成circRNA的加工機(jī)制與生成mRNA的加工機(jī)制形成競爭[5]。

2 環(huán)狀RNA的功能

2.1 競爭性內(nèi)源RNA(competitive endogenous RNA，ceRNA)

circRNA可調(diào)節(jié)宿主基因表達(dá)，其與RNA 結(jié)合蛋白相互作用來調(diào)控翻譯過程，發(fā)揮順式轉(zhuǎn)錄調(diào)控的作用，其還能夠調(diào)控可變剪接。研究相對比較成熟的是其發(fā)揮微小RNA分子“海綿”作用，即吸附與競爭作用：circRNA 上存在多個(gè)miRNA 的互補(bǔ)結(jié)合位點(diǎn)，從而circRNA作為miRNA 的“海綿”吸附到miRNA上，通過競爭性地結(jié)合miRNAs位點(diǎn)來調(diào)節(jié)miRNAs 活性。其功能是使miRNAs功能減弱或消失，繼而影響miRNAs下游靶基因的表達(dá)，最終減少miRNA 對靶基因的負(fù)性調(diào)控。具有代表性的circRNA 如小腦退化相關(guān)蛋白1反義轉(zhuǎn)錄物(antisense to the cerebellar degeneration related protein 1 transcript，Cdr1as) 和Y染色體上性別決定區(qū)(sex-determining region on the Y chromosome，SRY)反義鏈。2013年Hansen等[6]研究發(fā)現(xiàn),Cdr1as作為miRNA的“海綿”能夠負(fù)向調(diào)控miR-7的活性，又稱為ciRS-7(circular RNA sponge for miR-7，ciRS-7)。

2.2 疾病生物標(biāo)志物

circRNA穩(wěn)定性高，容易進(jìn)入體液(全血、血清、血漿、腦脊液、尿液等)，并且其表達(dá)模式具有組織、時(shí)空和疾病特異性，使得circRNA成為有潛力的疾病生物標(biāo)志物。目前,已有研究在人類唾液中發(fā)現(xiàn)circRNA[7]。Kino等[8]對人類外周全血中的RNA進(jìn)行測序,結(jié)果顯示超過百種circ RNA的表達(dá)量明顯高于對應(yīng)的miRNA,這提示circRNA亦可能具有細(xì)胞外功能,甚至可以作為此類樣本中的生物標(biāo)記物。

2.3 調(diào)控來源基因的轉(zhuǎn)錄

調(diào)控來源基因的表達(dá)是指circRNA可以與RNA結(jié)合蛋白相互結(jié)合，特別是轉(zhuǎn)錄相關(guān)因子，如RNA聚合酶II，轉(zhuǎn)錄因子等，將其募集到親本基因，從而影響親本基因的表達(dá)[5]。另有研究表明，環(huán)狀RNA和線性RNA在轉(zhuǎn)錄后加工中存在競爭關(guān)系，環(huán)狀RNA通過競爭影響mRNA的表達(dá)[9]。

近年來隨著circRNA參與包括腫瘤在內(nèi)的多類疾病發(fā)生機(jī)制的報(bào)告甚多，人們對circRNA有了越來越深入的理解，circRNA的功能也不斷有更多的發(fā)現(xiàn)。除了上述功能外，最新研究發(fā)現(xiàn)，circRNA還具有調(diào)控RNA結(jié)合蛋白[10]以及參與蛋白質(zhì)翻譯[11]的作用，這些發(fā)現(xiàn)為更好地探索circRNA在心血管疾病的發(fā)生機(jī)制的作用關(guān)系上打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

3 ciRS-7與心血管疾病

大量研究表明，miRNA在心臟相關(guān)疾病的發(fā)生發(fā)展過程中起著重要作用。近幾年，出現(xiàn)越來越多有關(guān)ciRS-7作用于miRNA在心血管疾病方面的報(bào)道。

3.1 ciRS-7與高血壓

Hansen 等[12]觀測到，ciRS-7 和miR-7 在小鼠腦中共定位，并證明了兩者在胞內(nèi)發(fā)生相互作用。ciRS-7可與miR-7相互作用，捕獲胞質(zhì)中大量miR-7，進(jìn)而抑制了miR-7的生物活性，從而上調(diào)miR-7靶基因的表達(dá)水平。

高血壓的發(fā)生發(fā)展與血管內(nèi)皮細(xì)胞病理學(xué)變化密不可分，其介導(dǎo)微血管重構(gòu)是常見的高血壓病理機(jī)制，而影響血管發(fā)生和凋亡的ciRS-7/miRNA 勢必參與血壓的調(diào)節(jié)。有關(guān)文獻(xiàn)顯示，作為ciRS-7/miR-7的靶基因配體IGF1R通過誘導(dǎo)促炎介質(zhì)的生成、改變基質(zhì)成分、促進(jìn)血管平滑肌增殖、細(xì)胞遷移和血管重構(gòu)，從而促進(jìn)高血壓病的進(jìn)展[13]。ciRS-7/miR-7的靶基因配體IGF-1作為腸促胰島素家族的一員，具有重要舒張血管作用，在高血壓發(fā)病機(jī)制中起重要作用。有試驗(yàn)證實(shí)，在自發(fā)性高血壓大鼠中IGF-1的表達(dá)明顯下調(diào)[14]。靶基因EGFR通過參與誘導(dǎo)促炎介質(zhì)的生成，改變基質(zhì)成分，增強(qiáng)血管平滑肌增殖和細(xì)胞遷移及血管重構(gòu)，參于高血壓的形成；靶基因mTOR對壓力負(fù)荷增加所導(dǎo)致的心功能不全有保護(hù)作用。因此，circRNA通過調(diào)控miR-7并影響靶基因EGFR、IGF1R與mTOR的作用及表達(dá)，從而調(diào)節(jié)高血壓的進(jìn)程。

此外，血管平滑肌細(xì)胞在調(diào)節(jié)血壓等方面發(fā)揮重要作用，而α平滑肌肌動(dòng)蛋白(α-smooth muscle actin,α-SMA)是最重要的血管平滑肌細(xì)胞的骨架成分。2017年Sun等[15]發(fā)現(xiàn)，表皮生長因子家族成員NRG-1的可溶剪切變體形式NRG-1-ICD可影響α-SMA的表達(dá)：NRG-1-ICD通過結(jié)合到α-SMA的第一內(nèi)含子上面，募集轉(zhuǎn)錄因子IKZF1，促進(jìn)α-SMA基因來源的circACTA2的形成。circACTA2通過競爭性結(jié)合miR-548f-5p抑制后者對α-SMA的表達(dá)抑制作用，最終產(chǎn)生促進(jìn)α-SMA表達(dá)的作用，使血管內(nèi)皮細(xì)胞與細(xì)胞基質(zhì)發(fā)生重構(gòu)，從而促進(jìn)高血壓的形成。

3.2 ciRS-7與心肌梗死

ciRS-7 可以作用于miR-7并抑制其活性[2, 12]。研究發(fā)現(xiàn)ciRS-7/miR-7 a/b對心肌有保護(hù)作用，其通過負(fù)調(diào)節(jié)靶基因多聚ADP-核糖聚合酶(poly ADP-ribose polymerase，PARP)減少心肌凋亡[16]。Sp1和PARP 都是miR-7的靶基因，在誘導(dǎo)心肌凋亡引發(fā)心肌梗死的ciRS-7 /miR-7 a機(jī)制過程起到重要作用，miR-7 a通過下調(diào)PARP和Sp1發(fā)揮抗細(xì)胞凋亡作用，進(jìn)而減輕心肌梗死程度。因此，ciRS-7 通過抑制miR-7 a的激活過程并提高miR-7 a靶基因如PARP和SP1的表達(dá)從而促進(jìn)心肌梗死的發(fā)展。

miR-7的靶基因IGF1R的表達(dá)與心肌梗死的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)：血清中低IGF-1水平與心絞痛、心肌梗死和復(fù)發(fā)性心肌缺血相關(guān)[17]。IGF-1有增強(qiáng)心肌收縮力、改善心功能的作用，可用于治療缺血性心臟病。此外，IGF-1可抑制心肌細(xì)胞凋亡，能減少缺血再灌注引發(fā)的心肌細(xì)胞凋亡。因此，ciRS-7 可以通過調(diào)控miR-7并影響基因IGF1R表達(dá)，從而調(diào)節(jié)心肌梗死的發(fā)展進(jìn)程。

3.3 ciRS-7與心力衰竭

已知ciRS-7可以抑制miR-7對下游靶基因如IGF-1的抑制作用。Lee等[18]研究了34例缺血性心臟病患者急性期血IGF-1水平與左室收縮末直徑(left ventricular end-systolic diameter，LVSD)、左室射血分?jǐn)?shù)(left ventricular ejection fraction，LVEF) 及舒張末直徑(left ventricular end-diastolic diameter，LVDD) 的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)血液中IGF-1水平與LVSD和LVDD呈負(fù)相關(guān)，與LVEF呈正相關(guān)。IGF-1可以降低心室重構(gòu)率，減弱心衰的發(fā)生發(fā)展，從而證實(shí)IGF-1R低表達(dá)與心力衰竭密切相關(guān)：IGF-1R低表達(dá)是心力衰竭的危險(xiǎn)因素。因此，ciRS-7通過抑制miR-7對IGF1R的抑制作用，從而促進(jìn)基因IGF1R表達(dá)，最終抑制心力衰竭的發(fā)展進(jìn)程。

此外，Wang等[19]研究發(fā)現(xiàn)，HRCR(heart- related circRNA，HRCR)/ microRNA- 223(miR-223)在轉(zhuǎn)基因小鼠中相互作用可導(dǎo)致小鼠心臟肥大和心力衰竭，進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)存在一類與心臟相關(guān)的circRNA即HRCR。HRCR對miR-223具有海綿吸附作用并抑制其活性，抑制其對靶基因ARC (apoptosis repressor with CARD domain，ARC)的調(diào)控作用，從而增加ARC的表達(dá)。由于ARC基因?qū)π募》屎窈偷蛲鼍哂斜Ｗo(hù)作用[20]，因此，在HRCR的作用下機(jī)體可以延緩心肌肥大和心衰。

3.4 ciRS-7與心肌纖維化

ciRS-7能夠抑制miR-7對靶基因mTOR的下調(diào)作用。mTOR能與TGF-β和αvβ3整合素信號通路相互作用,影響細(xì)胞外基質(zhì)的產(chǎn)生，通過調(diào)控膠原蛋白的合成從而起到促進(jìn)心肌纖維化的作用。因此，ciRS-7 控制miR-7從而影響mTOR基因表達(dá)，從而達(dá)到影響心肌纖維化的發(fā)展[21]，但其具體的作用機(jī)制還有待進(jìn)一步研究。

3.5 ciRS-7與心臟衰老

研究證實(shí)在轉(zhuǎn)基因小鼠模型中，miR-7的靶基因IGF-1R過表達(dá)可改善心肌細(xì)胞衰老，減少由缺血導(dǎo)致的心肌細(xì)胞萎縮。因此IGF-1被認(rèn)為是在心臟生長和損傷時(shí)能影響肌細(xì)胞增殖和再生的多效性生長因子，IGF-1R過表達(dá)可以減弱心肌細(xì)胞壞死和凋亡，并且在擴(kuò)張性心肌病中可以使心肌細(xì)胞免于凋亡[22]。因此，ciRS-7 控制miR-7從而影響IGF-1基因表達(dá)，從而達(dá)到延緩心臟衰老的發(fā)展過程。

4 展望

最新研究表明，circRNA動(dòng)態(tài)表達(dá)于參與心臟發(fā)育與應(yīng)激反應(yīng)的人誘導(dǎo)多能干細(xì)胞來源的心肌細(xì)胞(human induced pluripotent stem cell derived cardiomyocytes, hiPSC-CM)模型。一些circRNA在患者心肌樣品中顯示出類似的宿主基因獨(dú)立表達(dá)動(dòng)力學(xué)，并且可能與核糖體和RNA誘導(dǎo)沉默復(fù)合體相互作用?？傊?，hiPSC-CM揭示了circRNA可能作為新型治療靶點(diǎn)的潛在疾病新特征。

近年來，關(guān)于miRNA對心血管類疾病的研究已相對完善[23-24]。而circRNA能通過調(diào)控miRNA的表達(dá)并控制心血管疾病的發(fā)生和發(fā)展，這為心血管疾病的診治提供了一個(gè)新方向。而以ciRS-7為主的circRNA研究手段也日趨成熟，目前多個(gè)數(shù)據(jù)庫已收錄了多種環(huán)狀RNA測序結(jié)果，并能預(yù)測ciRS-7與miRNA的相互作用，為研究circRNA通過作用于miRNA間接地調(diào)控心血管疾病的發(fā)生發(fā)展提供了方便。此外，心血管疾病的發(fā)生與進(jìn)展同circRNA表達(dá)水平密切相關(guān)，circRNA組織的特異性和穩(wěn)定性使其有可能成為一種新的生物標(biāo)志物并有助于疾病的診斷，預(yù)后以及病程、藥物療效的監(jiān)測。但circRNA的研究還處于初始階段，其靶基因種類繁多，有關(guān)作用機(jī)制尚不研究透徹，需要更多的研究。目前，臨床診斷心血管類疾病主要通過介入影像學(xué)及心電圖予以確診，是否可以通過檢測circRNA的水平來判斷心血管類疾病的嚴(yán)重程度還有待于深入研究。circRNA的研究還處于初始階段，其靶基因種類繁多，有關(guān)作用機(jī)制尚不研究透徹。但circRNA與疾病的相關(guān)研究正向“實(shí)踐證明”轉(zhuǎn)變，circRNA運(yùn)用于臨床診療工作將成為轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)與精準(zhǔn)醫(yī)療的新方向。相信隨著circRNA研究的發(fā)展與深入，circRNA將帶給醫(yī)學(xué)界更多的驚喜與突破。

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