孫帥鋒　劉巍

通信作者簡(jiǎn)介：劉巍，哈爾濱醫(yī)科大學(xué)附屬第四醫(yī)院心血管內(nèi)科主任醫(yī)師、碩士研究生導(dǎo)師、教授、九三學(xué)社成員。醫(yī)學(xué)博士，生物學(xué)和病理學(xué)博士后。曾赴美國(guó)Vermont大學(xué)留學(xué)。自1998年起，從事心血管內(nèi)科至今，擅長(zhǎng)高血壓病、冠狀動(dòng)脈粥樣硬化性心臟病、心肌炎、心肌病及心力衰竭、心律失常等的診斷和治療。國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)評(píng)議專家。2012年起擔(dān)任中國(guó)醫(yī)師協(xié)會(huì)高血壓專業(yè)委員會(huì)委員，2013年擔(dān)任高血壓青年委員會(huì)常委，2016年擔(dān)任中華醫(yī)學(xué)會(huì)心力衰竭專業(yè)委員會(huì)青年委員會(huì)委員。獲得發(fā)明專利1項(xiàng)。2006年獲得教育部科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)，2007年獲得中華醫(yī)學(xué)三等獎(jiǎng)，2003年、2009年及2015年分別獲得黑龍江省政府科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)3次。發(fā)表SCI論文十余篇，目前主持國(guó)家自然科學(xué)基金課題2項(xiàng)，黑龍江省留學(xué)歸國(guó)基金1項(xiàng)，黑龍江省教育廳海外學(xué)人重點(diǎn)項(xiàng)目1項(xiàng)，中國(guó)博士后特別資助項(xiàng)目1項(xiàng)，省級(jí)課題多項(xiàng)。

【摘要】 環(huán)狀RNA（circRNA）是一類不能正常編碼蛋白質(zhì)的共價(jià)閉合環(huán)狀RNA分子。circRNA涉及許多正常的生理過(guò)程和疾病的發(fā)病機(jī)制。越來(lái)越多的研究表明心肌纖維化的發(fā)生和發(fā)展與circRNA的調(diào)節(jié)密切相關(guān)。該文總結(jié)當(dāng)前關(guān)于circRNA生物起源和功能的認(rèn)識(shí)，進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)circRNA在心肌纖維化中的最新進(jìn)展和作為新型生物標(biāo)志物、治療靶標(biāo)的潛力。

【關(guān)鍵詞】 環(huán)狀RNA;心肌纖維化;生物標(biāo)志物;治療靶標(biāo)

【Abstract】 Circular RNA （circRNA） are a category of covalently closed circRNA molecules that normally do not encode proteins. circRNA are involved in many physiological processes as well as the pathogenesis of diseases. A growing number of studies have reported that the incidence and development of cardiac fibrosis is closely associated with the regulation of circRNA. This review summarizes the current understanding of circRNA biogenesis and function， highlighting the recent updates regarding the involvement of circRNA in cardiac fibrosis， and their potential as novel biomarkers and therapeutic targets.

【Key words】 Circular RNA;Cardiac fibrosis;Biomarker;Therapeutic target

心血管疾病仍然是全球主要的公眾健康問(wèn)題，并且是全世界高發(fā)病率、高病死率的首要病因之一[1]。心肌損傷后，心肌纖維化是一個(gè)持續(xù)進(jìn)展且不可逆的病理過(guò)程，其顯著特征是細(xì)胞外基質(zhì)蛋白在心肌間質(zhì)中積聚[2]。心肌纖維化導(dǎo)致心肌損傷和進(jìn)行性心臟功能障礙，進(jìn)而影響心血管疾病患者的臨床預(yù)后[3]。心肌纖維化的機(jī)制是復(fù)雜的，目前仍未完全了解，因此迫切需要提升應(yīng)對(duì)心肌纖維化導(dǎo)致心肌功能損傷的策略，從而進(jìn)一步降低心血管疾病患者的發(fā)病率和病死率。

非編碼RNA（ncRNA）是一大類不能編碼蛋白質(zhì)的RNA分子，在基本生理過(guò)程以及作為許多疾病檢測(cè)手段和臨床治療途徑方面發(fā)揮著重要作用[4]?；诤塑账岬拈L(zhǎng)度，ncRNA分為兩類：微小RNA（miR）包含19 ～ 24個(gè)核苷酸和長(zhǎng)鏈非編碼RNA（lncRNA）至少包含200個(gè)核苷酸[5]。除了線性ncRNA之外，據(jù)報(bào)道環(huán)狀RNA（circRNA）作為一類新型的ncRNA，在許多疾病的病理生理過(guò)程中或許可能成為一種新型且重要的調(diào)節(jié)劑[6]。已知circRNA可通過(guò)miRNA海綿，與RNA結(jié)合蛋白（RNP）相互作用調(diào)節(jié)信使RNA（mRNA）的剪接和穩(wěn)定性來(lái)調(diào)節(jié)靶基因的表達(dá)[7]。本文我們將總結(jié)circRNA的生物起源及生物學(xué)功能，以及circRNA在心血管疾?。ㄓ绕涫窃谛募±w維化中）的作用。

一、circRNA的生物起源及功能

1. circRNA的生物起源

circRNA早在二十世紀(jì)九十年代已有首次記載，據(jù)報(bào)道目前為止高通量測(cè)序已發(fā)現(xiàn)超過(guò)32 000種 circRNA[8]。circRNA被認(rèn)為是標(biāo)準(zhǔn)線性mRNA剪接的次級(jí)產(chǎn)物，根據(jù)其生物合成方式，它們通常分為3種類型：衍生自外顯子的circRNA、衍生自內(nèi)含子的circRNA和衍生自保留內(nèi)含子的外顯子的circRNA[9]?！胺聪蚣艚印笔墙閷?dǎo)circRNA形成的獨(dú)特剪接機(jī)制[10]。這種獨(dú)特的RNA種類是mRNA前體（前mRNA）剪接產(chǎn)生的，主要是通過(guò)一個(gè)或兩個(gè)外顯子的反向剪接形成[11]。越來(lái)越多的研究提出了兩種模型來(lái)說(shuō)明circRNA生物起源中反向剪接環(huán)化的機(jī)制：外顯子跳躍模型和直接反向剪接模型，但以上兩種模型仍在進(jìn)一步研究中[12]。

2. circRNA的生物功能

與miR和lncRNA相比，circRNA已經(jīng)被證明具有miR的海綿，與RNP結(jié)合，組裝支架形成，剪接、增強(qiáng)轉(zhuǎn)錄以及翻譯成蛋白質(zhì)或多肽的功能[13]。circRNA作為miR“海綿”使得miR不能與其靶基因結(jié)合，因此在轉(zhuǎn)錄控制中起重要作用[14]。circRNA不僅能與miR結(jié)合，而且還能與蛋白質(zhì)結(jié)合，這將導(dǎo)致蛋白質(zhì)功能受到抑制[15]。此外，據(jù)報(bào)道，細(xì)胞核circRNA通過(guò)與宿主基因啟動(dòng)子區(qū)域中的RNA Pol Ⅱ反應(yīng)來(lái)調(diào)節(jié)順式基因的轉(zhuǎn)錄[16]。盡管circRNA不包含5-末端，通常也不編碼蛋白質(zhì)，但是一些circRNA可以通過(guò)卷環(huán)擴(kuò)增機(jī)制編碼蛋白質(zhì)。據(jù)報(bào)道，人類circ-ZNF609和果蠅circMbl以僅依賴剪接且不依賴5-末端的方式翻譯成蛋白質(zhì)[17]。

二、circRNA與心肌纖維化關(guān)系

越來(lái)越多的研究表明circRNA在諸如心血管疾病、癌癥和神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育過(guò)程中發(fā)揮著重要作用[18]。心肌纖維化是大多數(shù)心血管疾病共同的病理生理過(guò)程，例如心肌梗死、心房顫動(dòng)、心力衰竭和糖尿病。最近，已經(jīng)確定了ncRNA（miR和lncRNA以及circRNA）之間的交叉調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，從而在許多過(guò)程中將ncRNA引入了更多潛在全面的生物學(xué)功能[19]。circRNA由于對(duì)RNA核酸外切酶（RNase R）的抵抗性而具有高水平的器官特異性表達(dá)[20]。有研究表明，circRNA通過(guò)miR海綿可能在心肌纖維化過(guò)程中發(fā)揮著重要的調(diào)節(jié)作用[21]。

三、circRNA在心肌纖維化中的作用

1. circRNA作為新型生物標(biāo)志物的潛力

盡管所有類型的ncRNA都可能作為疾病診斷的生物標(biāo)志物，但是circRNA的某些重要特征使其更具獨(dú)特性和優(yōu)勢(shì)。首先，circRNA圓形3和5末端保護(hù)它們免受RNase R的降解，從而

使circRNA在細(xì)胞外液中更加穩(wěn)定，并提供了易于檢測(cè)的合適條件[22]。其次，circRNA存在于全血中，在血漿、血清、血小板、外周血單個(gè)核細(xì)胞和細(xì)胞外囊泡（如外泌體）中具有較長(zhǎng)的半衰期[23]。再次，對(duì)心肌組織的深度測(cè)序分析明確了人和小鼠器官中circRNA的進(jìn)化、保守和發(fā)育階段特異性以及組織細(xì)胞特異性表達(dá)[24]。因此，這些特征較好地展示circRNA成為新型生物標(biāo)志物的獨(dú)特自身優(yōu)勢(shì)，為許多疾病提出了新穎的診斷和預(yù)測(cè)手段。

2. circRNA作為心肌纖維化治療靶標(biāo)的潛力

2.1 circRNA_000203

circRNA_000203在糖尿病心肌中和用血管緊張素Ⅱ誘導(dǎo)的心肌成纖維細(xì)胞（CF）中表達(dá)顯著增加。circRNA_000203的過(guò)度表達(dá)尤其增加CF中膠原蛋白1A2、膠原蛋白3A1和α-平滑肌肌動(dòng)蛋白的表達(dá)。此外，雙熒光基因檢測(cè)表明，circRNA_000203可以通過(guò)減弱miR-26b-5p與結(jié)締組織生長(zhǎng)因子和膠原蛋白1A2的相互作用來(lái)抑制miR-26b-5p的抗纖維化作用[25]。

2.2 circRNA_010567

circRNA_010567在糖尿病小鼠心肌組織中和

血管緊張素Ⅱ誘導(dǎo)的CF中表達(dá)明顯增高?；谏镄畔W(xué)分析和雙熒光測(cè)定，報(bào)告顯示circRNA_

010567可以作為miR-141海綿，從而調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β1（TGF-β1）的表達(dá)。circRNA_010567表達(dá)沉默后，miR-141上調(diào)和TGF-β1下調(diào)，并抑制CF中纖維化相關(guān)蛋白的表達(dá)，例如膠原蛋白Ⅰ、膠原蛋白Ⅲ和α-平滑肌肌動(dòng)蛋白等蛋白表達(dá)。一般認(rèn)為，circRNA_010567的過(guò)度表達(dá)通過(guò)靶向miR-141/TGF-β1軸增加了與纖維化相關(guān)蛋白的表達(dá)[26]。

2.3 circNCX1

circNCX1是NCX1基因的環(huán)狀轉(zhuǎn)錄物，通過(guò)海綿miR-133a-3p調(diào)節(jié)心肌纖維化。在小鼠中使用短發(fā)夾RNA抑制circNCX1的表達(dá)，顯示小鼠心肌缺血再灌注區(qū)域膠原蛋白顯著減少，并且心臟功能有所改善[27]。

2.4 circHIPK3

最新的一項(xiàng)研究表明，從HIPK3基因衍生的circRNA命名為circHIPK3，經(jīng)血管緊張素Ⅱ處理后，該circRNA在心肌組織和CF中表達(dá)顯著升高。在血管緊張素Ⅱ模型中，circHIPK3表達(dá)沉默可降低心肌纖維化區(qū)域的大小并改善舒張壓。此外，circHIPK3表達(dá)沉默后觀察到CF增殖和遷移受到抑制。雙熒光素酶基因測(cè)定表明，circHIPK3通過(guò)海綿化miR-29b-3p發(fā)揮其調(diào)節(jié)功能，以調(diào)節(jié)心肌纖維化并降低其靶基因（膠原蛋白1A1、膠原蛋白3A1和α-平滑肌肌動(dòng)蛋白）的表達(dá)[28]。

2.5 circNFIB

最近，Zhu等[29]研究報(bào)道circNFIB通過(guò)海綿化miR-433發(fā)揮至關(guān)重要的抗心肌纖維化作用。結(jié)果表明，circNFIB過(guò)度表達(dá)可以抑制CF的增殖。相反，敲除circNFIB基因可以促進(jìn)CF的增殖。研究表明，circNFIB-miR-433軸可能作為治療心肌纖維化的潛在干預(yù)途徑。

2.6 circFndc3b

此外，據(jù)報(bào)道circRNA通過(guò)與蛋白質(zhì)結(jié)合來(lái)調(diào)節(jié)某些蛋白質(zhì)的功能。例如，一項(xiàng)研究報(bào)告表明circFndc3b可以調(diào)節(jié)融合蛋白的功能進(jìn)而調(diào)節(jié)血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子信號(hào)傳導(dǎo)。數(shù)據(jù)表明小鼠心肌梗死后8周，circFndc3b過(guò)表達(dá)通過(guò)增強(qiáng)新生血管形成和減少梗死區(qū)域的纖維化而表現(xiàn)出心臟保護(hù)作用。在功能上，circFndc3b與融合的RNA結(jié)合蛋白相互作用，進(jìn)而調(diào)節(jié)血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子的表達(dá)和信號(hào)傳導(dǎo)，提示circFndc3b可作為改善心肌梗死后心功能和心肌重塑的潛在策略。

四、總結(jié)與展望

由于心肌纖維化的生物學(xué)基礎(chǔ)和纖維化病理機(jī)制仍不十分清楚，因此目前尚無(wú)有效的治療方法可用于抑制心肌纖維化的進(jìn)展。越來(lái)越多的證據(jù)表明，ncRNA是纖維化過(guò)程中（例如細(xì)胞因子分泌和細(xì)胞外基質(zhì)合成）的關(guān)鍵組成部分。特定的ncRNA在心血管疾病（尤其是心肌纖維化）中作為新型的生物標(biāo)志物和治療靶標(biāo)。在ncRNA中，人們對(duì)circRNA知之甚少，其在多種生理和病理過(guò)程中的功能仍未完全了解。circRNA的生物學(xué)特性（包括體液的保守性、穩(wěn)定性和高豐度） 使其比其他ncRNA更有效地診斷和治療疾病。如上所述，盡管基于circRNA的治療技術(shù)手段將面臨許多挑戰(zhàn)，但circRNA仍被視為抗心肌纖維化的重要參與者，并且有望成為心肌纖維化重要的調(diào)節(jié)劑。

circRNA曾經(jīng)一度被認(rèn)為是異常剪接的副產(chǎn)物，隨著高通量測(cè)序技術(shù)的進(jìn)步其廣泛的生物學(xué)功能被發(fā)掘，逐漸成為研究課題的主要熱點(diǎn)。從基因表達(dá)調(diào)控到翻譯以及和mRNA競(jìng)爭(zhēng)，circRNA都發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，有可能成為疾病治療的靶標(biāo)和生物學(xué)標(biāo)志物。但是，關(guān)于circRNA基因表達(dá)模式和其在生理、病理狀況下的作用機(jī)制以及其作為診斷性生物標(biāo)志物的潛力和作為治療靶標(biāo)的潛在用途的認(rèn)識(shí)仍處于早期階段。是否更多的circRNA在心肌組織不同類型細(xì)胞中發(fā)揮作用仍有待研究。另外，關(guān)于circRNA調(diào)節(jié)心肌纖維化作用的詳細(xì)機(jī)制尚未完全明確，需要進(jìn)一步的研究來(lái)推導(dǎo)circRNA與蛋白質(zhì)、ncRNA相互作用介導(dǎo)的確切機(jī)制。

參 考 文 獻(xiàn)

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（收稿日期：2020-02-18）

（本文編輯：楊江瑜）