郭 寧，葛良清 綜述，黃素蘭 審校

(常德市第一人民醫(yī)院心血管內(nèi)科,湖南 常德 415000)

心血管疾病是多種危險(xiǎn)因素綜合作用的結(jié)果，不僅與遺傳、環(huán)境因素密切相關(guān)，還與生活習(xí)慣有很大關(guān)系。隨著分子生物學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，基因、RNA等在心血管疾病中的作用日益被重視。有研究表明，微小RNA(miRNA)在心血管系統(tǒng)中表達(dá)豐富，在許多心血管疾病(如動(dòng)脈粥樣硬化、高血壓、冠心病、心力衰竭、心律失常等)的發(fā)生、發(fā)展中均發(fā)現(xiàn)miRNA 表達(dá)水平的變化[1]。該研究還發(fā)現(xiàn)，circRNAs對(duì)很多心血管疾病的發(fā)生、發(fā)展可能有重要的調(diào)控作用。circRNAs與動(dòng)脈粥樣硬化、心肌梗死、心肌肥厚、心肌纖維化、心臟功能衰退等密切相關(guān)。本文旨在探討circRNAs作為潛在的生物標(biāo)志物和治療靶點(diǎn)在心血管疾病中的應(yīng)用，為研究心血管疾病的分子機(jī)制提供一定參考。

1 非編碼RNAs(ncRNA)

ncRNAs是由DNA轉(zhuǎn)錄而不是翻譯成蛋白質(zhì)的RNA類(lèi)型，由特定的選擇性剪接產(chǎn)生，通常在轉(zhuǎn)錄、轉(zhuǎn)錄后和翻譯上調(diào)節(jié)基因的表達(dá)[1-3]。ncRNA包括miRNA、長(zhǎng)非編碼RNA(lncRNA)和circRNA(環(huán)狀RNA)，其在心血管疾病的發(fā)生、發(fā)展中起著重要作用[4]。

microRNA與心血管疾病的關(guān)系 miRNAs是一種內(nèi)源性的非編碼RNA，具有高度保守、單鏈、相對(duì)分子質(zhì)量小(約22個(gè)核苷酸)、穩(wěn)定等特征，包括在機(jī)體循環(huán)、血漿和血清中均有表達(dá)[5]。miRNAs通過(guò)與靶mRNAs的3‘-非翻譯區(qū)結(jié)合，在轉(zhuǎn)錄后調(diào)節(jié)基因表達(dá)[6]。每個(gè)miRNA潛在地靶向許多獨(dú)特的mRNA，根據(jù)Int的不同抑制翻譯和(或)誘導(dǎo)目標(biāo)mRNA的降解。miRNA表達(dá)差異與心血管疾病相關(guān)，包括高血壓、動(dòng)脈粥樣硬化、冠心病、心肌梗死、心力衰竭和心律失常，因此miRNA可以作為治療靶點(diǎn)及診斷和預(yù)后生物標(biāo)志物的潛在用途[7]。

最近的研究已經(jīng)提出大約50個(gè)與原發(fā)性高血壓相關(guān)的miRNAs及超過(guò)30個(gè)與心力衰竭和心肌梗死相關(guān)的miRNAs，其中許多miRNAs可以作為有前景的生物標(biāo)志物[8-10]。腎素-血管緊張素-醛固酮作為調(diào)節(jié)血壓的一種機(jī)制，其中就有多種miRNAs參與。其中下調(diào)的miRNAs有miR-34b、miR-361-5p、miR-362-5p和miR-181a，上調(diào)的miRNAs有miR-34c-5p、miR-449b、miR-571、miR-765、miR-483-3p、miR-143/145、miR-126、miR-196a、miR-132、miR-212、miR-451和miR-21。miR-21在許多與心血管系統(tǒng)相關(guān)的細(xì)胞類(lèi)型中都有表達(dá)，包括血管平滑肌細(xì)胞(VSMC)、血管內(nèi)皮細(xì)胞、心肌細(xì)胞、心臟成纖維細(xì)胞和血液[11]。miR-21的表達(dá)與高血壓的發(fā)生、發(fā)展密切相關(guān)，且與靶器官損傷也有相關(guān)性，其機(jī)制包括對(duì)腎素-血管緊張素-醛固酮系統(tǒng)、炎癥因子和血管內(nèi)皮功能的調(diào)節(jié)[12]。此外，心肌梗死后心功能障礙的研究表明，miR-21在高血壓導(dǎo)致心肌成纖維細(xì)胞的活化中至關(guān)重要,可通過(guò)TGF-β/smad7信號(hào)通路參與高血壓的發(fā)生和心肌纖維化[13]。

急性心肌梗死患者血漿miR-1、miR-133a、miR-499和miR-208a水平升高，突出了其作為早期診斷生物標(biāo)志物的潛在用途[13]。此外，miR-19a/19b在心肌梗死后心力衰竭患者中表達(dá)上調(diào)，如果將miR-19a/19b作用于心臟，則會(huì)增加心臟的增殖和再生，表明可能存在一種應(yīng)激反應(yīng)的代償機(jī)制[14]。

盡管對(duì)miRNAs和心血管疾病的研究仍在進(jìn)行中，尚未將其納入臨床實(shí)踐。這主要是因?yàn)槿狈σ环N易于操作、快速、可靠和廉價(jià)的方法來(lái)確定miRNAs水平。然而，許多miRNAs正作為臨床試驗(yàn)的一部分，這可能有助于早期診斷、預(yù)防和治療。

lncRNA的長(zhǎng)度大于200個(gè)核苷酸，具有組織特異性，并且在物種間的保守性很差，其在轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)錄后的基因調(diào)控和mRNA翻譯中發(fā)揮作用，參與表觀遺傳修飾、選擇性剪接和轉(zhuǎn)錄的調(diào)節(jié)，或者與細(xì)胞質(zhì)中的mRNA和蛋白質(zhì)相互作用來(lái)調(diào)節(jié)基因的表達(dá)[9]。

與miRNAs相似，大量的lncRNAs參與多種心臟疾病的關(guān)鍵調(diào)節(jié)，突出了其在心血管疾病的發(fā)生和發(fā)展中的作用[9]。ACE2等基因的表達(dá)不僅受miRNAs的調(diào)控，而且受lncRNAs的調(diào)控。ALT1是一種在缺氧誘導(dǎo)、生長(zhǎng)受阻的人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞中下調(diào)的lncRNA，也是ACE2的直接靶點(diǎn)[15]。

WANG等[16]的一項(xiàng)研究表明了lncRNA心肌肥大相關(guān)表觀遺傳調(diào)節(jié)因子(CHER)在壓力超負(fù)荷誘導(dǎo)的心力衰竭小鼠心肌肥厚發(fā)展過(guò)程中是必不可少的。有趣的是，Chaer基因敲除顯著抑制了腎上腺素引起的化學(xué)誘導(dǎo)的肥大，但在基礎(chǔ)水平上并沒(méi)有干擾心肌細(xì)胞的形態(tài)。CHEER和PRC2之間的相互作用是激素或應(yīng)激刺激后短暫誘導(dǎo)的，這種相互作用是激活心肌肥大相關(guān)基因的表觀遺傳學(xué)重編程的必要條件。在壓力超負(fù)荷開(kāi)始之前抑制心臟中Chaer的表達(dá)可減少心肌肥大和功能障礙，但在應(yīng)激后的心臟中不受影響[16]。

2 circRNAs

2.1circRNA概述 和傳統(tǒng)線性RNA不同，circRNAs是通過(guò)前體RNA反向地首尾剪接形成。circRNAs包括外顯子circRNAs、內(nèi)含子circRNAs、外顯子-內(nèi)含子circRNAs和基因間circRNAs等。circRNA是豐富的、未被開(kāi)發(fā)的ncRNA。最近的研究表明，大量的circRNA是內(nèi)源性的，在哺乳動(dòng)物細(xì)胞中高度保守和穩(wěn)定，在疾病狀態(tài)下普遍存在[7]。雖然mRNA和circRNA都起源于前體mRNA，但其形成方式不同，賦予了其獨(dú)特特征。mRNA是通過(guò)RNA剪接形成的，其中內(nèi)含子被移除，某些外顯子被納入其中或排除，以產(chǎn)生替代編碼的成熟mRNA，這一過(guò)程產(chǎn)生了帶有暴露的聚(A)尾巴的線性mRNA。這一特性使其容易被RNA酶(RNase)降解[17]。同時(shí)，circRNA是通過(guò)反向剪接形成的，促進(jìn)了外顯子和(或)內(nèi)含子相互匯聚的環(huán)化過(guò)程，潛在地保護(hù)它們不被降解，并提供約48 h的半衰期，大約是線性mRNA的5倍[18]。

目前，circRNA的確切功能仍不清楚。已有報(bào)道認(rèn)為，circRNAs通過(guò)與剪接機(jī)制的競(jìng)爭(zhēng)直接調(diào)控線性mRNA轉(zhuǎn)錄本的表達(dá)[19]；由于存在多個(gè)結(jié)合位點(diǎn)，circRNAs間接充當(dāng)miRNAs的輔助工具，使其能夠與細(xì)胞miRNAs相互作用并隔離，從而阻止其在轉(zhuǎn)錄后調(diào)控中發(fā)揮作用[20-21]。circRNA占總RNA的1%，在不同類(lèi)型的細(xì)胞中廣泛表達(dá)，可能在人類(lèi)疾病中具有調(diào)節(jié)功能，在各種類(lèi)型生物過(guò)程的啟動(dòng)和發(fā)展中發(fā)揮關(guān)鍵作用[20]，可能作為發(fā)現(xiàn)和研究疾病進(jìn)展的生物標(biāo)志物。盡管前景看好，識(shí)別和表征circRNA的研究大多是利用生物信息學(xué)和電子計(jì)算方法進(jìn)行的，少數(shù)研究已經(jīng)在原位或體內(nèi)調(diào)查了其功能，以確定其與疾病的關(guān)系。

2.2circRNAs在心血管疾病中的應(yīng)用

2.2.1circRNAs與高血壓 有研究探索了circRNAs與高血壓發(fā)展之間的聯(lián)系。WU等[22]應(yīng)用基因芯片技術(shù)對(duì)54例高血壓患者和54例健康對(duì)照者的血液樣本中的circRNA進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)13個(gè)下調(diào)的circRNAs和46個(gè)上調(diào)的circRNAs。在更大的隊(duì)列中對(duì)這些發(fā)現(xiàn)進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果表明，高血壓患者血液中hsA_CIRC_0005870的表達(dá)顯著下調(diào)。circRNA-miRNA網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)了hSA_CIRC_0005870與包括hSA-miR-619-5p在內(nèi)的多個(gè)miRNA的結(jié)合位點(diǎn)。這種相互作用的KEGG通路分析表明轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β信號(hào)通路可能在高血壓中起病理作用[22]。

另外一個(gè)病例對(duì)照研究發(fā)現(xiàn)，2個(gè)獨(dú)特的circRNA，hSA_CIRC_0037909和hSA_CIRC_0037911，與血壓大于140/90 mm Hg(1 mm Hg=0.133 kPa)的高血壓表型密切相關(guān)[23]。circRNA-miRNA網(wǎng)絡(luò)發(fā)現(xiàn)了與miR-637的潛在相互作用，miR-637已被提出通過(guò)激活高血壓患者的炎癥途徑來(lái)降低C反應(yīng)蛋白水平[24]。進(jìn)一步分析還發(fā)現(xiàn)，hSA_CIRC_0037911與血肌酐呈正相關(guān)。然而，血清肌酐和C反應(yīng)蛋白水平升高的潛在機(jī)制與circRNA-miRNA相互作用和這種變化之間可能的相互作用尚未確定[25]。

最后，2個(gè)獨(dú)特的circRNA，hSA_CIRC_0126991和hSA_CIRC_0014243，在高血壓患者中上調(diào)，并被預(yù)測(cè)與miR-10a-5p[23]結(jié)合。這種miRNA在高血壓、冠心病和導(dǎo)致高血壓發(fā)展的血管內(nèi)皮功能障礙中下調(diào)[26]。上述研究不足之處是研究的對(duì)象數(shù)量很少，需更大隊(duì)列進(jìn)一步研究。

2.2.2circRNAs與心肌梗死、心力衰竭 一項(xiàng)微陣列研究在心肌梗死后導(dǎo)致心力衰竭的小鼠模型中發(fā)現(xiàn)了29個(gè)上調(diào)和34個(gè)下調(diào)的circRNA，并預(yù)測(cè)了大量的circRNA-miRNA相互作用。這是對(duì)心肌梗死中circRNAs的最早研究之一，提高了我們對(duì)circRNAs和心血管疾病潛在失調(diào)的認(rèn)識(shí)[27]。心肌梗死損傷和缺氧處理的小鼠心肌細(xì)胞circRNA Cdr1as表達(dá)上調(diào)。其過(guò)表達(dá)可加重在體小鼠心肌梗死面積，并導(dǎo)致心肌細(xì)胞凋亡。重要的是，Cdr1as充當(dāng)miR-7a的海綿，并影響其下游目標(biāo)。此前，miR-7a的上調(diào)在心肌梗死損傷期間被描述為保護(hù)性的[28]。因此，降低Cdr1as的表達(dá)水平可能會(huì)增加miR-7a的水平，這可能成為治療心肌梗死的一種新的治療策略。

circRNAs作為生物標(biāo)記物的潛在價(jià)值已在心肌梗死患者的全血樣本中得到證實(shí)。已經(jīng)證明，血液中MICRA或心肌梗死相關(guān)circRNA水平較低的患者在急性心肌梗死后發(fā)生心力衰竭的風(fēng)險(xiǎn)更大[29]。與健康對(duì)照組相比，心肌梗死患者血液中這種circRNA表達(dá)下調(diào)，并被預(yù)測(cè)為左心室功能障礙的有力指標(biāo)[30]。這突出了MICRA可作為評(píng)估心力衰竭風(fēng)險(xiǎn)的預(yù)后工具。

2.2.3circRNAs與動(dòng)脈粥樣硬化、冠心病相關(guān)性 Chr9p21區(qū)域是動(dòng)脈粥樣硬化的危險(xiǎn)位點(diǎn)。位于該區(qū)域的INK4位點(diǎn)的反義非編碼RNA(ANRIL)與動(dòng)脈粥樣硬化有關(guān)，調(diào)節(jié)分子通路和細(xì)胞功能[31-32]。研究表明，周?chē)鶤NIL-ANRIL比率高的個(gè)體沒(méi)有動(dòng)脈粥樣硬化的跡象[33]。最近的研究表明，某些circRNAs海綿miRNAs的上調(diào)影響了參與CAD細(xì)胞的增殖和侵襲[21]。

有研究發(fā)現(xiàn)，環(huán)狀RNA hsa_cic_0003575在受損的內(nèi)皮細(xì)胞中表達(dá)上調(diào)，內(nèi)皮損傷是動(dòng)脈粥樣硬化發(fā)展的關(guān)鍵部分，并與氧化后低密度脂蛋白治療有關(guān)[34]。這種circRNA的敲除減少了人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞(HUVEC)的凋亡[34]。RNA測(cè)序的使用在CAD中識(shí)別了數(shù)以千計(jì)的circRNA。PAN等[35]描述了動(dòng)脈粥樣硬化病變中的1 259個(gè)注釋的和381個(gè)新的circRNA。結(jié)合這些結(jié)果和組織學(xué)檢查，發(fā)現(xiàn)54個(gè)circRNA上調(diào)，12個(gè)下調(diào)，提示可能參與了CAD的病理過(guò)程。在另一項(xiàng)研究，YU等[36]在冠心病患者中有2 283例circRNA下調(diào)，85例上調(diào)。前100個(gè)差異調(diào)控circRNA來(lái)源于與新陳代謝和蛋白質(zhì)修飾相關(guān)的基因。此外，6個(gè)circRNA在動(dòng)脈粥樣硬化的冠狀動(dòng)脈和外周血單個(gè)核細(xì)胞之間的表達(dá)譜得到驗(yàn)證，這為進(jìn)一步研究它們作為潛在生物標(biāo)志物的用途提供了依據(jù)。HSA_CIRC_0001879、HSA_CIRC_0004104和HSA_CIRC_0001445已被認(rèn)為是冠心病新的生物標(biāo)志物，因?yàn)閷?shí)驗(yàn)驗(yàn)證表明，與對(duì)照組相比，其表達(dá)上調(diào)[37]。

2.2.4circRNAs與心肌病 肌動(dòng)蛋白基因負(fù)責(zé)編碼心肌部分蛋白質(zhì)，中間需經(jīng)歷復(fù)雜的選擇性剪接，包括背部剪接，可產(chǎn)生大約80個(gè)circRNAs。其中一些circRNAs在擴(kuò)張性心肌病中差異表達(dá)，但在肥厚型心肌病中并不表達(dá)。另一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)了82個(gè)新circRNAs，與對(duì)照組比較，在擴(kuò)張性心肌病患者中取活檢發(fā)現(xiàn)CircATXN10、CircCHD7、CircDNAJC6和CircSLC8A1的差異表達(dá)[38]。同時(shí)研究還發(fā)現(xiàn)，CircSLC8A1在擴(kuò)張性心肌病和肥厚型心肌病患者的心臟組織中表達(dá)上調(diào)[39]。在糖尿病心肌病小鼠中circRNA_000203表達(dá)上調(diào)。circRNA_000203與抗纖維化的miR-26b-5p相互作用促進(jìn)Colla2和CTGF基因的表達(dá)，同時(shí)具有促進(jìn)心肌纖維化的作用[40]。circRNAs通過(guò)調(diào)節(jié)心肌纖維化參與心肌病的發(fā)生、發(fā)展。

3 結(jié)語(yǔ)與展望

雖然較長(zhǎng)的ncRNA和miRNAs的作用已得到較好的證實(shí)，但circRNAs在心血管疾病和高血壓中的研究仍處于初級(jí)階段。該文總結(jié)了circRNA在心血管疾病和高血壓中的應(yīng)用。但是，在未來(lái)仍然需要更多的研究來(lái)確定circRNA在心血管疾病中的作用和意義。無(wú)論是直接靶向還是由miRNAs介導(dǎo)，均需要更好地理解circRNAs是如何影響基因表達(dá)及其特異性的。如果circRNA以miRNA為靶標(biāo)，那么其作用可能是非特異性的，因此有必要了解這些分子是如何針對(duì)特定基因或miRNAs的發(fā)揮作用的。circRNA在心血管發(fā)育和疾病產(chǎn)生的過(guò)程中如何發(fā)揮作用目前仍不清楚；進(jìn)一步的研究結(jié)果如果能闡明這個(gè)問(wèn)題，circRNA則有望成為新的疾病預(yù)測(cè)因子和治療靶點(diǎn)。