孟丹丹，李宗新綜述，張 詔，陶漢華審校

0 引 言

1976年環(huán)狀RNA(CircRNA)在RNA病毒中首次被發(fā)現(xiàn)，之后被發(fā)現(xiàn)也存在于真核細(xì)胞中[1]，其作為一種內(nèi)源性非編碼RNA，成為繼微小RNA(microRNA,miRNA)和長(zhǎng)鏈非編碼RNA(long noncoding RNA,lncRNA)之后RNA家族的新熱點(diǎn)[2-3]。CircRNA結(jié)構(gòu)上屬于一種環(huán)狀閉合的RNA，這種環(huán)狀閉合結(jié)構(gòu)使其在自身特性上具有高度的保守性、穩(wěn)定性及疾病的特異性。這也提示CircRNA有作為疾病診斷、預(yù)后等方面評(píng)價(jià)生物標(biāo)志物的潛力。呼吸系統(tǒng)疾病是全球范圍內(nèi)最常見(jiàn)的疾病之一，也是全球疾病主要死亡原因之一[4]。近年來(lái)越來(lái)越多研究表明，CircRNA與慢性呼吸系統(tǒng)疾病，如慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary disease, COPD)、肺癌、肺動(dòng)脈高壓(pulmonary arterial hypertension,PAH)、急性呼吸窘迫綜合征(acute respiratory distress syndrome，ARDS)等關(guān)系密切，這說(shuō)明CircRNA在慢性呼吸系統(tǒng)疾病的發(fā)生發(fā)展及預(yù)后過(guò)程中均發(fā)揮著重要作用，未來(lái)很有可能成為呼吸系統(tǒng)疾病診斷治療的新靶點(diǎn)。然而到目前為止，對(duì)于CircRNA在不同呼吸系統(tǒng)疾病中的作用相關(guān)綜述或總結(jié)甚少，因此，本文概括了CircRNA生物學(xué)功能并對(duì)CircRNA在呼吸系統(tǒng)疾病中的研究進(jìn)展作一綜述。

1 CircRNA概述

研究表明人體內(nèi)70%以上的基因可被轉(zhuǎn)錄，然而僅有1%～2%的轉(zhuǎn)錄體基因可被編碼蛋白，其余大部分基因均為非編碼RNA[5]。CircRNA是一種單鏈RNA分子，主要存在于細(xì)胞質(zhì)中，其不具有5′末端帽子和3′末端尾巴，是種共價(jià)閉合的環(huán)狀分子。與傳統(tǒng)線性RNA不同的是，CircRNA因?yàn)槠浣Y(jié)構(gòu)上的特異性使其在體內(nèi)更加穩(wěn)定保守，可對(duì)外切核酸酶(RNase)抵抗，不被降解[6]。這些非編碼RNA由于自身的高度保守性，可影響生物學(xué)進(jìn)程，包括各種腫瘤以及呼吸系統(tǒng)疾病。

2 CircRNA的生物學(xué)功能

Sanger等[7]借助顯微鏡觀察到結(jié)構(gòu)上呈環(huán)狀的RNA，但是當(dāng)時(shí)由于生物分析技術(shù)的發(fā)展限制普遍認(rèn)為CircRNA不具有生物學(xué)功能。隨后有研究證明，在真核細(xì)胞內(nèi)有大量且各不相同的CircRNA，此外CircRNA數(shù)量大概是線性RNA10倍左右，這提示CircRNA可能具有潛在生物學(xué)方面的功能[8]。隨著對(duì)CircRNA研究的不斷深入，目前關(guān)于CircRNA的生物工能及形成機(jī)制逐步被揭示。主要形成機(jī)制包括外顯子CircRNA(EcirRNA)、內(nèi)含子CircRNA(CiRNAs)和外顯子-內(nèi)含子CircRNA(EIciRNAs)3種。CircRNA的生物學(xué)功能主要包括：miRNA海綿，與RNA結(jié)合蛋白(RNA binding protein, RBP)相互作用，蛋白質(zhì)翻譯功能，近期研究發(fā)現(xiàn)還有充當(dāng)疾病分子標(biāo)志物的功能。

2.1 充當(dāng)miRNA海綿功能CircRNA海綿作用是最早被發(fā)現(xiàn)的功能，其充當(dāng)miRNA海綿目前已成為研究熱點(diǎn)。部分CircRNA含有許多miRNA結(jié)合位點(diǎn)，能與mRNA競(jìng)爭(zhēng)miRNA,與miRNA結(jié)合從而發(fā)揮海綿作用，對(duì)靶基因的表達(dá)起調(diào)控作用[9]。miRNA屬于線性非編碼RNA,能吸附mRNA并促進(jìn)其降解，是調(diào)節(jié)基因表達(dá)的分子。2013年兩個(gè)團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)并證明了CircRNA作為miRNA海綿發(fā)揮作用[10-11]，兩個(gè)團(tuán)隊(duì)均發(fā)現(xiàn)ciRS-7/CDR1as和miR-7在神經(jīng)組織中共表達(dá)，上調(diào)ciRS-7或者清除miR-7均會(huì)對(duì)斑馬魚(yú)中腦的生長(zhǎng)發(fā)育造成損傷；此外還發(fā)現(xiàn)CircRNA ciRS-7/CDR1as含有70多個(gè)常規(guī)miR-7結(jié)合位點(diǎn)，這是ciRS-7發(fā)揮超級(jí)海綿作用的基礎(chǔ)。Hansen等[11]研究發(fā)現(xiàn)小鼠睪丸特異性CircRNA(Sry)也能結(jié)合miR-138海綿發(fā)揮作用。然而近來(lái)研究發(fā)現(xiàn)，與ciRS-7相比，許多CircRNA并無(wú)與miRNA的結(jié)合位點(diǎn)，這說(shuō)明真正意義上能充當(dāng)miRNA海綿的CircRNA只占小部分。

2.2 與RBP相互作用CircRNA能在RBP的輔助作用下間接性調(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄。如CircRNA能與mRNA競(jìng)爭(zhēng)性的結(jié)合RBP從而對(duì)mRNA的翻譯產(chǎn)生影響。CircRNA還能充當(dāng)RBP超級(jí)海綿，從而對(duì)RBP表達(dá)產(chǎn)生影響，同時(shí)還能調(diào)節(jié)靶基因翻譯[12]。CircRNA又可與特定蛋白質(zhì)相互作用并增強(qiáng)其功能，如含有U1小核糖核蛋白和其他蛋白質(zhì)的RNA聚合酶Ⅱ復(fù)合物互作影響，以及將特定蛋白質(zhì)招募到某些位點(diǎn)或亞細(xì)胞區(qū)；Li等[13]研究發(fā)現(xiàn)EliciRNA可與UsnRNP互作形成復(fù)合物，促進(jìn)親本基因的轉(zhuǎn)錄。CircRNA又被證明可作為蛋白質(zhì)支架，通過(guò)和許多蛋白結(jié)合進(jìn)而影響蛋白的功能。Du等[14]研究表明，circ-Foxo3通過(guò)與p21和CDK2蛋白結(jié)合形成三元復(fù)合物并阻止CDK2的功能，從而延緩細(xì)胞周期進(jìn)程。

2.3 蛋白質(zhì)翻譯功能CircRNA編碼蛋白的功能首次在丁型肝炎病毒中得到證實(shí)[15]。研究表明CircRNA有兩種翻譯機(jī)制，一是依賴(lài)內(nèi)部核糖體進(jìn)入位點(diǎn)，另一種是依賴(lài)N6-甲基腺苷甲基化修飾(m6A)，通過(guò)兩種方式進(jìn)一步啟動(dòng)翻譯功能。人細(xì)胞內(nèi)源性circRNA經(jīng)過(guò)m6A修飾后能促進(jìn)內(nèi)源性circRNA的翻譯[16]。一定條件下真核核糖體的40S亞基又能與CircRNA結(jié)合，這能使翻譯功能直接開(kāi)啟[17]。有實(shí)驗(yàn)研究表明，CircRNA翻譯后的產(chǎn)物可以參與機(jī)體多個(gè)生理進(jìn)程，如能使線性翻譯產(chǎn)物不被泛素蛋白酶降解[18]，對(duì)PI3K/AKT通路起調(diào)控作用[19]，以及對(duì)原癌基因的轉(zhuǎn)錄延伸起抑制作用[20]。

2.4 作為疾病分子標(biāo)志物目前，CircRNA已經(jīng)被證實(shí)與癌癥、衰老以及其他慢性病密切相關(guān)，可作為疾病標(biāo)志物對(duì)疾病進(jìn)行診斷和檢測(cè)。在果蠅實(shí)驗(yàn)中證明了CircRNA是衰老的標(biāo)志物；此外，存在于人體唾液中的CircRNA也是潛在的疾病標(biāo)志物[21-22]。近期有研究表明，大量的CircRNA還存在于外泌體中，這可當(dāng)作疾病診斷的分子標(biāo)志物[23]。在乳腺腫瘤組織中的circFoxo3表達(dá)下調(diào)，這表明其可能有抑制癌細(xì)胞活性及腫瘤生長(zhǎng)的功能[24]；膠質(zhì)母細(xì)胞瘤組織中的circ-FBXW7普遍下調(diào)，已證實(shí)其編碼的FBXW7-185aa蛋白可以抑制膠質(zhì)瘤細(xì)胞的增殖[25]。

3 CircRNA與呼吸系統(tǒng)疾病的關(guān)系

CircRNA主要存在于細(xì)胞質(zhì)中，在不同組織及不同疾病中均有特異性表達(dá)，從而參與疾病的發(fā)生發(fā)展。CircRNA與不同的呼吸系統(tǒng)疾病密切相關(guān)，包括COPD、肺癌、ARDS、PH、肺結(jié)核等。目前大多數(shù)研究集中于CricRNA在肺癌中的作用，筆者總結(jié)了CircRNA在肺癌以及其他疾病中的作用，以便全面了解CircRNA在呼吸系統(tǒng)疾病中的作用。

3.1 CircRNA與COPD目前，有研究表明CircRNA在COPD患者的血清中有異常表達(dá)，與COPD的發(fā)展進(jìn)程密切相關(guān)[26]。Hsa_circ_000360在香煙煙霧所誘導(dǎo)的COPD的小氣道上皮細(xì)胞中顯著下調(diào)[27];zhou等[28]研究發(fā)現(xiàn)circ-HACE1可作為miR-485-3p海綿，通過(guò)下調(diào)TLR4水平從而抑制COPD細(xì)胞模型中CSE誘導(dǎo)的細(xì)胞損傷；Qiao等[29]研究表明，circ-RBMS1通過(guò)充當(dāng)miR-197-3p海綿促進(jìn)CS誘導(dǎo)的上皮細(xì)胞凋亡、炎癥及氧化應(yīng)激，參與COPD發(fā)病過(guò)程；Hsa_circ_0006872在COPD患者中表達(dá)升高且與miR-145-5p水平呈負(fù)相關(guān)，其表達(dá)下調(diào)會(huì)影響HPMC和BEAS-2B細(xì)胞的凋亡、炎癥和氧化應(yīng)激，還能通過(guò)調(diào)節(jié)miR-145-5p抑制CSE引起的細(xì)胞損傷[30]。

3.2 CircRNA與肺癌研究表明，越來(lái)越多的CircRNA被驗(yàn)證參與了多種癌癥進(jìn)程。Chi等[31]發(fā)現(xiàn)CircRNA hsa_circ_103820可通過(guò)海綿作用結(jié)合其靶基因miR-200b-3p抑制肺癌細(xì)胞的增殖、遷移和侵襲，從而抑制肺癌的發(fā)展；hsa_circ_0002483通過(guò)靶向miR-182-5P抑制NSCLC在體內(nèi)外的增殖侵襲[32]；circPTK2(hsa_circ_0008305)通過(guò)調(diào)節(jié)TIF1γ和NSCLC細(xì)胞上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)移來(lái)抑制TGF-β誘導(dǎo)的EMT，這揭示了CircRNA調(diào)節(jié)TGF-β介導(dǎo)的EMT和腫瘤轉(zhuǎn)移的新機(jī)制[33]。FOXM1誘導(dǎo)Circ-MMP2(circ-0039411)上調(diào)會(huì)促進(jìn)肺腺癌(lung adenocarcinoma，LUAD)細(xì)胞的增殖、遷移和上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化(epithelial mesenchymal transformation，EMT),沉默F(xiàn)OXM1可消除LUAD細(xì)胞增殖遷移和EMT,并且抑制體內(nèi)LUAD腫瘤的生長(zhǎng)和轉(zhuǎn)移，這為L(zhǎng)UAD的治療提供了新靶點(diǎn)[34]；CircRNA hsa_circ_0000326作為miR-338-3p海綿，并與miR-338-3p相互作用進(jìn)而上調(diào)下游靶點(diǎn)RAB14的表達(dá)，從而參與了LUAD進(jìn)展[35]；circTIMELESS可通過(guò)miR-136-5p/ROCK1軸調(diào)節(jié)肺鱗癌細(xì)胞(lung squamous cell carcinoma，LUSC)的增殖和侵襲，circusiment作為miR-136-5P的海綿并調(diào)節(jié)miR-136-5P表達(dá)，circTIMELESS有望成為L(zhǎng)USC的新治療靶點(diǎn)。研究發(fā)現(xiàn)CircSLC25A16在非小細(xì)胞肺癌(non-small cell lung cancer，NSCLC)組織/細(xì)胞中表達(dá)升高，且與患者不良預(yù)后有關(guān)，進(jìn)一步證明CircSLC25A16促進(jìn)非小細(xì)胞肺癌細(xì)胞的增殖可能是通過(guò)促進(jìn)糖解的方式在NSCLC中起癌基因的作用[37]。

Li等[38]研究發(fā)現(xiàn)circNDUFB2通過(guò)破壞IGF2BPs的穩(wěn)定性及激活腫瘤免疫抑制NSCLC進(jìn)展，機(jī)制是由三元復(fù)合物促進(jìn)IGF2BPs泛素化降解，再激活RIG-1觸發(fā)細(xì)胞免疫反應(yīng)產(chǎn)生；Shen等[39]研究發(fā)現(xiàn)G蛋白偶聯(lián)雌激素受體可通過(guò)調(diào)節(jié)YAP1/QKI/circNOTCH1/m6A甲基化NOTCH1途徑促進(jìn)NSCLC細(xì)胞生長(zhǎng)，未來(lái)靶向分子很有可能成為抑制NSCLC發(fā)展的潛在治療方法；Liang等[40]發(fā)現(xiàn)circDCUN1D4可通過(guò)穩(wěn)定硫氧還蛋白互作蛋白(thioredoxin-interacting protein,TXNIP)表達(dá)抑制LUAD的腫瘤轉(zhuǎn)移和糖酵解，其中circDCUN1D4作為支架促進(jìn)HuR蛋白和TXNIP mRNA之間的相互作用，從而增強(qiáng)TXNIP mRNA的穩(wěn)定性。

3.3 Circ RNA與TB在全球范圍內(nèi)，結(jié)核病(Tuberculosis,TB)是一種由結(jié)核分枝桿菌(Mycobacterium tuberculosis，Mtb)引起的一種可傳染的、危害人類(lèi)健康的一類(lèi)疾病。CircRNA廣泛參與人體多種疾病進(jìn)程，因此尋找CircRNA在結(jié)核病治療中的新靶點(diǎn)勢(shì)在必行。Luo[41]等研究表明CircRNA hsa_circ_0001380在活動(dòng)性肺結(jié)核(active pulmonary tuberculosis, APTB)患者外周血中表達(dá)下調(diào)，可作為APTB的診斷生物標(biāo)志物；Huang等[42]研究發(fā)現(xiàn)miR-224-5p、miR-324-5p和miR-488-5p是CircRNA-0003528的ceRNAs，肺結(jié)核患者血漿中CircRNA-0003528表達(dá)上調(diào)與miR-224-5p、miR-324-5p和miR-488-5p下調(diào)、以及CTLA4上調(diào)促進(jìn)結(jié)核相關(guān)巨噬細(xì)胞的極化有關(guān)；Deng等[43]研究表明Circ_0001490在結(jié)核患者和Mtb感染的THP-1巨噬細(xì)胞血清樣本中表達(dá)下調(diào)，Circ_0001490過(guò)表達(dá)部分通過(guò)靶向miR-579-3p/FSTL1軸抑制Mtb的存活，促進(jìn)THP-1巨噬細(xì)胞的存活和炎癥反應(yīng)。

3.4 CircRNA與PAH肺動(dòng)脈高壓(pulmonary Arterial hypertension，PAH)是指肺動(dòng)脈壓力升高到一定閾值以上的一種血流動(dòng)力學(xué)和病理生理狀態(tài)。目前研究發(fā)現(xiàn)，許多非編碼RNA都參與PAH的病理過(guò)程。Zhou等[44]研究發(fā)現(xiàn)，PAH的血管重塑與hsa_circ_0016070通過(guò)miR-942/CCND1促進(jìn)肺動(dòng)脈平滑肌細(xì)胞(pulmonary artery smooth muscle cell，PASMC)的增殖有關(guān)，CCND1通過(guò)血管重塑參與了PAH發(fā)??；Zhang等[45]研究發(fā)現(xiàn)circ-calm4作為miR-337-3p海綿調(diào)節(jié)Myosin10表達(dá)，通過(guò)調(diào)控細(xì)胞周期進(jìn)程抑制PASMC增殖，為PAH的早期診斷及治療提供靶點(diǎn)；Ma等[46]發(fā)現(xiàn)circ CDR1as作為miR-7-5p海綿減弱其下游靶基因CAMK2D和CNN3抑制作用，增加缺氧時(shí)HPASM鈣化。Wang等[47]通過(guò)進(jìn)行CircRNA微陣列檢測(cè)缺氧誘導(dǎo)PH小鼠肺中失調(diào)CircRNA,通過(guò)CircRNA-miRNA mRNA網(wǎng)絡(luò)分析、基因本體論和京都基因和基因組百科全書(shū)分析來(lái)進(jìn)一步了解相關(guān)機(jī)制和途徑，失調(diào)的CircRNA可能在缺氧誘導(dǎo)的PH發(fā)病機(jī)制中起關(guān)鍵作用，并有可能成為治療的潛在靶點(diǎn)。以上研究表明，CircRNA在PAH的發(fā)展中具有潛在作用，但對(duì)于失調(diào)的CircRNA仍缺乏更深入的功能和機(jī)制方面的研究。

3.5 CircRNA與ARDS急性呼吸窘迫綜合征(acute respiratory distress syndrome，ARDS)屬于嚴(yán)重的急性肺損傷(acute lung injury，ALI)階段或類(lèi)型，以頑固性動(dòng)脈低氧血癥和呼吸衰竭為特征的一種致命呼吸系統(tǒng)疾病。CircRNA作為miRNA海綿，可能從一個(gè)新的角度幫助我們開(kāi)發(fā)ARDS的有效治療方法。研究表明，miR-155和miR-17等miRNA在ALI的發(fā)展和治療中起著關(guān)鍵作用[48]。Tang等[49]發(fā)現(xiàn)Circ 0001434通過(guò)miR-6255p激活Wnt/β連環(huán)蛋白/NF-κB介導(dǎo)ALI誘導(dǎo)的肺部炎癥抗，故抗-circ 0001434可通過(guò)抑制NF-κB和激活Wnt/β-catenin通路的抗炎作用從而成為治療ALI的有效藥物；Yang等[50]發(fā)現(xiàn)circ_0054633的沉默通過(guò)NF-κB信號(hào)通路減輕脂多糖誘導(dǎo)的ALI模型的炎癥和增殖，說(shuō)明circ_0054633可能是ALI診斷和治療的潛在生物標(biāo)志物；Ye等[51]發(fā)現(xiàn)由吸入煙霧引起ALI后大鼠肺中有10種差異表達(dá)的Circ RNA，這些不斷變化的CircRNA提高了對(duì)ARDS/ALI中CircRNA的分子機(jī)制和生物學(xué)功能的理解，但是后期還需要確定其作用機(jī)制以及進(jìn)一步驗(yàn)證ARDS/ALI患者。

4 結(jié)語(yǔ)與展望

CircRNA作為RNA家族中具有潛在調(diào)節(jié)功能的成員，已經(jīng)引起了呼吸系統(tǒng)疾病研究者們?cè)絹?lái)越多的關(guān)注。CircRNA在呼吸系統(tǒng)疾病中的潛在應(yīng)用可分為兩種方式，一種是成為不同呼吸系統(tǒng)疾病診斷及預(yù)后的重要生物標(biāo)志物，另一種是通過(guò)調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)CircRNA的表達(dá)成為某些疾病特殊治療靶點(diǎn)。CircRNA在不同的呼吸系統(tǒng)疾病有重要價(jià)值，尤其是對(duì)肺癌的研究更是意義重大。本研究旨在關(guān)注CircRNA功能以及在呼吸系統(tǒng)疾病中的潛在意義，并為臨床慢性呼吸系統(tǒng)疾病的診斷治療及預(yù)后評(píng)估作一參考。然而，關(guān)于CircRNA在呼吸系統(tǒng)疾病中作用研究才剛剛開(kāi)始。目前研究的廣度和深度都是有限的，對(duì)于探索CircRNAs在呼吸系統(tǒng)疾病中的作用我們?nèi)匀幻媾R許多挑戰(zhàn)。CircRNA目前已成為人類(lèi)疾病研究的主要焦點(diǎn)，在不久的將來(lái)，它們?cè)诤粑到y(tǒng)疾病的診斷、治療和預(yù)后方面具有很高的特異性，在疾病的診斷治療及預(yù)后方面都將具有廣闊的前景。