俞元植，尹 敏，陳佳琦，劉 鋒

(吉林大學(xué)中日聯(lián)誼醫(yī)院 腎病內(nèi)科，吉林 長(zhǎng)春130033)

腎臟在糖尿病作用下，易發(fā)生纖維化，影響腎臟正常功能，導(dǎo)致糖尿病腎病(DKD)，并最終發(fā)展成終末期腎臟病(ESRD)。因此預(yù)防和延緩DKD進(jìn)展對(duì)減少ESRD的發(fā)生至關(guān)重要。多項(xiàng)研究表明環(huán)狀RNA(circRNA)參與DKD形成的多種機(jī)制，可能是DKD發(fā)病過(guò)程中的重要因子。因此本文將對(duì)circRNA與DKD的關(guān)系進(jìn)行綜述。

1 circRNA概述

1.1 circRNA的形成及分類(lèi)

circRNA是一種新型的非編碼RNA，近年來(lái)受到越來(lái)越多的關(guān)注[1]。circRNA主要來(lái)源于蛋白質(zhì)編碼的外顯子。但也可以來(lái)自基因組的內(nèi)含子、未翻譯區(qū)域或基因間隔區(qū)[2]。根據(jù)形成方式和序列的不同，circRNA可分為外顯子circRNA(ecircRNAs)、內(nèi)含子circRNA(ciRNAs)以及外顯子和內(nèi)含子共同組成的circRNA(EIciRNAs)[3-5]。目前較為明確的成環(huán)機(jī)制是ecircRNAs的兩種成環(huán)模型：一是直接反向剪接即內(nèi)含子配對(duì)環(huán)化，二是外顯子跳躍即套索驅(qū)動(dòng)環(huán)化[3]。此外還有ciRNAs形成模型，以及RNA結(jié)合蛋白(RBPs)或反式因子(trans-factors)驅(qū)動(dòng)的RNA環(huán)化模型[4,6]。

1.2 circRNA的特點(diǎn)

circRNA沒(méi)有5’帽與3’多聚腺苷尾，可以在一定程度上抵抗RNA核酸外切酶或核糖核酸酶的降解，因此具有高度穩(wěn)定性。同時(shí)，相對(duì)于circRNA相關(guān)的線性mRNA而言，circRNA半衰期稍長(zhǎng)[7]。有研究顯示，在某些類(lèi)型的細(xì)胞中，circRNA的表達(dá)能力較弱。而另一些研究表明其與相對(duì)應(yīng)的線性異構(gòu)體的豐度相當(dāng)或數(shù)倍[2-3]。關(guān)于circRNA表達(dá)豐度的研究差異可能由于細(xì)胞類(lèi)型特定或組織特定的表達(dá)模式[8]。此外，circRNA在物種間的表達(dá)方式和序列均高度保守[6]。這些特性使得circRNA有望成為人類(lèi)疾病的候選生物標(biāo)記。

1.3 circRNA的功能

海綿吸附miRNA(mircoRNA)：帶有miRNA結(jié)合位點(diǎn)的circRNA可作為競(jìng)爭(zhēng)性?xún)?nèi)源RNA(ceRNA)，阻礙miRNA與mRNA的反應(yīng)，影響miRNA的活性，提高miRNA靶標(biāo)的表達(dá)能力[9-10]。

與蛋白質(zhì)相互作用：circRNA與RNA結(jié)合蛋白(RBPs)結(jié)合，作為支架促進(jìn)蛋白質(zhì)復(fù)合體的形成和反應(yīng)[11-12]。如circPABPN1和HuR的結(jié)合抑制了HuR和PABPN1mRNA的結(jié)合，降低PABPN1的轉(zhuǎn)錄水平[13]。circ-Foxo3與細(xì)胞周期蛋白依賴(lài)性激酶 2(CDK2)和CDKA1或細(xì)胞周期蛋白激酶抑制劑(p21)結(jié)合，形成三元復(fù)合體，使細(xì)胞周期停滯[14]。

調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄：研究表明，一些源自反向剪接(具有保留的內(nèi)含子)或加工過(guò)的內(nèi)含子套索的circRNA保留在細(xì)胞核[4-5]。如通過(guò)與U1小核糖核蛋白(U1snRNR)相互作用或正向調(diào)節(jié)RNA聚合酶Ⅱ，EIciEIF3J和EIciPAIP2可以促進(jìn)親本基因的轉(zhuǎn)錄。而EIciEIF3J和EIciPAIP2的表達(dá)下調(diào)，EIF3J和PAIP2基因的轉(zhuǎn)錄水平也下調(diào)[5]。circRNA既可以增加線性RNA的轉(zhuǎn)錄，也可以抑制其轉(zhuǎn)錄。外顯子形成的 circRNA 在RNA合成與經(jīng)典剪接的互相競(jìng)爭(zhēng)中有重要作用。

參與翻譯：circRNA可通過(guò)帽子非依賴(lài)方式進(jìn)行轉(zhuǎn)錄。包含無(wú)限閱讀框的circRNA可模擬原核生物的RNA翻譯模式，以實(shí)現(xiàn)DNA滾環(huán)擴(kuò)增[15]。翻譯可以通過(guò)含有細(xì)胞內(nèi)核糖體插入部位(IRES)的circRNA來(lái)完成,或由N6-甲基腺苷化修飾(6mA or m6A)circRNA發(fā)生[16-17]。

2 circRNA在DKD腎纖維化發(fā)生中的機(jī)制

腎纖維化以腎小球硬化、腎小管間質(zhì)纖維化為主要特征。本質(zhì)上是細(xì)胞外基質(zhì)(ECM)過(guò)度沉積。同時(shí)，上皮細(xì)胞-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化(EMT)和外泌體(Exosome)也在腎纖維化過(guò)程中扮演著重要角色。

2.1 circRNA與腎小球系膜細(xì)胞

在高糖(HG)處理后的腎小球系膜細(xì)胞(GMC)中，circLRP6、circHIPK3、circ_0037128、circ-ACTR2、circ_0000064、circTLK1、circ-GNB4表達(dá)增加，通過(guò)GMC增殖、氧化應(yīng)激、炎癥、ECM積聚等不同方式，促進(jìn)DKD進(jìn)展。

circLRP6海綿吸附miR-205，上調(diào)HMGB1和激活TLR4/核因子-κB(NF-κB)通路來(lái)調(diào)節(jié)GMC增殖、氧化應(yīng)激、ECM沉積和炎癥[18]。circHIPK3通過(guò)海綿吸附miR-185，增加GMC中細(xì)胞周期蛋白D1(cyclin D1)、增殖細(xì)胞核抗原(PCNA)、促進(jìn)轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β1(TGF-β1)、Ⅰ型膠原蛋白(Collagen typeⅠ)，纖連蛋白(FN)的mRNA 豐度，促進(jìn)細(xì)胞增殖[19]。Wang等[20]發(fā)現(xiàn)circ_0037128通過(guò)miR-17-3p調(diào)節(jié)AKT3表達(dá)，刺激細(xì)胞增殖和纖維化。circ-ACTR2、circ_0000064、circ-GNB4分別通過(guò)miR-205-5p/高遷移率族蛋白A2(HMGA2)軸、miR-424-5p/WNT2B軸、circ-GNB4/miR-23c/EGR1軸促進(jìn)細(xì)胞增殖、炎癥和ECM沉積和氧化應(yīng)激[21-23]。而circTLK1則可通過(guò)海綿吸附miR-126-5p/miR-204-5p阻斷AKT/NF-κB通路以促進(jìn)炎癥、氧化應(yīng)激和ECM沉積，加重腎臟纖維化[24]。

2.2 circRNA與足細(xì)胞

炎癥誘導(dǎo)的足細(xì)胞(podocyte)損傷是腎小球纖維化、硬化和進(jìn)行性腎功能喪失的主要原因[25]。

circ_0000285通過(guò)海綿吸附miR-654-3p 和激活MAPK6，釋放白細(xì)胞介素-6(IL-6)、白細(xì)胞介素-1β(IL-1β)和腫瘤壞死因子-α(TNF-α)等炎癥因子，促進(jìn)足細(xì)胞損傷[26]。Fang等[27]發(fā)現(xiàn)hsa_circ_0037128通過(guò)調(diào)節(jié)miR-31-5p/ Kruppel樣轉(zhuǎn)錄因子9(KLF9)軸促進(jìn)足細(xì)胞損傷。

2.3 circRNA與腎小管上皮細(xì)胞

在HG處理后的腎小管上皮細(xì)胞中，circRNA_010383表達(dá)減少，可抑制腎小管間質(zhì)纖維化；circ_0037128、circEIF4G2、circ_0000064表達(dá)增加，則加重纖維化。

在體外，circRNA_010383過(guò)表達(dá)，通過(guò)海綿吸附miR-135a，抑制ECM蛋白沉積，并上調(diào)miR-135a的靶蛋白，瞬時(shí)受體電位陽(yáng)離子通道亞家族C成員1(TRPC1)的表達(dá)，負(fù)性調(diào)節(jié)ECM沉積和腎纖維化。在體內(nèi)，circRNA_010383過(guò)表達(dá)可抑制蛋白尿和腎臟纖維化，從而延緩DKD進(jìn)展[28]。

circ_0037128/miR-497-5P/活化T-細(xì)胞核因子(NFAT5)軸、circ_0000064/miR-532-3p/ROCK軸均參與促進(jìn)腎小管上皮細(xì)胞增殖、氧化應(yīng)激、炎癥和纖維化[29-30]。circEIF4G2通過(guò)miR-218/SERBP1軸，TGF-β1、ColⅠ和FN的表達(dá)增加，促使腎小管上皮細(xì)胞纖維化[31]。

2.4 circRNA與外泌體

外泌體是一種直徑為40-100 nm，包含了DNA、RNA 和蛋白質(zhì)的信息傳遞器。外泌體是circRNA的重要載體。在DKD進(jìn)展中起重要作用，可以作為DKD腎纖維化治療靶點(diǎn)[32-33]。

Li等[34]發(fā)現(xiàn)經(jīng)HG 處理的腎小球上皮細(xì)胞(GEC)外泌體中circTAOK1(circ_0003928)表達(dá)上調(diào)。GEC-circTAOK1-Exo海綿吸附miR-520h并調(diào)節(jié)SMAD表達(dá)，促進(jìn)GMC增殖、纖維化和EMT。外泌體circRNF169和circSTRN3可促進(jìn)α-SMA表達(dá)，上調(diào)或下調(diào)circRNF169和circSTRN可分別有效抑制或促進(jìn)細(xì)胞增殖、EMT，從而抑制或促進(jìn)DKD進(jìn)展[35]。HG處理后的GMC中分離的外泌體中，外泌體circ_DLGAP4、circ_0125310增加。且eco-circ_ DLGAP4、exo-circ_0125310能顯著促進(jìn)GMC增殖及纖維化。進(jìn)而發(fā)現(xiàn)circ_DLGAP4通過(guò)海綿化miR-143和調(diào)節(jié)Erb-b2受體酪氨酸激酶3(ERBB3) /NF-κB/基質(zhì)金屬蛋白酶-2(MMP-2)軸促進(jìn)GMC的增殖和纖維化。隨后的體內(nèi)測(cè)定證明circ_DLGAP4過(guò)表達(dá)后可調(diào)節(jié)miR-143/ERBB3/NF-κB/MMP-2，促進(jìn)DKD進(jìn)展[36]。circ_0125310海綿吸附miR-422a上調(diào)IGF1R/p38的表達(dá)水平，且體內(nèi)測(cè)定顯示circ_0125310表達(dá)過(guò)度可促進(jìn)DKD進(jìn)展。證明exo-ciec_0125310通過(guò)海綿吸附miR-422a，靶向IGF1R/P38軸，促進(jìn)細(xì)胞增殖和纖維化[37]。

2.5 circRNA與上皮細(xì)胞-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化

EMT是指通過(guò)特定的程序?qū)⑸掀ぜ?xì)胞轉(zhuǎn)化為間質(zhì)表型細(xì)胞的生物過(guò)程。主要特征有細(xì)胞黏附分子表達(dá)減少、細(xì)胞骨架以細(xì)胞角蛋白細(xì)胞骨架轉(zhuǎn)化后的波形蛋白(Vimentin)為主。

在HG誘導(dǎo)的小鼠GMC中，circ_0000491水平升高。敲除circ_0000491則可減少vimentin、FN和α-平滑肌肌動(dòng)蛋白(α-SMA)以及Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ型膠原蛋白(collagen typeⅠ、Ⅲ、Ⅳ，ColⅠ、Ⅲ、Ⅳ)，同時(shí)增加GMC中E-鈣黏蛋白(e-cadherin)，起到抑制EMT的作用。circRNA_0000491/miR-101b/TGFβRI軸可通過(guò)調(diào)控EMT，促進(jìn)DKD進(jìn)展[38]。

因此可以嘗試通過(guò)影響作用于GMC、足細(xì)胞、腎小管上皮細(xì)胞的circRNA，外泌體circRNA以及調(diào)控EMT的circRNA，改變DKD的腎臟損害程度。通過(guò)上述circRNA，可以進(jìn)一步了解腎臟纖維化，并為延緩DKD進(jìn)展提供新思路。

3 circRNA在DKD細(xì)胞程序性死亡中的機(jī)制

3.1 circRNA與凋亡

凋亡是由基因控制的細(xì)胞自主、有序死亡。在HG處理后的GMC中，circ_0000712、circ_0000491、circ-FBXW12過(guò)表達(dá)，而circ-AKT3、circ_LARP4、circSMAD4表達(dá)降低。

circ_0000712、circ_0000491分別通過(guò)miR-879-5p/SOX6軸、miR-455-3p/Hmgb1軸促進(jìn)細(xì)胞凋亡、炎癥、氧化應(yīng)激和纖維化[39-40]。降低circ-FBXW12可通過(guò)miR-31-5p/LIN28B軸抑制HG誘導(dǎo)HMC中的細(xì)胞增殖、細(xì)胞周期停滯、ECM產(chǎn)生和氧化應(yīng)激，從而延緩DKD進(jìn)展[41]。

circ-AKT3、circ_LARP4過(guò)表達(dá)抑制纖維化相關(guān)蛋白的水平，如FN、ColⅠ和ColⅣ，且抑制GMC凋亡。circ-AKT3通過(guò)調(diào)節(jié)miR-296-3p/E-cadherin信號(hào)抑制ECM沉積，從而延緩DKD的發(fā)展[42]。circ_LARP4可促進(jìn)BAX的表達(dá)，降低Bcl-2的表達(dá)。這說(shuō)明circ_LARP4的過(guò)度表達(dá)對(duì)細(xì)胞增殖有抑制作用，使細(xì)胞凋亡率增高。在DKD細(xì)胞模型中circ_LARP4低于正常細(xì)胞，circ_LARP4 過(guò)表達(dá)導(dǎo)致細(xì)胞增殖和細(xì)胞纖維化減少，但通過(guò)海綿化miR-424在DKD細(xì)胞中增加細(xì)胞凋亡[43]。circSMAD4過(guò)表達(dá)可通過(guò)miR-377-3p/BMP7軸減輕細(xì)胞炎癥、ECM沉積和細(xì)胞凋亡，延緩DKD進(jìn)展[44]。

HG處理后的腎小管上皮細(xì)胞中，circ_0041795、hsa_circ_0003928、circ_0003928、circ_0060077、circ_000166、circ_WBSCR17表達(dá)上調(diào)，促進(jìn)細(xì)胞凋亡；而circHIPK3表達(dá)下調(diào)，抑制細(xì)胞凋亡。

沉默circ_0041795通過(guò)靶向上調(diào)miR-361-3p可減弱腎小管上皮細(xì)胞凋亡和氧化應(yīng)激損傷[45]。hsa_circ_0003928、circ_0003928分別通過(guò)miR-151-3p/膜聯(lián)蛋白A2(Anxa2)軸、miR-506-3p/HDAC4軸促進(jìn)炎癥和細(xì)胞凋亡[46-47]。降低circ_0060077表達(dá)可通過(guò)miR-145-5p/VASN軸保護(hù)腎小管上皮細(xì)胞[48]。circ_000166、circ_WBSCR17分別通過(guò)miR-296/SGLT2軸、miR-185-5p/SOX6 軸促進(jìn)腎纖維化和細(xì)胞凋亡[49-50]。

circHIPK3通過(guò)miR-326/miR-487a-3p/沉默信息調(diào)節(jié)因子2相關(guān)酶1(SIRT1)SIRT1軸可減輕HG對(duì)腎小管上皮細(xì)胞的毒性作用，抑制其增殖和凋亡，減少炎性細(xì)胞因子的分泌，延緩DKD進(jìn)展[51]。

3.2 circRNA與焦亡

焦亡又稱(chēng)細(xì)胞炎性壞死，是程序性細(xì)胞死亡的一種，表現(xiàn)為細(xì)胞不斷膨脹，直至細(xì)胞膜破裂，引起細(xì)胞內(nèi)容物的釋放，繼而激活炎性反應(yīng)。

circ_0004951、circACTR2在DKD患者的腎組織和HG處理后的腎小管上皮細(xì)胞中均顯著上調(diào)。circ_0004951通過(guò)miR-93-5p/NLRP3通路，促進(jìn)腎小管上皮細(xì)胞焦亡[52]。減少circACTR2 表達(dá)可降低細(xì)胞焦亡、IL-1β的釋放以及ColⅣ和FN的產(chǎn)生，進(jìn)而調(diào)節(jié)DKD的細(xì)胞焦亡、炎癥及纖維化[53]。circ_0000181則通過(guò)調(diào)節(jié) miR-667-5p/NLRC4軸，促進(jìn)IL-1β和IL-18釋放，也可引起細(xì)胞焦亡[54]。

因此，通過(guò)影響作用于細(xì)胞程序性死亡的circRNA，可以為延緩DKD進(jìn)展提供新的方向。

4 小結(jié)

綜上，circRNA可通過(guò)氧化應(yīng)激、ECM沉積、炎癥、EMT、細(xì)胞凋亡、焦亡等方式參與腎小球硬化和腎小管間質(zhì)纖維化，加重或延緩腎臟纖維化，與DKD進(jìn)展密不可分，為DKD的診斷與治療提供了新靶點(diǎn)。同時(shí)circRNA具有高度保守性與穩(wěn)定性，以及細(xì)胞和組織特異性，circRNA有望成為DKD診斷及治療的生物標(biāo)記物。雖然通過(guò)circRNA診斷與治療DKD的前景廣闊，但上述研究?jī)H限于動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，案例數(shù)量相對(duì)較少，作用機(jī)制不夠透徹，尚未形成明確的信號(hào)通路，仍需深入探索，尋求更完整的機(jī)制理論，提供更安全的診斷與治療手段。所以circRNA在DKD中的作用還有待于進(jìn)一步的研究。