羅 菊,毛嘉妮,夏銀釗,楊震國

(西南大學(xué)動物科學(xué)技術(shù)學(xué)院 生物飼料與分子營養(yǎng)實(shí)驗室,重慶 400715)

在機(jī)體消化過程中,腸黏膜選擇性地吸收水和營養(yǎng)物質(zhì)、阻止腸道細(xì)菌異位、發(fā)揮腸道免疫功能,以協(xié)助機(jī)體維持腸道穩(wěn)態(tài)[1]。腸道是機(jī)體內(nèi)環(huán)境與外部環(huán)境相互作用的門戶,它不僅是重要的消化吸收場所也是機(jī)體重要的免疫防御屏障。功能上,腸道黏膜屏障可分為機(jī)械屏障、化學(xué)屏障、免疫屏障和生物屏障[2]。多種因素均可導(dǎo)致腸道屏障功能障礙,完整的腸道屏障對于機(jī)體健康的維持和疾病預(yù)防至關(guān)重要[3]。

現(xiàn)有研究表明,circRNAs在哺乳動物腸道中發(fā)揮重要調(diào)控作用,并通過多種方式參與調(diào)控腸道屏障的維持。Zeng等[4]檢測了豬乳外泌體(porcine milk exosomes, PME)中長鏈非編碼RNA(long non-coding RNAs, lncRNAs)和circRNAs的表達(dá)情況,結(jié)果顯示PME中共鑒定出61個circRNAs,進(jìn)一步探究發(fā)現(xiàn)circRNAs可能靶向許多與腸道屏障相關(guān)的miRNAs。Chung等[5]敲除小鼠腸道中circRNACdr1as后發(fā)現(xiàn),小鼠腸道黏膜組織中潘氏細(xì)胞數(shù)量增加,此外,circRNACdr1as缺失后腸道的機(jī)械屏障功能增強(qiáng)。Li等[6]研究發(fā)現(xiàn),hsa_circ_0001021在結(jié)腸炎患者中表達(dá)顯著下調(diào),hsa_circ_0001021可與miR-224-5p相互作用調(diào)節(jié)腸道上皮屏障功能。目前關(guān)于circRNAs的研究多集中在疾病防治、組織特異性、配子發(fā)生及早期胚胎發(fā)育等醫(yī)學(xué)和生物學(xué)領(lǐng)域,對于其在哺乳動物腸道屏障中所發(fā)揮的調(diào)控機(jī)制研究還處于起步階段,在家畜中的相關(guān)研究更是鮮有報道。本文主要綜述了circRNAs在哺乳動物腸道機(jī)械屏障、腸道免疫屏障及腸道微生物屏障中的調(diào)控機(jī)制,以期為其在畜牧生產(chǎn)實(shí)踐中能夠加以運(yùn)用提供理論依據(jù)。

1 circRNAs概況

1.1 circRNAs的發(fā)現(xiàn)

與線性RNA不同,circRNAs是一類由非編碼RNA的5′和3′端共價連接形成的閉合circRNAs[7]。1976年,Sanger等[8]首次在植物感染的類病毒中發(fā)現(xiàn)了這些呈閉合環(huán)狀的單鏈RNA分子。雖然在真核生物中也發(fā)現(xiàn)了circRNAs存在,但是由于當(dāng)時技術(shù)的限制,circRNAs被認(rèn)為是一種RNA轉(zhuǎn)錄剪切錯誤未能引起重視。近年來,隨著高通量測序等技術(shù)的發(fā)展,許多circRNAs被發(fā)現(xiàn)與人類癌癥、腫瘤等疾病有關(guān),circRNAs成為了新的研究熱點(diǎn)。

1.2 circRNAs的特點(diǎn)

據(jù)目前的研究來看,circRNAs具有以下特點(diǎn):1)circRNAs廣泛存在于真核生物細(xì)胞中[9];2)circ-RNAs具有高度保守性,多數(shù)具有高度保守序列,僅少數(shù)會產(chǎn)生進(jìn)化改變[10];3)circRNAs大部分是ncRNAs,呈閉合環(huán)狀;4)circRNAs不具有5′末端帽子和3′末端尾巴,不易被RNA核糖核酸外切酶R(ribonuclease R,RNase R)破壞,比線性RNA穩(wěn)定性更好[11];5)大量circRNAs存在于細(xì)胞質(zhì)中,少部分位于細(xì)胞核中[11];6)circRNAs大多數(shù)來源于外顯子,少數(shù)來源于內(nèi)含子[12];7)部分circRNAs具有miRNAs應(yīng)答元件,與miRNAs相互作用,調(diào)控其靶基因的表達(dá)[13];8)大部分circRNAs能在轉(zhuǎn)錄或轉(zhuǎn)錄后水平發(fā)揮調(diào)控作用,少數(shù)只能在轉(zhuǎn)錄水平發(fā)揮作用[14]。

1.3 circRNAs的分類

按照circRNAs序列來源,可分為以下4類:1)源于外顯子的circRNAs (exonic circRNAs,ecirc RNAs):僅由外顯子組成,主要存在于細(xì)胞質(zhì)中,含量最豐富[15-16];2)源于內(nèi)含子的circRNAs(circular intronic RNAs,ciRNAs):由內(nèi)含子組成,主要存在于細(xì)胞核中[17];3)由外顯子和內(nèi)含子共同構(gòu)成的circRNAs(exon-intron circRNAs,EIcircRNAs):由外顯子和內(nèi)含子組成,主要在細(xì)胞核中表達(dá)[16,18];4)病毒circRNAs,由病毒RNA基因組、tRNAs、rRNAs和snRNAs等的環(huán)狀化產(chǎn)生[19]。

1.4 circRNAs的產(chǎn)生機(jī)制

根據(jù)不同的環(huán)化方式,circRNAs的產(chǎn)生機(jī)制可分為以下3種類型:1)由套索驅(qū)動環(huán)化形成的circRNAs:該途徑是在mRNA前體上游5′剪接供體位點(diǎn)與下游3′剪接受體位點(diǎn)以共價鍵結(jié)合,產(chǎn)生含有外顯子和內(nèi)含子的套索,再通過反向剪接切除內(nèi)含子,產(chǎn)生circRNAs[20];2)由內(nèi)含子配對驅(qū)動環(huán)化形成的circRNAs:在該途徑中circRNAs外顯子兩側(cè)的內(nèi)含子存在反向互補(bǔ)序列,內(nèi)含子在剪接位點(diǎn)反向互補(bǔ)配對,隨后將互補(bǔ)配對的內(nèi)含子反向剪接,由此形成不同種類型的circRNAs[13];3)RNA結(jié)合蛋白(RNA-binding protein,RBP)驅(qū)動環(huán)化形成的circRNAs,RBP通過與circRNAs外顯子兩端的內(nèi)含子結(jié)合從而拉近了供體位點(diǎn)和受體位點(diǎn)的距離,促進(jìn)circRNAs的產(chǎn)生[21]。

1.5 circRNAs的功能

研究發(fā)現(xiàn),circRNAs主要有以下功能:1)充當(dāng)miRNAs的海綿;miRNAs是一種長度約20～24個核苷酸的小RNA,可以通過與mRNA的5′和3′端非編碼區(qū)(untranslate dregions,UTRs)結(jié)合,使目標(biāo)mRNA降解,廣泛參與轉(zhuǎn)錄后基因表達(dá)調(diào)控作用[22-23]。circRNAs上存在結(jié)合位點(diǎn)可與特定miRNAs結(jié)合,減少miRNAs與靶基因的結(jié)合,從而影響miRNAs對靶基因的調(diào)控作用[7]。2)參與蛋白質(zhì)的形成;一些研究發(fā)現(xiàn),許多circRNAs具有內(nèi)部核糖體進(jìn)入位點(diǎn)(internal ribosome entry site,IRES)或開放閱讀框(open reading frame,ORF),參與功能蛋白的轉(zhuǎn)錄和翻譯[24]。3)與蛋白質(zhì)的互作作用;4)促進(jìn)親本基因的轉(zhuǎn)錄[9];例如,由circ-EIF3J和circ-PIAP2形成的EiciRNAs-u1 SNRNP化合物可以與RNA聚合酶Ⅱ相互作用,促進(jìn)親本基因轉(zhuǎn)錄過程[25]。5)作為翻譯模板[26];6)作為生物標(biāo)記分子;如:癌癥和腫瘤[27-28]、心血管系統(tǒng)疾病[29]、腸道疾病等[30]。

2 circRNAs對哺乳動物腸屏障功能的影響及作用機(jī)制

2.1 circRNAs對哺乳動物腸道機(jī)械屏障的影響及作用機(jī)制

哺乳動物的腸道機(jī)械屏障由腸上皮細(xì)胞、細(xì)胞間連接復(fù)合物組成[31],其中腸道上皮細(xì)胞是腸道物理屏障的最強(qiáng)決定因素。腸上皮細(xì)胞由腸道隱窩中的干細(xì)胞增殖分化而來,包括吸收性腸上皮細(xì)胞、杯狀細(xì)胞、腸內(nèi)分泌細(xì)胞、潘氏細(xì)胞等[32]。腸道干細(xì)胞通過調(diào)控腸道上皮細(xì)胞的更新和再生進(jìn)而影響腸道機(jī)械屏障功能,現(xiàn)有研究表明circRNAs對哺乳動物腸道干細(xì)胞及腸道上皮細(xì)胞具有調(diào)節(jié)作用并影響動物腸道屏障功能。Zhu等[33]研究發(fā)現(xiàn),小鼠和人類的腸道干細(xì)胞(intestinal stem cells,ISCs)中circPan3高表達(dá),并以一種依賴于免疫細(xì)胞的方式參與了腸干細(xì)胞的自我更新,進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn),circPan3與白細(xì)胞介素13受體α1亞基(interleukin-13 receptor subunit alpha-1,IL-13Rα1)的mRNA結(jié)合,從而促進(jìn)IL-13Rα1在腸干細(xì)胞中穩(wěn)定表達(dá);同時,由Ⅱ型固有淋巴細(xì)胞(type 2 innate lymphoid cell,ILC2)分泌的白細(xì)胞介素13(interleukin 13,IL-13)與IL-13Rα1結(jié)合并激活Foxp1的表達(dá),促進(jìn)β-Catenin入核,參與腸干細(xì)胞的自我更新。Guo等[34]研究發(fā)現(xiàn),在小鼠小腸隱窩和結(jié)腸中circBtnl1可負(fù)調(diào)控ISCs的自我更新,敲除circBtnl1后腸道自我更新和上皮細(xì)胞再生能力增強(qiáng);進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn),circBtnl1可與DEAD解旋酶因子(DEAD-box helicase 3 Y-linked,DDX3Y)蛋白相互作用,進(jìn)而影響Atf4 mRNA的穩(wěn)定性,且Sox9轉(zhuǎn)錄被抑制,導(dǎo)致ISCs的自我更新能力和上皮再生減弱。以上研究表明,circRNAs可調(diào)控腸道上皮細(xì)胞的周轉(zhuǎn)更新,間接調(diào)控腸道機(jī)械屏障功能。

腸道上皮細(xì)胞是維持腸道機(jī)械屏障功能的基礎(chǔ),現(xiàn)有研究表明circRNAs通過多種方式參與調(diào)控腸道上皮細(xì)胞生理狀態(tài)進(jìn)而影響腸道屏障功能。Li等[35]構(gòu)建了體外豬小腸上皮細(xì)胞(porcine intestinal epithelial cells,IPEC-J2)氧化應(yīng)激模型,研究發(fā)現(xiàn)circGLI3發(fā)揮“海綿作用”吸附miR-339-5p,進(jìn)而調(diào)控VEGFA基因的表達(dá),且過表達(dá)circGLI3可促進(jìn)IPEC-J2的增殖并顯著提高細(xì)胞中抗氧化酶活性,促進(jìn)腸道機(jī)械屏障的穩(wěn)態(tài)。方滿新[36]研究發(fā)現(xiàn),IPEC-J2感染豬圓環(huán)病毒2型(porcine circovirus type 2,PCV2)后,circRNA4410可與lncRNA MSTRG.19 762.1競爭性結(jié)合ssc-miR-429-3p進(jìn)而解除ssc-miR-429-3p對靶基因IL1A的抑制作用,從而減少IPEC-J2的凋亡且使IL-8、 IL-6、TNF-α、IL-7等細(xì)胞因子表達(dá)下調(diào)。Zhao等[37]研究發(fā)現(xiàn),傳染性胃腸炎冠狀病毒感染IPEC-J2后,細(xì)胞發(fā)生炎癥反應(yīng)并死亡,且circEZH2表達(dá)下調(diào),進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)circEZH2通過“海綿化”miR-22調(diào)控circEZH2/miR-22/HK2軸和circEZH2/miR-22/IL-6/NF-κB軸,減緩細(xì)胞炎癥反應(yīng)。上述研究表明,circRNAs通過調(diào)控腸道上皮細(xì)胞的生理狀態(tài)間接參與腸道機(jī)械屏障功能的維持。

研究發(fā)現(xiàn),動物腸道黏膜受損時,circRNAs參與調(diào)節(jié)腸道機(jī)械屏障功能,使腸道維持其正常生理功能。Liu等[38]研究發(fā)現(xiàn),circ_0001105在患膿毒癥的大鼠腸黏膜組織表達(dá)下調(diào),而上調(diào)circ_0001105后降低了腸道中炎癥因子和Yes關(guān)聯(lián)蛋白(Yes-associated protein,YAP)的表達(dá),并緩解了腸道的氧化損傷,從而維持了患膿毒癥大鼠腸道的腸道屏障功能。Ye等[39]研究發(fā)現(xiàn),膿毒癥患者腸道隱窩細(xì)胞中circFLNA表達(dá)上調(diào),進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)circFLNA通過“海綿化”miR-766-3p增強(qiáng)了Fas介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡信號通路,且circFLNA在體內(nèi)外模型中均通過miR-766-3p/Fas軸促進(jìn)腸上皮細(xì)胞凋亡和炎癥反應(yīng)。Liu等[40]研究發(fā)現(xiàn),在患膿毒癥大鼠中沉默circDNMT3B會加劇腸組織氧化損傷、增加炎癥因子水平,miR-20b-5p可上調(diào)膿毒癥大鼠腸道中炎癥因子水平、破壞腸道黏膜屏障,進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)circDNMT3B可作為miR-20b-5p“海綿”,進(jìn)而負(fù)向調(diào)節(jié)miR-20b-5p對腸道黏膜屏障的破壞作用。Zhang等[41]發(fā)現(xiàn),在嚴(yán)重?zé)齻麑?dǎo)致腸黏膜受損的小鼠中過表達(dá)circRNA_Maml2可促進(jìn)腸上皮細(xì)胞的增殖和遷移,其具體機(jī)制為circRNA_Maml2可作為“miRNA海綿”結(jié)合miR-93-3p,激活FZD7介導(dǎo)的Wnt/β-catenin信號通路,促進(jìn)腸道上皮細(xì)胞增殖和遷移,加快嚴(yán)重?zé)齻笫軗p腸黏膜屏障的修復(fù)。Deng等[42]也在嚴(yán)重?zé)齻∈竽c道中發(fā)現(xiàn)circMaml2的表達(dá)明顯降低,而過表達(dá)circMaml2可改善嚴(yán)重?zé)齻蟮哪c黏膜損傷和促進(jìn)腸道屏障的修復(fù),進(jìn)一步研究表明在小鼠腸上皮細(xì)胞中circMaml2作為“miRNA海綿”與miR-683結(jié)合,調(diào)控miR-683對靶基因Sec62的作用,同時通過PTBP1通路促進(jìn)受損腸黏膜的重建。Yang等[43]研究發(fā)現(xiàn),N-草酰基-D-苯丙氨酸(N-oxalyl-D-phenylalanine,NOFD)可增強(qiáng)HIF-1α(hypoxia-inducible factor,HIF)的轉(zhuǎn)錄活性,減輕電離輻射造成的胃腸道損傷,維持腸上皮屏障功能;并且發(fā)現(xiàn)NOFD可促進(jìn)circRNA_2909和circRNA_0323與mmu-miR- 92a-1-5p競爭性結(jié)合,解除對HIF-1α基因的抑制,使HIF-1α的轉(zhuǎn)錄活性增強(qiáng),促進(jìn)胃腸道損傷修復(fù)。營養(yǎng)物質(zhì)也可通過影響circRNAs表達(dá)參與腸道屏障功能調(diào)控。Li等[44]研究發(fā)現(xiàn),香葉木素可緩解由葡聚糖硫酸鈉(dextran sulfate sodium,DDS)導(dǎo)致腸道屏障功能的破壞,進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)香葉木素增加緊密連接蛋白的表達(dá)并降低腸道中炎癥因子水平,還可激活circ-Sirt1/Sirt1軸抑制NF-κB通路減緩由DDS導(dǎo)致的小鼠結(jié)腸氧化應(yīng)激和炎癥反應(yīng),并促進(jìn)腸道屏障的穩(wěn)態(tài)。

細(xì)胞間連接復(fù)合物中的緊密連接是由跨膜蛋白(如:claudins,occluddin)、外周膜蛋白(如:zonula occluddens (ZO)-1,ZO-2,ZO-3)和調(diào)節(jié)蛋白相互連接形成的封閉復(fù)合物,是維持腸道上皮屏障功能和控制腸道上皮通透性的重要因素[45]?，F(xiàn)有研究表明,circRNAs可調(diào)控跨膜蛋白及外周膜蛋白的表達(dá)影響腸道屏障功能。Rankin等[46]研究發(fā)現(xiàn),長鏈非編碼RNA CDKN2B-AS1存在兩種表達(dá)形式——線型和環(huán)型,且兩種形式在炎癥性腸病患者的結(jié)腸細(xì)胞中均顯著下調(diào),CDKN2B-AS1下調(diào)后結(jié)腸細(xì)胞數(shù)量顯著增多。此外,CDKN2B-AS1的下調(diào)導(dǎo)致緊密連接蛋白Claudin-2也下調(diào),從而增強(qiáng)了結(jié)腸細(xì)胞的屏障功能。Zhao等[47]研究發(fā)現(xiàn),在克羅恩患者結(jié)腸組織中circSMAD4表達(dá)顯著上調(diào),且過表達(dá)circSMAD4顯著下調(diào)occludin和ZO-1的表達(dá),促進(jìn)上皮細(xì)胞的凋亡,進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)circSMAD4通過與miR-135a-5p相互作用促進(jìn)JAK2激酶表達(dá),導(dǎo)致腸道屏障破壞并促進(jìn)克羅恩結(jié)腸炎的發(fā)展。

雖然許多circRNAs在腸道黏膜機(jī)械屏障中的作用機(jī)制仍然不是十分清楚,但根據(jù)以上研究表明,腸道屏障受損后circRNAs參與修復(fù)過程并對腸道穩(wěn)態(tài)的維持發(fā)揮重要調(diào)控作用。

2.2 circRNAs對哺乳動物腸道化學(xué)屏障的影響及作用機(jī)制

腸道化學(xué)屏障由胃酸、抗菌肽、溶菌酶等化學(xué)物質(zhì)構(gòu)成。潘氏細(xì)胞分泌的肽類和蛋白在抵御外來致病菌及維持腸道化學(xué)屏障功能穩(wěn)態(tài)等方面具有重要作用?，F(xiàn)有研究表明,circRNAs可通過調(diào)控潘氏細(xì)胞功能影響腸道化學(xué)屏障。Xiao等[48]建立盲腸結(jié)扎和穿刺誘導(dǎo)的小鼠損傷模型進(jìn)行研究,發(fā)現(xiàn)在腸上皮穩(wěn)態(tài)和腸道黏膜病理狀態(tài)發(fā)生變化時,circ-HIPK3的表達(dá)水平會產(chǎn)生顯著性差異,并伴有潘氏細(xì)胞缺陷、損傷,雖然circHIPK3在潘氏細(xì)胞中所發(fā)揮的調(diào)控作用尚不清楚,但這些發(fā)現(xiàn)表明,circ-HIPK3在腸道化學(xué)屏障中具有調(diào)節(jié)作用。Li等[49]研究發(fā)現(xiàn),在腸道黏膜損傷或炎癥性腸病患者腸上皮細(xì)胞中HuR和ATG16L1基因表達(dá)下降且潘氏細(xì)胞數(shù)量減少,已有的研究表明ATG16L1基因表達(dá)會導(dǎo)致潘氏細(xì)胞損傷,進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)circPABPN1可抑制HuR與ATG16L1 mRNA的結(jié)合,進(jìn)而抑制ATG16L1的翻譯,從而參與調(diào)節(jié)腸道潘氏細(xì)胞功能。

在miRNAs的研究中也發(fā)現(xiàn),miRNAs對腸道化學(xué)屏障具有調(diào)節(jié)作用,如miR-195過表達(dá)小鼠的腸道黏膜組織中簇細(xì)胞和潘氏細(xì)胞減少,但對杯狀細(xì)胞和腸道上皮細(xì)胞無影響,其機(jī)制為miR-195與HuR蛋白競爭性結(jié)合Dclk1 mRNA從而抑制DclkmRNA的翻譯,損壞了簇細(xì)胞和潘氏細(xì)胞的功能[50]。Zhu[51]等研究發(fā)現(xiàn),hsa_circ_0013401作為miR-195的“海綿”下調(diào)PAK2基因的表達(dá)從而調(diào)節(jié)神經(jīng)母細(xì)胞瘤的生理活動。由此推斷,miR-195在腸道化學(xué)屏障中的作用受到circRNAs調(diào)控。Mo[52]等研究發(fā)現(xiàn),miR-429在小鼠結(jié)腸炎組織中表達(dá)下調(diào),而MARCKS基因表達(dá)水平上調(diào),MARCKS可調(diào)控腸道粘蛋白2的分泌,進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)miR-429可與MARCKS靶向結(jié)合共同調(diào)控腸道化學(xué)屏障。Li[53]等研究發(fā)現(xiàn),circPPARA可靶向miR-429和miR-200b調(diào)控豬肌肉內(nèi)前脂肪細(xì)胞的分化和增殖,影響豬肌肉內(nèi)脂肪的生成。由上述研究可知,circRNAs可通過介導(dǎo)miRNAs的表達(dá)在哺乳動物化學(xué)屏障中的產(chǎn)生調(diào)控作用。

circRNAs在動物腸道化學(xué)屏障中調(diào)節(jié)機(jī)制的研究較少,但以上研究表明circRNAs可調(diào)節(jié)化學(xué)屏障細(xì)胞的生理狀態(tài)參與腸道化學(xué)屏障調(diào)控。

2.3 circRNAs對哺乳動物腸道免疫屏障的影響及作用機(jī)制

先天性淋巴細(xì)胞(innate lymphoid cells,ILCs)是一類免疫效應(yīng)細(xì)胞,在宿主防御、代謝穩(wěn)態(tài)和組織修復(fù)等方面具有重要作用,先天性淋巴細(xì)胞在細(xì)胞因子介導(dǎo)的腸上皮細(xì)胞屏障完整性調(diào)控中發(fā)揮著重要作用。3型先天淋巴樣細(xì)胞(group 3 innate lymphoid cell,ILC3)是ILCs的亞群之一[54],ILC3在腸道免疫、炎癥和組織穩(wěn)態(tài)中起調(diào)節(jié)作用,現(xiàn)有研究證實(shí)circRNAs可調(diào)節(jié)ILC3功能進(jìn)而影響腸道免疫屏障。Liu等[55]研究發(fā)現(xiàn),用葡聚糖硫酸鈉(dextran sodium sulfate,DSS)處理小鼠后觀察到ILC3的激活被抑制,小鼠腸道3型先天淋巴樣細(xì)胞中circKcnt2的表達(dá)顯著上調(diào),進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)circ-Kcnt2與核小體重構(gòu)脫乙酰酶(nuclesome remodeling deactylase,NuRD)復(fù)合物中的Mbd3相互作用,將NuRD復(fù)合物招募到ILC3中的Batf啟動子上,抑制Batf轉(zhuǎn)錄,從而抑制ILC3的激活,促進(jìn)先天結(jié)腸炎的愈合。Liu等[56]研究發(fā)現(xiàn),在ILC3中circZbtb20高表達(dá),進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)circZbtb20可增強(qiáng)Alkbh5和Nr4a1 mRNA之間的相互作用并促進(jìn)Nr4a1 mRNA穩(wěn)定性,Nr4a1啟動Notch2信號通路的激活,這有助于維持ILC3的功能,從而維持了腸道的穩(wěn)態(tài)。Liu等[57]研究發(fā)現(xiàn),circTmem241在ILC3及先天淋巴細(xì)胞祖細(xì)胞中高表達(dá),且在缺失circTmem241后ILC3s的抗菌免疫功能被減弱;在先天淋巴前體細(xì)胞(innate lymphoid cell precursors,ILCPs)中,circ-Tmem241能夠與Nono蛋白相互作用,從而招募組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶 Ash1l到Elk3的啟動子上,促進(jìn)Elk3轉(zhuǎn)錄,并最終影響ILC3s的分化及其抗菌免疫功能。除此之外,有研究發(fā)現(xiàn)circRNAs直接參與細(xì)胞免疫應(yīng)答反應(yīng)基因,調(diào)控腸道免疫屏障。OuYang等[58]研究發(fā)現(xiàn),circ_0001187在結(jié)腸炎患者結(jié)腸黏膜細(xì)胞及血清外泌體中過表達(dá),通過利用腫瘤壞死因子-α刺激人正常結(jié)直腸黏膜細(xì)胞(human normal colorectal mucosa cells,FHC) 構(gòu)建細(xì)胞炎癥模型進(jìn)行探究,發(fā)現(xiàn)下調(diào)circ_0001187可促進(jìn)FHC的增殖,并抑制FHC炎癥反應(yīng)和氧化應(yīng)激,其具體機(jī)制為circ_0001187可以“海綿化”miR-1236-3p,導(dǎo)致miR-1236-3p的靶基因髓系分化因子88(myeloid differentiation factor 88,MYD88)表達(dá)下調(diào),MYD88是細(xì)胞免疫應(yīng)答反應(yīng)中的關(guān)鍵基因。

此外,在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域RNA核酸疫苗的研發(fā)也揭示了cirRNAs參與機(jī)體免疫活動的調(diào)控。2022年,Qu等[59]成功研發(fā)針對新型冠狀病毒的環(huán)狀RNA疫苗,研究表明該環(huán)狀 RNA 疫苗在小鼠和恒河猴體內(nèi)可以有效降低新冠病毒感染的恒河猴肺部的病毒載量,顯著緩解新冠病毒感染引起的肺炎癥狀。同年,Li等[60]建立了一種新的circRNA疫苗平臺,該疫苗能夠觸發(fā)機(jī)體強(qiáng)大的先天和適應(yīng)性免疫激活,并在多種小鼠腫瘤模型中顯示出優(yōu)越的抗腫瘤療效。上述研究為畜牧生產(chǎn)中畜禽免疫治療提供了一定研究思路。

上述研究表明,circRNAs參與動物腸道屏障功能調(diào)控,表1總結(jié)了circRNAs在腸道機(jī)械屏障、化學(xué)屏障及免疫屏障中的作用機(jī)制研究進(jìn)展。

2.4 circRNAs對哺乳動物腸道生物屏障的影響及作用機(jī)制

哺乳動物腸道中存在大量的微生物,這些微生物依賴動物腸道生存,它們也是腸道生物屏障的重要組成部分。研究發(fā)現(xiàn),circRNAs與腸道微生物可相互調(diào)控并影響大腦的生理功能。Chen等[61]研究發(fā)現(xiàn),高糖高脂飲食會使小鼠腸道菌群失調(diào)及導(dǎo)致小鼠大腦circRNAs表達(dá)產(chǎn)生差異;且這些差異表達(dá)的circRNAs(如circNF1-419和circ_0001239)參與了小鼠腸道微生物的調(diào)控。該團(tuán)隊還對快速老化(SAMP8)小鼠進(jìn)行了研究,發(fā)現(xiàn)在SAMP8小鼠大腦皮層中過表達(dá)circNF1-419,可以改善腸道組織的損傷并改變小鼠腸道微生物組成[62]。腸道微生物也可調(diào)控circRNAs的表達(dá)參與多種生理過程。Zhu等[63]研究發(fā)現(xiàn),廣譜抗生素(antibiotics,ABX)能夠促進(jìn)癌癥轉(zhuǎn)移,而將無特定病原體(specific pathogen-free,SPF)小鼠的糞便微生物群移植或?qū)㈦p歧桿菌灌胃注入無菌小鼠或ABX小鼠中,可顯著抑制腫瘤轉(zhuǎn)移;進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn),腸道微生物群以IL-11依賴的方式抑制mmu_circ_0000730的表達(dá),mmu_circ_0000730通過與mmu-miR-466i-3p、mmumiR-466 f-3p相互作用,間接調(diào)控靶基因SOX9表達(dá)。由此可知,腸道微生物群通過IL-11/circRNA/miRNA軸參與癌癥轉(zhuǎn)移調(diào)控。Guo等[64]研究發(fā)現(xiàn),冷暖季節(jié)藏綿羊瘤胃上皮細(xì)胞中circRNAs表達(dá)存在差異,這些差異表達(dá)circRNAs參與調(diào)控氨基酸和蛋白質(zhì)合成及短鏈脂肪酸和揮發(fā)性脂肪酸轉(zhuǎn)運(yùn);circRNAs還參與調(diào)控瘤胃微生物區(qū)系,促進(jìn)瘤胃微生物定植,使藏羊適應(yīng)寒冷季節(jié)的營養(yǎng)脅迫。

表1 circRNAs在哺乳動物腸道屏障功能中的作用Table 1 The role of circRNAs in mammalian intestinal barrier function

目前,circRNAs在動物腸道微生物屏障中的作用機(jī)制研究較少,但上述研究表明circRNAs對腸道微生物之間存在調(diào)節(jié)作用,并且該作用可通過腦-腸軸影響大腦的生理狀態(tài)。

3 展 望

隨著高通量測序技術(shù)和生物信息學(xué)技術(shù)的發(fā)展,被認(rèn)為是轉(zhuǎn)錄“噪音”的circRNAs的研究熱度不斷上升,circRNAs在多種生理活動中所發(fā)揮的作用也逐漸探明,其為探究哺乳動物腸道屏障調(diào)控機(jī)制提供了新路徑。目前的研究表明,circRNAs在哺乳動物腸道機(jī)械屏障和腸道免疫屏障中主要是通過發(fā)揮“miRNAs海綿”作用及蛋白質(zhì)互作作用參與腸道屏障功能調(diào)控;circRNAs在腸道化學(xué)屏障中的作用機(jī)制研究較少,根據(jù)目前的研究推測circRNAs對腸道化學(xué)屏障的調(diào)控作用主要是通過miRNA實(shí)現(xiàn)的,但其具體機(jī)制還有待探究;circRNAs在腸道微生物屏障中的作用機(jī)制暫不明確。此外,研究表明香葉木素等可影響circRNAs的表達(dá)進(jìn)而調(diào)控腸道屏障生理功能。在畜牧生產(chǎn)上,未來的研究應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注如何利用營養(yǎng)素調(diào)控circRNAs的表達(dá)進(jìn)而調(diào)控畜禽腸道健康,提高畜禽生產(chǎn)效率,節(jié)約生產(chǎn)成本。