葉陽+肖元元+魏麗

[摘要] 環(huán)狀RNA（circRNA）是一類不同于線性RNA的內源非編碼RNA，它是通過反向剪接形成的閉合環(huán)狀RNA分子，不具有5'端帽子和3'端polyA尾巴結構，能夠穩(wěn)定存在于各種類型真核細胞中。隨著生物信息學的快速發(fā)展和高通量測序技術的不斷革新，目前已經在真核細胞中發(fā)現了大量內源性circRNA，其中一些circRNA表達豐度高并呈現出時空表達特異性和物種間保守性，表明circRNA可能在調節(jié)基因表達方面具有重要功能。近年來研究發(fā)現，circRNA在神經系統紊亂、糖尿病和腫瘤等疾病發(fā)生過程中起著較為重要的作用，深入研究circ RNA的結構和功能可更好地了解疾病的發(fā)生機制，提高相關疾病的預防和診斷水平。

[關鍵詞] 環(huán)狀RNA；內源非編碼RNA；生物信息學；高通量測序；疾病的發(fā)生

[中圖分類號] R363 [文獻標識碼] A [文章編號] 1673-7210（2017）03（c）-0042-04

Role of cyclic RNA in the pathogenesis of disease

YE Yang1 XIAO Yuanyuan2 WEI Li2

1.Shanghai Ocean University， Shanghai 201306， China； 2.Department of Endocrinology and Metabolism， Sixth People's Hospital Affiliated to Shanghai Jiaotong University， Shanghai 200233， China

[Abstract] circRNA is a class of endogenous non coding RNA， which is different from linear RNA. It is a closed cyclic RNA molecule formed by reverse splicing and lack of the 5' end cap and the 3' end of poly （A） tail structurewhich exist in various types of eukaryotic cells. With the continuous innovation of the rapid development of bioinformatics and high-throughput sequencing technology， a large number of endogenous circRNA have been found in eukaryotic cells at present， and some of themcould highly expressed and showed the specificity of expression in spatio-temporal and conservative among different species， indicating that circRNA may play an important role in the regulation of gene expression. In recent years， the study found that circRNA plays an important role in nervous system disorders， diabetes and cancer and other diseases， in-depth study of the structure and function of circRNA can be better to understand the mechanism of diseases， improve the level of diagnosis and prevention of related diseases.

[Key words] circRNA； Endogenous non coding RNA； Bioinformatics； High-through put sequencing； Disease occurrence

環(huán)狀RNA（circRNA）是一類共價閉合環(huán)狀RNA分子，無5'端帽子結構及3'端poly A尾，不受RNA外切酶影響，穩(wěn)定且廣泛地存在于生物界，具有進化保守性[1-4]。1976年，Sanger等[5]在植物類病毒中發(fā)現了circRNA。當時僅僅認為circRNA是一類因外顯子轉錄過程發(fā)生錯誤剪接而形成的低豐度RNA分子。近年來隨著生物信息學的快速發(fā)展和高通量測序技術的不斷革新，Jeck等[4]在人類成纖維細胞中檢測出高達25000 多種的circRNA，Memczak等[6]通過RNA測序數據結合人白細胞數據庫[7]鑒定出1950種人類circRNA、1903種小鼠circRNA（其中81種與人類circRNA相同）和724種線蟲circRNA。

circRNA由特殊的前體mRNA（pre-mRNA）可變剪接產生，主要剪接機制包括內含子配對驅動環(huán)化[8-9]和外顯子跳讀[10-12]。通過剪接得到的環(huán)狀RNA類型可以分為以下3類：外顯子circRNA（exoniccircRNAs，ecircRNA），內含子circRNA（circular intronic RNAs，ciRNAs）及內含子外顯子共同組成的circRNA（exon-intron circular RNA，ElciRNAs）[13]。

1 circRNA的功能

1.1 作為microRNA分子的海綿體

由外顯子構成的ecircRNA具有穩(wěn)定的環(huán)狀結構，且大多數ecircRNA包含有miRNA結合位點，因此，ecircRNA可以作為高效的競爭性內源RNA，有效吸附miRNA從而調控miRNA的靶基因[13]。然而，circRNA作為miRNA 海綿，與miRNA相互作用的具體機制仍有待進一步探明。

1.2 調控基因轉錄

Zhang等[14]首次在人細胞中發(fā)現了ciRNA。與exoniccircRNAs不同，ciRNAs含有很少的miRNA結合位點。通過實驗證明，部分ciRNAs定位于其轉錄位點附近，并可以結合RNA聚合酶Ⅱ復合體，通過某些機制影響RNA聚合酶Ⅱ的轉錄，從而對其母體基因發(fā)揮順式調控作用。

2 在疾病發(fā)生中的作用

2.1 在糖尿病發(fā)生的作用

小腦變性相關蛋白1反義轉錄物（antisense to the cerebellar degeneration-relatedprotin 1 transcript，CDR 1as），也稱作環(huán)狀RNA-7（CDR1as/CiRS-7），具有至少70個與微小RNA-7（miR-7）相結合的保守結合位點，CDR1as（CiRS-7）可充當miR-7海綿，調節(jié)miR-7靶基因的表達水平[15]。CDR1as（CiRS-7）在糖尿病的診療過程中具有重要作用。研究發(fā)現，miR-7是胰島β細胞增殖的負調節(jié)物，其在胰島β細胞中的過表達會損傷β細胞去分化功能和導致胰島素分泌的下調，從而引起糖尿病。另外miR-7通過哺乳動物雷帕霉素靶蛋白信號通路抑制胰島β細胞擴增，而CDR1as（CiRS-7）能夠抑制miR-7功能，從而刺激胰島β細胞擴增。表明miR-7 可能影響胰腺β細胞的更新，同時也是糖尿病的潛在治療靶點[16]。

近期，Xu等[17]發(fā)現利用Forskolin和PMA刺激胰島β細胞，可使胰島β細胞中CDR1as（CiRS-7）在24 h內表達量增加，通過吸附miR-7，上調其靶基因Myrip、Pax6的表達，來達到調節(jié)胰島素分泌的效果。通常情況下，miR-7對Myrip、Pax6有抑制作用，當CDR1as抑制了miR-7的功能時，Pax6可以促進胰島素基因的復制，Myrip可以協助胰島素基因轉錄產物的轉運，共同作用來上調胰島素的分泌。這種錯綜復雜的分子網絡有助于維持體內胰島素的平衡，可能會使改善胰島β細胞功能成為新的糖尿病治療方向。

除此之外，Zhao等[18]最近發(fā)現外周血Hsa_circ_ 0054633可作為前期糖尿病與2型糖尿病的診斷標志物。研究人員通過采集健康樣本和2型糖尿病的樣本的外周血circRNAs進行微點陣分析，發(fā)現在糖尿病樣本中有489種circRNAs與正常樣本中circRNAs的差異表達明顯，再從這489種circRNAs中選取5個候選標志物來進一步的驗證，這其中就包括Hsa_circ_0054633。經過測試，Hsa_circ_0054633可以作為2型糖尿病的診斷標志物。

2.2 在癌癥發(fā)生中的作用

2.2.1 胃癌 Li等[19]發(fā)現Hsa_circ_002059 很可能是胃癌診斷的一個較精準的生物標志物。通過收集101例胃癌患者手術后的胃癌組織和癌旁組織的circRNAs和36例血漿標本，通過對胃癌組織和癌旁組織的circRNAs分析測定，發(fā)現Hsa_circ_002059在術后胃癌患者血漿中的水平與術前胃癌患者相比有顯著性差異，同時胃癌組織中的Hsa_circ_002059水平顯著低于鄰近的非腫瘤組織，且它的水平與胃癌的腫瘤階段顯著相關。這就表示可以通過對患者Hsa_circ_002059分子含量的測定來達到鑒別和診斷的效果。

2.2.2 肝癌 Xu等[20]發(fā)現環(huán)狀RNA-7（CDR1as/CiRS-7）在肝癌組織中的含量與肝的微血管侵犯（MVI）發(fā)生概率密切相關。癌細胞侵犯微血管的患者有顯著的復發(fā)率，對預后有著較大的影響。已有研究表明CDR1as（CiRS-7）和miR-7的表達存在明顯的負相關性，當肝癌細胞中的CDR1as（CiRS-7）過表達時，會通過吸附miR-7來抑制其活性，這是因為miR-7在肝癌細胞中，增強其靶基因PIK3CD和p70S6K表達能力，從而通過某些機制來增加微血管侵犯（MVI）的概率，導致癌細胞復發(fā)率增加，影響疾病的預后。CDR1as（CiRS-7）可能是一個很有前途的肝的微血管侵犯（MVI）生物標志物和一種抑制肝的微血管侵犯（MVI）新的治療靶點。

2.2.3 宮頸癌 研究發(fā)現[21]，環(huán)狀RNA-7（CDR1as/CiRS-7）和微小RNA-7（miR-7）以及黏著斑激酶（Focal Adhesion Kinase，FAK）之間的相互作用與宮頸癌有著密切的聯系。在宮頸癌組織中CDR1as（CiRS-7）、miR-7的表達存在明顯的負相關性。在宮頸癌組織中CDR1as（CiRS-7）的表達高于癌旁組織，而微小miR-7在人宮頸癌組織中的表達低于癌旁組織。在宮頸癌細胞Hela和C33A細胞中過表達ciRS-7后，ciRS-7抑制miR-7的活性，從而提高了細胞中miR-7的靶基因FAK的表達，FAK能夠促進宮頸癌細胞的增殖、侵襲及遷移，加劇了疾病的惡化。從而針對CiRS-7調節(jié)網絡的分子靶向治療有望為宮頸癌的診斷和治療提供新的方向。

2.3 在神經系統疾病發(fā)生中的作用

CDR1as（CiRS-7）最早被發(fā)現表達于腦組織，尤其在大腦。Lukiw[22]發(fā)現，在散發(fā)型阿爾茨海默?。ˋlzheimer's disease，AD）的海馬CA1 區(qū)域存在miRNA-circRNA系統的失調節(jié)。當CDR1as（CiRS-7）表達降低或吸附miR-7的能力減弱時，miR-7的表達就會增加，在AD中miR-7的含量增加會直接導致人類中樞神經系統中具有重要作用的泛素蛋白連接酶A表達下調，從而影響中樞神經系統的正常功能，對腦組織造成嚴重損傷[23]。

此外，CDR1as（CiRS-7）和miR-7以及α-突觸核蛋白的相互作用在帕金森?。?Parkinson's disease，PD）中也起重要的調節(jié)作用。研究表明當CDR1as（CiRS-7）過表達時，PD中miR-7活性明顯減弱，這時miR-7對α-突觸核蛋白抑制能力減弱，造成α-突觸核蛋白的高表達，α-突觸核蛋白的高表達可以損傷神經元的正常功能，對患者造成進一步的危害。因此研究CDR1as（CiRS-7）和miR-7以及α-突觸核蛋白之間的調控機制能夠弄清PD的發(fā)病機制和發(fā)現一些新的有效的治療手段[24]。

2.4 在心臟疾病發(fā)生中的作用

近期，研究發(fā)現環(huán)狀RNA-Foxo3在心臟衰老和心臟應激反應中具有重要的作用[25]。研究人員發(fā)現Foxo3在老年患者和衰老小鼠心臟中都出現高表達的現象，當沉默Foxo3時，小鼠的成纖維細胞就會出現衰老減緩甚至停止衰老的現象，而當誘導Foxo3過表達時，會加劇細胞的衰老，從而造成心臟的衰老。研究還發(fā)現在細胞質中的抗衰老因子，例如ID-1、E2F1、FAK 和HIF1α，在與Foxo3相互作用之后就會被限制在細胞質中，失去原有的抗衰老和抗應激的作用，從而加劇了細胞的衰老。這些現象說明了Foxo3是心臟疾病的潛在治療靶點，通過了解和研究其具體工作機制，有益于對心臟疾病的預防和治療。

此外，Wang等[26]發(fā)現與心臟相關的環(huán)狀RNA（HRCR）可以通過調控小分子RNA-miR-223的表達來保護心臟，避免出現心肌肥大和心衰等現象。研究人員發(fā)現在轉基因小鼠中過表達miR-223時，小鼠會出現心肌肥大和心力衰竭的現象，而缺乏miR-223的小鼠可以避免這種現象。當在小鼠中過表達HRCR時，HRCR可以作為miR-223的海綿體來抑制miR-223的表達，從而減弱小鼠心肌肥大和心衰的現象。因此HRCR和miR-223的相互作用可以作為心臟疾病的一個新型診療手段。

3 小結

隨著高通量測序和生物信息學技術的快速發(fā)展，越來越多的circRNA被發(fā)現，circRNA的廣泛性，保守性及組織特異性，這些性質都預示著它在未來可能成為一種新型的生物標志物[27]。盡管目前人們對circ RNA的了解僅僅是冰山一角，闡明circRNA生物學功能與機制還相當遙遠，但天然生成的circRNA作為miRNA 海綿，通過與miRNA 相互作用從而調控miRNA靶基因的表達，這豐富了人們對非編碼RNA的認知，顛覆了RNA僅僅是DNA與編碼蛋白之間傳遞者的傳統理念，呈現出一種新的現象和一種新的研究領域。目前circRNA的命名尚未統一，比較權威的circRNA數據庫“circBase”已經收錄了十萬多種circRNA。而circRNA在臨床疾病上的應用也為許多疾病提供了一個研究的新思路，是一種充滿前景的生物標記物甚至治療靶點。目前circRNA在糖尿病，癌癥等疾病上的治療都有較好的應用，而研究其具體的機制，藥物開發(fā)，都是很大的挑戰(zhàn)，同時也是有很大意義和價值的研究過程。可以相信經過科研人員的不懈努力，circRNA的奧秘將慢慢浮出水面，帶給人們更多的驚喜和突破。

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（收稿日期：2016-12-27 本文編輯：蘇 暢）