李 根，柴 璐，蔣雅楠

（哈爾濱醫(yī)科大學(xué)藥學(xué)院藥理學(xué)教研室，黑龍江哈爾濱 150081）

據(jù)世界衛(wèi)生組織統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，心血管疾病已成為全球首要致死原因，占世界總死亡人數(shù)的31%［1]。依據(jù)《中國心血管病報(bào)告2017》，我國心血管病占城鄉(xiāng)居民總死亡原因的首位，患者人數(shù)約2.9億，且患病率及死亡率仍處于上升階段［2]。

隨著生物醫(yī)學(xué)的發(fā)展，非編碼RNA的生物功能和作用機(jī)制逐漸被揭示。環(huán)狀RNA（circular RNA，circRNA）是一類在真核細(xì)胞中廣泛存在的特殊非編碼RNA，大多通過5’端和3’端的反向剪接形成閉合環(huán)狀結(jié)構(gòu)，少部分由內(nèi)含子直接環(huán)化而成。由于circRNA不具有5‘端帽子和3’端poly（A）尾結(jié)構(gòu)，不易被RNA酶降解，因而比線性RNA更穩(wěn)定。circRNA在不同物種間保守性高，其表達(dá)不僅具有組織器官特異性和時(shí)空特異性，而且可在DNA、RNA和蛋白等多層面發(fā)揮基因表達(dá)調(diào)控作用［3-4]。本文綜述心臟circRNA研究進(jìn)展，以期為心臟疾病的防治提供新思路。

1 circRNA在心肌中的表達(dá)及其與心臟發(fā)育的關(guān)系

最近的一項(xiàng)研究對(duì)人和小鼠心肌及人胚胎干細(xì)胞衍生心肌細(xì)胞（human embryonic stem cellderived cardiomyocytes，hESC-CM）中circRNA表達(dá)進(jìn)行檢測(cè)，分別在人和小鼠心肌中發(fā)現(xiàn)15 318和3017個(gè)circRNA［5]。人心肌表達(dá)最豐富的circRNA為circSLC8A1-1，其不僅是潛在的心肌細(xì)胞生物標(biāo)志物，而且也有望應(yīng)用于心臟疾病的診斷［6]。豐度高的circRNA對(duì)應(yīng)心臟的關(guān)鍵基因，包括基聯(lián)蛋白（titin，TTN）基因、蘭尼定受體2基因和杜氏肌營養(yǎng)不良基因。其中，TTN是人類最長的轉(zhuǎn)錄本，可產(chǎn)生多達(dá)415個(gè)不同的外顯子circRNA［5]。另一項(xiàng)研究在人、大鼠和小鼠心肌中分別發(fā)現(xiàn)了13 074、8764和5868個(gè)circRNA，其中的1288個(gè)circRNA為三者所共有，提示circRNA具有較高的保守性［7]。在小鼠心臟發(fā)育過程中，其豐度呈下降趨勢(shì)［5]。后續(xù)研究提出，circRNA表現(xiàn)出獨(dú)立于其宿主基因的動(dòng)態(tài)表達(dá)模式，與心肌的分化密切相關(guān)［8]。此外，circRNA也在人多能干細(xì)胞衍生心肌細(xì)胞（human induced pluripotent stem cell derived cardiomyocytes，hiPSC-CM）發(fā)育和應(yīng)激反應(yīng)中動(dòng)態(tài)表達(dá)，并可能與核糖體和RNA誘導(dǎo)沉默復(fù)合物相互作用［9]。這些研究提示，circRNA在心臟發(fā)育過程中發(fā)揮關(guān)鍵作用，但其確切分子機(jī)制仍需深入研究。

2 circRNA在心臟疾病中表達(dá)的變化和診斷治療意義

2.1 糖尿病性心肌病

糖尿病是誘發(fā)心肌纖維化的重要原因，可導(dǎo)致心功能下降，甚至慢性心力衰竭。circRNA在糖尿病性心肌病中異常表達(dá)，并參與疾病發(fā)展過程。在糖尿病d b/d b小鼠心肌組織中發(fā)現(xiàn)4 3個(gè)circRNA異常表達(dá)，其中2 4個(gè)上調(diào)，1 9個(gè)下調(diào)［10]。circRNA_010567表達(dá)顯著上調(diào)，其可通過吸附微RNA-141（miR-141），增加轉(zhuǎn)化生長因子β1（transforming growth factor-β1，TGF-β1）表達(dá)，進(jìn)而促進(jìn)纖維化發(fā)展過程。沉默circRNA_010567，進(jìn)而下調(diào)T G F-β1，抑制Ⅰ型、Ⅲ型膠原及α-平滑肌肌動(dòng)蛋白（α-smoothmuscle actin，α-SMA）表達(dá)［9]。與此相似，circRNA_00203在糖尿病小鼠心肌和血管緊張素Ⅱ處理的小鼠心臟成纖維細(xì)胞中表達(dá)上調(diào)。其過表達(dá)可通過吸附m i R-26 b-5 p，增加Ⅰ型、Ⅲ型膠原及α-S M A表達(dá)，進(jìn)而促進(jìn)纖維化發(fā)展進(jìn)程［11-12]。另有研究顯示，miR-142-3 p在Ⅰ型糖尿病小鼠心肌組織中表達(dá)顯著降低，預(yù)測(cè)其靶circRNA有1 4個(gè)。對(duì)這些circRNA基因進(jìn)行基因本體（geneontology，GO）分析，發(fā)現(xiàn)其可能參與代謝、氧化還原、Notch信號(hào)通路、酶催化、蛋白加工、蛋白糖基化、小RNA出核、脂肪酸B氧化和糖原加工等生物學(xué)過程。京都基因與基因組百科全書通路分析發(fā)現(xiàn)，mmu_circ_0001460可通過調(diào)控Akr1b 8基因參與糖脂代謝過程；mmu_circ_0001800及0001801通過調(diào)控A ph1b基因影響Notch信號(hào)通路；而其0002281通過調(diào)控Man1a基因參與糖原生物合成和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)蛋白加工。上述circRNA是否通過行使這些功能參與心肌病的發(fā)展，還有待后續(xù)實(shí)驗(yàn)證明［13]。上述研究提示，circRNA在糖尿病性心肌病中發(fā)揮重要作用，circRNA_010567和0 0 0 2 0 3等有望成為糖尿病性心肌病治療的新靶點(diǎn)。

2.2 心律失常

一項(xiàng)針對(duì)血漿circRNA與心房顫動(dòng)的相互關(guān)聯(lián)研究報(bào)道，通過circRNA芯片檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)房顫患者血漿中的3 1個(gè)circRNA表達(dá)顯著失調(diào)，包括2 4個(gè)上調(diào)及7個(gè)下調(diào)［14]。hs a_circRNA_0 2 5 0 1 6在新發(fā)房顫患者血漿中表達(dá)顯著增高，有望成為預(yù)測(cè)術(shù)后房顫的標(biāo)志物，實(shí)現(xiàn)更準(zhǔn)確定位患者及提高預(yù)防性治療效果的目的［14]。另一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，circRNACDR 1 as在急性心肌梗死患者血漿中表達(dá)顯著升高，其表達(dá)水平與患者心電圖Q T間期離散度增加及室性心律失常發(fā)生呈正相關(guān)［15]。mi R-1等mi RNA在心律失常的發(fā)生中具有重要作用［16]。以m i R-1為例，根據(jù)star Basev 2.0（http：//star base.sysu.edu.cn/star base 2/index.php）預(yù)測(cè)，共有4 5 4個(gè)circRNA可與m i R-1靶向結(jié)合，這提示可能存在大量circRNA參與調(diào)控心律失常進(jìn)程。雖已發(fā)現(xiàn)大量circRNA在心律失常中發(fā)生表達(dá)改變，但其對(duì)心律失常的作用和機(jī)制仍有待深入研究。

2.3 心肌梗死

心肌梗死發(fā)病快，死亡率高，嚴(yán)重危害人類生命健康。因此，尋找有效的生物標(biāo)志物，快速、準(zhǔn)確且特異性地識(shí)別急性心肌梗死后左心室重構(gòu)和功能障礙對(duì)挽救患者生命至關(guān)重要。一項(xiàng)研究對(duì)急性ST段抬高型心肌梗死患者和健康志愿者的外周血中circRNA表達(dá)進(jìn)行比較分析，在檢測(cè)的882個(gè)circRNA中，患者外周血中有460個(gè)表達(dá)上調(diào)，422個(gè)表達(dá)下調(diào)。外周血circRNA_30741表達(dá)水平顯著高于正常健康對(duì)照者。生物信息學(xué)分析顯示，circRNA_30741參與調(diào)控miR-21，miR-188，miR-568和miR-655［17]。然而，其是否通過調(diào)控miRNA參與心肌梗死目前尚不清楚。另一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，心肌梗死相關(guān)環(huán)狀RNA（circRNA MICRA）來源于位于染色體15q22的鋅指蛋白609（zinc finger protein 609，ZNF609）基因的第一外顯子區(qū)，其在心肌梗死患者血中表達(dá)顯著降低。circRNA MICRA的低表達(dá)與左心室功能異常密切相關(guān)，這項(xiàng)研究有助于早期評(píng)價(jià)心肌梗死患者預(yù)后［18]。

動(dòng)物實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，circRNA Cdr1as在心肌梗死模型小鼠心肌及低氧誘導(dǎo)的心肌細(xì)胞中高表達(dá)。其過表達(dá)可通過吸附miR-7a，進(jìn)而抑制miR-7a的靶基因多聚ADP核糖聚合酶（poly ADP-ribose polymerase，PARP）及轉(zhuǎn)錄因子SP1表達(dá)，促進(jìn)小鼠心肌細(xì)胞凋亡，而過表達(dá)miR-7a可逆轉(zhuǎn)Cdr1as的作用［19]。線粒體分裂與凋亡相關(guān)環(huán)狀RNA（circRNA MFACR）在缺血再灌注小鼠心肌和缺氧/復(fù)氧處理小鼠心肌細(xì)胞中表達(dá)顯著增高，其可直接吸附并進(jìn)而下調(diào)，miR-652-3p靶基因MTP18，促進(jìn)心臟線粒體分裂和心肌細(xì)胞凋亡。相反，敲除MFACR可減少缺氧/復(fù)氧導(dǎo)致的線粒體分裂，減少心肌梗死面積［20]。因此，circRNA Cdr1as和MFACR是潛在的心肌梗死診斷治療靶點(diǎn)。

2.4 冠心病

冠心病全稱為冠狀動(dòng)脈粥樣硬化性心臟病，是誘發(fā)心肌梗死進(jìn)而導(dǎo)致心源性猝死的重要原因。人類全基因組關(guān)聯(lián)分析（genome-wide association studies，GWAS）發(fā)現(xiàn)，染色體9p21.3上INK4/ARF（CDKN2a/b）位點(diǎn)可轉(zhuǎn)錄生成線性的長非編碼RNA（lncRNA）和circRNA ANRIL，其單核苷酸多態(tài)性與動(dòng)脈粥樣硬化風(fēng)險(xiǎn)密切相關(guān)［21-22]。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，INK4位點(diǎn)反義非編碼環(huán)狀RNA（circRNA ANRIL）可通過調(diào)控核糖體RNA（ribosomal RNA，rRNA）發(fā)揮抗動(dòng)脈粥樣硬化作用。在血管平滑肌細(xì)胞和巨噬細(xì)胞中，circRNA ANRIL可結(jié)合一個(gè)重要的60S-核糖體前體的裝配因子——pescadillo同源物1（pescadillo homologue 1，PES1），進(jìn)而影響核酸外切酶介導(dǎo)的rRNA前體加工和核糖體合成，誘導(dǎo)核仁應(yīng)激和P53激活，導(dǎo)致細(xì)胞凋亡和生長抑制。因此，circRNA ANRIL可能成為緩解動(dòng)脈粥樣硬化的新靶點(diǎn)［23]。最近的研究提示，circRNA對(duì)冠心病也具有診斷意義。冠心病患者外周血中22個(gè)circRNA發(fā)生差異表達(dá)，12個(gè)上調(diào)，10個(gè)下調(diào)。其中，hsa_circ_0124644在冠心病患者中顯著上調(diào)，與SYNTAX評(píng)分呈正相關(guān)，且曲線下面積（area under the curve，AUC）最大［24]。hsa_circRNA11783-2在冠心病和2型糖尿病患者外周血中表達(dá)顯著下調(diào)，預(yù)測(cè)其可能作為“miRNA海綿”吸附miR-608和miR-3907發(fā)揮生物學(xué)功能［25]。circTCF25在冠心病患者外周血單核細(xì)胞中表達(dá)水平顯著降低，與空腹血糖、肌酸激酶和Gensini評(píng)分呈負(fù)相關(guān)，其表達(dá)水平每增加一個(gè)單位，冠心病發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)就降低45%［26]。因此，hsa_circ_0124644、hsa_circRNA 11783-2和circTCF25是潛在的冠心病診斷生物標(biāo)志物。

2.5 心力衰竭

已有研究發(fā)現(xiàn)，circRNA可通過調(diào)控miRNA參與心衰的發(fā)生。miR-223在心衰小鼠和患者心肌中表達(dá)顯著上調(diào)，可靶向抑制活性調(diào)節(jié)細(xì)胞骨架相關(guān)蛋白（activity regulated cytoskeletal-associated protein，Arc）表達(dá)。過表達(dá)miR-223轉(zhuǎn)基因小鼠出現(xiàn)心肌肥厚和心衰表型，而敲除miR-223可抑制異丙腎上腺素誘導(dǎo)的心肌肥厚。心臟相關(guān)環(huán)狀RNA（circRNA HRCR）在異丙腎上腺素或主動(dòng)脈縮窄處理的小鼠心肌中表達(dá)顯著下調(diào)。促進(jìn)其表達(dá)可通過抑制miR-223，進(jìn)而抑制心肌肥厚和心衰的發(fā)生［27]。在心肌梗死誘導(dǎo)的心衰小鼠心肌中，29個(gè)circRNA上調(diào)，34個(gè)下調(diào)。而且，TargetScan和miRanda預(yù)測(cè)mmu_circRNA_013216可能與miR-181a-3p，486a-5p和486b-5p存在相互作用關(guān)系，mmu_circRNA_010567可能與miR-124，miR-141和miR-200a存在相互作用關(guān)系，它們可能通過miRNA調(diào)控基因表達(dá)，其功能和機(jī)制還有待進(jìn)一步研究［28]。

2.6 心臟衰老

circRNA在心臟衰老時(shí)發(fā)生變化，并與心臟衰老過程密切相關(guān)。叉頭框蛋白環(huán)狀RNA（circRNA Foxo3）在老年患者、小鼠心肌組織和過氧化氫處理的多種小鼠細(xì)胞（如小鼠胚胎成纖維細(xì)胞、小鼠乳鼠心臟成纖維細(xì)胞、小鼠成纖維細(xì)胞N I H 3 T 3、小鼠黑色素瘤細(xì)胞B 1 6、原代培養(yǎng)的小鼠乳鼠和1 2周齡小鼠心肌細(xì)胞）中均高表達(dá)［29]。在多柔比星處理的小鼠中，circRNA Foxo 3表達(dá)增高可加重心肌病變，而抑制其表達(dá)可緩解多柔比星的作用。在小鼠胚胎成纖維細(xì)胞中，沉默circRNA Foxo 3可抑制細(xì)胞衰老，而過表達(dá)可促進(jìn)細(xì)胞衰老［29]。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，circRNA Foxo 3主要分布于胞漿，其可與D N A結(jié)合抑制劑1，E 2 F轉(zhuǎn)錄因子1以及抗應(yīng)激蛋白局部粘著斑激酶和低氧誘導(dǎo)因子-1 α相互作用，使之不能發(fā)揮抗衰老和抗應(yīng)激作用［29]。另一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，circRNA Foxo 3與細(xì)胞周期進(jìn)展密切相關(guān)，其在小鼠心肌成纖維細(xì)胞中高表達(dá)，可使細(xì)胞停滯在G1期而無法過渡到S和G2期，而干擾circRNA Foxo 3可促進(jìn)細(xì)胞增殖［30]。這2項(xiàng)研究提示，circRNA Foxo 3可能成為延緩心臟衰老的新靶點(diǎn)。

3 展望

隨著生物醫(yī)學(xué)研究手段的發(fā)展，非編碼RNA的功能越來越受到關(guān)注，尤其是circRNA的發(fā)現(xiàn)開辟了新的研究領(lǐng)域。circRNA不僅在個(gè)體發(fā)育和疾病發(fā)生中起重要作用，而且有望成為新疾病的生物標(biāo)志物和治療靶點(diǎn)。盡管在心臟疾病中發(fā)現(xiàn)大量circRNA發(fā)生表達(dá)變化，但迄今僅少數(shù)circRNA的作用和機(jī)制被初步揭示。因此，circRNA的作用和機(jī)制仍是目前的研究熱點(diǎn)，尤其是circRNA-m i RNA-m RNA調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建將有助于深入了解疾病發(fā)生機(jī)制，發(fā)現(xiàn)新的防治靶點(diǎn)。對(duì)于circRNA的轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)研究，中國科學(xué)院動(dòng)物研究所王昆和李培峰等［31-33]發(fā)明了系列靶向線粒體分裂與凋亡相關(guān)circRNA、C H I F及M N C R等預(yù)防和治療心肌肥厚、心肌纖維化、冠心病和心衰等疾病的新方法，有望將circRNA應(yīng)用于臨床實(shí)踐。circRNA的研究和應(yīng)用可能為多種心臟疾病的診斷和治療帶來革命性的改變。