方迎昕 周一軍

中國醫(yī)科大學附屬第四醫(yī)院內分泌代謝科，沈陽 110032

全球2015年的糖尿病患者約為4.15億，其中46.5%的成年糖尿病患者未能被及時診斷，自然也無法獲得良好的干預和治療[1]。因此，尋找及早診斷和干預糖尿病的方法顯得尤為重要?，F有的胰島素抵抗、β細胞功能、胰島素敏感性、空腹血糖以及基因多態(tài)性等指標對于糖尿病的早期診斷雖有一定價值，但仍存在一定缺陷[2-3]。探尋新的高敏感性、高特異性的分子靶點對糖尿病早期診斷和治療意義重大。隨著高通量測序的發(fā)展，已發(fā)現大量非編碼RNA在人體中執(zhí)行多種生物學功能，參與了腫瘤等多種疾病的發(fā)生、發(fā)展過程[4]。環(huán)狀RNA(circRNAs)是一類新的單鏈閉合環(huán)狀、通過共價鍵形成的、不具有5′末端帽子以及3′poly-A尾的非編碼RNA。與普通線性RNA不同，它們的環(huán)狀結構使其不易被核酸外切酶降解，能穩(wěn)定存在于真核細胞細胞質中，且具有高度保守性和組織、時序、疾病特異性，從而有望成為潛在的疾病診斷標志物和治療靶點[5]。最新的一些研究證明，circRNAs與糖尿病有關，本文將對circRNAs的生物起源及調控機制以及與糖尿病及其并發(fā)癥的關系作一簡要綜述。

1 circRNAs的生物起源及調控機制

以往人們認為，circRNAs由外顯子首尾相連形成環(huán)狀結構，是基因可變剪接的產物,命名為外顯子circRNAs。最近，高純度提取circRNAs的新方法使大量內含子來源的 circRNAs被鑒定，即內含子circRNAs(circular intronic RNAs, ciRNAs)[6]。此外,由前體tRNA經過剪接產生的tRNA內含子circRNAs以及由外顯子和內含子共同構成的環(huán)狀RNA (Exon-intron circular RNAs,EIciRNAs)也陸續(xù)被研究者發(fā)現[7-8]。

circRNA的生成調控機制大致可分為3種。首先，伴隨反向剪切過程的RNA聚合酶Ⅱ(RNA pol Ⅱ)的轉錄。一方面，反向剪切的環(huán)化過程與RNA Pol Ⅱ延伸率有關[9]。另一方面，研究者通過影響分裂和聚腺苷酸化過程而抑制RNA pol Ⅱ的終止，circRNAs的表達上調[10]。其次，順式和反式的調節(jié)因素可以影響反向剪切的效率，其中包括外顯子側翼的內含子互補序列，核心的剪接體元件以及其他有調控作用的RNA結合蛋白。最后，circRNAs的更新如新生circRNAs的水平和降解過程影響其表達[9]。

2 circRNAs的功能

2.1 作為miRNA的分子海綿 circRNAs可作為一種競爭性內源性RNA，通過微小RNA(miRNA)應答元件，競爭性地結合miRNA，抑制miRNA對靶基因的功能[11]。

2.2 細胞核circRNAs調控轉錄和剪切 細胞核中的circRNAs，即ciRNAs和EIciRNAs可以調控基因的表達。EIciRNAs可以與U1小核糖核蛋白結合，通過RNA-RNA相互作用順式地影響其親本基因的Pol Ⅱ轉錄[12]。

2.3 circRNAs可翻譯成蛋白質 大部分已被鑒定的circRNAs位于細胞質，且缺少線性RNA翻譯時需要的5′端7-甲基鳥苷帽和3′端的腺苷尾結構。然而，當circRNAs充當內部核糖體啟動位點(internal ribosome entry sites, IRESs)，促使啟動子或核糖體與circRNAs的結合時，可翻譯成蛋白質[13]。

2.4 形成RNA蛋白復合體 circRNAs可與不同的蛋白質結合，形成RNA蛋白復合物,從而調控相關蛋白行使功能。例如，circ-Foxo3與抗衰老蛋白ID-1和轉錄因子E2F1結合，發(fā)揮對心肌組織的保護作用[14]。

3 circRNAs與糖尿病及其并發(fā)癥

3.1 circRNAs與糖尿病

3.1.1 糖尿病的circRNAs表達特征研究 Zhao等[15]用基因芯片對2型糖尿病患者的外周血樣本進行檢測，與健康對照組相比，發(fā)現489個circRNAs差異性表達，其中 78 個上調，411個下調，并認為hsa_circ_0054633可以作為糖尿病前期或2型糖尿病的診斷標志物。Shang等[16]對高糖處理的人內皮細胞進行RNA測序分析，發(fā)現了95個差異表達的circRNAs。Yan等[17]用測序技術檢測妊娠期糖尿病患者的胎盤絨毛組織，鑒定出227個上調的circRNAs，255個下調的circRNAs。

3.1.2 circRNAs與胰島β細胞 糖尿病患者的β細胞功能紊亂與miRNA和長鏈非編碼RNA的表達譜改變有關，最近的研究證明circRNAs也參與了這個過程。人胰島β細胞中有數千個circRNAs，其中497個在鼠胰島中保守存在。在糖尿病db/db小鼠中，circHIPK3和ciRS-7/CDR1表達低，導致胰島素分泌減少，抑制β細胞增殖和存活[18]。circHIPK3是胰島表達最豐富的circRNAs之一，其來源于2型糖尿病患者缺乏的線性基因Hipk3的外顯子。線性基因Hipk3的缺乏將間接造成circHIPK3表達降低。通過RNA干擾技術，敲減circHIPK3，導致細胞凋亡，并抑制催乳素誘導的β細胞增殖。miRNA-7是人和鼠胰島中含量最高的miRNA，過表達miRNA-7的轉基因小鼠因胰島素分泌受損和β細胞分化障礙，導致糖尿病。相反，若使肥胖小鼠miRNA-7失活，則有效改善β細胞功能紊亂和高血糖狀態(tài)。ciRS-7/CDR1作用于miRNA-7及其靶點肌球蛋白VIIA和Rab相互作用蛋白(Myrip)和對盒基因6(Pax6)，通過介導cAMP和蛋白激酶C信號轉導通路，調節(jié)胰島素分泌[19]。

3.1.3 circRNAs與炎性反應 多項研究證實，抗炎治療可能會糾正2型糖尿病患者的代謝異常。對2型糖尿病患者外周血白細胞測序鑒定出220個差異表達的circRNAs。其中circANKRD36顯著上調，且與血糖和糖化血紅蛋白呈正相關。對2型糖尿病有預測作用的白細胞介素6和腫瘤細胞壞死因子α顯著高表達，與circANKRD36呈正相關。研究者認為，circANKRD36通過與hsa-miRNA-3614-3p、 hsa-miRNA-498和hsa-miRNA-501-5p等miRNAs結合，參與了2型糖尿病的發(fā)生及炎性反應相關的信號通路。circANKRd36與2型糖尿病的慢性炎性反應有關，可作為糖尿病炎性狀態(tài)的標志物和治療靶點[20]。

3.2 circRNAs與糖尿病并發(fā)癥

3.2.1 circRNAs與糖尿病視網膜病變 在糖尿病病史超過20年的患者中，80%并發(fā)糖尿病視網膜病變。有研究者用基因芯片分析2型糖尿病視網膜病變患者血清，發(fā)現30個顯著上調的circRNAs，其中circRNA_406918來源于胰島素樣結合蛋白，其相關的基因胰島素樣結合蛋白2與β細胞功能紊亂和糖尿病有關[21]。circ_0005015在糖尿病視網膜病變患者的血液、玻璃體、纖維血管膜均表達上調，可作為miRNA-519d-3的分子海綿，促進視網膜內皮細胞增殖、遷移和小管形成[22]。另外，糖尿病小鼠視網膜中circHIPK3水平也顯著上調。沉默circHIPK3，則視網膜血管滲漏及炎性反應減輕。進一步研究顯示，circHIPK3可與miRNA-30a-3p結合，抑制其活性，造成視網膜內皮細胞增殖和血管功能紊亂[23]。

3.2.2 circRNAs與糖尿病腎病 circRNA_15698在db/db糖尿病腎病小鼠中或小鼠腎小球系膜細胞中均表達上調。功能缺失實驗顯示，敲減circRNA_15698可明顯抑制Ⅰ型膠原、Ⅳ型膠原和纖維連接蛋白的表達。生物信息分析和熒光素酶報告系統(tǒng)證實，circRNA_15698是miRNA-185的分子海綿, 并對轉化生長因子-β1起正向調節(jié)作用。circRNA_15698/miRNA-185/轉化生長因子-β1 通路促使細胞外基質相關蛋白的合成，初步描述了circRNAs在糖尿病腎病發(fā)病機制中的作用[24]。

3.2.3 circRNAs與糖尿病心血管并發(fā)癥 用基因芯片對2型糖尿病合并冠心病的患者外周血進行檢測，研究者鑒定出40個差異表達的circRNAs，其中13個上調，27個下調。糖尿病小鼠db/db鼠心肌組織有43個差異表達的circRNAs。其中circRNA_010567在糖尿病小鼠心肌組織和血管緊張素Ⅱ處理的心肌成纖維細胞均顯著上調。circRNA_010567可以介導miRNA-141、 轉化生長因子-β1的表達, 在糖尿病小鼠心肌纖維化過程中起調控作用[25]。

3.2.4 circRNAs與糖尿病痛性神經病變 在糖尿病痛性神經病變患者的血清以及鏈脲佐菌素誘導的糖尿病大鼠的背根神經節(jié)中，circHIPK3的含量均比較豐富。circHIPK3的上調與2型糖尿病患者的神經痛評分相關。沉默circHIPK3可減輕糖尿病鼠的神經痛及神經炎性反應。進一步的機制研究表明，circHIPK3與miRNA-124結合，可抑制其表達。miRNA-124抑制劑可以逆轉circHIPK3基因敲除介導的神經病理性疼痛的緩解和糖尿病大鼠中神經炎性反應的抑制。circHIPK3短發(fā)夾RNA 可用于糖尿病鼠神經痛的治療[26]。

綜上所述，circRNAs具有復雜的生物起源和調控機制，以及分子海綿、調控轉錄等豐富的生物學功能，是糖尿病發(fā)生、發(fā)展過程中重要的調控分子。越來越多的circRNAs已被鑒定出來，然而仍有許多問題有待探索。例如，circRNAs的降解途徑、circRNAs的序列和結構與其生物學功能的聯(lián)系等。一方面，circRNAs在糖尿病患者血液、腎臟、視網膜、胎盤中穩(wěn)定存在，且差異性地表達，樣本易得到，且具有高特異性和敏感性，可以作為糖尿病早期診斷的生物標志物。另一方面，具有互補序列和側翼剪接位點的circRNAs可以被人工合成出來，有望成為糖尿病治療的分子工具?？梢云诖氖?，人工合成或修飾的circRNAs不僅作用于相應的miRNAs，也作用于特異的RNA結合蛋白，人們將通過控制circRNAs，調控多種后續(xù)的細胞學過程和疾病進展。雖然目前對circRNA的作用機制、調控網絡尚不十分清楚， 相信隨著研究的進一步深入，circRNAs有望成為新興的糖尿病診斷標志物和潛在靶點，用于糖尿病及其并發(fā)癥的臨床診斷和治療。