汪漫江， 陳姝， 羅仕蓉

遵義醫(yī)藥高等?？茖W(xué)校護(hù)理系內(nèi)科護(hù)理教研室(貴州遵義 563006)

心血管疾病的發(fā)病率及病死率呈逐年上升且居高不下的態(tài)勢(shì)[1]，如何尋找更加有效的診療和預(yù)防措施是當(dāng)前亟待解決的問(wèn)題。環(huán)狀RNA(circular RNA, circRNA)首先由Hsu等[2]在真核細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)，但最初認(rèn)為是RNA錯(cuò)誤剪切的產(chǎn)物。隨著高通量測(cè)序技術(shù)的發(fā)展及生物信息學(xué)的進(jìn)步，進(jìn)一步揭開(kāi)了circRNA分子的形成、功能及參與疾病發(fā)生、發(fā)展關(guān)系的神秘面紗[3]。與線性RNA分子不同，circRNA是一類新型的非編碼RNA類型，由首尾反向剪接形成的共價(jià)閉合環(huán)狀RNA分子，沒(méi)有5′端帽子和3′端多聚A尾結(jié)構(gòu)，因此不被核酸酶所降解。circRNA廣泛地分布于不同的組織器官及體液中，包括血液、唾液及精液等。由于其結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、分布的廣泛性及表達(dá)的特異性，提示circRNA可作為疾病的新型潛在生物學(xué)標(biāo)志及調(diào)控靶點(diǎn)。研究發(fā)現(xiàn)circRNA與腫瘤[4- 5]、阿爾茨海默病[6]、肺纖維化[7]及類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎[8]等多種疾病相關(guān)聯(lián)。亦有研究表明，在心血管疾病的發(fā)生及發(fā)展中，circRNA的表達(dá)變化具有調(diào)控心血管疾病進(jìn)展的巨大潛能[9]。本文就circRNA的特點(diǎn)、形成機(jī)制、生物學(xué)功能及其在心血管疾病發(fā)生、發(fā)展中目前國(guó)內(nèi)外的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述，旨在為進(jìn)一步研究circRNA及其功能對(duì)心血管疾病的影響提供理論依據(jù)。

1 circRNA簡(jiǎn)介

1.1 circRNA的分類 circRNA是通過(guò)前體mRNA(pre-mRNA)通過(guò)反向首尾剪接形成。根據(jù)circRNA基因組來(lái)源位點(diǎn)的不用，將其分為：(1)外顯子circRNA(exonic circRNA，ecircRNA)，僅包含外顯子；(2)內(nèi)含子circRNA(circular intronicRNA，ciRNA)，僅包含內(nèi)含子；(3)外顯子-內(nèi)含子circRNA(exon-intron circRNA，EIciRNA)，既包含外顯子也包括內(nèi)含子；(4)反義鏈circRNA，剪切體反義鏈來(lái)源；(5)基因間circRNA，源于2個(gè)基因間序列[10]。

1.2 circRNA的形成機(jī)制 ecircRNA的形成目前主要有兩種機(jī)制：套索環(huán)化和內(nèi)含子配對(duì)的環(huán)化[11]。套索環(huán)化可將5′端與3′端鏈接，直接形成環(huán)狀結(jié)構(gòu)。同時(shí)，套索環(huán)化的發(fā)生還與外顯子的跳躍有關(guān)，指其中的一個(gè)或多個(gè)外顯子發(fā)生跳躍形成。另外，內(nèi)含子之間的堿基互補(bǔ)配對(duì)也可誘導(dǎo)環(huán)化形成circRNA；ciRNA的形成是由于內(nèi)含子5′端的7nt GU和3′端的11nt C，兩者共同發(fā)揮作用使得內(nèi)含子與內(nèi)含子首尾相連，形成ciRNA的環(huán)狀結(jié)構(gòu)[12]；EIciRNA的形成機(jī)制和ecircRNA形成相似，但保留了環(huán)狀結(jié)構(gòu)中的內(nèi)含子[13-14]；包含有GT-AC剪接信號(hào)側(cè)翼片段的兩個(gè)ciRNA，由其片段的受體和供體通過(guò)首尾結(jié)合可形成基因間circRNA[11]。

1.3 circRNA的功能 circRNA發(fā)揮生物學(xué)功能主要通過(guò)以下3種機(jī)制：(1)與miRNAs發(fā)生海綿互作調(diào)節(jié)靶mRNA的表達(dá)；(2)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄；(3)與RNA結(jié)合蛋白(RNA binding protein, RBP)互作調(diào)控基因的表達(dá)。研究表明，miRNAs可與靶mRNA的3′非翻譯區(qū)(3′-untranslated region, 3′UTR)發(fā)生堿基互補(bǔ)配對(duì)，從而抑制mRNA的翻譯或促進(jìn)其降解[15]。circRNA是一類競(jìng)爭(zhēng)性內(nèi)源性RNA，可以與miRNAs結(jié)合，下調(diào)miRNAs的表達(dá)豐度，解除miRNAs對(duì)靶基因的抑制作用[16]。研究表明大多數(shù)circRNA可通過(guò)miRNAs海綿機(jī)制發(fā)揮生物學(xué)功能。例如，小腦退化相關(guān)蛋白1反義轉(zhuǎn)錄物(cerebellar degeneration-related protein 1 transcript，Cdr1as)含有超過(guò)70個(gè)miRNA-7的結(jié)合位點(diǎn)，可以與miRNA-7結(jié)合，抑制miRNA-7活性，使miRNA-7的靶基因表達(dá)水平升高[17]；Li等[18]亦發(fā)現(xiàn)cir-ITCH與ITCH的3′UTR有部分相同的miRNAs結(jié)合位點(diǎn)，cir-ITCH與miRNA-7，miRNA-17及miRNA-214結(jié)合可上調(diào)ITCH的表達(dá)。除海綿互作機(jī)制外，circRNA還可參與并調(diào)節(jié)基因的剪切和轉(zhuǎn)錄。研究發(fā)現(xiàn)formin可反向剪切形成circRNA并充當(dāng)mRNA陷阱，通過(guò)隔離轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)減少線性RNA的轉(zhuǎn)錄和Formin蛋白的表達(dá)[19]。部分存在于細(xì)胞核中的circRNA可與RNA聚合酶Ⅱ作用，調(diào)節(jié)宿主基因轉(zhuǎn)錄活性。如EIciRNA可與U1小RNA蛋白復(fù)合物相互作用促進(jìn)親代基因的表達(dá)[20]；circRNA還可通過(guò)與RBP結(jié)合調(diào)節(jié)基因的表達(dá)。如circMbl序列中包含許多MBL的結(jié)合位點(diǎn)，可與MBL蛋白特異性結(jié)合導(dǎo)致胞內(nèi)MBL蛋白表達(dá)水平下降[20]。

2 circRNA與心血管疾病

2.1 circRNA與心力衰竭 心力衰竭是各種心血管事件特別是心肌肥厚進(jìn)展終末期的必然事件，然而它的發(fā)病機(jī)制目前尚不明確。miRNA-233是一個(gè)誘導(dǎo)心肌細(xì)胞肥厚和心力衰竭發(fā)生的重要調(diào)節(jié)因子，其下游靶基因是CARD 域的細(xì)胞凋亡抑制因子(apoptosis repressor with CARD domain, ARC)，miRNA-223可通過(guò)調(diào)節(jié)ARC促進(jìn)心力衰竭的進(jìn)展[21]。心臟相關(guān)circRNAs(heart-related circRNA，HRCR)作為第一個(gè)被發(fā)現(xiàn)與心血管疾病相關(guān)的circRNA分子，通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合內(nèi)源性miRNA-223分子發(fā)揮海綿互作抑制其活性，上調(diào)了ARC的表達(dá)從而抑制了心肌肥厚和心力衰竭的發(fā)生、發(fā)展[22]。

2.2 circRNA與心肌梗死 在心肌梗死病理過(guò)程中，持續(xù)性的心肌缺血導(dǎo)致心肌細(xì)胞發(fā)生凋亡和壞死。研究發(fā)現(xiàn)miRNA-7a/b在可通過(guò)負(fù)性靶控聚腺苷二磷酸-核糖聚合酶(poly ADP-ribose polymerase, PARP)和轉(zhuǎn)錄因子SP1減輕細(xì)胞凋亡[23]。在小鼠心肌梗死模型中，Cdr1as的表達(dá)顯著上調(diào)加劇了心肌細(xì)胞凋亡及梗死面積的擴(kuò)散。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)Cdr1as的這種效應(yīng)可被miRNA-7a的過(guò)表達(dá)所逆轉(zhuǎn)。Cdr1as可通過(guò)吸附miRNA-7a抑制其表達(dá)豐度，上調(diào)靶基因PARP及SP1的表達(dá)加劇了心肌梗死后心肌細(xì)胞的損傷[24]。這表明Cdr1as/miRNA-7a在心肌梗死后心肌細(xì)胞凋亡的調(diào)控過(guò)程中具有關(guān)鍵性的作用?？傊?，circRNA與心肌梗死關(guān)系密切，可為心肌梗死的診療過(guò)程提供潛在的臨床應(yīng)用策略。

2.3 circRNA與高血壓 高血壓是全球心血管疾病的主要危險(xiǎn)因素。circRNA與多種疾病的發(fā)生、發(fā)展密切相關(guān)，但在高血壓的疾病病理過(guò)程中的作用尚不清楚。Wu等[25]通過(guò)circRNA基因芯片篩查了在高血壓患者血漿中circRNA的表達(dá)譜變化。結(jié)果發(fā)現(xiàn)其中有59個(gè)具有差異表達(dá)的circRNA分子，其中46個(gè)circRNA分子表達(dá)顯著上調(diào)，13個(gè)circRNA分子表達(dá)顯著下調(diào)，通過(guò)基因本體論(gene ontology, GO)及KEGG信號(hào)通路分析結(jié)合qPCR驗(yàn)證出hsa-circ-0005870在高血壓患者血漿中顯著下調(diào)。因此，hsa-circ-0005870參與高血壓的病理生理過(guò)程，可作為高血壓診斷和治療的新興潛在分子標(biāo)志物。

2.4 circRNA與心肌病 Khan等[26]研究發(fā)現(xiàn)RNA結(jié)合模體蛋白20(RNA-binding motif protein 20, RBM20)參與Titin基因的調(diào)控過(guò)程，RBM20是許多心臟相關(guān)circRNA分子剪切形成過(guò)程中所必需的調(diào)控蛋白，敲除RBM20可導(dǎo)致Titin基因突變，在肥厚型心肌病的發(fā)生過(guò)程中起著重要的作用。心肌纖維化是糖尿病心肌病的主要病理表現(xiàn)。在血管緊張素Ⅱ(angiotensin-Ⅱ, Ang-Ⅱ)誘導(dǎo)的糖尿病小鼠心肌纖維化模型中，circRNA_000203可通過(guò)解除miR-26b-5p對(duì)Col1a2及CTGF表達(dá)的抑制作用，上調(diào)靶基因的表達(dá)，促進(jìn)了纖維化的發(fā)生[27]。

2.5 circRNA與動(dòng)脈粥樣硬化 研究表明，動(dòng)脈粥樣硬化與人類染色體9p21靠近INK4/ARF結(jié)合位點(diǎn)有關(guān)，可轉(zhuǎn)錄反義非編碼RNA(antisense non-coding RNA, ANRIL)。ANRIL基因的環(huán)狀轉(zhuǎn)錄物表達(dá)水平與動(dòng)脈粥樣硬化發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)相關(guān)[28]。在頸動(dòng)脈粥樣硬化斑塊急性破裂的過(guò)程中，circRNA-16表達(dá)增高而miR-221的表達(dá)降低。miR-221與血管平滑肌細(xì)胞的增殖及凋亡相關(guān)，circRNA-16因與miR-221具有共同的結(jié)合位點(diǎn)，可吸附miRNA-221解除其對(duì)血管平滑肌細(xì)胞增殖及凋亡的調(diào)控效應(yīng)。circRNA-16/miRNA-221軸可能在纖維帽破裂，由穩(wěn)定斑塊轉(zhuǎn)變?yōu)椴环€(wěn)點(diǎn)斑塊過(guò)程中具有重要的調(diào)控意義[29]。這些研究表明了circRNA參與了動(dòng)脈粥樣硬化的發(fā)生與發(fā)展。

3 展望

circRNA呈共價(jià)閉合環(huán)狀結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、高度保守，具有組織細(xì)胞和發(fā)育階段特異性表達(dá)的特征。circRNA具有多種生物學(xué)功能，目前的研究報(bào)道主要通過(guò)與miRNAs海綿互作發(fā)揮功能。circRNA的表達(dá)譜變化與多種疾病的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)，特別是在心血管領(lǐng)域，circRNA參與并調(diào)控了心力衰竭、心肌梗死、高血壓、心肌病、動(dòng)脈粥樣硬化等多種疾病的病理過(guò)程。作為非編碼RNA家族的新興分子，目前對(duì)circRNA的研究還在起步階段。全面深入理解circRNA的調(diào)控作用及其機(jī)制仍然是目前國(guó)內(nèi)外研究者亟待解決的問(wèn)題。究竟circRNA是怎樣對(duì)話決定細(xì)胞的命運(yùn)及在疾病的病理過(guò)程中發(fā)揮了怎樣的角色？相信隨著未來(lái)精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)的發(fā)展，越來(lái)越多的circRNA的生物學(xué)功能及調(diào)控機(jī)制將被闡明，屆時(shí)必將為心血管疾病將的診斷和治療帶來(lái)新的突破性進(jìn)展。