施建新，趙珩，嚴(yán)炯，王崢嶸，陳雪，劉青，王亞杰

(1.南京中醫(yī)藥大學(xué)附屬醫(yī)院，江蘇 南京 210029；2.南京大學(xué)附屬醫(yī)院金陵醫(yī)院，江蘇 南京 210016)

0 引言

特應(yīng)性皮炎(atopic dermatitis，AD)是一種常見(jiàn)的炎癥性皮膚病，其特征是反復(fù)出現(xiàn)濕疹和劇烈瘙癢。這種疾病影響所有年齡和種族的人，對(duì)患者和親屬有重大的心理社會(huì)影響，是皮膚病造成全球負(fù)擔(dān)的主要原因[1]。特應(yīng)性皮炎與多種并發(fā)癥的風(fēng)險(xiǎn)增加有關(guān)，包括食物過(guò)敏、哮喘、過(guò)敏性鼻炎和精神健康障礙。病理生理學(xué)是復(fù)雜的，涉及到強(qiáng)烈的遺傳易感性、表皮功能障礙和T細(xì)胞驅(qū)動(dòng)的炎癥。雖然2型機(jī)制占主導(dǎo)地位，但越來(lái)越多的證據(jù)表明，這種疾病涉及多條免疫途徑[2]。隨著生物信息技術(shù)的不斷的發(fā)展，其中表觀(guān)遺傳學(xué)的變化(DNA的甲基化及非編碼RNA)已逐漸成為研究熱點(diǎn)[3]。

非編碼RNA(non-coding RNA)分為微小RNA(micro RNA，miRNA)、長(zhǎng)鏈非編碼RNA(long non-conding RNA，lnc RNA)、環(huán)狀RNA(ciraclar RNA，Circ RNA)等，雖不參與基因編碼合成蛋白，但卻發(fā)揮著多種重要生物學(xué)功能[4]。CircRNA一直被認(rèn)為是“垃圾”分子，隨著轉(zhuǎn)錄組測(cè)序和生物信息學(xué)的不斷進(jìn)展，CircRNA相對(duì)lncRNA具有穩(wěn)定和非隨機(jī)的特性，在多種物種間具有高度的保守特性。近幾年研究提示，CircRNA參與基因表達(dá)的調(diào)控[5]，在多種疾病的發(fā)生[6]、發(fā)展[7]中發(fā)揮作從作用于miRNAs和RNA結(jié)合蛋白，到充當(dāng)轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子，它們?cè)诨蛘{(diào)控和正常細(xì)胞穩(wěn)態(tài)中的重要作用開(kāi)始被認(rèn)識(shí)。作為ncRNAs的新成員，CircRNAs在多種疾病和腫瘤中的重要作用逐漸被發(fā)現(xiàn)[8]。本文針對(duì)CircRNA的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、生物學(xué)功能及其與AD的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 CircRNA概況

CircRNA因?yàn)椴皇堑湫偷腞NA剪切模式產(chǎn)生，所以與線(xiàn)性RNA有明顯的不同。CircRNA通過(guò)連接3’和5’末端以及獨(dú)特的反向拼接形成環(huán)狀[9]。盡管形成CircRNA的發(fā)生機(jī)制仍然不清楚，但是基于包含來(lái)自親本基因的外顯子和內(nèi)含子的組分，CircRNA可以分為三類(lèi)：外顯子環(huán)狀RNA、內(nèi)含子環(huán)狀RNA、外顯子-內(nèi)含子環(huán)狀RNA[10]。另外CircRNA上有許多miRNA應(yīng)答原件(MREs)，MREs可以結(jié)合很多miRNA，像海綿一樣吸附很多miRNA，所以又稱(chēng)CircRNA為miRNA海綿[8]。

1.1 CircRNA功能

1.1.1 CircRNA可作為miRNA海綿

人們普遍認(rèn)為，CircRNA可以作為miRNA海綿或競(jìng)爭(zhēng)性?xún)?nèi)源RNA(CeRNAs)，其中包括miRNA反應(yīng)元件(MRE)，通過(guò)它們的結(jié)合位點(diǎn)間接調(diào)節(jié)miRNA的靶，即mRNA的表達(dá)。例如，一直的CDR1as與阿格蛋白高度相關(guān)，它擁有70多個(gè)選擇性保守的MRE，可以通過(guò)在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中作為miR-7海綿來(lái)阻斷miR-7功能[11]。此外，環(huán)狀RNA可以作為相同的miRNA海綿發(fā)揮不同的作用，也可以作為多個(gè)不同的miRNA海綿發(fā)揮相同的作用。CDR1as不僅通過(guò)miR-7的海綿作用參與了腫瘤進(jìn)展，還促進(jìn)鼻咽癌[12]、乳腺癌[13]和食管鱗癌[14]等，而且通過(guò)CDR1as吸附miRr-7影響上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化(EMT)，從而參與二氧化硅誘導(dǎo)的肺纖維化過(guò)程[15]。另外CircRNA可以結(jié)合特定的miRNA，吸附它們并抑制其功能，這種現(xiàn)象稱(chēng)為競(jìng)爭(zhēng)性?xún)?nèi)源RNA假說(shuō)。如CDR1as具有74個(gè)miR-7的結(jié)合位點(diǎn)，當(dāng)CDR1as過(guò)表達(dá)時(shí)，能大量結(jié)合miR-7而導(dǎo)致miR-7靶基因的表達(dá)水平上升；而當(dāng)抑制CDR1as表達(dá)時(shí)，miR-7靶基因的表達(dá)水平會(huì)降低[16]。上述就是CircRNA最具代表性的海綿吸附作用，也是目前最為深入的功能研究。

1.1.2 CircRNA調(diào)控基因的轉(zhuǎn)錄

2017年同種人類(lèi)誘導(dǎo)多能干細(xì)胞(HiPSC)在人體內(nèi)首次替換組織已成為現(xiàn)實(shí)[17]。這一里程碑式的移植成功重新喚起了人們對(duì)基于HiPSC研究的興趣。然而，大多數(shù)研究仍然依賴(lài)皮膚活檢組織中的成纖維細(xì)胞作為HiPSC(F-hiPSC)的來(lái)源。實(shí)驗(yàn)人員通過(guò)臍帶血誘導(dǎo)HiPSC時(shí)發(fā)現(xiàn)，臍血HiPSC與F-hiPSC基本沒(méi)有差別，還在臍血HiPSC轉(zhuǎn)錄水平上發(fā)現(xiàn)特定的CircRNA亞群，除了揭示多潛能基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性外，還是提示我們CircRNA參與了基因的轉(zhuǎn)錄[18]。另外一項(xiàng)研究中[19]，研究者確定了一個(gè)源于Foxp1基因的高表達(dá)CircRNA(hsa CIRC 0001320)，并在功能上確定了它的作用。盡管Foxp1mRNA可以像其他細(xì)胞系一樣產(chǎn)生30多種不同的CircRNA[20-21]，但只有CircFOXP1在間充質(zhì)干細(xì)胞中有持續(xù)的高表達(dá)。結(jié)果表明CircFOXP1由5個(gè)外顯子組成，兩側(cè)是包含許多重復(fù)序列的內(nèi)含子，CircFOXP1在MSCs的多能性身份支持中發(fā)揮著關(guān)鍵作用，并參與了MSC分化的調(diào)控。事實(shí)上，與未分化的MSCs相比，在所研究的所有體外產(chǎn)生的中胚層衍生物中，CircFOXP1的表達(dá)持續(xù)下調(diào)[19]。

1.1.3 CircRNA與蛋白相互作用

CircRNA可以通過(guò)與某些蛋白質(zhì)競(jìng)爭(zhēng)性地相互作用來(lái)實(shí)現(xiàn)其功能[22]，CircRNA也有蛋白吸附的功能，如CDR1as和SRY CircRNA可與miRNA效應(yīng)因子阿格蛋白相結(jié)合，從而被降解[20,23]。在多形性膠質(zhì)母細(xì)胞瘤(GBM)中，CircSMARCA5可以作為剪接因子SRSF1的海綿，負(fù)向調(diào)節(jié)多形性膠質(zhì)母細(xì)胞瘤細(xì)胞的遷移[11]。此外，CircRNA還可以作為蛋白質(zhì)支架來(lái)調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)之間的相互作用。例如，Circ-Foxo3與Cdk2和p21通過(guò)形成一個(gè)三元復(fù)合體，抑制Cdk2的功能。此外，CircFOXO-3還可以調(diào)節(jié)ID-1、E2F1、FAK和HIF1-α，促進(jìn)這些因子在細(xì)胞質(zhì)中的滯留，參與衰老過(guò)程[24]。

1.1.4 CircRNA參與蛋白翻譯

研究者發(fā)現(xiàn)在hDPSC成骨過(guò)程中，CircAKT3表達(dá)上調(diào)，miR-206表達(dá)下調(diào)。下調(diào)CircAKT3可抑制ALP/ARS染色和成骨基因表達(dá)水平。CircAKT3與miR-206直接相互作用，miR-206抑制hDPSCs的成骨。沉默miR-206部分逆轉(zhuǎn)了CircAKT3基因敲除對(duì)成骨的抑制作用。體內(nèi)研究表明，CircAKT3基因的敲除抑制了礦化結(jié)節(jié)的形成和成骨蛋白的表達(dá)[25]。來(lái)源于CIRC-FBXW7的FBXW7-185aa蛋白可以與FBXW7協(xié)同調(diào)節(jié)c-Myc蛋白的穩(wěn)定性，從而抑制膠質(zhì)瘤的發(fā)生[26]。

2 特應(yīng)性皮炎與CircRNA的研究進(jìn)展

特應(yīng)性皮炎是一種常見(jiàn)的瘙癢性皮膚病[27]，是臨床比較棘手的病癥之一，在世界各地都困擾著大家[28-30]。以前的治療方法通常是對(duì)癥治療，隨著生物制劑的不斷進(jìn)展，近年來(lái)的治療的效果已經(jīng)有了長(zhǎng)足的進(jìn)步[31]，臨床治療效果大大改善。但我們對(duì)于其發(fā)病機(jī)制還不是特別清楚[30]。

AD與尋常型銀屑病的發(fā)病機(jī)制有很多相似的地方，它們都是常見(jiàn)的炎癥性疾病，所以治療方案也有相似的地方[32]。很多學(xué)者開(kāi)始探索CircRNA與銀屑病發(fā)病之間的關(guān)系[33]，但涉及CircRNA與AD的研究卻不是很多。丹麥奧爾胡斯大學(xué)Kristensen教授[34]等通過(guò)對(duì)135例皮膚樣本進(jìn)行深度的RNA-seq測(cè)序分析鑒定出了39286個(gè)CircRNA，并將銀屑病和AD患者(皮損和非皮損)的CircRNA圖譜與健康對(duì)照進(jìn)行了比較。比較AD皮損皮膚和健康對(duì)照時(shí)，同樣大多數(shù)在皮損皮膚中下調(diào)。其中最顯著下調(diào)的是CircRHOBTB3、CircDEGS1、CircDEF6、CircSWT1和CircCCDC7；CircRNA(CircTNFRSF21和CircDDX21)顯 著 上調(diào)。AD與銀屑病作為炎癥性皮膚病的典型代表，通過(guò)RNAseq的檢測(cè)方法，差異表達(dá)的CircRNA已經(jīng)被檢測(cè)出一部分，檢測(cè)出來(lái)的CircRNA將來(lái)可能可以作為疾病的診斷標(biāo)志物。但此研究?jī)H僅研究了CircRNA的差異表達(dá)，沒(méi)有進(jìn)一步去研究CircRNA在疾病發(fā)病及病理過(guò)程中發(fā)揮的作用，這也是將來(lái)值得升入研究的地方。

3 小結(jié)

CircRNA近年來(lái)已成為國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)，許多研究表明，CircRNA參與疾病的發(fā)生和發(fā)展[35]，可作為疾病早期診斷、疾病嚴(yán)重程度以及預(yù)后評(píng)估的指標(biāo)。不過(guò)現(xiàn)在科學(xué)家對(duì)于CircRNA并沒(méi)有完全了解，對(duì)于其功能還在不斷的探索[36]。目前在皮膚疾病的研究主要集中在鑒定差異表達(dá)等方面，但對(duì)于其作用機(jī)制及生物過(guò)程缺鮮有涉及。AD是臨床治療的難題之一，目前臨床的治療多以對(duì)癥為主，通過(guò)對(duì)CircRNA的研究，可以完善基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)理論的機(jī)理探討和對(duì)新藥研發(fā)提供理論指導(dǎo)。

目前，關(guān)于環(huán)狀RNA與蛋白相互作用的研究還處于初步階段，盡管它們是理想的診斷標(biāo)志物和治療靶點(diǎn)，但遺憾的是，目前尚無(wú)基于環(huán)狀RNA的臨床應(yīng)用獲批。然而，目前已有一些研究顯示出非常有前景的成就。例如，CircPan3、cia-cGAS和CircKcnt2的研究則通過(guò)CRISPR/Cas9技術(shù)針對(duì)環(huán)狀RNA側(cè)翼內(nèi)含子中的ICS構(gòu)建了環(huán)狀RNA敲除鼠，并避免影響其相應(yīng)的母基因。環(huán)狀RNA-蛋白互作改變了蛋白，從而可以調(diào)控生命活動(dòng)，這激勵(lì)我們?nèi)ピO(shè)計(jì)基于(干擾或利用)其相互作用的全新臨床策略。將來(lái)對(duì)CircRNA的研究可為我們研究、治療AD打開(kāi)一扇新窗戶(hù)，為臨床及科研提供新思路和可能。