李珍瑾，周賽君，郭建超

1 天津醫(yī)科大學(xué)第二醫(yī)院內(nèi)分泌科，天津300211；2 天津醫(yī)科大學(xué)代謝病醫(yī)院腎病透析科

糖尿病是一組因胰島素絕對或相對分泌不足和（或）胰島素利用障礙引起的以高血糖為特征的代謝性疾病。根據(jù)國際糖尿病聯(lián)盟2019年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，全球約有4.63 億糖尿病患者，中國糖尿病患者人數(shù)排名第一，約為1.164億人［1］。糖尿病可引起多系統(tǒng)損害，包括眼、腎、神經(jīng)、心臟、血管等組織器官的慢性進(jìn)行性病變、功能減退，甚至衰竭，從而危及患者生命。環(huán)狀RNA（circRNA）是由mRNA 前體（premRNA）反向剪接形成的共價(jià)閉合環(huán)形RNA 分子，且高度穩(wěn)定、進(jìn)化保守，在真核生物中廣泛分布。越來越多的證據(jù)［2］表明，circRNAs 失調(diào)是包括肥胖、高血壓和心血管疾病在內(nèi)的各種代謝紊亂的最初改變之一。研究［3］顯示，circRNA 參與心血管系統(tǒng)疾病、神經(jīng)系統(tǒng)疾病、內(nèi)分泌系統(tǒng)疾病和腫瘤等多種疾病的發(fā)生發(fā)展。最近的研究［4］表明，circRNAs在糖尿病及其并發(fā)癥的發(fā)病機(jī)制中也起著重要作用。深入研究circRNA 在糖尿病及其并發(fā)癥中的作用，有助于更好地了解疾病的發(fā)生機(jī)制，探尋生物學(xué)標(biāo)志物和潛在治療靶點(diǎn)。現(xiàn)將circRNA 功能及其在糖尿病和糖尿病并發(fā)癥發(fā)生發(fā)展中的作用研究進(jìn)展綜述如下。

1 circRNA的功能

circRNA 是一種內(nèi)源性非編碼RNA（ncRNA），由premRNA 反向剪接而成，即將下游5′端剪接位點(diǎn)與上游的3′端剪接位點(diǎn)通過共價(jià)鍵連接形成環(huán)狀結(jié)構(gòu)，不具有5′端的甲基鳥苷（m7GpppN）帽子結(jié)構(gòu)和3′端的多聚腺苷酸（polyA）尾，不易被核酸外切酶降解，表達(dá)也比線性RNA 更加穩(wěn)定，故在血清外泌體中有成為新型生物學(xué)標(biāo)志物的潛力。circRNA 由不同的序列和域組合而成，可以分為外顯子cir?cRNA（ecRNA）、內(nèi)含子circRNA（ciRNA）和外顯子-內(nèi)含子共同組成的circRNA（ElciRNA），以及一些在轉(zhuǎn)運(yùn)RNA（tRNA）前剪接過程中產(chǎn)生的circRNA（tri?cRNA）。與線性RNA 的標(biāo)準(zhǔn)剪切模式不同，cir?cRNA 是通過反向剪接環(huán)化形成，目前提出了4種模型來闡明其形成機(jī)制［5］：①直接反向剪接，又稱為內(nèi)含子配對驅(qū)動模型，在pre-mRNA 中兩個(gè)相鄰的內(nèi)含子通過堿基反向互補(bǔ)配對形成circRNA；②外顯子跳躍，即套索驅(qū)動模型，外顯子跳躍形成套索結(jié)構(gòu)，將切除的套索結(jié)構(gòu)通過反向剪接形成circRNA；③RNA 結(jié)合蛋白（RBP）介導(dǎo)的模型，RBPs 可以將兩個(gè)側(cè)面的內(nèi)含子連接起來，移除內(nèi)含子后形成cir?cRNA；④內(nèi)含子環(huán)化形成模型，5′端剪接位點(diǎn)富含的鳥嘌呤G、尿嘧啶U 與3′端分支位點(diǎn)的胞嘧啶C核苷酸序列共同構(gòu)成保守序列，可避免內(nèi)含子套索結(jié)構(gòu)被降解，從而形成完整的circRNA。由于cir?cRNA 序列與同源線性RNA 序列相似，因此如何證明circRNA 的功能目前仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)。隨著生物測序技術(shù)的發(fā)展，circRNA 的一些功能已被探知，其在轉(zhuǎn)錄或轉(zhuǎn)錄后基因表達(dá)調(diào)控方面發(fā)揮著重要作用。

1.1 通過海綿作用吸附微小RNA（miRNA）來調(diào)控mRNA miRNA 是一類具有調(diào)控作用的非編碼RNA，其能通過與靶mRNA 結(jié)合或引起靶mRNA 的降解而影響基因的表達(dá)［6］。circRNA 含有miRNA 結(jié)合位點(diǎn)，可作為競爭性內(nèi)源性RNA，通過海綿作用有效吸附miRNA，從而調(diào)控miRNA 的靶基因。研究［7］顯示，circRNA 小腦變性相關(guān)蛋白1 反義轉(zhuǎn)錄物（CDR1as）含74 個(gè)miRNA7 結(jié)合位點(diǎn)，可充當(dāng)miR?NA-7 海綿，調(diào)節(jié)miRNA-7 靶mRNA 的表達(dá)水平；進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，CDR1as 不能被RNA 誘導(dǎo)沉默復(fù)合物（RISC）降解，而RISC 是由miRNA-7 介導(dǎo)的，可以補(bǔ)充miRNA-671 的降解。然而，并不是所有cir?cRNA 都具有海綿吸附調(diào)控mRNA 的作用。有研究［8］發(fā)現(xiàn)，來自同源域相互作用蛋白激酶3（HIPK3）基因外顯子2 的circHIPK3 可作為多種miRNA 的“海綿”。

1.2 與RBPs 相互調(diào)控 RBPs 是RNA 轉(zhuǎn)錄后調(diào)控的關(guān)鍵，參與RNA 的成熟、轉(zhuǎn)運(yùn)、定向和翻譯。越來越多的研究［9］表明，RNA 聚合酶Ⅱ等RBPs 可與cir?cRNA 結(jié)合，影響circRNA 的剪接、折疊、穩(wěn)定、加工和定位，circRNA 還可以作為RBP 的“海綿”起到基因表達(dá)轉(zhuǎn)錄后調(diào)節(jié)器的作用，例如circRNAs與RISC的Argonaute 蛋白（AGO）相互作用，調(diào)節(jié)miRNA 起作用。有研究［10］發(fā)現(xiàn)，circPABPN1 通過結(jié)合RBP 人抗原R（HuR）來阻斷HuR 與PABPN1 mRNA 的相互作用，從而導(dǎo)致mRNA 的翻譯率低。此外，還有研究［11］表明，在血管平滑肌細(xì)胞和巨噬細(xì)胞中，INK4基因座（circANRIL）中的環(huán)狀反義非編碼RNA 與pescadillo 同源物1 的c-末端結(jié)構(gòu)域結(jié)合，該結(jié)構(gòu)域是一種重要的60S 前核糖體組裝因子，從而減弱了核酸外切酶介導(dǎo)的前rRNA 加工和核糖體合成。由此可見，circRNA 與RBPs 的相互調(diào)控在調(diào)節(jié)疾病過程的不同方面的有潛在作用。

1.3 調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄 盡管大部分circRNAs 主要位于細(xì)胞質(zhì)中，但位于細(xì)胞核內(nèi)的ElciRNA 被認(rèn)為參與了調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄的過程，以促進(jìn)其親本基因表達(dá)。研究［12］顯示，來源于錨蛋白重復(fù)結(jié)構(gòu)域52 基因內(nèi)含子的circRNA（ci-ankrd52）和沉默信息調(diào)節(jié)因子7 circRNA（ci-sirt-7）能夠通過與RNA 聚合酶Ⅱ延伸復(fù)合物的相互作用，分別增強(qiáng)其親本基因ankrin52和RIRT7 的表達(dá)。還有研究［13］證實(shí)，真核細(xì)胞翻譯起始因子3J circRNA（ElciEIF3J）和多聚（A）結(jié)合蛋白相互作用蛋白2 circRNA（ElciPAIP2）屬于外顯子-內(nèi)含子circRNA，可通過與U1 小核核糖核蛋白（sn?RNP）結(jié)合形成ElciRNA-U1 snRNP 復(fù)合體，該復(fù)合體結(jié)合RNA 聚合酶Ⅱ發(fā)揮順式調(diào)控作用，從而促進(jìn)其基因的轉(zhuǎn)錄，而ElciEIF3J 和ElciPAIP2 的大量減少也降低了EIF3J 和PAIP2 的轉(zhuǎn)錄水平。此外，cir?cRNA 的形成和pre-mRNA 剪接成線性RNA 的過程都需要一個(gè)共同的外顯子，這兩個(gè)過程形成競爭，可中斷mRNA的剪切調(diào)控，影響mRNA的表達(dá)。

1.4 參與蛋白質(zhì)翻譯 以往觀點(diǎn)認(rèn)為，circRNA 由于沒有5′端帽子和3′端的polyA 尾結(jié)構(gòu)是不能翻譯的。而近些年研究［14］顯示，一小部分circRNA 具有內(nèi)部核糖體進(jìn)入位點(diǎn)（IRESs），可以參與蛋白質(zhì)翻譯，例如與多聚核糖體相關(guān)的circZNF609 可以一種非依賴于5′端帽子結(jié)構(gòu)的方式進(jìn)行翻譯。在果蠅的大腦中，有些circRNAs 是可以翻譯的，這表明核糖體相關(guān)的circRNA 的非翻譯區(qū)（UTR）允許沒有5′端帽子結(jié)構(gòu)也能夠進(jìn)行翻譯。N6 甲基腺苷（m6A）RNA 的修飾有效地觸發(fā)了circRNAs 向蛋白質(zhì)的轉(zhuǎn)化，m6A 共有基序在circRNAs 中豐富，而單個(gè)m6A位點(diǎn)就足以驅(qū)動翻譯起始。circRNA 能否直接翻譯是一個(gè)有爭議的問題，例如在大腸桿菌細(xì)胞中，長度為126 個(gè)核苷酸的circRNA 可以有效地轉(zhuǎn)化為蛋白質(zhì)。最近的研究［15］表明，一些circRNAs 可以在細(xì)胞中轉(zhuǎn)化為短肽，盡管有時(shí)表達(dá)水平較低，但它們?nèi)园l(fā)揮著關(guān)鍵作用。而從circRNAs 中提取的編碼多肽是否具有生理功能尚待研究。

1.5 產(chǎn)生假基因 一項(xiàng)研究［16］表明，circRNA 也可作為反轉(zhuǎn)錄的轉(zhuǎn)座子，并且加工后產(chǎn)生的假基因可被插入到宿主基因組，所以來源于circRNA 的假基因使得circRNA 獲得一個(gè)新功能：通過插入其轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物來改變基因組DNA 合成。但盡管有這些發(fā)現(xiàn)，目前對于假基因的功能和機(jī)制仍不清楚。

2 circRNA 在糖尿病和糖尿病并發(fā)癥發(fā)生發(fā)展中的作用

2.1 circRNA 在糖尿病發(fā)生發(fā)展中的作用 cir?cRNA 的高度穩(wěn)定性、特異性和敏感性，以及較低的檢測成本，使其可成為糖尿病診斷和預(yù)測的潛在生物學(xué)標(biāo)志物［3］。通過微陣列分析2 型糖尿?。═2DM）和健康受試者的外周血circRNA 水平，篩選有差異性表達(dá)的circRNA，驗(yàn)證后發(fā)現(xiàn)cir?cRNA0054633（has_circ_0054633）可作為糖尿病前期和T2DM 的診斷生物學(xué)標(biāo)志物。進(jìn)一步研究［17］表明，circRNA0054633 通過miRNA-218/環(huán)形交叉軸突導(dǎo)向受體同源物1（Robo1）和miRNA-218/血紅素加氧酶1（HO-1）通路來調(diào)控高糖誘導(dǎo)的血管內(nèi)皮細(xì)胞功能障礙，這可能與糖尿病的發(fā)病機(jī)制有關(guān)。在妊娠期糖尿?。℅DM）患者中，circRNA0054633 與母體血樣本（包括胎盤組織和臍血）糖化血紅蛋白水平高度相關(guān)，在妊娠中期、晚期、胎盤及臍血中具有診斷價(jià)值，與circRNA-103410 在妊娠晚期和新生兒臍血中有很強(qiáng)的相關(guān)性［18］。還有研究［19］發(fā)現(xiàn)，circ-5824、circ-3636和circ-395在GDM 中表達(dá)下調(diào)，可能參與了晚期糖基化終產(chǎn)物受體信號通路。高糖可以誘導(dǎo)與心血管疾病生化特性相關(guān)的血管平滑肌細(xì)胞（VSMCs）增殖。CHEN 等［20］發(fā)現(xiàn)，通過微陣列分析高糖環(huán)境下體外培養(yǎng)人VSMCs 的circRNA 水平，cir?cWDR77 是上調(diào)最顯著的轉(zhuǎn)錄物，提示circWDR77可能是糖尿病慢性并發(fā)癥的生物標(biāo)志物。

胰島β 細(xì)胞功能受損是T2DM 發(fā)病的主要原因，CDR1as作為miRNA-7抑制劑，通過吸附miRNA-7，增強(qiáng)肌球蛋白VⅡA 與Rab 相互作用蛋白（Myrip）和盒蛋白（Pax6）基因表達(dá)，促進(jìn)胰島β 細(xì)胞增殖和胰島素分泌，從而使胰島β 細(xì)胞功能得到全面改善。事實(shí)上，過表達(dá)miRNA-7a 的轉(zhuǎn)基因小鼠由于胰島素分泌受損和胰島β 細(xì)胞去分化而易誘發(fā)糖尿病。STOLL 等［21］檢 測 糖 尿 病 模型 小 鼠胰 島β 細(xì)胞 中CDRlas 和circHIPK3 的表達(dá)均減少，沉默這兩種cir?cRNA會導(dǎo)致胰島素分泌缺陷、胰島β細(xì)胞增殖能力降低和存活率下降，這表明circHIPK3 和CDRlas 表達(dá)改變可能在糖尿病的發(fā)生中起作用。同樣，CAO等［22］發(fā)現(xiàn)，在糖尿病患者的主動脈內(nèi)皮細(xì)胞（HAECs）和高糖培養(yǎng)的人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞（HU?VECs）中，circHIPK3 的表達(dá)顯著降低。因此，CDR?las和circHIPK3可能是糖尿病的潛在治療靶點(diǎn)。

2.2 circRNA在糖尿病并發(fā)癥發(fā)生發(fā)展中的作用

2.2.1 circRNA 在糖尿病心腦血管疾病發(fā)生發(fā)展中的作用 糖尿病心腦血管疾病是糖尿病患者死亡和致殘的首要原因。circRNAs 被證明能影響血糖升高、炎癥和脂質(zhì)積聚，這些都會對血管產(chǎn)生不良影響，并可導(dǎo)致內(nèi)皮功能障礙和心血管疾?。–VD）的發(fā)展。研究［11］顯示，circANRIL 與動脈粥樣硬化風(fēng)險(xiǎn)降低密切相關(guān)。有證據(jù)［23］表明，circRNA ZFAS1和CDR1as 表達(dá)的變化可以預(yù)測急性心肌梗死，has_circRNA11783-2 與T2DM 患者冠狀動脈疾病的發(fā)生關(guān)系密切。還有研究［24］發(fā)現(xiàn)，在T2DM 患者外周血細(xì)胞中，circANKRD36表達(dá)顯著上調(diào)，并與炎癥因子相關(guān)，由于血管炎癥是糖尿病和CVD 的重疊危險(xiǎn)因素，因此circANKRD36 可以作為糖尿病患者炎癥性心血管疾病發(fā)展的生物學(xué)標(biāo)志物。糖尿病是腦血管疾病的重要危險(xiǎn)因素，在急性缺血性腦卒中患者的血漿中circDLGAP4表達(dá)下調(diào)，與疾病嚴(yán)重程度、炎性細(xì)胞因子表達(dá)和促炎基因miRNA-143 表達(dá)呈負(fù)相關(guān)［25］。糖尿病性心肌?。―CM）是指發(fā)生在糖尿病患者，在沒有冠心病、高血壓等其他心臟危險(xiǎn)因素的情況下，心臟結(jié)構(gòu)和功能發(fā)生異常的一種疾病。研究［26］發(fā)現(xiàn)，circRNA 與DCM 的發(fā)生密切相關(guān)。TANG 等［27］發(fā)現(xiàn)在糖尿病小鼠心肌中以及血管緊張素Ⅱ誘導(dǎo)的小鼠心肌成纖維細(xì)胞中，circRNA-000203 的表達(dá)顯著增加，這可能成為預(yù)防和治療DCM 心肌纖維化的潛在靶點(diǎn)。有研究［28］發(fā)現(xiàn)，cir?cRNA-010567 在糖尿病小鼠心肌中表達(dá)顯著上調(diào)，其可通過miRNA-141/轉(zhuǎn)化生長因子β1（TGF-β1）途徑 促 進(jìn) 心 肌 纖 維 化。最 近，YANG 等［29］研 究 證明，hsa_circ_0076631（CACR）在高糖環(huán)境下的人心肌細(xì)胞和糖尿病患者的血清中高表達(dá)，CACR 可通過靶向miRNA-214/caspase-1 通路來介導(dǎo)DCM 細(xì)胞凋亡。

2.2.2 circRNA 在糖尿病視網(wǎng)膜病變（DR）發(fā)生發(fā)展中的作用 DR 是糖尿病微血管的主要并發(fā)癥之一，且是導(dǎo)致視力下降和失明的主要原因之一，高血糖、高血壓、血脂異常和糖尿病病程長是DR 微血管功能障礙的危險(xiǎn)因素和主要原因。ZHANG等［30］研究發(fā)現(xiàn)，circ_0005015 在DR 患者的血漿、玻璃體和纖維血管膜中表達(dá)顯著上調(diào)，siRNA 介導(dǎo)的circ_0005015 沉默能夠顯著降低人視網(wǎng)膜血管內(nèi)皮細(xì)胞增殖、遷移和血管形成。SHAN 等［31］研究發(fā)現(xiàn)，circHIPK3 在糖尿病視網(wǎng)膜功能障礙中起著重要作用，可作為內(nèi)源性miRNA-30a-3p海綿促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞增殖和血管功能異常，沉默circHIPK3 可以減弱毛細(xì)血管滲漏和炎癥，從而改善視網(wǎng)膜血管功能障礙。還有研究表明，過表達(dá)circZNF609 能夠通過增加白細(xì)胞介素6（IL-6）和腫瘤壞死因子α（TNF-α）的分泌而促進(jìn)炎癥反應(yīng)，加重DR 小鼠的血管滲漏和毛細(xì)血管變性；circZNF609 沉默可減少視網(wǎng)膜血管丟失、抑制病理性血管生成，以避免高糖和缺氧應(yīng)激損傷。此外，circRNA-cPWWP2A 能通過抑制miR?NA-579 上調(diào)相關(guān)靶基因血管生成素1、緊密連接蛋白和沉默信息調(diào)節(jié)因子1（SIRT1）的表達(dá)，從而減輕糖尿病引起的視網(wǎng)膜血管功能障礙［32］。

2.2.3 circRNA 在糖尿病腎病（DN）發(fā)生發(fā)展中的作用 DN是另一種主要的糖尿病微血管并發(fā)癥，是導(dǎo)致終末期腎病的首要原因。HU 等研究［33］發(fā)現(xiàn)，circ_15698 在db/bd 小鼠和高糖誘導(dǎo)的小鼠系膜細(xì)胞中表達(dá)上調(diào)，circ_15698 通過吸附miRNA-185 增加TGF-β1水平，促進(jìn)細(xì)胞外基質(zhì)（ECM）相關(guān)蛋白的合成。CHEN 等［34］研究報(bào)道了在高糖條件下上調(diào)的circLRP6 通過miRNA-205 來影響系膜細(xì)胞的損傷，circLRP6 可調(diào)控高糖誘導(dǎo)的增殖、氧化應(yīng)激、ECM積累和炎癥，同時(shí)能激活Toll 樣受體4/核因子-κB（TLR4/NF-κB）通路參與DN 的進(jìn)展。最近研究［35］顯示，circ_008045 的表達(dá)與DN 的進(jìn)展呈正相關(guān)，在系膜細(xì)胞中其可通過miR-24-3p 海綿作用抑制細(xì)胞增殖和纖維蛋白產(chǎn)生。

2.2.4 circRNA 在糖尿病神經(jīng)病變（DNP）發(fā)生發(fā)展中的作用 DNP 是最常見的糖尿病并發(fā)癥之一，涉及外周神經(jīng)和自主神經(jīng)，影響超過50%的糖尿病患者，包括miRNAs、circRNAs 在內(nèi)的ncRNAs 均在DNP 的發(fā)病機(jī)制中起著重要作用。WANG 等研究［36］發(fā)現(xiàn)，circHIPK3 在患有糖尿病神經(jīng)痛的糖尿病患者血清和鏈脲佐菌素誘導(dǎo)的糖尿病大鼠的背根神經(jīng)節(jié)中表達(dá)顯著增加，鞘內(nèi)注射circHIPK3shRNA 可以緩解糖尿病大鼠的神經(jīng)性疼痛，其機(jī)制可能是circHIPK3 通過負(fù)向調(diào)節(jié)miRNA-124 的表達(dá)發(fā) 揮 作 用。LIU 等［37］研 究 了 自 噬 相 關(guān)circRNA（ACR）對高糖刺激大鼠雪旺RSC96 細(xì)胞（作為DNP的體外模型）的影響，發(fā)現(xiàn)ACR 能夠通過下調(diào)miR?NA-145-3p 來減輕RSC96 細(xì)胞的凋亡、自噬和氧化應(yīng)激。

綜上所述，circRNAs 可調(diào)節(jié)胰島β 細(xì)胞的功能參與糖尿病的發(fā)生、發(fā)展，也可作為糖尿病診斷和預(yù)測的潛在生物學(xué)標(biāo)志物，并與糖尿病大血管病變、微血管病變等并發(fā)癥均有關(guān)。將circRNAs與臨床、遺傳學(xué)、表觀遺傳學(xué)和經(jīng)典標(biāo)記物結(jié)合起來，有助于指導(dǎo)糖尿病患者的醫(yī)療決策，尤其是在精確醫(yī)學(xué)方面。由于circRNAs 是一個(gè)相對較新的研究領(lǐng)域，circRNAs 的細(xì)胞特異性和組織特異性，以及在活檢和外泌體中高穩(wěn)定性，使其有希望成為下一代糖尿病治療的藥物。與其他治療方法一樣，circRNAs 作為藥物也可能引起不必要的不良反應(yīng)、改變藥物的敏感性或引起耐藥性。在未來幾年里，我們對circRNA 調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的理解將不斷加深，新的生物學(xué)角色可能會出現(xiàn)，這將為建立基于circRNA 的治療方法和促進(jìn)其發(fā)揮作用奠定更堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。