吉東妮，張明宇，張 榮，王曉涵，金賽迪，官曉翔，許超千

(哈爾濱醫(yī)科大學(xué)藥學(xué)院藥理學(xué)教研室，省部共建生物醫(yī)藥國家重點實驗室，黑龍江 哈爾濱 150081)

1 CircRNAs簡介

1.1 CircRNAs的生物起源CircRNAs是一種新的非編碼環(huán)狀RNA，其長度從100堿基到幾千堿基，存在于許多物種中，例如：古生菌、真菌、動植物等。CircRNAs是由部分蛋白質(zhì)編碼基因或其它轉(zhuǎn)錄本反向剪接或環(huán)化而產(chǎn)生的。在不同的剪接形式下，單個基因位點可以通過選擇性的反向剪接位點選擇產(chǎn)生不同的circRNAs[1-2]。共價閉合的外顯子circRNAs是由外顯子的3’端與同一外顯子或上游外顯子的5’端連接產(chǎn)生的，形成一個封閉的RNA環(huán)，區(qū)別于其他線性RNA分子[3]。CircRNAs的共價閉環(huán)結(jié)構(gòu)，也稱為“反向剪接”[4]。盡管circRNAs的轉(zhuǎn)錄效率低于線性RNA，但由于其具有較高的穩(wěn)定性和較長的半衰期，circRNA的數(shù)量仍然很多[5]。CircRNAs包括3種類型：外顯子環(huán)狀RNAs(EcircRNAs)、內(nèi)含子環(huán)狀RNAs(CiRNAs)和外顯子-內(nèi)含子環(huán)狀RNAs(EIciRNAs)。外顯子環(huán)狀RNAs為大多數(shù)circRNAs類型，占已知circRNAs的80%以上，其主要位于細(xì)胞質(zhì)中，有三種形成模式：套索驅(qū)動環(huán)化、內(nèi)含子配對驅(qū)動環(huán)化和復(fù)制驅(qū)動環(huán)化。由于它們都是由外顯子剪接而形成，因此外顯子環(huán)狀RNAs只由外顯子序列組成。內(nèi)含子環(huán)狀RNAs主要定位于細(xì)胞核，其形成則主要依賴于一致的RNA基序和分支點，并且只由內(nèi)含子序列組成。外顯子-內(nèi)含子環(huán)狀RNAs主要存在于細(xì)胞核，由外顯子序列和內(nèi)含子序列組成。由于外顯子-內(nèi)含子環(huán)狀RNAs與RNA聚合酶Ⅱ有關(guān)，因而其通常被認(rèn)作是轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子[4,6]。

1.2 CircRNAs的作用方式大量研究表明，circRNAs功能較為復(fù)雜。其可以作為吸附海綿，競爭性吸附內(nèi)源RNAs、miRNA或者蛋白質(zhì)，也可以翻譯產(chǎn)生多肽，還可以參加轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)和剪接過程。環(huán)狀RNA主要具有以下作用方式：(1)吸附miRNA:CircRNAs通過吸附miRNA，阻斷miRNA和其靶基因相互結(jié)合，因而在轉(zhuǎn)錄調(diào)控中產(chǎn)生重要的影響[7]。Liu等[8]發(fā)現(xiàn)在葡萄膜黑色素瘤細(xì)胞系和組織中，circ_0119872表達(dá)升高，過表達(dá)circ_0119872可促進(jìn)葡萄膜黑色素瘤細(xì)胞的惡性轉(zhuǎn)化，但沉默circ_0119872則可抑制其惡性轉(zhuǎn)化；進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，circ_0119872通過調(diào)節(jié)miR-622/G3BP1軸以及其下游Wnt/β-catenin和mTOR信號通路促進(jìn)葡萄膜黑色素瘤的發(fā)展。(2)與蛋白結(jié)合：鑒于保守的基因組區(qū)域含有許多circRNAs，并且這些區(qū)域富含蛋白質(zhì)結(jié)合位點，因而，circRNAs也有可能作為蛋白質(zhì)海綿，起到抑制蛋白質(zhì)功能的作用。Xu等[9]證實circRNA-SORE在對索拉非尼耐藥的肝癌細(xì)胞中表達(dá)升高，而circRNA-SORE的缺失提高索拉非尼對細(xì)胞的殺傷力。進(jìn)一步機(jī)制研究表明，circRNA-SORE與細(xì)胞質(zhì)中的主要致癌蛋白YBX1結(jié)合，從而阻止YBX1移位到細(xì)胞核與PRP19相互作用，最終阻斷PRP19介導(dǎo)的YBX1降解。(3)編碼多肽：環(huán)狀RNAs是一種具有共價閉合環(huán)的圓形RNA，因而最開始被分類為非編碼RNA。然而，近年研究發(fā)現(xiàn)，有些細(xì)胞質(zhì)中的circRNAs可以翻譯多肽。具有翻譯功能的circRNAs分子，其具有內(nèi)部核糖體進(jìn)入位點(IRES)元件或原核核糖體結(jié)合位點。Jiang等[10]證實circMAPK1在胃癌組織中表達(dá)降低。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，circMAPK1可編碼一個全長為109個氨基酸的新蛋白MAPK1-109aa。MAPK1-109aa通過抑制MAPK信號通路的激活，從而抑制胃癌的進(jìn)展。(4)影響宿主基因的轉(zhuǎn)錄調(diào)控：研究發(fā)現(xiàn)，定位于細(xì)胞核中的circRNAs可能具有調(diào)控其宿主基因轉(zhuǎn)錄的功能。Santer等[3]發(fā)現(xiàn)circPAIP2可以與U1小核糖核蛋白相互作用，從而增強(qiáng)RNA聚合酶Ⅱ的活性，促進(jìn)親本基因轉(zhuǎn)錄。

1.3 CircRNAs與多種疾病相關(guān)目前，對circRNAs的研究還不是特別深入，但其表現(xiàn)出的穩(wěn)定性好、保守性高等特性說明其在生物體的病理生理過程中發(fā)揮重要的作用，并且很有可能作為一種新型生物標(biāo)志物應(yīng)用于臨床。大量研究發(fā)現(xiàn)，circRNAs參與調(diào)控多種疾病的發(fā)生發(fā)展。例如癌癥、神經(jīng)發(fā)育、骨相關(guān)疾病、糖尿病、心血管疾病等。尤其在心血管疾病方面，Zhai等[11]發(fā)現(xiàn)下調(diào)circ_0060745基因可能通過抑制NF-κB活化來抑制心肌細(xì)胞凋亡和炎癥以減輕急性心肌梗死。

2 CircRNAs在心肌纖維化中的作用及機(jī)制

心肌纖維化是許多心血管疾病如心肌梗死、高血壓和冠心病等的重要病理表現(xiàn)，其主要特征是心臟成纖維細(xì)胞的活性增強(qiáng)，心臟成纖維細(xì)胞向收縮性和分泌性的肌成纖維細(xì)胞轉(zhuǎn)分化，引起ECM蛋白增多。然而，實驗結(jié)果證明，過多的產(chǎn)生膠原蛋白可能會減少心臟順應(yīng)性，最后導(dǎo)致收縮和舒張功能降低。在心血管疾病中，心肌纖維化可以劃分為3個階段：輕度彌漫性纖維化、重度彌漫性纖維化和節(jié)段性纖維化[12-13]。鑒于circRNAs可以抵抗核糖核酸外切酶R，具有較高的穩(wěn)定性，及其具有器官特異性高表達(dá)等特性[7]。Jiao等[13]提供心肌纖維化中差異表達(dá)的circRNA表達(dá)譜,并進(jìn)一步通過預(yù)測的circRNAs相關(guān)ceRNA網(wǎng)絡(luò)和生物信息學(xué)分析，揭示circRNAs在心臟纖維化中發(fā)揮重要的潛在作用。本文對circRNAs在心肌纖維化過程中的最新研究進(jìn)展進(jìn)行了詳細(xì)闡述，以更好的闡述circRNAs在心血管疾病中的潛在治療作用。

2.1 CircRNAs通過吸附miRNA參與調(diào)控心肌纖維化Tang 等[14]發(fā)現(xiàn)circRNA_000203通過吸附miR-26b-5p上調(diào)Col1a2和CTGF的表達(dá)，從而增強(qiáng)心臟成纖維細(xì)胞的纖維化表型，最終導(dǎo)致心肌纖維化。Zhu等[15]證實在TGF-β誘導(dǎo)的心肌纖維化模型中，circNFIB表達(dá)下調(diào)，過表達(dá)circNFIB可減輕纖維化程度。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，circNFIB通過海綿吸附miR-433，從而減輕其促進(jìn)成纖維細(xì)胞增殖的作用。Sun等[16]發(fā)現(xiàn)過表達(dá)circ_LAS1L可促進(jìn)SFRP5表達(dá)，抑制α-平滑肌肌動蛋白、Ⅰ型膠原和Ⅲ型膠原的表達(dá)，從而抑制心臟成纖維細(xì)胞的增殖和遷移。進(jìn)一步機(jī)制研究發(fā)現(xiàn)，circ_LAS1L通過靶向miR-125b/SFRP5軸調(diào)控心臟成纖維細(xì)胞的生物學(xué)特性。Zhang等[17]發(fā)現(xiàn)circ_BMP2K通過海綿吸附miR-455-3p，從而解除其對SUMO1抑制作用，最終抑制心臟成纖維細(xì)胞的活化、生長和遷移。Li等[18]證實在心肌缺血/再灌注(I/R)的小鼠模型中，敲減circNCX1明顯減少膠原面積，改善心臟功能，進(jìn)一步機(jī)制研究發(fā)現(xiàn)，circNCX1通過海綿吸附miR-133a-3p來調(diào)節(jié)心肌纖維化。

2.2 CircRNAs通過與蛋白相互作用參與調(diào)控心肌纖維化研究發(fā)現(xiàn)，circRNAs可通過RNA結(jié)合蛋白作為蛋白質(zhì)海綿、誘餌、支架或招募者等。CircRNAs與蛋白質(zhì)之間的相互作用可改變蛋白質(zhì)之間的相互作用、系留或隔離蛋白質(zhì)、招募蛋白質(zhì)到染色質(zhì)、形成circRNA-蛋白質(zhì)-mRNA三元復(fù)合物以及影響蛋白質(zhì)的移位或重新分配[19-22]。CircRNAs-蛋白質(zhì)相互作用是與心肌纖維化相關(guān)的另一個分子機(jī)制。Garikipati 等[23]發(fā)現(xiàn)在心肌梗死后小鼠心臟和缺血性心肌病患者的心臟組織中，circFndc3b表達(dá)降低，過表達(dá)circFndc3b可通過促進(jìn)心肌梗死區(qū)新生血管和減輕梗死區(qū)纖維化而發(fā)揮心臟保護(hù)作用。進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)circFndc3b與FUS蛋白相互作用，調(diào)節(jié)VEGF的表達(dá)和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，從而減少心肌梗死后的心肌纖維化。Zeng 等[24]證實circ-Amotl1在新生兒心臟組織中高表達(dá)，異位表達(dá)circ-Amotl1可逆轉(zhuǎn)阿霉素誘導(dǎo)所致的左心室增大及膠原染色增加等。這些結(jié)果表明circ-Amotl1可能在阿霉素誘導(dǎo)的心肌病中起到心肌保護(hù)作用。進(jìn)一步機(jī)制研究發(fā)現(xiàn)，circ-Amotl1與PDK1和AKT1相互作用，促進(jìn)AKP和PDK1的核轉(zhuǎn)位，減輕纖維化。Wu等[25]通過環(huán)狀測序，發(fā)現(xiàn)hsa_cic_0002320為circYap的一種亞型并且其在人心臟組織中高表達(dá)。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，心肌肥厚患者心臟中該亞型水平明顯降低。在壓力超負(fù)荷的小鼠模型中，橫斷性主動脈縮窄(TAC)小鼠心臟的circYap水平降低。注射circYap質(zhì)粒后，TAC小鼠心肌纖維化減輕，心功能改善，心臟circYap水平升高。原肌球蛋白-4(TMP4)和γ-肌動蛋白(ACTG)在心肌細(xì)胞和小鼠心臟組織中與circYap結(jié)合。這種結(jié)合導(dǎo)致TPM4與ACTG的相互作用增加，從而抑制肌動蛋白聚合和隨后的纖維化。

2.3 CircRNAs通過其他作用方式參與調(diào)控心肌纖維化Si等[26]證實在心肌梗死后，過表達(dá)circHipk3可減輕心功能障礙及纖維化面積，顯著恢復(fù)心功能。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，Gata4與circHipk3啟動子中的特定位點結(jié)合，并可正向調(diào)控circHipk3的表達(dá)。CircHipk3分別通過激活Notch1信號和抑制miR-133a活性來促進(jìn)心肌細(xì)胞增殖和血管生成。Huang等[27]發(fā)現(xiàn)circNfix在人類、大鼠和小鼠的成年心臟中高表達(dá)。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，敲除circNfix可減輕心肌梗死后的纖維化程度及心功能不全，進(jìn)一步的機(jī)制研究發(fā)現(xiàn)，circNfix增強(qiáng)YBX1與Ned4l的相互作用，促進(jìn)YBX1降解以及circNfix還可作為miR-214的海綿，從而抑制miR-214活性。

Fig 1 CircRNAs regulated mode of action of myocardial fibrosisA:CircRNAs participate in the regulation of myocardial fibrosis by adsorbing miRNAs;B:CircRNAs participate in the regulation of myocardial fibrosis by interacting with proteins;C:CircRNAs participate in the regulation of myocardial fibrosis through other modes of action.

3 總結(jié)與展望

鑒于目前對纖維化病理生理學(xué)和成纖維細(xì)胞生物學(xué)的了解尚不夠全面，當(dāng)前還缺乏治療心肌纖維化有效的臨床手段與措施。CircRNAs最初被證明是異常剪接的副產(chǎn)品，但隨著circRNAs的研究不斷深入，逐步發(fā)現(xiàn)circRNAs具有多種生物學(xué)功能。研究發(fā)現(xiàn)，在基因的表達(dá)調(diào)控，翻譯和mRNA競爭中，circRNAs被證實是發(fā)揮著重要的調(diào)控作用，有可能是疾病的潛在治療靶點和生物標(biāo)志物[28]。在非編碼RNAs中，由于circRNAs具有保守性好、穩(wěn)定性高等特征，使circRNAs比其他ncRNAs在診斷和治療疾病方面更有效[7]。總之，盡管對于circRNAs的了解仍處于早期階段，包括circRNAs的表達(dá)模式、它們在疾病狀態(tài)中的調(diào)控、病理生理作用以及用于治療或診斷目的的潛在用途。但研究發(fā)現(xiàn)，環(huán)狀RNA參與調(diào)控心肌纖維化，在心肌纖維化中發(fā)揮重要的作用[29]。如上所述，雖然circRNAs在心肌纖維化中的研究成果并不多，但現(xiàn)有研究結(jié)果充分表明circRNAs在心肌纖維化中發(fā)揮重要的調(diào)控作用，circRNAs極有可能成為心肌纖維化治療和預(yù)防的潛在靶點。