胡婷婷，曾林祥

(南昌大學(xué)第二附屬醫(yī)院呼吸與危重癥醫(yī)學(xué)科,南昌 330006)

特發(fā)性肺纖維化(idiopathic pulmonary fibrosis，IPF)是一種病因不明，累及肺實(shí)質(zhì)的纖維化及炎性病變的組合，是臨床上最常見(jiàn)和最致命的特發(fā)性間質(zhì)性肺炎。其發(fā)病機(jī)制復(fù)雜，確診后中位生存期僅為3～5年[1]。IPF病因不明，好發(fā)于老年人，其發(fā)病率呈上升趨勢(shì)，在歐洲和北美，估計(jì)每年每10萬(wàn)人中有8～18例；亞洲和南美的發(fā)病率較低，每年(0.5～4.2)人/10萬(wàn)人[2]；我國(guó)尚缺乏肺纖維化的流行病學(xué)調(diào)查。IPF起源于反復(fù)的肺泡上皮細(xì)胞炎性損傷，激活產(chǎn)生多種細(xì)胞因子，從而誘導(dǎo)固有成纖維細(xì)胞增生，促進(jìn)成纖維細(xì)胞和肌成纖維細(xì)胞的增殖及肌成纖維細(xì)胞分泌細(xì)胞外基質(zhì)，導(dǎo)致肺瘢痕形成和不可逆轉(zhuǎn)的功能喪失[3]。目前除肺移植外，IPF尚無(wú)確切有效的治療方法。

環(huán)狀RNA(circular RNA，circRNA)是不含5′端帽子與3′端多聚A尾，由前體RNA首尾閉合形成的環(huán)狀閉合結(jié)構(gòu)的非編碼RNA。circRNA閉合成環(huán)，對(duì)核酸外切酶有抗性，故較線性RNA更加穩(wěn)定，能在細(xì)胞中不斷累積。有些circRNA表達(dá)水平較高，部分circRNA的表達(dá)水平甚至超過(guò)線性異構(gòu)體的10倍[4]。因此，大量積累的circRNA在各種疾病的發(fā)生發(fā)展中起著重要作用。circRNA廣泛存在于各種生命體內(nèi)，具有細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)、蛋白質(zhì)翻譯、基因調(diào)控等生物功能，其異常表達(dá)可影響縮窄性心包炎[5]、腫瘤[6]、生殖系統(tǒng)[7]等疾病的發(fā)生、發(fā)展。近年來(lái)由于基因測(cè)序及生物信息工程的發(fā)展，越來(lái)越多的circRNA被發(fā)現(xiàn)鑒定，且在哺乳動(dòng)物中發(fā)現(xiàn)的circRNA更廣泛和多樣化[8]。本文就circRNA的生物學(xué)特性、功能以及其在PF中的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 circRNA的分類及生物學(xué)特性

1.1 circRNA的分類

根據(jù)circRNA的來(lái)源不同可將其分為內(nèi)源性circRNA和外源性circRNA。內(nèi)源性circRNA按組成成分的不同有3種:1)外顯子circRNA，指僅由外顯子組成的circRNA，主要存在于細(xì)胞質(zhì)中，占circRNA的86.6%[9-10]；2)內(nèi)含子circRNA，指僅由內(nèi)含子組成的circRNA，主要存在于細(xì)胞核中[11]；3)外顯子-內(nèi)含子,其由內(nèi)含子和外顯子聯(lián)合組成，主要存在于細(xì)胞核內(nèi)[10,12]。外源性circRNA指存在體液，如血液、唾液、尿液等中的circRNA[10,13]。作為疾病的新興生物標(biāo)志物，circRNA對(duì)臨床許多疾病包括肺纖維化的診斷及治療有著潛在的應(yīng)用價(jià)值。

1.2 circRNA的生物學(xué)特性

circRNA不包括典型的5′端帽子與3′端多聚A尾結(jié)構(gòu)，由前體RNA首尾閉合形成環(huán)狀結(jié)構(gòu)，多數(shù)存在于細(xì)胞質(zhì)中，少數(shù)在細(xì)胞核中表達(dá)。由于其特殊的結(jié)構(gòu)，circRNA具有多種特定的生物學(xué)功能。

1.2.1 充當(dāng)miRNA的分子海綿

circRNA是一類非編碼RNA。部分circRNA上具有多個(gè)miRNA或相同miRNA的多個(gè)結(jié)合位點(diǎn)，可充當(dāng)分子海綿，與靶基因競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合miRNA，調(diào)節(jié)其信使RNA(mRNA)靶點(diǎn)來(lái)影響基因調(diào)控，進(jìn)而抑制其生物學(xué)功能[10]。雖已發(fā)現(xiàn)數(shù)以萬(wàn)計(jì)的circRNA與其他RNA競(jìng)爭(zhēng)miRNA結(jié)合位點(diǎn)，但只有幾個(gè)circRNA被驗(yàn)證[14]。例如，Cdr1as在胰島細(xì)胞中通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)結(jié)合miR-7促進(jìn)胰島細(xì)胞中胰島素mRNA增加從而影響胰島素的分泌[15]。ZHANG等[16]發(fā)現(xiàn)circRNA-vgll3通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)結(jié)合miR-326-5p抑制ITGA5的翻譯對(duì)ADSCs的成骨分化具有調(diào)控作用，circRNA-vgl13調(diào)控后的ADSCs顯著促進(jìn)成骨分化的活性，從而促進(jìn)了新骨的生成。另有研究[17]發(fā)現(xiàn)，circRNA_101237在非小細(xì)胞肺癌(NSCLC)組織中明顯上調(diào)，而circRNA_101237的高表達(dá)與淋巴轉(zhuǎn)移、腫瘤體積大小、TNM分期呈正相關(guān)，通過(guò)進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證hsa_circ_101237通過(guò)miR-940海綿促進(jìn)MAPK1的表達(dá)，從而影響腫瘤細(xì)胞的惡性進(jìn)展。臨床上可通過(guò)檢驗(yàn)hsa_circ_101237的表達(dá)來(lái)預(yù)測(cè)NSCLC患者的不良預(yù)后[17]。而且，由于circRNA的豐度和穩(wěn)定性，circRNA比非circRNA在海綿miRNA中更有效[4]，這對(duì)于充當(dāng)miRNA海綿的RNA來(lái)說(shuō)是一個(gè)明顯的優(yōu)勢(shì)。通過(guò)對(duì)circRNA分子海綿作用的深入研究，circRNA有可能成為治療各種疾病的靶點(diǎn)及疾病診斷與預(yù)后判斷的標(biāo)志物。

1.2.2 circRNA與轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合參與轉(zhuǎn)錄調(diào)控

部分circRNA上具有miRNA結(jié)合位點(diǎn)，但大多數(shù)circRNA沒(méi)有足夠的miRNA結(jié)合位點(diǎn)來(lái)作為海綿發(fā)揮作用，而沒(méi)有足夠miRNA結(jié)合位點(diǎn)的circRNA可通過(guò)與轉(zhuǎn)錄因子等結(jié)合形成復(fù)合物后，參與調(diào)控mRNA的轉(zhuǎn)錄。有研究[18]發(fā)現(xiàn)，circMbl可以和MBL蛋白結(jié)合,干擾mRNA前體的剪接,降低MBL蛋白水平。DU等[19]發(fā)現(xiàn)circFoxo3通過(guò)與p21和Cdk2形成三元復(fù)合物后，減少了游離的Cdk2和p21，避免了cyclin E/Cdk2復(fù)合物的形成，同時(shí)也消除了p21對(duì)cyclin A/Cdk2復(fù)合體的抑制作用，使細(xì)胞周期進(jìn)程被阻滯在G1期，不能過(guò)渡到S期，從而抑制了細(xì)胞周期進(jìn)程。

1.2.3 部分circRNA編碼肽鏈

長(zhǎng)期以來(lái)，circRNA一直被認(rèn)為作為功能性RNA直接參與各種生物過(guò)程。但近年發(fā)現(xiàn)部分circRNA具有翻譯功能，且所產(chǎn)生的多肽在人類疾病的發(fā)生和發(fā)展中發(fā)揮著生物學(xué)作用。有研究[20]發(fā)現(xiàn)，circSHPRH具有開(kāi)放閱讀框架，可編碼SHPRH-146aa，由含146個(gè)氨基酸的多肽組成，SHPRH-146aa是保護(hù)SHPRH免受泛素蛋白酶體降解的誘餌分子，從而增加SHPRH的水平。另有研究[21]發(fā)現(xiàn)circPP1R12A編碼的PPP1R12A-73aa通過(guò)激活YAP1激活Hippo-YAP信號(hào)通路，從而提高癌細(xì)胞的增殖、遷移和侵襲能力。

2 circRNA與肺纖維化

IPF是一種發(fā)病機(jī)制不明的源于肺泡上皮反復(fù)發(fā)生微小損傷后的異常修復(fù),最終導(dǎo)致肺瘢痕形成和不可逆轉(zhuǎn)的功能喪失。近年來(lái)，circRNA在肺部疾病中的作用成為研究熱點(diǎn)，且與肺纖維化的發(fā)生發(fā)展有著密切的關(guān)系。

circRNA CDR1as(CIRS-7)是研究最多的circRNA之一。有研究[22]發(fā)現(xiàn)，在SiO2誘導(dǎo)的肺纖維化模型中，CIRS-7可以通過(guò)海綿作用于miR-7，而miR-7是一種重要的纖維化抑制因子，靶向轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β(TGF-β)/smad信號(hào)通路，抑制內(nèi)膜轉(zhuǎn)化，從而促進(jìn)TGF-β1的釋放，在人支氣管上皮細(xì)胞和A549細(xì)胞中發(fā)揮促纖維化分子的作用。LI等[23]發(fā)現(xiàn)circTADA2A通過(guò)miR-526b/Cav1抑制肺成纖維細(xì)胞的活化，通過(guò)miR-203/Cav2抑制肺成纖維細(xì)胞的增殖，從而抑制ECM的過(guò)度沉積減輕IPF。在astilbin處理組與博萊霉素(BLM)處理組肺纖維化小鼠模型中，circRNA 662和949可以作為miR 29b海綿靶向Gli2和STAT3發(fā)揮其功能。抑制STAT3表達(dá)可保護(hù)小鼠免受BLM誘導(dǎo)的肺纖維化[24]。Gli2是Hedgehog信號(hào)通路的一個(gè)組成部分，在astilbin作用下該通路在肺纖維化中起到調(diào)節(jié)作用[24]。另有研究[25]用微陣列鑒定IPF患者血漿中circRNA，共發(fā)現(xiàn)67個(gè)差異表達(dá)的circRNA，其中38個(gè)circRNA上調(diào)，29個(gè)circRNA下調(diào)，特別是circRNA_100906、circRNA_102100和circRNA_102348表達(dá)呈顯著上調(diào)，而circRNA_101225、circRNA_104780和circRNA_101242表達(dá)呈明顯下調(diào)。熒光素酶報(bào)告基因證實(shí)circRNA_100906和circRNA_102348分別與miR-324-5p和miR630有著直接的相互作用[25]，而miR-324-5p和miR630在特發(fā)性肺纖維化患者中表達(dá)下調(diào)。circHIPK3是肺組織中表達(dá)最豐富的circRNA之一。有研究[26]發(fā)現(xiàn)，在BLM誘導(dǎo)的小鼠肺纖維化模型中，HIPK3在成纖維細(xì)胞向肌成纖維細(xì)胞轉(zhuǎn)化(fibroblast-to-myofibroblast transition，F(xiàn)MT)來(lái)源的肌成纖維細(xì)胞中表達(dá)上調(diào)。在體內(nèi)外實(shí)驗(yàn)中，circHIPK3沉默可以改善FMT，抑制成纖維細(xì)胞增殖。進(jìn)一步研究[26]證實(shí)circHIPK3通過(guò)作為內(nèi)源性miR-338-3p海綿調(diào)節(jié)FMT，并抑制miR-338-3p的活性，從而導(dǎo)致Sox4和COL1A1表達(dá)增加。另有研究[27]發(fā)現(xiàn)，circZC3H4RNA通過(guò)miR-212調(diào)節(jié)ZC3H4蛋白，從而激活巨噬細(xì)胞，激活的巨噬細(xì)胞進(jìn)而促進(jìn)成纖維細(xì)胞的增殖和遷移。ZHOU等[28]發(fā)現(xiàn)，在SiO2處理的巨噬細(xì)胞中circHECTD1表達(dá)減少，但在肺組織中積累。累積的circHECTD1可能與HECTD1蛋白競(jìng)爭(zhēng)ZC3H12A來(lái)抑制ZC3H12A的泛素化，并影響巨噬細(xì)胞M1/M2的極化和激活，從而啟動(dòng)炎癥級(jí)聯(lián)反應(yīng)。

3 circRNA作為競(jìng)爭(zhēng)內(nèi)源性RNA在肺纖維化中的作用

miRNA通過(guò)與mRNA結(jié)合來(lái)沉默基因，而circRNA通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合miRNA來(lái)調(diào)節(jié)基因的表達(dá)。circRNA作為競(jìng)爭(zhēng)性內(nèi)源RNA，其有miRNA結(jié)合位點(diǎn)，可以結(jié)合特定的miRNA，調(diào)節(jié)miRNA和mRNA的結(jié)合[29]。circRNA/miRNA調(diào)控網(wǎng)絡(luò)參與了許多肺纖維化的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑。例如，circRNA/miRNA/mRNA的競(jìng)爭(zhēng)內(nèi)源性RNA網(wǎng)絡(luò)提示，circRNA保護(hù)的mRNA參與TGF-β1、缺氧誘導(dǎo)因子-1、Wnt、Janus激酶、Rho相關(guān)蛋白激酶、血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子等信號(hào)通路，其中circRNA_100906可能通過(guò)隔離miR-324-5p和miR-330-5p而觸發(fā)SOCS1、ROCK1、SP1、NEMO樣激酶、MMP1、含有2個(gè)溴域的溴結(jié)構(gòu)域、ECM1、ITGBL1、磷酸肌醇-3-激酶調(diào)節(jié)亞基3和成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子受體2的上調(diào)[25]。LU等[24]在astilbin與BLM處理的肺纖維化小鼠模型中發(fā)現(xiàn)22個(gè)miRNA與circRNA-394、662、949和986的結(jié)合位點(diǎn)。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)circRNA與RNA及其蛋白編碼基因可以協(xié)作建立一個(gè)復(fù)雜的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，這可能為探討IPF的潛在分子機(jī)制提供了一條新的途徑。

4 外泌體circRNA的潛在臨床價(jià)值

外泌體是一種微型納米級(jí)細(xì)胞外囊泡，其攜帶的核酸、蛋白質(zhì)等內(nèi)含物能夠影響受體細(xì)胞的生理狀態(tài)[30]。根據(jù)外泌體攜帶物質(zhì)不同，對(duì)疾病產(chǎn)生的影響亦不同，外泌體可存在于生理體液中，如支氣管肺泡灌洗液、血漿、惡性滲出液、尿液和痰液等[31-32]。目前在外泌體中已發(fā)現(xiàn)的RNA有mRNA、miRNA、circRNA。其中與circRNA緊密相連的外泌體是近年來(lái)的另一個(gè)研究熱點(diǎn)。有研究[33]發(fā)現(xiàn)，在退行性鼻咽癌中外泌體轉(zhuǎn)運(yùn)的circRNA_0000253通過(guò)吸附miRNA1415p和下調(diào)sirt1被證實(shí)具有增加碘缺乏病的作用。另有研究[34]發(fā)現(xiàn)，circRNA_0044516通過(guò)下調(diào)miR-29a-3p的表達(dá)抑制了前列腺癌細(xì)胞的增殖和轉(zhuǎn)移，提示cicRNA_0044516在前列腺癌中起致癌作用，可作為前列腺癌的潛在生物標(biāo)志物。CHEN等[35]發(fā)現(xiàn)CIRC-0051443通過(guò)外泌體從正常細(xì)胞傳播到肝癌細(xì)胞，通過(guò)促進(jìn)細(xì)胞凋亡、阻滯細(xì)胞周期等途徑抑制肝癌細(xì)胞的惡性生物學(xué)行為；同時(shí)在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)外泌體CIRC-0051443通過(guò)上調(diào)裸鼠移植瘤BAK1的表達(dá)，降低移植瘤的重量和體積，提示外泌體CIRC-0051443可以作為肝癌的預(yù)測(cè)指標(biāo)和潛在的治療靶點(diǎn)。在肺纖維化中，目前針對(duì)外泌體的核酸研究主要集中于miRNA，而外泌體攜帶的circRNA對(duì)PF的影響需要進(jìn)一步研究探索。

5 小結(jié)

綜上，circRNA在PF中具有重要的調(diào)控性作用。首先，作為分子海綿，circRNA可作用于特定的miRNA及其相應(yīng)的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)而影響肺纖維化的發(fā)生發(fā)展。其次，circRNA、miRNA以及其它靶蛋白之間存在相互調(diào)節(jié)的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，并可通過(guò)調(diào)控下游的信號(hào)通路如TGF-β1、缺氧誘導(dǎo)因子-1、成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子受體2等影響肺纖維化的發(fā)生發(fā)展。但是其海綿作用如何最大調(diào)控靶基因與miRNA之間的競(jìng)爭(zhēng)以及基因的多元化仍是目前亟需解決的難題。盡管如此，circRNA作為肺纖維化診斷、治療的靶點(diǎn)有著較大的潛在價(jià)值，需要深入探索。