張翔棟，汪薪，許騰騰，汝振遠，張夢雅，劉秋晨，閆業(yè)聯(lián)，張運海，曹祖兵

（安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)動物科技學(xué)院，地方畜禽遺傳資源保護與生物育種安徽省重點實驗室，安徽合肥 230036）

在細胞總RNA 中只有2%～5% 的信使RNA（mRNA）具有編碼蛋白質(zhì)的功能，被稱為編碼RNA，其余的RNA 被稱為非編碼RNA（non-coding RNA，ncRNA）。隨著近年來研究者們對于ncRNA 探索研究的深入，ncRNA 中的一個亞類——環(huán)狀RNA（circRNA）慢慢走進了科學(xué)家們的視線中，并成為了目前研究前沿的熱點之一。circRNA 是一類以共價閉合的環(huán)狀形式存在的特殊非編碼RNA。1971 年，Diener 等在馬鈴薯紡錘塊莖病中發(fā)現(xiàn)一些具有單鏈閉合RNA 結(jié)構(gòu)的類病毒能夠造成植株死亡。1976 年，Sanger 等首次報道某些高等植物類病毒以共價閉合的環(huán)形分子形式存在。1979 年，Hsu 等使用電子顯微鏡觀察猴腎CV-1 細胞胞質(zhì)，第1 次在真核細胞胞質(zhì)中發(fā)現(xiàn)了circRNA。1991年，Nigro 等首次證實了人類細胞中存在內(nèi)源性的、由外顯子形成的circRNA，此后circRNA 開始逐漸被人們所重視。

近幾年，隨著測序技術(shù)的進步，在人類基因組中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了約100 000 個circRNAs。有研究者在胎盤和胚胎中鑒定了circRNA 的存在，并表明circRNA可能在繁殖領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。然而，研究內(nèi)容主要集中在circRNA 的篩選和表達模式上，缺乏對circRNA功能的深入探索。為進一步挖掘circRNA 的功能和調(diào)控機制，本文對circRNA 的特征、形成機制、可能存在的生物學(xué)功能以及在哺乳動物生殖方面的研究進展進行綜述，以期揭示circRNAs 的潛在作用及其與哺乳動物生殖發(fā)育的關(guān)系。

1 circRNA 的特征

與傳統(tǒng)的線性RNA（Linear RNA）相比，circRNA 是通過反向剪接形成的閉合環(huán)狀RNA 分子，不存在5'和3'端（圖1）。大部分circRNAs 由外顯子環(huán)化形成，其主要存在于細胞質(zhì)中；少數(shù)circRNAs則是由內(nèi)含子環(huán)化或者外顯子和內(nèi)含子共同環(huán)化形成，主要存在于細胞核中。由于circRNA 結(jié)構(gòu)的特殊性，其對RNA 核酸外切酶（RNase R）具有高度抗性，所以circRNA 比線性RNA 更加穩(wěn)定。circRNA 是古老的、高度保守的RNA 異構(gòu)體，幾乎在所有的生命體中都能夠鑒定到circRNA 的存在。此外，circRNA 還普遍存在于各類組織和細胞中，并且具有細胞、組織以及發(fā)育階段特異性的表達模式。隨著身體發(fā)育階段的改變或疾病的出現(xiàn)，circRNA 的豐度也會隨之發(fā)生變化，這表明它們在生理和病理過程中可能具有重要的生物學(xué)功能。

圖1 前體mRNA 剪接形成線性RNA 和circRNA

2 circRNA 的分類及形成機制

circRNA 根據(jù)其序列來源主要可以分為3 類：僅含有外顯子的circRNA（Exonic Circular RNA，EciRNA）、僅含有內(nèi)含子的circRNA（Intronic Circular RNA，ciRNA）、外顯子和內(nèi)含子均含有的circRNA（Exonintron Circular RNA，EIciRNA）。circRNA 的形成主要是通過2 個存在于側(cè)翼內(nèi)含子中的假定剪接位點相結(jié)合，反向剪接所產(chǎn)生。有研究表明，在側(cè)翼內(nèi)含子中有超過30 nt 的互補重復(fù)序列就能夠?qū)Νh(huán)化產(chǎn)生促進作用，很多circRNA 的形成與互補重復(fù)序列呈現(xiàn)正相關(guān)。目前，涉及到反向剪接的機制主要有套索驅(qū)動環(huán)化、內(nèi)含子配對驅(qū)動環(huán)化和RNA 結(jié)合蛋白配對驅(qū)動環(huán)化。

2.1 套索驅(qū)動環(huán)化 套索驅(qū)動環(huán)化主要分為外顯子跳讀（圖2-A）和內(nèi)含子套索驅(qū)動環(huán)化（圖2-B）2 種類型。當前體mRNA 進行可變剪接時，可能會發(fā)生跳過外顯子的剪接方式，影響mRNA 的形成。在外顯子跳讀過程中，先形成1 個包含外顯子的套索中間體，然后移除其中的內(nèi)含子，形成EciRNA；少數(shù)情況下內(nèi)含子會被保留，形成EIciRNA。內(nèi)含子套索驅(qū)動環(huán)化是目前普遍認可的ciRNA 形成機制。套索內(nèi)含子的形成依賴于一個共有基序，該基序包含位于5' 端剪接位點附近的7 nt 富GU 基序和位于分支點附近的11 nt 富C 基序，共有基序能夠幫助套索內(nèi)含子逃避脫支酶誘導(dǎo)的脫支作用，使得內(nèi)含子3' 端到分支位點的多余序列被核酸外切酶降解，從而形成ciRNA。

2.2 內(nèi)含子配對驅(qū)動環(huán)化 在進行內(nèi)含子配對驅(qū)動環(huán)化過程時，首先由環(huán)化外顯子的側(cè)翼內(nèi)含子序列互補配對，形成穩(wěn)定的堿基對，使剪接位點相互接近觸發(fā)反向剪接事件。由于這種機制是下游外顯子的5'端剪接位點直接與上游外顯子的3'端剪接位點結(jié)合，所以又被稱為直接反向剪接。目前認為內(nèi)含子配對驅(qū)動環(huán)化（圖2-C）是EciRNA 形成的主要機制，其需要順式作用元件或反式作用因子才能使外顯子剪接位點結(jié)合在一起，如反向ALU 重復(fù)元件（IARE）可以促進外顯子環(huán)化。

圖2 circRNA 的生成過程

2.3 RNA 結(jié)合蛋白配對驅(qū)動環(huán)化 有研究發(fā)現(xiàn)，RNA結(jié)合蛋白（RNA Binding Protein，RBP）能夠驅(qū)動環(huán)化產(chǎn)生circRNA，尤其對特異性circRNA 的產(chǎn)生具有重要作用。因為RBP 只能與含有特異性RBP 結(jié)合位點的側(cè)翼內(nèi)含子相結(jié)合，從而促進環(huán)化，所以只有在特異的結(jié)合位點存在的情況下，它們才可能發(fā)揮調(diào)控circRNA 形成的功能。此外，有研究發(fā)現(xiàn)盲肌蛋白MBL 可以促進circRNA 的形成；RNA 編輯酶ADAR1 能夠抑制circRNA 的形成；RNA 結(jié)合蛋白Quaking（QKI）能夠促進外顯子環(huán)化。因此，RBP既可以通過橋接互補序列來促進環(huán)化，也可以通過抑制典型剪接來抑制環(huán)化。

3 circRNA 的分子調(diào)控機制

3.1 轉(zhuǎn)錄調(diào)控 circRNA 能夠通過與特定的RNA 互作參與調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄從而影響基因表達。ciRNA 和EIciRNA 主要定位于細胞核，它們能夠與RNA 聚合酶II 相互作用共同調(diào)控親本基因的轉(zhuǎn)錄（圖3-A）。Zhang 等首次在人類細胞中發(fā)現(xiàn)了ciRNA，并證實ciANKRD52、ciMCM5 和ciSIRT7 能夠在細胞核中與RNA 聚合酶II 結(jié)合，從而促進自身編碼基因的轉(zhuǎn)錄。EIciRNA 能夠在親本基因的啟動子區(qū)域與U1snRNP 形成復(fù)合物，后與RNA 聚合酶II 相互作用，從而增強其親本基因的轉(zhuǎn)錄效率。EciRNA 主要定位于細胞質(zhì)，有研究證明，EciRNA 的產(chǎn)生與外顯子跳讀呈正相關(guān)，而外顯子跳讀是前體mRNA 中最常見的選擇性剪接方式，因此EciRNA 的產(chǎn)生可能會與線性mRNA 相互競爭（圖3-B），當大多數(shù)外顯子環(huán)化時，線性mRNA的表達量通常會下降，從而影響親本基因的表達。

3.2 海綿功能 microRNA（miRNA）是一類由發(fā)夾前體衍生的含有20～24 個核苷酸的非編碼RNA，它能夠與3'端非翻譯區(qū)（Untranslated Region，UTR）的部分堿基互補配對，從而調(diào)控哺乳動物中含有miRNA 反應(yīng)元件（MicroRNA Response Elements，MRE）的靶向mRNA 的轉(zhuǎn)錄后抑制。網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫分析結(jié)果顯示，哺乳動物中含有數(shù)千個circRNAs 攜帶預(yù)測的miRNA結(jié)合位點，提示了其作為競爭性內(nèi)源RNA（ceRNA）的潛在作用（圖3-C）。Memczak 等證明了circRNA CDR1as（ciRS-7）具有強大的miRNA 海綿作用，其能夠靶向結(jié)合miR-7，從而提高miR-7 靶基因的表達水平。因此，circRNA 可以作為miRNA 海綿參與轉(zhuǎn)錄后調(diào)控。

circRNA 還可以作為RNA 結(jié)合蛋白（RNA Binding Proteins，RBP）的海綿（圖3-D），通過與不同的RBP 結(jié)合形成RNA-蛋白質(zhì)復(fù)合物，從而影響相關(guān)蛋白的表達。Ashwal 等研究發(fā)現(xiàn)由蒼蠅和人類的盲?。∕uscleblind，MBL）衍生而來的circMBL 含有多個盲肌蛋白結(jié)合位點，其能夠直接與盲肌蛋白結(jié)合，并且盲肌蛋白可以反過來調(diào)節(jié)circMBL 的形成。

綜上所述，circRNA 能夠通過吸附miRNA 從而發(fā)揮功能，但是考慮到circRNA 存在的miRNA 靶點數(shù)量問題，也有人認為大多數(shù)報道的circRNA 很可能不是標準的miRNA 海綿，而是在一個更大的轉(zhuǎn)錄后調(diào)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中發(fā)揮作用。

3.3 翻譯功能 5'端的7-甲基鳥苷“帽子”（m7G）和3'端的ploy（A）尾結(jié)構(gòu)對于線性mRNA 翻譯至關(guān)重要，而circRNA 作為一種非編碼RNA 并不具備這種結(jié)構(gòu)，所以一直以來circRNA 被認為不具有翻譯功能。后來有研究證實circRNA 也可以產(chǎn)生功能蛋白（圖3-E），這打破了人們以往的認知。目前circRNA 的翻譯機制主要分為2 種，即內(nèi)部核糖體進入位點（Internal Ribosome Entry Site，IRES）介導(dǎo)的翻譯模式（圖3-F）、m6A修飾的翻譯模式（圖3-G）。翻譯起始元件和開放閱讀框 架（Open Reading Frame，ORF）是circRNA翻譯蛋白質(zhì)的2 個基本元件，由研究者設(shè)計的具有IRES 的circRNA 能夠在體外翻譯成蛋白質(zhì)。后來發(fā)現(xiàn)一些內(nèi)源性的circRNA 也具有IRES，并且可以進行翻譯。例如，能夠調(diào)控肌肉生成的circZNF609 可以翻譯成多肽。2017 年Yang 等首次發(fā)現(xiàn)RNA 最豐富的堿基修飾——N6-甲基腺苷（m6A）也可以促進人類細胞中circRNA 的翻譯啟動，并且能夠影響翻譯效率。在人類轉(zhuǎn)錄組中發(fā)現(xiàn)的很多由m6A 修飾的circRNA 具有編碼蛋白質(zhì)的潛力。m6A 修飾和依賴IRES 的模式都是circRNA 翻譯的潛在機制，Legnini 等研究發(fā)現(xiàn)在IRES 介導(dǎo)進而促進翻譯的circZNF609 中能夠檢測到較高的m6A 甲基化水平，提示2 條途徑之間可能存在一些關(guān)聯(lián)。

圖3 circRNA 的分子調(diào)控機制

4 circRNA 在哺乳動物生殖發(fā)育中的功能

4.1 circRNA 調(diào)控下丘腦-垂體-性腺生殖軸激素的合成 下丘腦和垂體通過調(diào)節(jié)生殖激素的合成與分泌從而在生殖方面發(fā)揮重要作用。在下丘腦-垂體-卵巢（HPO）軸中，下丘腦產(chǎn)生的GnRH 到達并作用于垂體，促進垂體釋放FSH 和LH 作用于卵巢，從而促進卵泡發(fā)育和排卵。Zhang 等對熱應(yīng)激母豬和正常母豬的腦垂體進行測序，在垂體中共鑒定出12 035 個circRNA，與正常母豬垂體相比，熱應(yīng)激母豬垂體中有59 個circRNA 的表達存在顯著差異，其中42 個表達上調(diào)，17 個表達下調(diào)。通過預(yù)測circRNA-miRNAmRNA 調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)發(fā)現(xiàn)一些circRNA 可能結(jié)合miRNA 共同調(diào)節(jié)垂體特異性基因和熱休克蛋白家族成員，這表明circRNA 可能在垂體激素分泌和熱應(yīng)激反應(yīng)中發(fā)揮作用。Chen 等對青春期及前后3 個階段的長白和約克雜交母豬的垂體進行circRNA 測序，共鑒定出5 148個circRNA，其中有158 個circRNA 為首次發(fā)現(xiàn)，假設(shè)其為垂體特異性circRNA，對這些circRNA 的宿主基因進行KEGG 分析，結(jié)果顯示這些宿主基因主要富集于催乳素信號通路、多巴胺能突觸信號通路和神經(jīng)活性配體-受體相互作用信號通路中。Li 等對發(fā)情期和乏情期綿羊的垂體前葉進行circRNA 測序，共鑒定出12 468 個circRNA，其中有9 231 個差異表達的circRNA，通過對這些差異表達的circRNA 進行KEGG分析，發(fā)現(xiàn)其主要與雌激素信號通路、促性腺激素釋放激素信號通路相關(guān)，提示circRNA 在綿羊發(fā)情中參與垂體調(diào)節(jié)的潛在作用。Zhang 等在綿羊下丘腦中鑒定出41 863 個circRNA，在多胎和單胎綿羊的卵泡期有333 個circRNA 差異表達（162 個上調(diào)，171 個下調(diào)），黃體期有340 個circRNA 差異表達（163 個上調(diào)，177個下調(diào)），對這些差異表達的circRNA 進行功能分析，發(fā)現(xiàn)其中大多數(shù)circRNA 參與調(diào)控GnRH 的活性或關(guān)鍵基因的表達進而調(diào)控綿羊生殖。La 等對多胎和單胎綿羊的子宮進行circRNA 測序，在卵泡期和黃體期分別鑒定出147 個和364 個circRNA 呈現(xiàn)差異性表達，通過GO 和KEGG 分析發(fā)現(xiàn)這些circRNA 主要富集于促性腺激素釋放激素信號通路，這與Zhang 等的研究結(jié)果存在一定的相關(guān)性。

4.2 circRNA 在精子發(fā)生中的作用 Chioccarelli 等通過circRNA 測序在人類精子細胞中鑒定出10 726 個circRNA，其中84.6%來源于外顯子區(qū)域；通過對比高活力和低活力精子circRNA 的表達數(shù)據(jù)，分析出148個具有顯著差異表達的circRNA，對這些circRNA 的宿主基因進行KEGG 通路分析，結(jié)果顯示其主要與DNA 復(fù)制、RNA 運輸和降解、細胞周期以及類固醇生物合成等信號通路高度相關(guān)，提示這些circRNA 可能在胚胎發(fā)育的起始階段發(fā)揮作用。此外，Gòdia 等在豬精子中鑒定出1 598 個circRNA，其中82.1%來源于外顯子區(qū)域，通過與已發(fā)現(xiàn)的人、鼠、豬circRNA數(shù)據(jù)進行對比，發(fā)現(xiàn)在豬精子中具有高度特異表達的circRNA，對這些circRNA 的宿主基因進行GO 分析，結(jié)果顯示宿主基因主要參與表觀遺傳修飾、精子發(fā)生以及纖毛組裝等過程，并提示一些circRNA 如ssc_circ_1458 和 ssc_circ_1321 與精子運動特性存在著顯著相關(guān)性。Dong 等研究顯示，circRNA 在各類精細胞中大量表達，如在圓形精母細胞中有7 220 個，細線期精母細胞中有6 689 個，在粗線期精母細胞中有4 467個，提示circRNA 在精子分化中具有差異化的潛在調(diào)控作用。Tang 等進一步研究發(fā)現(xiàn)，在粗線期精母細胞發(fā)育成精子的過程中，circRNA 的數(shù)量和豐度都顯著升高，而對應(yīng)的線性RNA 的水平顯著降低，提示精子中circRNA 水平的上升可能是一些重要轉(zhuǎn)錄本提高自身穩(wěn)定性的機制，以確保精子形成晚期一些關(guān)鍵蛋白的持續(xù)產(chǎn)生，GO 分析結(jié)果顯示這些宿主基因可能參與了精子發(fā)生過程中的關(guān)鍵事件，主要在表觀遺傳調(diào)控（DNA 甲基化、組蛋白修飾和核小體組織）和精子運動（纖毛運動、軸絲組裝和微管束形成）等方面發(fā)揮作用。睪丸組織作為雄性生殖系統(tǒng)的重要組成部分，不僅為精子生成提供重要的場所，還為保障精子的正常發(fā)育起到至關(guān)重要的作用。Zhang 等在仔豬睪丸和性成熟豬睪丸中發(fā)現(xiàn)了大量的差異表達circRNA，GO 分析表明其可能參與精子發(fā)生和激素合成，為評估豬睪丸發(fā)育情況提供潛在的生物標記物。綜上所述，睪丸和精子來源的circRNA 主要來源于基因的外顯子區(qū)域，根據(jù)宿主基因的位置，它們廣泛分布在包括線粒體基因組在內(nèi)的所有染色體上。GO 分析表明，這些circRNA 主要參與生殖細胞進程、減數(shù)分裂事件、表觀遺傳修飾、精子活力和受精等過程，從而在雄性生殖方面發(fā)揮關(guān)鍵作用。

4.3 circRNA 在卵泡發(fā)育和卵母細胞成熟中的作用 Hu等對麻城黑山羊和波爾山羊的排卵前卵泡進行了circRNA 測序，在山羊排卵前卵泡中共鑒定出13 950個circRNA，其中有13 527 個circRNA 來源于827 個宿主基因；對這些宿主基因進行GO 和KEGG 富集分析，發(fā)現(xiàn)大多數(shù)宿主基因參與細胞發(fā)育過程，如轉(zhuǎn)移酶活性、新陳代謝等；還有一些宿主基因與重要的信號通路如促性腺激素釋放激素（GnRH）信號通路、促性腺激素調(diào)節(jié)的卵母細胞成熟等也存在相關(guān)性，研究人員還分析出37 個差異表達的circRNA，并證實chi_circ_0008219 能夠結(jié)合卵泡發(fā)育相關(guān)的miRNA。這些結(jié)果表明circRNA 在山羊卵泡發(fā)育中具有的潛在作用。Xie 等對梅山豬和杜洛克豬中等大小的M2 期卵泡進行circRNA 測序，鑒定出15 866 個circRNA，其中有244 個circRNA 的表達存在差異，對這些差異表達circRNA 的宿主基因進行GO 和KEGG 分析，結(jié)果顯示它們可能參與卵泡發(fā)育信號通路。Fu 等利用BMP15、GDF9 和BMP15+GDF9 對牛卵丘細胞進行體外處理，并對各組卵丘細胞進行circRNA 測序，預(yù)測出1 706 個circRNA，分析各處理組與對照組之間circRNA 的差異表達，發(fā)現(xiàn)BMP15 和GDF9 可能通過circRNA 海綿吸附miRNA 來調(diào)控靶基因，從而調(diào)節(jié)牛卵丘細胞的形態(tài)發(fā)生，影響卵泡發(fā)育。CircRNAs在卵母細胞成熟中的作用尚未得到廣泛研究。2019 年Shen 等報道circRNA 能夠作為miRNA 海綿調(diào)節(jié)多種生殖途徑，如卵母細胞減數(shù)分裂，GnRH 信號和孕酮介導(dǎo)的卵母細胞成熟。同年，Cao 等以豬為模型，在豬卵丘細胞和卵母細胞中分別鑒定出7 067 個和637個circRNAs，發(fā)現(xiàn)敲低circARMC4 會導(dǎo)致減數(shù)分裂期間染色體排列和第一極體運動異常，進一步影響了豬早期胚胎發(fā)育。Cheng 等分析發(fā)現(xiàn)，與30 歲體外受精患者相比，38 歲體外受精患者顆粒細胞中有46個circRNA 表達上調(diào)，11 個circRNA 表達下調(diào)，其中circ_103827 和circ_104816 的表達與優(yōu)質(zhì)胚數(shù)呈負相關(guān)；GO 分析顯示這2 個circRNA 可能在葡萄糖代謝和有絲分裂細胞周期中發(fā)揮作用，提示circ_103827 和circ_104816 可能作為卵泡微環(huán)境受損的潛在指標，用于預(yù)測輔助生殖結(jié)果。上述研究也提示了一些特異性的circRNA 或許能夠作為疾病診斷的標志物，為相關(guān)生殖疾病的診斷和治療提供依據(jù)。

4.4 circRNA 與胚胎著床前發(fā)育緊密關(guān)聯(lián) 早期胚胎發(fā)育是生殖領(lǐng)域中的重要環(huán)節(jié)。哺乳動物胚胎發(fā)育起始于受精卵，受精卵在輸卵管向子宮移行過程中伴隨著胚胎細胞分裂增殖、桑椹胚致密化和囊胚形成等形態(tài)學(xué)變化，在分子水平上也發(fā)生著一系列精細的改變，如卵母細胞庫RNA 降解和胚胎基因組轉(zhuǎn)錄激活等事件。circRNA廣泛存在于組織和細胞中，其豐度通常隨著發(fā)育階段而發(fā)生變化，探索circRNA 在各類生殖細胞中的表達模式對于后續(xù)揭示circRNA 在生殖領(lǐng)域的功能尤為重要。

Dang 等利用單細胞測序技術(shù)對人類植入前胚胎進行circRNA 測序，結(jié)果顯示鑒定的10 032 個circRNA 來源于2 974 個宿主基因，這些circRNA 的表達呈現(xiàn)發(fā)育階段特異性特征。通過對2 974 個宿主基因進行GO 分析，發(fā)現(xiàn)這些circRNA 可能參與細胞器組織、染色體組織和染色質(zhì)修飾過程。Fan 等對小鼠早期胚胎進行circRNA 測序，共預(yù)測了2 891 個circRNA，來源于1 316 個宿主基因，大多數(shù)circRNA 的長度在0～2 kb，對1 316 個宿主基因進行GO 分析，結(jié)果顯示這些circRNA 可能參與染色體組織和染色質(zhì)修飾過程。Dang 等將人和小鼠早期胚胎的測序結(jié)果進行比較分析，發(fā)現(xiàn)小鼠植入前胚胎中鑒定出的circRNA 和宿主基因的數(shù)量遠低于在人類植入前胚胎，主要原因可能是物種之間的差異性以及進化程度的不同，在人和小鼠早期胚胎中鑒定到的circRNA 宿主基因中，相同的宿主基因有835 個，表明circRNA 的形成在人和鼠之間是保守的。這些相同的宿主基因參與了早期胚胎形成中的一些關(guān)鍵事件，提示了它們可能在早期胚胎形成過程中具有不可替代的重要功能。目前已有研究發(fā)現(xiàn)一些circRNA 在滋養(yǎng)層細胞增殖、遷移和侵襲方面發(fā)揮著重要的功能，對胚胎的正常著床也有重要影響。鑒于circRNA 的保守性，可以假設(shè)其他物種的早期胚胎中也含有這些保守的宿主基因，進而通過多物種對比的方式篩選出最保守的宿主基因，為研究早期胚胎發(fā)育過程中發(fā)揮重要功能的circRNA 提供方向。

4.5 circRNA 調(diào)節(jié)干細胞的多能性狀態(tài) 胚胎干細胞（Embryonic Stem Cell，ESCs）是從早期囊胚的內(nèi)細胞團或原始性腺中分離出來的一類細胞，其具有體外培養(yǎng)無限增殖、自我更新和多向分化的特性，探索調(diào)控ESCs 多能性的維持和自我更新的機制對了解哺乳動物早期胚胎發(fā)育和細胞組織分化過程十分重要。近年來，隨著誘導(dǎo)多能干細胞（Induced Pluripotent Stem Cells，iPSC）技術(shù)的逐漸成熟，其主要在疾病建模、藥物發(fā)現(xiàn)以及再生醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，但有關(guān)circRNA 在胚胎干細胞中的功能性研究仍有待探索。

Yu 等在人類胚胎干細胞中證明了circBIRC6和circCORO1C 在功能上與多能性狀態(tài)相關(guān)，其中circBIRC6 能夠通過吸附miR-34a 和miR-145，影響靶基因mRNA 的表達，從而維持多能性狀態(tài)。Barilani 等通過高通量測序分析構(gòu)建出人胎兒來源型誘導(dǎo)多能干細胞circRNA 表達譜，提示circRNA 可能參與調(diào)控多能干細胞的未分化狀態(tài)，從而在胚胎發(fā)育過程中發(fā)揮重要功能。Cherubini 等首次描述了circRNA 在控制人類間充質(zhì)干細胞（MSC）特征和分化中的作用，通過對來源于人骨髓與臍帶血的原代間充質(zhì)干細胞和人皮膚成纖維細胞進行circRNA 測序，證明了circFOXP1 是未分化MSC 的標志物，其與miR-17-3p/miR-127-5p 相互作用，從而影響干性和分化相關(guān)信號通路以維持MSC 的增殖和自我更新。在ESCs 中，Oct4、Sox2 和Nanog是組成多能性調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的核心轉(zhuǎn)錄因子。Li 等通過對雄性和雌性小鼠生殖干細胞進行circRNA 測序，構(gòu)建了circRNA 差異表達譜，揭示了circRNA 可能與生殖干細胞的性別特異性分化有關(guān)。Zhang 等在人源胚胎干細胞中發(fā)現(xiàn)了上千條circRNA，并揭示了內(nèi)含子互補序列配對所介導(dǎo)的circRNA 形成機制。綜上所述，circRNA 在干細胞多能性維持和促進體細胞重編程效率方面均有明顯的作用。

5 展 望

circRNA 作為一種新型的非編碼RNA，其擁有廣泛性、穩(wěn)定性和特異性等生物學(xué)特性且具有調(diào)控基因表達的重要功能。近年來，隨著生物信息技術(shù)和高通量測序方法的逐漸發(fā)展，哺乳動物生殖領(lǐng)域中有越來越多的circRNA 被鑒定出來。circRNA 的發(fā)現(xiàn)為篩選診斷和治療生殖疾病的標志物提供了方向，為深入剖析生殖細胞和胚胎發(fā)育過程中的調(diào)控機制增加了一層新的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，也為研究哺乳動物生殖發(fā)育開拓了新視角。高通量測序研究結(jié)果豐富了circRNAs 在配子、胚胎和干細胞等組織中的轉(zhuǎn)錄組學(xué)數(shù)據(jù)，為進一步探索其在配子發(fā)生、胚胎發(fā)育和干細胞多能性調(diào)節(jié)等方面的機制奠定了基礎(chǔ)。同時，尚不清楚新出現(xiàn)的circRNA 與RNA、蛋白質(zhì)之間存在的復(fù)雜調(diào)控網(wǎng)絡(luò)是否會打破過去所認知的調(diào)控機制。目前對circRNA 在哺乳動物生殖領(lǐng)域中的研究仍處于起步階段，其在生殖領(lǐng)域中發(fā)揮的重要生物學(xué)功能仍需深入探索。相信隨著研究者們對circRNA 的努力挖掘，有關(guān)circRNA 在生殖領(lǐng)域的研究會取得更大進展。