安蘭花 張金生

缺血性心腦血管疾病是具有相同病理基礎(chǔ)不同臨床表現(xiàn)的一組疾病，指血管狹窄、粥樣硬化或梗死造成局部供血的減少，進(jìn)而導(dǎo)致心腦缺血，是我國(guó)人群致殘、致死的重要原因。其病理基礎(chǔ)是局部心腦組織的急性缺血形成缺血缺氧微環(huán)境，嚴(yán)重影響細(xì)胞的遷移、增殖、凋亡、衰老等。環(huán)狀RNAs(CircRNAs)是一種內(nèi)源性非編碼RNAs，具有微調(diào)基因組與各種微環(huán)境相互作用的能力。研究表明，CircRNAs與缺血性心腦血管疾病關(guān)系密切[1-5]，主要涉及能量代謝、血管生成、細(xì)胞凋亡、炎癥等，有望成為心腦血管病臨床診斷和治療的候選者。本研究就CircRNAs與缺血缺氧微環(huán)境關(guān)系的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述，以期揭示缺血性心腦血管疾病發(fā)病機(jī)制的共性以及潛在的治療靶點(diǎn)。

1 CircRNAs與缺血缺氧微環(huán)境的關(guān)系

微環(huán)境是細(xì)胞賴以生存的“土壤”，可全方位調(diào)控細(xì)胞的增殖、分化、遷移、凋亡等。當(dāng)缺血性心腦血管疾病發(fā)生時(shí)，局部組織缺血缺氧可誘導(dǎo)發(fā)生復(fù)雜的生化級(jí)聯(lián)改變，導(dǎo)致代謝異常、炎癥募集、自由基過度產(chǎn)生，激活多種信號(hào)通路釋放多種細(xì)胞因子導(dǎo)致組織損傷與修復(fù)失衡。CircRNAs與缺血缺氧微環(huán)境關(guān)系密切。研究顯示，在小鼠短暫性大腦中動(dòng)脈閉塞(transient middle cerebral artery occlusion，tMCAO)后7 d采用circHIPK2 siRNA轉(zhuǎn)導(dǎo)神經(jīng)干細(xì)胞(circHIPK2 siRNA neural stem cell，si-circHIPK2-NSCs)并將其注射到側(cè)腦室，發(fā)現(xiàn)si-circHIPK2-NSCs可遷移至缺血半暗帶區(qū)，增加缺血區(qū)神經(jīng)元可塑性，產(chǎn)生持久的神經(jīng)保護(hù)作用，而沉默circHIPK2可促進(jìn)神經(jīng)干細(xì)胞(NSCs)定向分化為神經(jīng)元[6]。不同的circRNAs具有不同的作用。Wu等[7]研究結(jié)果顯示，tMCAO模型小鼠腦組織CircTLK1水平明顯升高，敲除CircTLK1可縮小腦梗死體積，減輕神經(jīng)元損傷，改善神經(jīng)功能缺損。而Bai等[5]研究卻表明，tMCAO模型小鼠過表達(dá)circDLGAP4可明顯減輕神經(jīng)功能缺損和血腦屏障損害，縮小腦梗死?，F(xiàn)從以下幾個(gè)方面闡述CircRNAs與缺血缺氧微環(huán)境的關(guān)系。

1.1 CircRNAs參與代謝調(diào)節(jié)CircRNAs參與調(diào)節(jié)與缺血缺氧微環(huán)境有關(guān)代謝的多個(gè)環(huán)節(jié)。首先，CircRNAs可參與調(diào)控缺血缺氧微環(huán)境中不同代謝途徑進(jìn)而參與能量代謝的調(diào)節(jié)。Lin等[8]研究腦缺血再灌注(ischemia/reperfusion，I/R)損傷模型發(fā)現(xiàn)，mmu-circRNA-015947可能通過代謝和免疫相關(guān)途徑參與細(xì)胞凋亡。Ostolaza等[9]研究發(fā)現(xiàn)，針對(duì)缺血性卒中患者，CircRNA 可能通過與脂肪酸生物合成或賴氨酸降解有關(guān)的miRNA相互作用發(fā)揮功能調(diào)節(jié)，但具體機(jī)制尚待進(jìn)一步研究。隨著缺血時(shí)間的延長(zhǎng)，缺血區(qū)微環(huán)境處于高度復(fù)雜的動(dòng)態(tài)時(shí)空演變，CircRNAs也隨缺血時(shí)間延長(zhǎng)參與不同的代謝途徑。Lu等[10]研究結(jié)果顯示，局灶性腦缺血小鼠于卒中后5 min、3 h和24 h CircRNAs分別參與不同的信號(hào)途徑，其中在MCAO后3 h CircRNAs主要參與細(xì)胞色素P450對(duì)外源物質(zhì)的代謝以及乳酸和新內(nèi)酯系列的糖鞘糖脂的生物合成，而在MCAO后24 h參與脂肪酸代謝。其次，CircRNAs參與調(diào)節(jié)能量代謝的直接供能物質(zhì)——ATP。Cai等[11]研究發(fā)現(xiàn)，心肌梗死模型大鼠缺血心肌細(xì)胞CIRC-Ttc3的過表達(dá)可逆轉(zhuǎn)miR-15b誘導(dǎo)的Arl2表達(dá)抑制，相反，敲除Arl2則部分消除了CIRC-Ttc3過表達(dá)對(duì)心肌細(xì)胞ATP產(chǎn)生和凋亡的有益作用。circRNA4087也參與缺血缺氧微環(huán)境中心肌細(xì)胞中ATP的產(chǎn)生。閔捷[12]研究發(fā)現(xiàn)，心肌I/R模型大鼠circRNA4087顯著上調(diào)，隨后的體外細(xì)胞實(shí)驗(yàn)表明，過表達(dá)circRNA4087可抑制心肌細(xì)胞活力，降低心肌細(xì)胞內(nèi)ATP含量，促進(jìn)心肌細(xì)胞凋亡，而下調(diào)circRNA4087可保護(hù)心肌細(xì)胞內(nèi)ATP含量，降低線粒體活性氧的生成，抑制心肌細(xì)胞的凋亡。上述多個(gè)研究結(jié)果表明，CircRNAs可通過調(diào)節(jié)代謝通路以及ATP在缺血缺氧微環(huán)境中后發(fā)揮作用。

1.2 CircRNAs調(diào)節(jié)血管生成CircRNAs可參與血管生成。其中，血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)參與促進(jìn)血管生成的早期事件。在缺血缺氧后24 h內(nèi)，大量的VEGF和其他可溶性細(xì)胞因子應(yīng)激性增加，進(jìn)而促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞產(chǎn)生和血管再生。因此，VEGF和血管內(nèi)皮細(xì)胞與血管生成關(guān)系密切。研究發(fā)現(xiàn)在缺血缺氧微環(huán)境中CircRNAs與VEGF信號(hào)通路相關(guān)[13]。CircFndc3b是心肌內(nèi)皮細(xì)胞表達(dá)的一種CircRNA，可通過調(diào)節(jié)VEGF的表達(dá)和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，增強(qiáng)血管生成活性，減少心肌細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞的凋亡，改善左心室功能[14]。同樣，沉默hSA_CIRC_0007623可以上調(diào)miR297，下調(diào)VEGFa的表達(dá)，減少細(xì)胞的增殖、遷移和血管生成，從而促進(jìn)急性心肌缺血后的心臟修復(fù)，保護(hù)心功能[15]。CircNfix可能通過CircNfix/miR214/GSK3β信號(hào)通路調(diào)節(jié)心肌細(xì)胞中VEGF的釋放進(jìn)而參與調(diào)控心肌梗死后的血管生成[16]。CircRNAs可受缺血缺氧微環(huán)境的影響調(diào)節(jié)血管內(nèi)皮細(xì)胞促進(jìn)血管生成。hSA_CIRC_0010729通過miR-186/缺氧誘導(dǎo)因子-1a軸調(diào)控內(nèi)皮細(xì)胞的增殖和遷移活性，促進(jìn)細(xì)胞的凋亡，從而在缺氧誘導(dǎo)的內(nèi)皮細(xì)胞功能中起重要作用[17]。CircRNA cZNF292是表達(dá)最高的和顯著受缺氧調(diào)控的CircRNAs之一，研究發(fā)現(xiàn)沉默CircRNA cZNF292可抑制cZNF292的表達(dá)，減少體外培養(yǎng)內(nèi)皮細(xì)胞的血管形成和球體萌發(fā)[18]。CircHipk3通過海綿吸附miR-133a可促進(jìn)新生血管的增殖[19]。然而，不同的CircRNAs可以通過不同的機(jī)制參與內(nèi)皮細(xì)胞的調(diào)控。缺氧預(yù)處理的心肌細(xì)胞釋放的外泌體circHIPK3通過miR-29a/胰島素樣生長(zhǎng)因子-1途徑調(diào)節(jié)心臟微血管內(nèi)皮細(xì)胞的氧化損傷[20]。Chen等[21]采用人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞(human umbilical vein endothelial cells)建立體外I/R模型發(fā)現(xiàn)circDLPAG4/HECTD1通過內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激介導(dǎo)內(nèi)皮細(xì)胞的功能障礙。因此，調(diào)控CircRNAs促進(jìn)血管生成或可能成為促進(jìn)缺血性腦血管疾病損傷區(qū)組織再生和修復(fù)的重要途徑。

1.3 細(xì)胞凋亡隨著缺血缺氧時(shí)間的延長(zhǎng)，相應(yīng)的病理因子和信號(hào)通路被激活，導(dǎo)致促凋亡和抗凋亡平衡破壞，致使瀕危的細(xì)胞最終走向凋亡。而CircRNAs可通過細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶(ERK)、Wnt/β-catenin等多種信號(hào)通路調(diào)控缺血區(qū)細(xì)胞的凋亡。

1.3.1ERK相關(guān)信號(hào)通路：Ras/Raf/MEK/ERK信號(hào)通路又稱ERK信號(hào)通路，能將細(xì)胞外信號(hào)傳遞入細(xì)胞核內(nèi)，引起細(xì)胞內(nèi)特異蛋白表達(dá)譜變化，從而影響細(xì)胞的存活。而Wnt信號(hào)通路是細(xì)胞凋亡的主要信號(hào)通路。β-catenin是Wnt/β-catenin信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的核心分子，經(jīng)典的Wnt信號(hào)通路可通過激活β-catenin向細(xì)胞核內(nèi)傳遞信號(hào)，啟動(dòng)下游的靶基因。CircRNAs可通過這些信號(hào)通路參與調(diào)控缺血缺氧微環(huán)境中細(xì)胞的凋亡。Cao等[22]針對(duì)缺氧缺糖再灌注誘導(dǎo)的NSC損傷研究發(fā)現(xiàn)，沉默cZNF292可促進(jìn)NSCs生長(zhǎng)并抑制NSCs凋亡，其機(jī)制與上調(diào)miR-22誘導(dǎo)了Wnt/β-catenin和蛋白激酶C/ERK通路的激活有關(guān)。Shao等[23]采用體外氧糖剝奪(OGD)處理模擬心肌缺血研究發(fā)現(xiàn)，CircDENND2A過表達(dá)可通過下調(diào)miR-34a表達(dá)和β-catenin及Ras/Raf/MEK/ERK途徑，增強(qiáng)缺氧細(xì)胞的存活和遷移，降低缺氧誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡。Jin等[24]采用心肌細(xì)胞缺氧缺糖損傷模型研究發(fā)現(xiàn)CIRC_0010729通過上調(diào)miR-145-5p激活mTOR和MEK/ERK通路，調(diào)控心肌細(xì)胞凋亡。

1.3.2Akt信號(hào)通路：Akt信號(hào)通路在缺血時(shí)被激活，是細(xì)胞存活的重要信號(hào)通路。在腦I/R損傷引起的細(xì)胞凋亡機(jī)制研究中發(fā)現(xiàn)，CIRC_008018沉默或miR-99a過表達(dá)可部分逆轉(zhuǎn)I/R引起的Akt和GSK3β磷酸化水平的降低，最終影響細(xì)胞的凋亡[25]。此外，破裂和完整的質(zhì)膜通常分別被認(rèn)為是壞死性和凋亡性細(xì)胞死亡的標(biāo)志。CircRNAs與細(xì)胞膜的動(dòng)態(tài)平衡密切相關(guān)。ORP5是錨定在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)-質(zhì)膜接觸點(diǎn)。Shang等[26]研究發(fā)現(xiàn)，CIRC_0001449可作為miR-124-3p和miR-32-5p的海綿競(jìng)爭(zhēng)內(nèi)源RNA，促進(jìn)tMCAO模型小鼠Osbpl5翻譯進(jìn)而調(diào)節(jié)細(xì)胞膜的動(dòng)態(tài)平衡，并參與Akt的生存途徑。

1.3.3通過miRNA發(fā)揮作用：目前研究發(fā)現(xiàn)CircRNAs可以與miRNA結(jié)合共同調(diào)節(jié)細(xì)胞的增殖、分化、凋亡等過程，然而不同的CircRNAs發(fā)揮不同的作用。一方面，CircRNAs可與miRNA促進(jìn)細(xì)胞的凋亡，加重缺血缺氧性損傷。Zhao等[27]研究表明，在缺血性卒中患者血清和MCAO小鼠缺血腦半球中均發(fā)現(xiàn)circ-0072309表達(dá)與miR-100表達(dá)呈負(fù)相關(guān)，circRNA hSA_CIRC_0072309可作為miR-0072309海綿，下調(diào)circRNA hSA_CIRC_0072309，促進(jìn)缺血缺氧區(qū)細(xì)胞凋亡，并推測(cè)circ_0072309-miR-100-mTOR可能是缺血性卒中潛在作用靶點(diǎn)。Geng等[28]研究發(fā)現(xiàn)，CircRNA Cdr1as通過調(diào)節(jié)miR-7a促進(jìn)缺氧心肌細(xì)胞凋亡，加重心肌梗死。另一方面，CircRNAs通過調(diào)控凋亡過程，減輕缺血缺氧性損傷。Cai等[11]研究發(fā)現(xiàn)CIRC-Ttc3通過miR-15b-Arl2級(jí)聯(lián)在心肌梗死后缺氧誘導(dǎo)的心肌細(xì)胞凋亡、心肌梗死和心功能障礙中發(fā)揮保護(hù)心臟作用。Zhao等[29]研究結(jié)果顯示，在心肌梗死患者中CircMACF1過表達(dá)可通過調(diào)節(jié)miR-500b-5p/EMP1軸減少心肌細(xì)胞凋亡，增加左心室射血分?jǐn)?shù)和左心室縮短分?jǐn)?shù)，降低左室收縮末期內(nèi)徑和左室舒張末期內(nèi)徑，降低血清肌酸激酶 MB和乳酸脫氫酶水平和心肌梗死范圍。Wang等[30]研究表明CircRNA DLGAP4通過靶向miR-143調(diào)節(jié)BCL2而改善心肌I/R損傷中的心肌細(xì)胞凋亡，并推測(cè)CircDLGAP4/miR-143/BCL2軸可能是心肌I/R中潛在的心肌細(xì)胞凋亡調(diào)節(jié)軸。Li等[31]研究表明，沉默CircNCX1可降低促凋亡基因細(xì)胞死亡誘導(dǎo)蛋白(CDIP1)水平，減輕細(xì)胞凋亡和I/R損傷，并揭示缺血性心肌損傷中心肌細(xì)胞的凋亡是由CircNCX1/miR-133a-3p/CDIP1通路介導(dǎo)的，而且CircNCX1充當(dāng)miR-133a-3p的海綿。

1.3.4自噬相關(guān)通路：自噬是維持細(xì)胞內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定的一個(gè)重要機(jī)制，與缺氧引起的細(xì)胞凋亡密切相關(guān)。CircRNAs參與自噬的調(diào)節(jié)。ACR是一種自噬相關(guān)環(huán)狀RNA，可通過ACR-PINK1-FAM65B軸參與心肌梗死后心肌細(xì)胞自噬和凋亡[32]。針對(duì)小鼠tMCAO模型的研究結(jié)果顯示，CircRNA HECTD1可以通過調(diào)節(jié)自噬方式靶向MIR142-TIPARP通路調(diào)節(jié)星形膠質(zhì)細(xì)胞的激活，明顯減少梗死面積，減輕神經(jīng)元缺陷[33]。此外，線粒體自噬可介導(dǎo)細(xì)胞程序性凋亡和壞死細(xì)胞死亡，在維持微環(huán)境穩(wěn)態(tài)中發(fā)揮重要作用。禹文峰等[34]有關(guān)腦I/R損傷機(jī)制研究發(fā)現(xiàn)，外源性circRNA4736通過競(jìng)爭(zhēng)結(jié)合miR-206，解除miR206對(duì)Seipin的3′UTR區(qū)的抑制作用，從而重新激活Seipin蛋白生物學(xué)功能，進(jìn)而促進(jìn)Seipin介導(dǎo)的線粒體自噬，最終抑制神經(jīng)元的凋亡。

1.3.5其他信號(hào)通路：除上述調(diào)控細(xì)胞凋亡的信號(hào)通路外，CircRNAs也可通過TNF信號(hào)通路和線粒體分裂和凋亡相關(guān)通路參與缺血缺氧微環(huán)境中細(xì)胞凋亡的發(fā)生。Song等[35]研究結(jié)果表明，CircTLK1可通過靶向miR-214/RIPK1介導(dǎo)的TNF信號(hào)通路加重心肌I/R損傷，促進(jìn)細(xì)胞凋亡。Wang等[36]研究表明MFACR是線粒體分裂和凋亡相關(guān)的CircRNAs，通過直接靶向和下調(diào)miR-652-3p來調(diào)節(jié)心臟中的線粒體分裂和凋亡，進(jìn)而通過抑制MTP18翻譯來阻止線粒體分裂和心肌細(xì)胞死亡。

1.4 CircRNAs調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)炎癥反應(yīng)密切參與缺血級(jí)聯(lián)的所有階段，從血液供應(yīng)中斷引發(fā)的早期血管損傷事件到導(dǎo)致缺血后組織修復(fù)過程[37]。不同的CircRNAs可發(fā)揮不同的作用。據(jù)報(bào)道CircRNA HECTD1可參與巨噬細(xì)胞活化從而參與SiO2誘導(dǎo)的炎癥反應(yīng)[38]。Han等[33]研究小鼠tMCAO模型發(fā)現(xiàn)CircRNA HECTD1對(duì)急性缺血性卒中(acute ischemic stroke，AIS)發(fā)病機(jī)制具有調(diào)節(jié)作用。隨后Peng等[39]在CircRNA HECTD1表達(dá)與AIS疾病風(fēng)險(xiǎn)的研究中也發(fā)現(xiàn)，CircRNA HECTD1表達(dá)與患者美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院卒中量表(NIH stroke scale)評(píng)分和炎癥因子水平(CRP、TNF-α、IL-6、IL-8、IL-22)呈正相關(guān)，即CircRNA HECTD1上調(diào)了促炎細(xì)胞因子的水平，刺激了炎癥和免疫反應(yīng)，從而加速了疾病的進(jìn)展以及AIS的復(fù)發(fā)。然而Zhu等[40]研究卻發(fā)現(xiàn)CircRNA DLGAP4在AIS中被下調(diào)，并且與患者的嚴(yán)重程度、炎性細(xì)胞因子(TNF-α、IL-1β、IL-6、IL-8，IL-17和IL-22)表達(dá)和促炎基因miR-143表達(dá)呈負(fù)相關(guān)。雖然炎癥反應(yīng)在缺血性疾病中占重要地位，但目前關(guān)于缺血缺氧微環(huán)境中circRNAs在炎癥方面的機(jī)制研究較少，仍待后續(xù)研究進(jìn)一步揭示circRNAs在炎癥反應(yīng)中的調(diào)控機(jī)制。

2 總結(jié)與展望

綜上所述，目前盡管針對(duì)CircRNAs的研究尚在起步階段，但現(xiàn)有研究初步發(fā)現(xiàn)CircRNAs可通過不同的機(jī)制，包括能量代謝、血管生成、炎癥反應(yīng)、細(xì)胞凋亡等，影響缺血性疾病的損傷與修復(fù)。缺血性心腦血管疾病發(fā)病機(jī)制處于動(dòng)態(tài)的時(shí)空演變中，目前的研究尚缺乏CircRNAs隨缺血時(shí)間延長(zhǎng)的動(dòng)態(tài)追蹤研究，而且參與調(diào)控疾病及促進(jìn)修復(fù)涉及的多種因子及信號(hào)通路之間也很復(fù)雜，具體機(jī)制仍需進(jìn)一步研究。以缺血缺氧性微環(huán)境為切入點(diǎn)并從轉(zhuǎn)錄水平解讀缺血性心腦血管疾病發(fā)病機(jī)制的共性具有重要的科學(xué)意義，也為從轉(zhuǎn)錄層面治療疾病提供了基礎(chǔ)。但就目前研究水平而言，通過靶向調(diào)控CircRNAs實(shí)現(xiàn)缺血性心腦血管疾病治療存在很大困難。通過改良缺血缺氧微環(huán)境進(jìn)而影響CircRNAs表達(dá)或可成為缺血缺氧性疾病治療的潛在途徑。因此，深入研究缺血缺氧微環(huán)境中 CircRNAs表達(dá)譜的變化，對(duì)缺血性心腦血管疾病損傷組織再生與修復(fù)可能具有重要的潛在價(jià)值。