王藝敏 綜述 孫曉東 審校

上海交通大學(xué)附屬第一人民醫(yī)院眼科,上海 200080

眼底增生性疾病是在炎癥、趨化因子的誘發(fā)下,導(dǎo)致眼底組織細胞快速增生或新生血管形成的一類疾病,表現(xiàn)為眼底正常組織結(jié)構(gòu)和生理功能受到破壞,從而影響視力,甚至致盲[1-2]。目前,眼底增生性疾病有糖尿病視網(wǎng)膜病變(diabetic retinopathy,DR)、年齡相關(guān)性黃斑變性(age-related macular degeneration,AMD)和增生性玻璃體視網(wǎng)膜病變(proliferative vitreous retinopathy,PVR),治療手段包括抗血管內(nèi)皮生長因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)注射、手術(shù)、激光光凝等,但是這些手段對于疾病晚期的治療效果有限[3]。因此,了解眼底增生性疾病的相關(guān)機制,對于尋找新的診斷和治療靶點至關(guān)重要。近年來,環(huán)狀RNA(circular RNA,circRNA)逐漸進入研究者的視野,其可以通過表觀調(diào)控的方式來參與多種生物學(xué)過程[4-5]。環(huán)狀RNA既可參與眼部正常生理過程,又參與眼科相關(guān)疾病的發(fā)生和發(fā)展,已被證實在DR、年齡相關(guān)性白內(nèi)障等眼部疾病的病理過程中均起到重要作用[6-7]。本文就circRNA的概念、病理生理功能,及其在視網(wǎng)膜新生血管、視網(wǎng)膜膠質(zhì)細胞增生、纖維增生膜等病理過程中的作用研究進展進行綜述。

1 CircRNA概述

1.1 CircRNA的概念

CircRNA是一類內(nèi)源性RNA,是非編碼RNA之一,較線狀RNA更為穩(wěn)定,在生物體內(nèi)數(shù)量豐富,呈組織特異性表達[8]。CircRNA由前體mRNA反向剪接而成,其特征為連續(xù)閉合的環(huán)狀結(jié)構(gòu),既無3'端與polyA的尾部,也無5'端。CircRNA最早于1976年被發(fā)現(xiàn),當(dāng)時Sanger等認為它的生理學(xué)功能很小,大多是mRNA剪切錯誤的產(chǎn)物[9]。但是隨著測序與實驗技術(shù)的發(fā)展,circRNA被發(fā)現(xiàn)廣泛存在于各種生物體內(nèi),且近年來的研究表明,circRNA在各種生理過程中發(fā)揮微小RNA(microRNA,miRNA)海綿樣作用[10-11]。

1.2 CircRNA的生理功能

大部分circRNA位于細胞質(zhì)內(nèi),有小部分含有內(nèi)含子的circRNA位于細胞核內(nèi)。大量研究發(fā)現(xiàn),circRNA可與mRNA競爭結(jié)合miRNA,從而干擾基因的表達[10-13]。值得注意的是,只有很少部分的circRNA能與miRNA結(jié)合參與基因表達調(diào)控[14]。

體內(nèi)及體外研究發(fā)現(xiàn)circRNA還可以與蛋白和DNA相結(jié)合,并影響后者正常生物學(xué)功能[15-16]。除此之外,circRNA由于性質(zhì)穩(wěn)定,還可以作為外泌體的方式進入血液。目前有研究已在人血清外泌體中鑒定出超過1 000個circRNA,且發(fā)現(xiàn)腫瘤患者血清和正常血清里外泌體的circRNA表達譜存在差異[17]。因此,circRNA被認為有希望成為疾病診斷的生物標(biāo)志物之一。

隨著年齡的增長,許多細胞生理過程會發(fā)生變化,包括前體mRNA的剪接與轉(zhuǎn)錄的變化,從而影響基因表達譜的變化[18]。有研究在衰老果蠅的光感受器細胞中觀察到剪接因子的表達降低,導(dǎo)致circRNA的增多和累積,但仍未確定這些變化是否會促進光感受器的衰老與功能喪失[19]。

1.3 CircRNA參與病理的機制

轉(zhuǎn)錄過程中,前體mRNA可以形成環(huán)化的circRNA和不環(huán)化的線性RNA,這2種剪接之間存在競爭關(guān)系,并形成平衡狀態(tài),且狀態(tài)失衡與疾病的發(fā)展相關(guān)。盲肌樣蛋白(muscleblind,MBNL1)和腺苷脫氨酶1(adenosine deaminase 1,ADAR1)通過影響前體mRNA的剪接,參與調(diào)控環(huán)狀與線性RNA的形成[20-21]。其中MBNL1可以通過誘導(dǎo)反向剪接的形成來增加circRNA的表達;ADAR1通過影響反向剪接的效率來促進線性RNA的形成[22]。此外,circRNA作為內(nèi)源競爭RNA之一,其與靶向miRNA的豐度關(guān)系也決定了其作為海綿的效率[23]。有研究表明,當(dāng)PTEN(gene of phosphate and tension homology deleted on chromsome ten)基因和對應(yīng)circRNA VAPA(vesicle associated membrane protein-associated protein isoforms A)等濃度時,circRNA抑制miRNA的效率最高;當(dāng)二者濃度相差較大時,circRNA抑制miRNA的效率下降[24-25]。因此,環(huán)狀與線狀RNA生成的不平衡、circRNA的數(shù)量異常均可以引發(fā)病理情況,導(dǎo)致疾病的發(fā)生和發(fā)展。

2 CircRNA與眼底增生性疾病的相關(guān)性

2.1 CircRNA參與視網(wǎng)膜新生血管形成

許多眼底疾病,如早產(chǎn)兒視網(wǎng)膜病變(retinopathy of prematurity,ROP)、DR和視網(wǎng)膜動靜脈阻塞等疾病中,缺氧、炎癥等因素引起VEGF表達上調(diào),促進視網(wǎng)膜血管內(nèi)皮細胞增生,形成新生血管,嚴(yán)重危害患者視力[26-27]。有研究對ROP模型小鼠視網(wǎng)膜進行測序分析發(fā)現(xiàn),circRNA的表達譜較正常小鼠發(fā)生了顯著變化,并驗證4個關(guān)鍵circRNA(mmu_circRNA_002573、mmu_circRNA_011180、mmu_circRNA_016108和mmu_circRNA_22546)可以通過不同途徑參與新血管形成[28]。

DR病理過程中circHIPK3表達升高,并通過發(fā)揮海綿作用抑制miR-30a-3p活性,進而促進VEGFC、FZD4和WNT2等基因的表達,誘導(dǎo)新生血管形成;通過體外實驗沉默circHIPK3可以減少內(nèi)皮細胞增生、遷移和管腔形成[29]。另有研究表明,DR患者視網(wǎng)膜前纖維血管膜中circDNMT3B和circ_0005015的表達上調(diào);CircDNMT3B可發(fā)揮對miR-20b-5p的海綿樣作用,負調(diào)節(jié)miR-20b-5p的表達,進而調(diào)控下游基因BAMBI誘導(dǎo)的VEGF表達,促進血管生成和細胞增生[30]。Circ_0005015參與調(diào)節(jié)病理性視網(wǎng)膜血管功能障礙,其可能通過抑制miR-519d-3p影響下游STAT3、MMP-2和XIAP轉(zhuǎn)錄水平及表達,促進血管生成[31]。

此外,研究發(fā)現(xiàn)DR模型小鼠中存在cZNF609的異常高表達,并且通過海綿樣作用抑制miR-615-5p活性,解除miR-615-5p對MEF2A的抑制作用,促進血管內(nèi)皮細胞的成管功能;體外研究結(jié)果也顯示,沉默cZNF609可以減少病理性血管的形成和炎癥反應(yīng)[32]。

目前還需要更多的研究證實circRNA在眼底新生血管病理過程中的作用,抑制circRNA有望成為治療血管性疾病的新靶點。

2.2 CircRNA參與視網(wǎng)膜膠質(zhì)細胞增生

視網(wǎng)膜中的神經(jīng)膠質(zhì)細胞,如Müller細胞,可以分泌細胞因子和維持代謝穩(wěn)定以支持神經(jīng)細胞。在許多視網(wǎng)膜神經(jīng)損傷疾病中,如青光眼,存在視網(wǎng)膜神經(jīng)膠質(zhì)細胞的激活與增生,活化的膠質(zhì)細胞可以分泌一氧化氮、活性氧、細胞因子等加劇神經(jīng)細胞的損傷,導(dǎo)致視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細胞的死亡[33]。

研究發(fā)現(xiàn)在青光眼誘導(dǎo)的視網(wǎng)膜神經(jīng)變性中,視網(wǎng)膜組織中cZNF609和cZRANB1顯著上調(diào),其中cZRANB1可與miR-217相結(jié)合,解除其對下游轉(zhuǎn)錄因子RUNX2的抑制作用,繼而參與調(diào)節(jié)細胞增生和分化;將cZRANB1敲低后,可抑制Müller細胞的活化,并間接促進RGC細胞的存活[34]。cZNF609也可以通過海綿樣作用來抑制miR-615活性,釋放其對下游蛋白METRN的抑制,而METRN可參與神經(jīng)發(fā)生、血管形成等過程,還可以通過激活JAK-STAT3途徑促進膠質(zhì)細胞形成;沉默cZNF609同樣可以抑制膠質(zhì)細胞的增生[33]。因此,circRNA在調(diào)控膠質(zhì)細胞的增生和活化中可能起到重要的生理功能。

2.3 CircRNA參與纖維增生膜的形成

PVR多發(fā)生在眼科復(fù)雜手術(shù)和眼外傷之后,其特征為視網(wǎng)膜表面和玻璃體后界膜的細胞增生,形成視網(wǎng)膜前纖維膜,并對視網(wǎng)膜形成牽拉,可導(dǎo)致牽引性視網(wǎng)膜脫離[35]。視網(wǎng)膜色素上皮細胞是纖維膜的主要細胞成分之一,并且可以通過分泌細胞因子和生長因子來促進纖維膜的形成。有研究在PVR患者的視網(wǎng)膜前膜及玻璃體樣本中觀察到circ_0043144的顯著上調(diào);而沉默circ_0043144可調(diào)控體外培養(yǎng)的視網(wǎng)膜色素上皮細胞功能,降低其CCL2、CXCL8、IL-6和VEGF-A等因子的表達[36]。因此,circ_0043144有可能成為PVR治療的一個新靶點。

3 結(jié)語與展望

目前研究已經(jīng)揭示circRNA參與腫瘤、神經(jīng)發(fā)育、細胞凋亡或增生等方面的調(diào)控作用。在眼科領(lǐng)域,circRNA也被證實參與許多增生性疾病的發(fā)病機制。因此,以circRNA為靶點或?qū)⒊蔀橐环N可行的治療方式。Meganck等[37]以重組腺病毒相關(guān)病毒為載體進行小鼠多組織circRNA轉(zhuǎn)染,發(fā)現(xiàn)circRNA在小鼠體內(nèi)多種組織中成功表達,其中玻璃體腔給藥后circRNA在視網(wǎng)膜多個細胞層中高表達。這證明了circRNA治療眼科疾病的可行性,為相關(guān)研究提供了思路。此外,在腫瘤中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)特異性circRNA以外泌體的形式分泌入血,有希望成為腫瘤生物標(biāo)志物之一[38]。目前,已發(fā)現(xiàn)青光眼、DR以及新生血管性AMD患者房水、玻璃體液甚至血液中存在疾病特異性的外泌體[39]。是否能檢測到含有眼部疾病相關(guān)的特異性circRNA外泌體還需要更多的研究來證實,有望為眼科疾病尋找一個簡便可行的生物標(biāo)志物。對于circRNA進行深入研究,將為進一步揭示眼部疾病的機制與病理過程,為疾病的診斷、治療與預(yù)防提供了更多的思考與指導(dǎo)。

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