王 芹, 何夢婕, 龍方懿

(四川省婦幼保健院/成都醫(yī)學(xué)院附屬婦女兒童醫(yī)院實(shí)驗(yàn)醫(yī)學(xué)中心, 成都 610032)

環(huán)狀RNA(circular RNA, circRNA)于1971年在馬鈴薯紡錘莖塊類病毒中被首次發(fā)現(xiàn)[1]。它們種類豐富且具備多種生物學(xué)功能,例如,轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)、miRNA海綿、結(jié)合及降解蛋白質(zhì)等[2]。近年來circRNA在各種疾病中的作用不斷被報(bào)道,揭示了它們作為臨床診斷生物標(biāo)志物和治療靶點(diǎn)的潛力[3]。鐵死亡是一種調(diào)節(jié)性細(xì)胞死亡,它的發(fā)生已被證實(shí)與細(xì)胞內(nèi)的鐵穩(wěn)態(tài)被破壞、脂質(zhì)代謝紊亂和氧化應(yīng)激密切相關(guān)[4]。一些信號(hào)通路在鐵死亡的調(diào)控機(jī)制中發(fā)揮了重要作用,其中最廣為人知的2條途徑就是胱氨酸/谷氨酸逆向轉(zhuǎn)運(yùn)體(system xc-)和谷胱甘肽過氧化物酶4(glutathione peroxidase 4, GPX4)[5],可調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)谷胱甘肽(Glutathione, GSH)水平,催化GSH還原過量的脂質(zhì)過氧化物。越來越多研究揭示了非編碼RNA對鐵死亡的調(diào)控作用[6, 7],證實(shí)了表觀遺傳調(diào)控機(jī)制在疾病發(fā)展中的重要性。隨著研究的不斷深入,circRNA調(diào)控鐵死亡的機(jī)制也在不斷地拓展。本文將總結(jié)鐵死亡相關(guān)circRNA的作用機(jī)制和藥物開發(fā)策略,探索以circRNA為鐵死亡靶點(diǎn)開發(fā)藥物的可能性,為未來鐵死亡相關(guān)治療藥物的開發(fā)提供新的見解。

1 環(huán)狀RNA的形成和功能

CircRNA的形成和功能在生理病理過程中具有重要作用。其形成涉及多種復(fù)雜的機(jī)制,如反轉(zhuǎn)錄、選擇性剪切和內(nèi)含子轉(zhuǎn)錄后剪切等,導(dǎo)致了多種類型的circRNA生成。這些過程在細(xì)胞水平上調(diào)控著circRNA的豐度和多樣性。功能上,circRNA參與基因表達(dá)的調(diào)控,包括對轉(zhuǎn)錄和翻譯的調(diào)節(jié),同時(shí)在細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)中發(fā)揮著關(guān)鍵作用,影響細(xì)胞的生命周期、增殖和凋亡。此外,它們還在維持細(xì)胞穩(wěn)態(tài)和對外部環(huán)境刺激的應(yīng)對中扮演著關(guān)鍵角色。

1.1 環(huán)狀RNA的形成

CircRNA主要有3種類型[8],分別為外顯子circRNA(exonic circRNA, ecircRNA)、外顯子-內(nèi)含子circRNA(exon-intron circRNA, EIcircRNA)和內(nèi)含子circRNA(intronic circRNA, ciRNA)。EcircRNA在細(xì)胞質(zhì)中存在,而EIcircRNA和ciRNA則位于細(xì)胞核中[9]。這3種circRNA的形成可以通過2種模型解釋:外顯子跳躍(套索中間體)模型和直接反剪接模型。在“外顯子跳躍”模型或“套索中間體”模型中,跳躍外顯子規(guī)范剪接后,相鄰?fù)怙@子反向剪接形成內(nèi)含子套索中間體,最終生成ciRNA[2]?！爸苯臃醇艚印蹦Ｐ蛷南掠蔚?′剪接位點(diǎn)通過外顯子反向連接到上游的3′剪接位點(diǎn),生成EcircRNA和EIcircRNA,并形成外顯子-內(nèi)含子-外顯子中間體,進(jìn)一步生成線性RNA[10]。2種模型的提出有效解釋了circRNA的形成機(jī)制,且可通過分析剪接過程的中間產(chǎn)物,對circRNA的產(chǎn)生機(jī)制進(jìn)行區(qū)分。

Fig.1 The biogenesis of circRNA

1.2 環(huán)狀RNA的功能

CircRNA的功能對于解釋其在疾病中的作用至關(guān)重要。通過了解circRNA的功能可揭示其在調(diào)控鐵死亡過程中的分子機(jī)制,有助于全面理解不同疾病中鐵死亡的發(fā)展過程,為疾病治療提供更準(zhǔn)確的依據(jù),推動(dòng)精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)的發(fā)展。

1.2.1 轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié) 環(huán)狀RNA不僅通過形成R環(huán)結(jié)構(gòu)與DNA親本基因位點(diǎn)相互作用,也與U1小核核糖核蛋白(small nuclear ribonucleic proteins, snRNPs)或RNA聚合酶Ⅱ(RNA polymeraseⅡ, PolⅡ)相互作用,影響轉(zhuǎn)錄延伸[3, 11]。例如,在擬南芥中[12],circSEP3能與同源DNA形成R環(huán),導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄暫停。此外,環(huán)狀RNA可以通過共激活轉(zhuǎn)錄因子(transcription factor, TF)或海綿化微RNA(microRNA, miRNA)來調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄。例如,在間葉性腫瘤細(xì)胞中,circPOK可以增強(qiáng)白細(xì)胞介素增強(qiáng)結(jié)合因子2(interleukin enhancer-binding factor 2, ILF2)/ ILF3復(fù)合體與白細(xì)胞介素-6(interleukin-6, IL-6)近端啟動(dòng)子區(qū)域的親和力,提高ILF2/3在調(diào)節(jié)IL-6 mRNA轉(zhuǎn)錄和穩(wěn)定性方面的能力[13]。

1.2.2 翻譯功能 CircRNA利用帽不依賴性翻譯起始替代機(jī)制進(jìn)行翻譯,內(nèi)部核糖體位點(diǎn)(internal ribosome entry site, IRES)是最早發(fā)現(xiàn)的帽不依賴性翻譯起始機(jī)制之一,IRES上富含AU序列及18S rRNA互補(bǔ)序列,并有助于其被特異性識(shí)別[14, 15]。另一種circRNA翻譯起始機(jī)制由N6-甲基腺苷(N6-methyladenosine, m6A)介導(dǎo),該過程受到多種因素的調(diào)控,包括甲基轉(zhuǎn)移酶樣蛋白3(methyltransferase-like 3, METTL3)、METTL14、脂肪含量和肥胖相關(guān)蛋白(fat mass and obesity-associated protein, FTO)以及應(yīng)激狀態(tài)等[16, 17]。滾環(huán)翻譯是circRNA進(jìn)行多肽擴(kuò)展時(shí)的主要機(jī)制,通常需要特定類型核糖體結(jié)合位點(diǎn)或IRES來啟動(dòng),常發(fā)生在無終止子的circRNA中[18]。該過程不需要核糖體解離和重新裝配,顯著提高了circRNA的翻譯效率[8]。

1.2.3 與RBP相互作用 CircRNA可與RNA結(jié)合蛋白(RNA-binding protein,RBP)相互作用,RBPs參與circRNA的多種調(diào)控過程,包括轉(zhuǎn)錄、翻譯、轉(zhuǎn)運(yùn)和降解:RBPs可以通過內(nèi)含子序列驅(qū)動(dòng)circRNA的循環(huán)化[19];RBPs通過IRES和m6A參與circRNA的翻譯[20];通過結(jié)合位點(diǎn)影響circRNA的核輸出[21];通過引導(dǎo)核酸內(nèi)切酶降解circRNA[22]。circRNA對RBPs的功能有重要影響:circRNA可以作為RBPs的支架和海綿,促進(jìn)蛋白質(zhì)間相互作用[23];增強(qiáng)RBPs與mRNA的結(jié)合,穩(wěn)定mRNA并提高翻譯效率[24];調(diào)節(jié)RBPs在細(xì)胞內(nèi)的轉(zhuǎn)運(yùn)[25];將RBPs募集到特定位點(diǎn),改變細(xì)胞內(nèi)的生物調(diào)控[26]。

1.2.4 miRNA海綿功能 CircRNA可以通過與miRNA結(jié)合影響靶基因的表達(dá),參與細(xì)胞生命活動(dòng)的調(diào)控。一個(gè)circRNA可以結(jié)合多種miRNA。例如小腦變性相關(guān)蛋白1反義轉(zhuǎn)錄本CDR1as,也被稱為ciRS-7,最初被發(fā)現(xiàn)擁有超過70個(gè)miR-7保守結(jié)合位點(diǎn)[27]。它已確認(rèn)可以與多種miRNA(例如miR-671、miR-92等)相互作用,參與了數(shù)十種癌基因的調(diào)控,被認(rèn)為是一個(gè)潛在的癌癥治療靶點(diǎn)[28]。circRNA作為miRNA海綿對不同疾病的調(diào)控作用可能不同。例如,circ-ITCH可以通過海綿化miR-17和miR-224,抑制膀胱癌細(xì)胞的增殖和侵襲[29];而在骨肉瘤(osteosarcoma, OS)中,circ-ITCH通過作為miR-7的海綿,促進(jìn)癌細(xì)胞的增殖和轉(zhuǎn)移[30]。

2 鐵死亡的調(diào)節(jié)及在疾病中的作用

鐵死亡是一種與細(xì)胞鐵代謝緊密相關(guān)的特殊細(xì)胞死亡機(jī)制。它的核心特征包括細(xì)胞內(nèi)鐵離子的代謝失衡,通常由鐵的積累或分布異常引起,以及脂質(zhì)代謝的紊亂,這種異常鐵代謝狀態(tài)誘發(fā)氧化應(yīng)激反應(yīng),導(dǎo)致線粒體結(jié)構(gòu)和功能的受損,同時(shí)還伴隨著其他細(xì)胞內(nèi)病理學(xué)過程[4]。最終,這一連鎖反應(yīng)導(dǎo)致細(xì)胞不可逆地走向死亡。

2.1 鐵代謝

鐵的代謝調(diào)節(jié)涉及鐵的攝取、儲(chǔ)存與轉(zhuǎn)運(yùn)等。食物中的鐵由二價(jià)金屬轉(zhuǎn)運(yùn)體1(divalent metal transporter 1, DMT1)或血紅素載體蛋白1(heme carrier protein 1, HCP1)轉(zhuǎn)運(yùn)至腸細(xì)胞,并經(jīng)由鐵轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白1(ferroportin 1, FPN1)外排進(jìn)入循環(huán)[31, 32]。血清中,Fe2+被氧化為Fe3+,并通過轉(zhuǎn)鐵蛋白受體1(transferrin receptor 1, TFR1)進(jìn)入細(xì)胞中,在前列腺家族成員3(six-transmembrane epithelial antigen of prostate 3, STEAP3)作用下還原為Fe2+[33]。細(xì)胞內(nèi)的鐵有2種存在形式,由游離鐵組成的不穩(wěn)定的鐵池(labile iron pool, LIP)和由血紅蛋白(hemoglobin, Hb)、硫原子及鐵蛋白形成的血紅素、鐵硫簇及鐵蛋白等復(fù)合物[34]。一些蛋白質(zhì)負(fù)責(zé)鐵的轉(zhuǎn)運(yùn)和儲(chǔ)存,例如核受體共激活因子4(nuclear receptor coactivator 4, NCOA4)介導(dǎo)鐵蛋白的選擇性自噬,釋放細(xì)胞內(nèi)不穩(wěn)定的Fe2+,引發(fā)Fenton反應(yīng)產(chǎn)生大量的活性氧自由基(reactive oxygen species, ROS)誘導(dǎo)鐵死亡[35]。其他蛋白質(zhì)例如突起蛋白2(prominin 2, PROM2)則協(xié)助將鐵從細(xì)胞中運(yùn)出[36]。在線粒體內(nèi),鐵通過一系列酶的作用,例如氮固定S樣蛋白1(nitrogen fixation S (NIFS)-like 1), NFS1)和鐵硫團(tuán)簇組裝酶(iron-sulfur cluster assembly enzyme, ISCU),生成鐵硫簇(Fe-S)[37]。并通過CDGSH鐵結(jié)構(gòu)域蛋白1(CDGSH iron sulfur domain protein 1,CISD1)和CISD2減少線粒體的鐵攝取[38, 39]。這些機(jī)制共同調(diào)控細(xì)胞內(nèi)鐵的平衡。

2.2 脂代謝

脂代謝在鐵死亡的過程中扮演著維護(hù)細(xì)胞膜完整性、調(diào)控細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)和提供能量等關(guān)鍵角色。脂質(zhì)代謝通路的紊亂可能導(dǎo)致脂質(zhì)過氧化和破壞細(xì)胞膜結(jié)構(gòu),觸發(fā)細(xì)胞死亡。同時(shí),脂質(zhì)代謝的調(diào)控也可能影響鐵死亡相關(guān)的信號(hào)傳導(dǎo)途徑。因此,深入了解脂代謝在鐵死亡中的作用對于揭示相關(guān)疾病機(jī)制、開發(fā)治療策略具有重要意義。

2.2.1 脂質(zhì)合成 多不飽和脂肪酸(polyunsaturated fatty acid, PUFA)摻入細(xì)胞膜磷脂(phospholipid, PL)對于鐵死亡信號(hào)的產(chǎn)生是必要的[40]?；ㄉ南┧?arachidonic acid, AA)和腎上腺酸(adrenic acid, AdA)產(chǎn)生的PUFA-PLs對過氧化尤其敏感[41]。該過程需要酯酰輔酶A合成酶長鏈家族成員4(acyl-CoA synthetase long-chain familymember4, ACSL4)和溶血磷脂酰膽堿?；D(zhuǎn)移酶3(lysophosphatidylcholine Acyltransferase 3, LPCAT3)的參與[42]。單不飽和脂肪酸(monounsaturated fatty acids, MUFAs)是鐵死亡的有效抑制劑,其抑制機(jī)制主要是與PUFAs競爭PL的合成[43]。飽和脂肪酸(saturated fatty acid, SFA)生成的具有sn1脂肪酸?；湹拿堰B接PL,也會(huì)影響鐵死亡的敏感性[44]。而硬脂酰輔酶A去飽和酶-1(stearoyl-CoA desaturase 1, SCD1)催化SFA底物產(chǎn)生MUFAs[45]。

2.2.2 脂質(zhì)過氧化 脂質(zhì)過氧化(lipid peroxidation, LPO)涉及兩種反應(yīng)類型:非酶促和酶促[4]。非酶促LPO是由芬頓(Fenton)反應(yīng)引發(fā)的,涉及細(xì)胞內(nèi)鐵和氧的連鎖反應(yīng),導(dǎo)致磷脂氫過氧化物(phospholipid hydroperoxide, PLOOH)生成,從而損害細(xì)胞膜磷脂[46]。酶促的LPO則由鐵依賴性酶催化,例如脂氧合酶(lipoxygenases, LOX)和細(xì)胞色素P450氧化還原酶(cytochrome P450 oxidoreductase, POR),它們促使PLOOH生成[41, 47]。GSH在減少氧化的細(xì)胞內(nèi)成分中發(fā)揮關(guān)鍵作用[85]。在機(jī)體內(nèi),有2種GSH依賴性的抗氧化途徑:System xc-和GPX4[6]。System xc-由溶質(zhì)載體3家族膜2(solute carrier family 3 member 2, SLC3A2)和溶質(zhì)載體7家族膜11(solute carrier family 7 member 11, SLC7A11)(又名xCT)組成,它們負(fù)責(zé)向細(xì)胞內(nèi)運(yùn)輸胱氨酸,用于GSH的生物合成[48]。GPX4作為鐵死亡的核心調(diào)控蛋白質(zhì),通過催化GSH和其他硫醇提供電子,將細(xì)胞膜上的PLOOH還原為相應(yīng)的醇,從而防止氧化損傷[46]。此外,輔酶Q10(CoQ10)是一種GSH非依賴性的抗氧化途徑。氧化形式的CoQ10由鐵死亡抑制蛋白1(ferroptosis-suppressor-protein 1, FSP1)(又名AIFM2或AMID)介導(dǎo)還原為泛醇,并清除LPO中間體,阻止LPO產(chǎn)物的增殖[49]。

2.2.3 脂質(zhì)的儲(chǔ)存和降解 細(xì)胞內(nèi)脂質(zhì)主要以三?；视?triacylglyceol, TAG)的形式,儲(chǔ)存于脂滴(lipid droplet, LD)中,并通過TAG降解釋放游離脂肪酸(free fatty acid, FFA)[50]。LDs的形成作為一種細(xì)胞抗氧化保護(hù)機(jī)制,通過將PUFA從細(xì)胞膜轉(zhuǎn)移到脂滴的核心,減弱過氧化的影響[51]。脂質(zhì)儲(chǔ)存和降解的信號(hào)調(diào)節(jié)分子,參與調(diào)節(jié)鐵死亡。例如,脂肪酸結(jié)合蛋白(fatty acid binding protein, FABP)通過增強(qiáng)FA攝取和儲(chǔ)存來抑制鐵死亡[52];增強(qiáng)腫瘤蛋白D52(tumor protein D52, TPD52)依賴性脂質(zhì)儲(chǔ)存或阻斷自噬相關(guān)基因5(autophagy-related gene 5, ATG5)依賴性脂質(zhì)降解,能抑制鐵死亡誘導(dǎo)劑RSL3誘導(dǎo)的LPO及隨后的鐵死亡[53]。

2.2.4 脂質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)和β氧化 細(xì)胞內(nèi)的FA既可以從頭合成,也可以從細(xì)胞外經(jīng)被動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)或由脂肪酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白質(zhì),例如脂肪酸轉(zhuǎn)位酶(fatty acid translocase, FAT/CD36)、脂肪酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(fatty acid transport protein, FATP)、FABP主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)至細(xì)胞中[54, 55]。細(xì)胞內(nèi)較高的FA轉(zhuǎn)運(yùn)通過誘導(dǎo)LPO和鐵死亡,導(dǎo)致脂毒性[56]。線粒體脂肪酸β氧化(fatty acid β-oxidation, FAO)是FA降解的主要途徑,其通過降低未酯化的PUFAs可用性負(fù)調(diào)控鐵死亡,維持人體能量穩(wěn)態(tài)[57]。在FAO之前,FA需在ACSL的催化下轉(zhuǎn)化為脂酰輔酶A(acyl CoA)[58]。并經(jīng)由肉堿棕櫚酰轉(zhuǎn)移酶-1(carni-tine palmitoyltransferase fattyacids1, CPT1)轉(zhuǎn)運(yùn)進(jìn)入線粒體,這一步是FAO的關(guān)鍵調(diào)控位點(diǎn),受到多種信號(hào)分子調(diào)控[59]。例如,FAT與CPT1相互作用,促進(jìn)FA進(jìn)入線粒體進(jìn)行氧化[60];在缺氧條件下,缺氧誘導(dǎo)因子-1α(hypoxia inducible factor-1α, HIF-1α)與CPT1啟動(dòng)子結(jié)合以增加CPT1的轉(zhuǎn)錄[61]。

2.3 鐵死亡在疾病中的重要作用

鐵死亡與鐵代謝失衡、氧化應(yīng)激和炎癥等關(guān)鍵因素密切相關(guān),參與多種疾病的發(fā)生和發(fā)展。了解鐵死亡在疾病中的分子機(jī)制和其作用,有助于為未來疾病治療策略提供新靶點(diǎn)和方向。

2.3.1 腫瘤 鐵死亡在腫瘤發(fā)展中發(fā)揮著雙重作用。一方面鐵死亡不利于腫瘤進(jìn)展。首先,鐵死亡抑制腫瘤生長。例如在肺癌和膠質(zhì)母細(xì)胞瘤(glioblastoma, GBM)中,細(xì)胞內(nèi)LIP增加,會(huì)使細(xì)胞觸發(fā)鐵死亡,減緩體內(nèi)腫瘤生長[62, 63]。其次,鐵死亡與癌癥耐藥密切相關(guān)。例如,結(jié)直腸癌(colorectal cancer, CRC)細(xì)胞通過降低鐵水平以及上調(diào)GPX4和xCT等組分的表達(dá),抑制鐵死亡,導(dǎo)致CRC細(xì)胞對5-氟尿嘧啶的耐藥性[64];類似的,在肺腺癌(lung adenocarcinoma, LUAD)中抑制鐵死亡的GPX4上調(diào)誘導(dǎo)表皮生長因子受體酪氨酸激酶抑制劑(epidermal growth factor receptor tyrosine kinase inhibitor, EGFR-TKI)耐藥[65]。最后,抑制鐵死亡有助于癌癥的侵襲和轉(zhuǎn)移。例如,淋巴系統(tǒng)中增加的MUFAs水平以ACSL3依賴的方式來保護(hù)黑色瘤細(xì)胞免受鐵死亡,并增加其形成轉(zhuǎn)移性腫瘤的能力[66];骨肉瘤中,SLC7A11的表達(dá)增加,通過抑制骨肉瘤鐵死亡,促進(jìn)肺轉(zhuǎn)移[67]。另一方面,鐵死亡通過引發(fā)腫瘤微環(huán)境(tumor microenvironment, TME)中的免疫抑制促進(jìn)腫瘤生長。Dai等人對胰腺導(dǎo)管腺癌(pancreatic ductal adenocarcinoma, PDAC)的研究表明,鐵死亡不僅支持PDAC中炎性TME的形成,還通過自噬依賴的機(jī)制促使PDAC細(xì)胞釋放和攝取Kirsten大鼠肉瘤病毒癌基因同源物(Kirsten ratsarcoma viral oncogene homolog, KRAS)蛋白,并驅(qū)動(dòng)腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞(tumor-associated macrophage,TAM)極化,限制抗腫瘤免疫[68, 69]。Liu等人也在GBM細(xì)胞中發(fā)現(xiàn),鐵死亡可以促進(jìn)TAMs募集和極化為M2樣表型誘導(dǎo)免疫抑制和免疫治療耐藥[70]。

2.3.2 神經(jīng)系統(tǒng)疾病 神經(jīng)系統(tǒng)疾病與鐵穩(wěn)態(tài)失衡和LPO相關(guān)。帕金森病(Parkinson’s disease, PD)的主要病理特征是黑質(zhì)中多巴胺能(dopamine, DA)神經(jīng)元的退化[71]。其發(fā)病原因與黑質(zhì)中DMT1、鐵蛋白重鏈1(ferritin heavy chain 1, FTH1)、脂質(zhì)運(yùn)載蛋白-2(lipocalin 2, LCN2)介導(dǎo)的鐵積累相關(guān)[72-74]。DA神經(jīng)元中的GPX4和GSH可對抗氧化應(yīng)激,減輕神經(jīng)退行性[75]。阿爾茲海默癥(Alzheimer’s disease, AD)中,腦鐵含量升高顯示出了對AD的不利影響[76]。海馬體中FPN1的下調(diào)可能導(dǎo)致AD的進(jìn)行性腦萎縮[77]。而在GPX4過表達(dá)的條件下,認(rèn)知障礙和神經(jīng)變性均得到改善[78]。肌萎縮側(cè)索硬化癥(amyotrophic lateral sclerosis, ALS)是由運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元選擇性變性引起的。ALS中,GPX4缺乏可導(dǎo)致LPO,從而導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)缺陷。GPX4過表達(dá)可恢復(fù)鐵死亡的防御作用,抑制LPO和運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元死亡,改善運(yùn)動(dòng)功能和預(yù)后[79]。出血性卒中(intracerebral hemorrhage, ICH),作為中風(fēng)的類型之一,是常見的致殘性神經(jīng)損傷原因。其發(fā)展為腦損傷(SBI)的主要原因包括氧化應(yīng)激和血紅素鐵引起的神經(jīng)元不可逆損傷相關(guān)[80]。N-乙酰半胱氨酸通過消除AA依賴性花生四烯酸5-脂氧酶(arachidonate 5-lipoxygenase, ALOX5)產(chǎn)生的毒性,改善ICH早期的神經(jīng)功能恢復(fù)[81]。而SBI可在恢復(fù)GPX4水平后得到明顯緩解[82]。

2.3.3 其他疾病 除了腫瘤和神經(jīng)系統(tǒng)外,鐵死亡在其他疾病中也發(fā)揮著重要作用。急性腎損傷(acute kidney injury, AKI)常見于多種疾病,例如腎缺血、敗血癥和腎小球腎炎,也可能是由造影劑和化療藥物等引起[83]。AKI與鐵死亡調(diào)節(jié)因子的異常表達(dá)相關(guān),恢復(fù)SLC7A11、GPX4水平或敲除ACSL4會(huì)顯著提高腎小管上皮細(xì)胞的活性[84]。此外,順鉑引發(fā)的急性腎損傷可通過線粒體自噬和減弱LPO逆轉(zhuǎn)由GPX4下調(diào)引起的腎小管上皮細(xì)胞鐵死亡[85]。鐵死亡還參與多種婦科疾病的發(fā)展,例如,先兆子癇(preeclampsia, PE)人體胎盤組織中發(fā)現(xiàn)GPX4和FPN1的表達(dá)降低,補(bǔ)充鐵死亡抑制劑能減輕大鼠PE模型的癥狀[86];在多囊卵巢綜合征(polycystic ovary syndrome, PCOS)模型中,LPO水平升高,促進(jìn)顆粒細(xì)胞的鐵死亡[87];子宮內(nèi)膜異位癥(endometriosis, EMs)中發(fā)現(xiàn)子宮內(nèi)膜基質(zhì)細(xì)胞中GPX4表達(dá)的增強(qiáng),加速了其增殖和遷移[88]。

3 環(huán)狀RNA對疾病鐵死亡的調(diào)控作用

近年來,越來越多研究發(fā)現(xiàn)circRNA參與了鐵死亡對多種疾病的調(diào)控過程之中。目前circRNA在鐵死亡中的作用形式較為多樣化,以miRNA海綿作用居多;其次,circRNA還能作為蛋白質(zhì)支架以及RNA結(jié)合蛋白調(diào)控因子,甚至還可以直接與疾病靶點(diǎn)相互作用而發(fā)揮鐵死亡調(diào)控作用。深入了解circRNA與鐵死亡的調(diào)控關(guān)系有望為疾病的診斷和治療提供新途徑。

3.1 腫瘤

CircRNA可以通過多種途徑參與腫瘤細(xì)胞鐵死亡的調(diào)控過程,對腫瘤細(xì)胞的生存、增殖和耐藥性等方面產(chǎn)生影響,進(jìn)而影響腫瘤的發(fā)生與發(fā)展。

3.1.1 肝癌 CircRNA在肝細(xì)胞癌(hepatocellular carcinoma, HCC)中通過多種機(jī)制參與鐵死亡的調(diào)控,影響HCC的發(fā)展。首先,circRNA能充當(dāng)miRNA的海綿,通過直接或間接調(diào)節(jié)鐵死亡的關(guān)鍵靶點(diǎn)。例如,circIDE作為miR-19b-3p的海綿,上調(diào)RNA 結(jié)合蛋白1(RNA binding motif single stranded interacting protein 1, RBMS1)的表達(dá),減低HCC細(xì)胞內(nèi)GPX4的穩(wěn)定性,促進(jìn)細(xì)胞鐵死亡,從而抑制HCC的進(jìn)展[89]。相反,circIL4R作為miR-541-3p的海綿,增加GPX4的表達(dá),減輕miR-541-3p引起的鐵死亡,促進(jìn)HCC的發(fā)展[90]。而circ0097009通過海綿化miR-1261,上調(diào)SLC7A11的表達(dá),抑制HCC細(xì)胞的鐵死亡,促進(jìn)HCC的發(fā)展[91]。其次,circRNA可以通過募集RBPs參與HCC細(xì)胞的鐵死亡調(diào)控。Wilms瘤1相關(guān)蛋白(Wilms tumor 1-associated protein, WTAP)介導(dǎo)的m6A甲基化在HCC發(fā)生中扮演重要角色[92]。研究發(fā)現(xiàn),WTAP通過介導(dǎo)circCMTM3的m6A修飾,募集胰島素樣生長因子2 mRNA結(jié)合蛋白1(insulin-like growth factor 2 mRNA-binding protein 1, IGF2BP1)以增加PARK7(Parkinson’s disease protein 7)穩(wěn)定性,抑制HCC細(xì)胞鐵死亡[93]。最后,circRNA通過與RBPs相互作用,參與HCC鐵死亡的調(diào)控。例如,cIARS通過與脫甲基化酶ALKBH5(AlkB homolog 5)相互作用,逆轉(zhuǎn)由ALKBH5介導(dǎo)的自噬抑制,正向調(diào)控索拉非尼(Sorafenib,SF)誘導(dǎo)的HCC細(xì)胞鐵死亡[94]。

3.1.2 肺癌 CircRNA在肺癌中扮演著重要角色,尤其在調(diào)控鐵死亡方面。CircRNA通過參與脂質(zhì)代謝相關(guān)靶點(diǎn)的調(diào)控來影響肺癌細(xì)胞的鐵死亡。例如,在LUAD中,cir93可以與FABP3相互作用,增加了FABP3對AA的轉(zhuǎn)運(yùn),降低了細(xì)胞對鐵死亡的敏感性[95]。類似的,circSCN8A通過作為競爭性內(nèi)源RNA海綿化miR-1290,增強(qiáng)了ACSL4的表達(dá),從而促進(jìn)非小細(xì)胞肺癌(non-small cell lung cancer, NSCLC)細(xì)胞的鐵死亡,抑制了NSCLC的增殖、遷移和上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化(epithelial-mesenchymal transition, EMT)[96]。此外,circRNA還能通過調(diào)控抗氧化系統(tǒng),參與肺癌鐵死亡。例如,circP4HB和circ_0070440在LUAD中的表達(dá)水平升高,它們分別作為miR-1184和miR-485-5p的海綿,上調(diào)SLC7A11表達(dá),保護(hù)LUAD細(xì)胞免受鐵死亡損傷,從而促進(jìn)LUAD惡性進(jìn)展[97, 98]。而在NSCLC中,circDTL能作為miR-1287-5p的海綿,上調(diào)GPX4的表達(dá),抑制細(xì)胞鐵死亡和凋亡以發(fā)揮致癌作用,而沉默circDTL可促進(jìn)NSCLC細(xì)胞對化療藥物的敏感性[99]。

3.1.3 乳腺癌 乳腺癌(breast cancer, BC)是全球女性最常見的癌癥之一。近期發(fā)現(xiàn),circRNA在抑制乳腺癌細(xì)胞鐵死亡,促進(jìn)乳腺癌進(jìn)展中發(fā)揮重要作用。首先,circRNA參與了抗鐵死亡途徑中的關(guān)鍵靶點(diǎn)的調(diào)控。例如,circGFRA1在HER-2陽性的乳腺癌細(xì)胞中顯著上調(diào),它作為miR-1228海綿上調(diào)AIFM2和GPX4的表達(dá),抑制腫瘤細(xì)胞的鐵死亡,這表明靶向上述2種途徑可能會(huì)成為改善HER-2陽性乳腺癌治療效果的潛在策略[100]。其次,CircRNA可以充當(dāng)鐵死亡相關(guān)蛋白質(zhì)相互作用的橋梁。例如,circ-BGN的存在可以增加曲妥珠單抗耐藥的乳腺癌細(xì)胞去泛素化酶1(OTU domain-containing ubiquitin aldehyde-binding protein 1, OTUB1)和SLC7A11的結(jié)合,從而穩(wěn)定SLC7A11蛋白,提高GSH含量和GPX4活性,進(jìn)而抑制乳腺癌細(xì)胞的鐵死亡[101]。最后,circRNA作為miRNA海綿調(diào)控癌癥相關(guān)信號(hào)靶點(diǎn),影響乳腺癌細(xì)胞的鐵死亡。例如,circRHOT1通過海綿化miR-106a-5p,靶向信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)及轉(zhuǎn)錄激活蛋白3(signal transducer and activator of transcription 3, STAT3),抑制了鐵死亡,從而推動(dòng)了乳腺癌的惡性進(jìn)展[102]。

3.1.4 食管癌 缺氧已被證明可通過抑制鐵死亡來促進(jìn)腫瘤的發(fā)展[103, 104]。通常情況下,鐵死亡常與腫瘤生長抑制相關(guān),但Xin等人的研究表明[105],在食管癌(esophageal cancer, EC)中,缺氧誘導(dǎo)的circBCAR3不僅促進(jìn)了鐵死亡,還導(dǎo)致了食管癌的進(jìn)展,這其中與circBCAR3通過海綿miR-27a-3p促進(jìn)運(yùn)輸?shù)鞍?(transportin-1, TNPO1)的表達(dá)有關(guān)。此外,circRNA還能通過調(diào)控鐵死亡,在食管癌治療中發(fā)揮化學(xué)增敏劑的作用。Yao等人的研究發(fā)現(xiàn)[106],在具有化學(xué)抵抗性的食管鱗狀細(xì)胞癌(ESCC)細(xì)胞中,circPVT1通過上調(diào)ESCC細(xì)胞中的GPX4和SLC7A11水平,減弱了食管鱗狀細(xì)胞癌(esophageal squamous cell carcinoma, ESCC)細(xì)胞的鐵死亡,從而抑制了5-氟尿嘧啶化學(xué)敏感性。

3.1.5 膠質(zhì)瘤 膠質(zhì)瘤是一種常見的腦瘤,circRNA在其發(fā)病機(jī)制中具有重要作用。CircCDK14、circ-TTBK2和circLRFN5均可抑制膠質(zhì)瘤細(xì)胞鐵死亡,但它們的調(diào)控機(jī)制及在膠質(zhì)瘤細(xì)胞中的表達(dá)存在差異。CircCDK14和circ-TTBK2在GBM細(xì)胞中過表達(dá),circCDK14通過海綿化miR-3938上調(diào)血小板源生長因子受體α(platelet-derived growth factor receptor α, PDGFRA)的表達(dá),降低膠質(zhì)瘤細(xì)胞對鐵死亡的敏感性[107]。而Circ-TTBK2作為miR-761的海綿,上調(diào)整合素β8(integrin beta8, ITGB8)的表達(dá),抑制GBM細(xì)胞的鐵死亡[108]。相反,circLRFN5在膠質(zhì)瘤中下調(diào),它可以與成對相關(guān)的同源基因盒2(paired related homeobox 2, PRRX2)蛋白結(jié)合,并通過泛素介導(dǎo)的蛋白酶體途徑促進(jìn)其降解,抑制PRRX2介導(dǎo)的GCH1(GTP Cyclohydrolase 1)表達(dá)上調(diào),通過減少四氫蝶呤(tetrahydropterin, BH4)的產(chǎn)生來促進(jìn)鐵死亡[109]。

3.1.6 結(jié)直腸癌 CircRNA在CRC中作為miRNA海綿發(fā)揮鐵死亡調(diào)控作用。一方面,circRNA通過調(diào)控癌癥因子,參與CRC細(xì)胞鐵死亡。例如circABCB10在CRC中充當(dāng)了miR-326海綿,通過上調(diào)RC細(xì)胞中CC基序趨化因子配體5(C-C motif chemokine ligand 5, CCL5)的表達(dá),促進(jìn)了CRC細(xì)胞鐵死亡和細(xì)胞凋亡[110, 111]。類似的,circ_0007142作為miR-874-3p的海綿,上調(diào)CRC細(xì)胞中甘油磷酸二脂酶磷酸結(jié)構(gòu)域5(phosphodiesterase domain containing 5, GDPD5),抑制CRC細(xì)胞鐵死亡[112]。另一方面,circRNA還通過調(diào)控CRC抗氧化相關(guān)靶點(diǎn),調(diào)控鐵死亡。例如,circSTIL在CRC中顯著上調(diào),它通過miR-431/SLC7A11信號(hào)傳導(dǎo),促進(jìn)CRC細(xì)胞增殖,抑制鐵死亡[113]。

3.1.7 胃癌 越來越多研究證實(shí),胃癌(gastric cancer, GC)中circRNA通過作為miRNA海綿參與其細(xì)胞鐵死亡的調(diào)控。例如,Jiang等人的研究表明[114],circ_0000190通過海綿化miR-382-5p正向調(diào)節(jié)鋅指環(huán)指蛋白3(zinc and ring finger3, ZNRF3)的表達(dá),誘導(dǎo)GC細(xì)胞鐵死亡,并抑制胃癌的增殖、遷移和侵襲。與其類似,Gao等人的研究發(fā)現(xiàn)[115],hsa_circ_0008035通過miR-302a靶向E2F轉(zhuǎn)錄因子7(E2F transcription factor 7, E2F7)抑制胃癌細(xì)胞鐵死亡,促進(jìn)胃癌進(jìn)展。此外,Liu等人的研究表明[116],circRPPH通過miR-375/SLC7A11軸,抑制細(xì)胞鐵死亡,促進(jìn)胃癌細(xì)胞的干細(xì)胞性,揭示了circRNA在調(diào)控胃癌鐵死亡方面的潛力。

3.2 神經(jīng)系統(tǒng)疾病

CircRNA調(diào)控鐵死亡方面的作用除了在癌癥研究中被廣泛報(bào)道以外,在神經(jīng)疾病中也發(fā)揮了相似的調(diào)控作用。Yin等人的研究發(fā)現(xiàn),circAFF1在ICH細(xì)胞模型中高表達(dá),敲低circAFF1能通過調(diào)節(jié)miR-140-5p,靶向糖原合成酶激酶-3β(glycogen synthase kinase-3β, GSK-3β),抑制ICH損傷并減弱Hb誘導(dǎo)的神經(jīng)元鐵死亡[117]。多項(xiàng)研究證實(shí),ACSL4是miR-3098-3p的下游靶基因,其通過促進(jìn)鐵死亡,加重ACI模型細(xì)胞的功能障礙[118, 119]。Circ-Carm1在小鼠海馬神經(jīng)元細(xì)胞系(HT22)細(xì)胞的急性腦梗死損傷(ACI)模型中高表達(dá),circ-Carm1的缺乏通過調(diào)節(jié)miR-3098-3p/ACSL4,恢復(fù)HT22細(xì)胞活力,從而抑制鐵死亡以防止ACI[119]。此外,circRNA調(diào)控鐵死亡的相關(guān)機(jī)制可能參與神經(jīng)性疾病的治療機(jī)制。例如,褪黑素作為松果體的主要激素,已被證明是一種出色的鐵死亡抑制劑,可以有效的改善創(chuàng)傷性腦損傷(traumatic brain injury, TBI)導(dǎo)致的功能缺陷[120]。在褪黑素治療后的TBI體內(nèi)模型和血紅素誘導(dǎo)的體外內(nèi)皮細(xì)胞損傷模型中,circPtpn14作為miR-351-5p的海綿上調(diào)5-LOX(5-lipoxygenase)的表達(dá),減少了血紅素暴露的小鼠腦微血管內(nèi)皮細(xì)胞中的鐵死亡和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激[121]。

3.3 其他

CircRNA在多種疾病的鐵死亡過程中展現(xiàn)出調(diào)控功能,這為深入探討鐵死亡在不同疾病中的發(fā)病機(jī)制提供了重要線索,也有助于為疾病早期診斷和治療方案提供潛在的生物標(biāo)志物和治療靶點(diǎn)。

3.3.1 糖尿病并發(fā)癥 糖尿病腎病(diabetic nephropathy, DN)主要與足細(xì)胞的病理和形態(tài)改變有關(guān)。研究表明,DN中mmu_circRNA_0000309通過競爭性海綿化miR-188-3p,促進(jìn)GPX4表達(dá),從而使鐵死亡依賴性線粒體損傷和足細(xì)胞凋亡失活[122]。Qin等人的研究表明,circASAP2通過誘導(dǎo)SLC7A11在DN模型中表達(dá),保護(hù)腎小球內(nèi)皮細(xì)胞免受鐵死亡的影響,相反,circASAP2的表達(dá)水平下調(diào),促進(jìn)了DN模型中的鐵死亡,加劇了糖尿病腎病小鼠模型中的腎損傷[123]。糖尿病足潰瘍(diabetic foot ulcer, DFU)是一種慢性致殘性糖尿病并發(fā)癥。Circ-ITCH在DFU的體內(nèi)外模型中被下調(diào),過表達(dá)的circ-ITCH通過激活核因子-紅細(xì)胞分化誘導(dǎo)因子2(nuclear factor erythroid 2-related factor 2, Nrf2)信號(hào)通路,緩解高糖誘導(dǎo)的鐵死亡,提高人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞的血管生成能力。此外,骨髓基質(zhì)細(xì)胞的外泌體circ-ITCH也以時(shí)間依賴性方式抑制DFU小鼠的鐵死亡來加速傷口愈合[124]。

3.3.2 視網(wǎng)膜病 糖尿病視網(wǎng)膜病變(diabetic retinopathy, DR)會(huì)引起眼底的特定病理變化,是獲得性失明的主要原因之一[125]。Zhu等人的研究表明[126],circ-PSEN1和肌動(dòng)蛋白脫聚蛋白-2(cofilin-2, CFL2)在DR中上調(diào),下調(diào)circ-PSEN1通過miR-200b-3p/CFL2軸改善成人視網(wǎng)膜色素上皮細(xì)胞中高糖誘導(dǎo)的鐵死亡。因此,circ-PSEN1可能是DR的新型治療靶點(diǎn)。年齡相關(guān)性黃斑變性(age-related macular degeneration, AMD)是老年人口嚴(yán)重視力障礙的主要原因。多項(xiàng)研究表示,鐵死亡相關(guān)的circRNA-miRNA-mRNA網(wǎng)絡(luò)參與了AMD的發(fā)展[127, 128]。Chen等人的研究表明[129],在AMD患者的視網(wǎng)膜色素上皮中,由m6A修飾的circSPECC1能海綿miR-145-5p以阻斷其與細(xì)胞周期依賴性激酶抑制劑1A(cyclin-dependent kinase inhibitor 1A, CDKN1A)的相互作用,減弱RPE細(xì)胞氧化應(yīng)激損傷,維持RPE中的脂質(zhì)代謝,抑制RPE細(xì)胞鐵死亡。

3.3.3 多囊卵巢綜合癥 多囊卵巢綜合征(polycystic ovary syndrome, PCOS)是育齡婦女中常見的內(nèi)分泌疾病,與代謝紊亂相關(guān)。近年來有關(guān)circRNA及鐵死亡在PCOS進(jìn)展中的作用被不斷報(bào)道,例如circ_FURIN的耗竭可以通過抑制顆粒細(xì)胞的增殖并誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡,緩解PCOS的發(fā)展[130, 131],而circ_0043532通過調(diào)節(jié)miR-182靶向血清/糖皮質(zhì)酮激酶 3(serum/glucocorticoid regulated kinase family member 3, SGK3),促進(jìn)PCOS的顆粒細(xì)胞增殖[132];最近,Zhang等人的研究發(fā)現(xiàn),在PCOS患者顆粒細(xì)胞中,circRHBG可以通過miR-515-5p/SLC7A11軸抑制PCOS細(xì)胞鐵死亡[133],進(jìn)一步揭示了circRNA在PCOS發(fā)展中作為鐵死亡調(diào)控靶點(diǎn)的潛力。

3.3.4 缺血性疾病 缺血性疾病是一類由供應(yīng)特定組織或器官的血流受到限制,或中斷而引發(fā)的組織或器官缺血和缺氧的疾病,例如心肌梗死(myocardial infarction, MI)和缺血性卒中。近期研究發(fā)現(xiàn),鐵死亡相關(guān)的circRNA在缺血性疾病的發(fā)展中發(fā)揮了重要作用。對于心肌缺血再灌注(myocardial ischemia/reperfusion, MI/R)損傷來說,過表達(dá)的circ FEACR通過上調(diào)FTH1的表達(dá),抑制心肌細(xì)胞鐵死亡,保護(hù)心血管功能免受MI/R損傷[134]。相反,circHMGA在受損的心肌細(xì)胞中上調(diào),并進(jìn)一步促進(jìn)了細(xì)胞中GPX4和SLC7A11的下調(diào),加劇了心肌細(xì)胞的缺血性損傷[135]。心力衰竭(heart failure, HF)是MI的常見并發(fā)癥,受損心肌細(xì)胞中circ_0091761作為miR-335-3p的海綿,上調(diào)ACSL4的表達(dá),進(jìn)一步促進(jìn)了心肌細(xì)胞的鐵死亡[136]。另外,對于缺血性卒中,circBBS2的表達(dá)降低;但臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞外泌體中的circBBS2,可增加SLC7A11的表達(dá),抑制鐵死亡,從而緩解缺血性卒中。因此,臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞來源的外泌體被認(rèn)為是治療缺血性卒中的有效方法之一[137]。這些發(fā)現(xiàn)突顯了circRNA在缺血性疾病方面的潛在作用。

4 靶向鐵死亡相關(guān)circRNAs的藥物開發(fā)策略

基因治療和藥物遞送策略在鐵死亡相關(guān)的circRNA藥物開發(fā)中扮演著關(guān)鍵角色?；蛑委熆烧{(diào)控與鐵死亡相關(guān)的circRNA的表達(dá)水平,從而影響細(xì)胞內(nèi)的鐵代謝和死亡途徑。然而,實(shí)現(xiàn)這一治療效果還需要解決藥物遞送的困難,確保circRNA藥物能夠穩(wěn)定、特異性地輸送到目標(biāo)細(xì)胞或組織。因此,綜合運(yùn)用基因治療和先進(jìn)的藥物遞送策略,有望推動(dòng)鐵死亡相關(guān)circRNA藥物的研發(fā),為未來治療相關(guān)疾病提供新的方向。

Table 1 Examples of circRNA regulation of ferroptosis in disease

Fig.2 The function and regulatory mechanism of circRNA in ferroptosis

4.1 基因治療

4.1.1 小干擾RNA技術(shù) 目前小干擾RNA(small interfering RNA, siRNA)技術(shù)已被廣泛用于circRNA靶向鐵死亡的機(jī)制研究,例如,si-cIARS通過下調(diào)HCC細(xì)胞中與鐵死亡相關(guān)的cIARS的表達(dá),顯著抑制了細(xì)胞對SF或Erastin的敏感性[94]。si-circ-Carm1能下調(diào)ACI細(xì)胞模型中circ-Carm1的表達(dá),抑制細(xì)胞鐵死亡并恢復(fù)細(xì)胞活力[119]。CircFNDC3B shRNA對circFNDC3B的沉默會(huì)抑制口腔細(xì)胞中GPX4和SLC7A11的表達(dá),并增強(qiáng)ROS、鐵和Fe2+的水平[138]。由此,靶向鐵死亡相關(guān)circRNA的siRNA技術(shù)將成為未來藥物研發(fā)的策略,但由于siRNA技術(shù)具有廣泛的脫靶效應(yīng),其穩(wěn)健性及特異性較差[139]。因此,在藥物開發(fā)方面仍然面臨挑戰(zhàn)。

4.1.2 反義寡核苷酸技術(shù) 反義寡核苷酸(antisense oligonucleotide, ASO)技術(shù)已被證明可用于改變由circRNA介導(dǎo)而并非線性RNA介導(dǎo)編碼的基因位點(diǎn)功能[140]。目前,ASO對circRNA的抑制作用已在體內(nèi)外腫瘤模型中得到驗(yàn)證。Han等人發(fā)現(xiàn),circLONP2在體外可以增強(qiáng)CRC細(xì)胞的侵襲性,通過ASO靶向circLONP2顯著降低了體內(nèi)異物轉(zhuǎn)移的外顯率[141]。Jia等人通過靶向circPVT1的ASO抑制了雌激素受體α(estrogen receptor-α, ERα)陽性乳腺癌細(xì)胞和腫瘤生長,使他莫昔芬耐藥的ERα陽性乳腺癌細(xì)胞對他莫昔芬治療重新敏感[142]。ASO是近幾年臨床應(yīng)用開發(fā)最多的一類基因靶向治療藥物,目前,以miRNA為靶向治療各種疾病的ASOs已進(jìn)入臨床試驗(yàn)[143]。因此,circRNA的ASO技術(shù)在靶向鐵死亡的藥物開發(fā)中十分具有潛力。

4.1.3 CRISPR/Cas9和CRISPR/Cas13 CRISPR/Cas9和CRISPR/Cas13是近年來靶向circRNA的新策略。Monika等人使用CRISPR-Cas9敲除circRNA Cdr1as基因,導(dǎo)致小鼠神經(jīng)元中的miRNA失衡,進(jìn)而損害了腦功能[144]。通過CRISPR/Cas9介導(dǎo)的circRNA cZfp292敲除,成功使血管內(nèi)皮細(xì)胞形態(tài)和血流分布出現(xiàn)異常[145]。Ishola等人成功應(yīng)用了CRISPR/Cas13系統(tǒng),敲低了NSCLC細(xì)胞中hsa_circ_0000190的表達(dá),抑制其在體內(nèi)外的致瘤特性[146]。這些技術(shù)在circRNA抑制方面表現(xiàn)出高度特異性和穩(wěn)定性,因此,其有望成為未來circRNA抑制劑的良好選擇。

4.1.4 人工合成circRNA 人工合成circRNA代表了基因治療的新方向。這些人工circRNAs不僅具有高蛋白質(zhì)合成效率和出色的穩(wěn)定性,還能用于針對性地失活miRNA功能[147]。例如,Wang等人構(gòu)建了人工circRNA,它同時(shí)充當(dāng)多個(gè)miRNA的海綿,抑制了EC細(xì)胞中miR-21和miR-93,減少了細(xì)胞增殖和遷移,促進(jìn)了細(xì)胞凋亡[148]。Liu等人合成的circRNA不僅對核酸酶具有抵抗性,還能作為miR-21的海綿,抑制GC細(xì)胞中miR-21的活性,從而抑制了細(xì)胞增殖[149]。由于circRNA在鐵死亡中的作用逐漸揭示,人工合成鐵死亡相關(guān)的circRNA有望成為未來藥物研發(fā)的趨勢。然而,外源性circRNA是否會(huì)引發(fā)細(xì)胞免疫反應(yīng)仍存在爭議,這是未來人工合成環(huán)狀RNA藥物開發(fā)中需要解決的主要問題。

4.2 遞送策略

目前一些藥物遞送策略,例如脂質(zhì)體、納米材料及病毒載體等技術(shù)已被用于解決circRNA在體內(nèi)輸送的穩(wěn)定性、選擇性和效率等問題,確保藥物能夠有效輸送到目標(biāo)細(xì)胞或組織,發(fā)揮治療效果。

4.2.1 脂質(zhì)體 脂質(zhì)體(lipid nanoparticle, LNP)作為一種藥物或基因的載體,可降低circRNA的免疫原性,為各種難治性疾病開發(fā)circRNA疫苗提供了新的前景。Qu等人成功設(shè)計(jì)了脂質(zhì)體封裝的circRNA,針對新型冠狀病毒及其變異株,減少了免疫反應(yīng),同時(shí)提高了抗原的生成,并在小鼠和恒河猴的動(dòng)物模型中表現(xiàn)出卓越的免疫效果和保護(hù)力[150]。Li等人通過將合成的編碼抗原的circRNA包封在脂質(zhì)體中,建立了一種能夠觸發(fā)強(qiáng)大的先天性和適應(yīng)性免疫激活的circRNA癌癥疫苗,成功地提高了RNA疫苗的穩(wěn)定性,在多種小鼠腫瘤模型中顯示出優(yōu)越的抗腫瘤功效[151]。因此,脂質(zhì)體作為circRNA的有效載體,有望為疫苗和治療策略的發(fā)展提供新的可能性。

4.2.2 納米材料 基于納米材料和si-circRNA構(gòu)建的納米復(fù)合物在一些研究中取得了良好進(jìn)展。Mao等人用聚β-氨基酯(poly(β-amino ester), PBAE)材料制備的PBAE/si-ciRS-7納米復(fù)合物,可顯著抑制體內(nèi)腎細(xì)胞癌細(xì)胞的增殖、侵襲和轉(zhuǎn)移[152]。Du等人用PBAE建立的siRNA遞送系統(tǒng),提高了siRNA靶向circMDK的穩(wěn)定性和效率,能夠有效抑制體內(nèi)HCC增殖和轉(zhuǎn)移[153]。Hao等人通過使用殼聚糖(chitosan, Cs)材料構(gòu)建的CS/si-circPAK1納米絡(luò)合物,其對HCC的生長和轉(zhuǎn)移的抑制作用優(yōu)于單純的si-circPAK1[154]。因此,基于納米材料構(gòu)建的遞送系統(tǒng)將成為提高基因靶向治療效果的策略之一。

4.2.3 病毒載體 腺病毒相關(guān)載體(adeno-associated viral, AAV)是以AAV基因組為骨架改造而來的基因遞送工具,被廣泛用于構(gòu)建circRNA過表達(dá)模型。例如,以腺病毒基因組為基礎(chǔ)進(jìn)行改造,被廣泛應(yīng)用于構(gòu)建circRNA的過表達(dá)模型[155]。Zhang等人設(shè)計(jì)了AAV-sh-circ0044226,并通過經(jīng)氣管內(nèi)注射至肺纖維化小鼠模型,成功地抑制了肺成纖維細(xì)胞向肌成纖維細(xì)胞的轉(zhuǎn)化[156]。而Zhou等人則使用AAV構(gòu)建了circEPS15的過表達(dá)模型,該模型在體內(nèi)和體外成功保護(hù)了DA神經(jīng)元免受神經(jīng)毒素誘導(dǎo)的神經(jīng)退行性的損害[157]。目前,AAV具有體內(nèi)表達(dá)時(shí)間長、免疫原性低和安全性高等優(yōu)點(diǎn),是解決circRNA遞送問題的有效策略。

5 問題與展望

疾病的發(fā)展常涉及多種相互作用的因素,包括遺傳、免疫、代謝和環(huán)境等。在這種多因素影響的背景下,鐵死亡作為一種新型的細(xì)胞調(diào)節(jié)性死亡機(jī)制引起了廣泛關(guān)注。它與鐵代謝調(diào)節(jié)及脂質(zhì)過氧化等多種生物學(xué)過程密切相關(guān)。近年來越來越多研究揭示了表觀遺傳機(jī)制對疾病鐵死亡的調(diào)控作用,體現(xiàn)了鐵死亡在疾病治療方面的充分潛力。同時(shí),有部分研究報(bào)道了鐵死亡通過引發(fā)的免疫細(xì)胞死亡和免疫激活,在疾病調(diào)控方面發(fā)揮著雙重的作用[158, 159]。然而,鐵死亡作為潛在的疾病治療策略,也面臨著諸多問題:例如,如何明確定義鐵死亡調(diào)控的主要上游靶點(diǎn)和信號(hào)傳導(dǎo)通路、如何識(shí)別各調(diào)控機(jī)制之間的相互作用、如何明確其在疾病進(jìn)展中扮演的角色、以及免疫反應(yīng)如何與鐵死亡相互影響,特別在產(chǎn)生與治療目的相反的結(jié)果方面。

近年來,circRNA作為基因研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)之一,具有多種功能和調(diào)控機(jī)制,包括作為miRNA海綿、蛋白質(zhì)結(jié)合橋梁、促進(jìn)蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)及降解等。最近,鐵死亡相關(guān)的circRNA在多種疾病中的作用逐漸顯現(xiàn),包括惡性腫瘤、內(nèi)分泌疾病及神經(jīng)系統(tǒng)疾病等。目前有相關(guān)研究闡述了circRNA在免疫抑制中的作用[178, 179]。然而,circRNA是否參與了鐵死亡相關(guān)的免疫抑制機(jī)制,是未來需要進(jìn)一步深入研究的方向之一。同時(shí),雖然多種基因技術(shù)已初步用于靶向鐵死亡相關(guān)的circRNA,但如何提高靶向特異性,降低機(jī)體免疫原性,是未來我們需要面臨的問題。

介于鐵死亡相關(guān)的circRNA對疾病靶點(diǎn)的復(fù)雜作用,我們期望深入探究這一機(jī)制,將有助于揭示鐵死亡在疾病發(fā)展中的雙重作用,并為疾病治療提供新的思路,推動(dòng)鐵死亡相關(guān)治療手段的發(fā)展。同時(shí),理解circRNA與其他鐵死亡調(diào)控機(jī)制之間的關(guān)系將有助于鐵死亡相關(guān)藥物的開發(fā)。目前,隨著基因靶向技術(shù)和藥物遞送系統(tǒng)的不斷發(fā)展和成熟,為未來鐵死亡相關(guān)circRNA藥物的開發(fā)和臨床應(yīng)用提供了更多可能性。