环状RNA与疾病的关系

张淑霞，霍文博，苏 莹，李 禛，高 英，于晓艳

(吉林大学药学院 实验药理与毒理学教研室，吉林 长春130021)

环状RNA(circRNA)是一类由特殊剪接机制形成的共价闭合内源性RNA分子，广泛存在于植物和哺乳动物等各种生命形式[1]。近年研究发现，circRNA有 miRNA海绵的作用，即能竞争性地吸附结合miRNA，继而参与基因的表达与调控。大量研究已证实miRNA与疾病的关联性，提示circRNA在一定程度上可作为疾病诊断、治疗的靶点。

1 circRNA的分类

根据circRNA来源及其构成序列的不同，可将circRNA分为三类：外显子来源的circRNA分子、内含子来源的circRNA分子及由外显子和内含子共同组成的circRNA分子[2]。

2 circRNA的研究方法

circRNA没有自由的3’和5’末端，不被核酸外切酶RNase R消化，具有高度的稳定性，可利用核酸外切酶初步消化总RNA样品后再对circRNA 进行定性或定量检测。circRNA没有3'端，在凝胶中的移动速度比普通线性RNA的移动速度慢，此外增强型交联凝胶法可以放大这种效应。还可将circRNA水解为线性单一产物，之后通过双向或琼脂凝胶电泳方法进一步确定为环化的RNA。近年，Glažar等通过对已发表的circRNA信息进行统一整合，建立了circRNA专用数据库“circ Base”，为科学工作者们提供了一个较好的研究circRNA的平台[3]。随着对circRNA研究的深入，已知的circRNA数据信息在快速增长，多个数据库也被建立并使用，如Circ2Traits、circNet、CircInteractome等。而针对circRNA进行的定量研究目前主要采用基因芯片，高通量筛选测序及实时荧光定量PCR等手段。

3 环状RNA的生物功能

3.1 circRNA的miRNA海绵作用

研究表明circRNA的miRNA海绵作用是一种普遍的现象。circRNA可以竞争性结合miRNA调控基因表达。与其它竞争性内源RNA相比，circRNA具有更多更稳定的miRNA应答元件，且在胞内表达量高，可更快的结合更多的miRNA。

3.2 circRNA顺式调控亲本基因的表达

circRNA通过与RNA结合蛋白相互结合，从而调控亲本基因mRNA的表达，此外内含子间的竞争性互补配对在circRNA形成过程中可以与线性RNA之间达成某种平衡，从而调控亲本基因mRNA的表达。

3.3 调控RNA结合蛋白

外显子来源的circRNA可以稳定地与细胞内某些蛋白质分子特异性结合，形成RNA-蛋白复合物，再基于碱基互补配对原理与RNA或DNA结合，这为RNA结合蛋白与RNA、DNA之间相互作用提供了平台。另外环化后的circRNA分子具有与其线性转录本不同的三级结构并产生新的蛋白结合位点，从而结合不同的RNA结合蛋白。

3.4 作为翻译模板

在某些特殊条件下，circRNA具有被翻译成蛋白质的功能。

4 circRNA与疾病的关系

4.1 circRNA与肿瘤

circRNA具备稳定性高，组织特异性等优势，有成为肿瘤检测标志物的潜力。2013年，Hansen等研究者最早提出了miRNA为circRNA靶点的观点[4]。Ghosal S等[5]利用基因聚类分析疾病过程中miRNA-circRNA相互作用的基因富集，发现miRNA的基因富集在90多种疾病中出现，其中有43个基因与乳腺癌细胞相关，有68个基因与胃癌相关，有194个基因与宫颈癌相关。

Lai Z等[6]通过生物信息学分析，观察到三种在胃癌中表达上调的新型胃癌鉴定工具circRNA：hsa_circ_0047905，hsa_circ_0138960和has-circRNA7690-15。敲除这三种circRNA均可导致亲本基因表达的下调。体外功能测定显示，抑制这三种circRNA可抑制胃癌细胞增殖和侵袭。Xu Y等[7]研究结果显示，胆管癌组织和细胞中hsa_circ_0001649表达下调，且下调程度与肿瘤大小和细胞分化等级相关。体外过表达hsa_circ_0001649可抑制胆管癌细胞增殖、迁移和侵袭，沉默则导致相反的表型。Li G等[8]发现hsa_circ_0046701在神经胶质瘤组织和细胞系中显著上调，敲除hsa_circ_0046701可抑制胶质瘤细胞增殖和侵袭。Xuan L等[9]通过基因芯片分析研究了喉鳞状细胞癌组织和癌旁组织中circRNA的表达，结果表明喉鳞癌组织中302个circRNA显著上调，396个circRNA显著下调，RT-PCR验证hsa_circrna_100855上调最为明显，hsa_circrna_104912下调最为明显。

miR-7与多个引起肿瘤相关通路致癌因子表达下调的蛋白存在关联，而circRNAs可通过抑制miR-7的活性来上调miR-7靶基因的表达。Pan H等[10]发现胃癌组织中环状RNA ciRS-7的表达显着上调，此外，ciRS-7的过表达可阻断MGC-803和HGC-27细胞中miR-7诱导的肿瘤抑制，并且通过拮抗miR-7介导的PTEN / PI3K / AKT途径导致更具侵袭性的致癌表型。

总之，关于circRNAs与肿瘤的研究逐年增加，诸多研究提示circRNAs在肿瘤的诊断和治疗中具有广阔前景。

4.2 circRNA与糖尿病

Zhang SJ等[11]利用circRNA微阵列芯片检测糖尿病视网膜和非糖尿病人视网膜之间的circRNA表达谱的差异，鉴定了529个差异表达的circRNA。该研究进一步显示，来自HAS2基因位点的一个环状RNA(circ_0005015)在糖尿病视网膜中显著上调，并且circ_0005015的表达在糖尿病视网膜病变患者的玻璃体样品、血浆、视网膜前纤维血管膜(FVM)中也明显上调。

miR-7在胰腺的发育和分化过程中具有重要作用，miR-7过表达可能促进胰腺β细胞凋亡，有研究表明CDR1as可能通过调控miR-7的表达来调控miR-7-mTOR-增殖轴，进而参与糖尿病的发展进程[12]。

4.3 circRNA与心血管疾病

miR-223是心脏肥大的正调节剂，miR-223转基因小鼠发生心脏肥大和心力衰竭，而miR-223缺陷小鼠免受肥厚刺激。Wang k等[13]将ARC鉴定为miR-223的下游靶基因以介导miR-223在心脏肥大中的作用，深入研究发现circRNA HRCR作为内源性miR-223海绵起到隔离和抑制miR-223活性的作用，导致ARC表达增加，在心肌细胞和小鼠中过表达或注射circRNA HRCR，均表现出对心脏肥大的抑制作用。

Zhou B[14]等发现circRNA_010567敲低可显著抑制心肌纤维化相关蛋白的表达，经Ang II(血管紧张素II)处理的心肌成纤维细胞circRNA_010567表达水平增加。该实验还证实干扰circRNA_010567的表达能部分缓解心肌成纤维细胞中被降低的miR-141表达水平，提示circRNA_010567直接作用miR-141并负向介导它的表达可能是circRNA_010567在小鼠心肌纤维化中的潜在机制。Tang CM[15]等研究发现circrna_000203在糖尿病小鼠心肌与AngⅡ处理的小鼠心肌成纤维细胞中表达上调，且过表达circrna_000203可以上调小鼠心脏成纤维细胞中I型胶原，Ⅲ型胶原和α平滑肌蛋白的表达水平，双荧光素酶报告基因分析显示，miR-26b-5p可以结合I型胶原、结缔组织生长因子和circ_000203的3'UTRs，且circrna_000203可作为miR-26b-5p的特异性海绵阻断mir-26b-5p和I型胶原、结缔组织生长因子基因的相互作用。

4.4 circRNA与其它疾病

Jin X等[16]通过芯片筛查发现，与对照组比较，NASH(非酒精性脂肪性肝炎)组小鼠中分别有69个circRNA上调和63个circRNA下调，与其相关的mRNA有2760个上调和2465个下调。

Wu Y等[17]发现用IL-1β刺激软骨细胞后，hsa_circ_0005105表达明显上调，而miR-26a转录活性受到明显抑制。Qian D等[18]研究发现circ-19142和circ-5846与成骨细胞分化有关，且BMP2(骨形态发生蛋白2)诱导成骨细胞分化的过程有可能是通过circ19142 / circ5846靶向miRNA表达轴来实现的。

5 结论及展望

目前关于circRNA与疾病的研究还不系统，相信随着研究的深入，其在各个疾病中的作用机制会越来越清晰。由于circRNA性质稳定、具有较强的组织表达特异性，疾病状态下在外泌体中大量富集，有望在未来成为一种高效的临床诊断标志物。