环状RNA的生物学功能及其在肝损伤与肝再生修复中作用的研究进展

王榕峰，叶志荣，缪辉来

(广东医科大学附属医院，广东湛江524023)

肝脏是人体新陈代谢的主要器官，持续或严重的肝损伤最终会引发肝功能衰竭。肝损伤发生过程及肝损伤后的修复机制是肝脏疾病的研究热点。环状RNA(circRNA)是由线性前体以非经典的基因剪接方式所形成的一类内源性非编码RNA，其生物学特性包括：①表达广泛性：circRNA在哺乳动物细胞质中含量丰富；②进化保守性：circRNA在基因表达谱上具有相对较高的保守性，大部分来源于外显子成分[1]；③较高稳定性：circRNA是由3′末端与5′末端通过共价结合的方式而相互连接形成稳定的环状结构，与线性RNA分子相比稳定性更高[2]；④时空特异性：circRNA在特定组织细胞来源及不同发育阶段过程中具有相对的时空特异性特点[3]。研究认为，circRNA可能在某些疾病的发生发展中发挥重要作用，可用于相关疾病的预测分析、辅助诊断、治疗和预后评估等[4，5]。现将circRNA的生物学功能及其在肝损伤和肝再生修复过程中的作用综述如下。

1 circRNA的生物学功能

1.1 竞争性内源性RNA 作为竞争性内源性RNA的circRNA与同种miRNA有一种或多种类型的结合位点。circRNA通过碱基互补作用，像海绵一样竞争性地与miRNA结合，这种作用形式被称为“miRNA海绵作用”。circRNA通过这种作用吸附于miRNA的结合位点，竞争性地结合同种miRNA并调控靶基因表达，从而影响细胞的相关生物学功能。

1.2 与RNA结合蛋白(RBP)相互作用 circRNA通过存贮和转运RBP的模式，与RBP的底物结合位点进行竞争性结合，进而调节RBP活性[6]。circRNA与RBP相互作用，circRNA可调节RBP的功能活性，RBP又能促进circRNA的生物合成。

1.3 调控相关基因表达 circRNA能够与蛋白质共同作用，影响基因转录起始位点的相关位置，进而影响其调控转录过程，从而调控亲本基因的表达[7]。Ashwal-Fluss等[6]报道，前体mRNA通过与拼接因子MBL上的第2个外显子相互竞争结合而形成circMBL，其结构中包含能与MBL蛋白特异性结合的相关区域；通过调节MBL表达可能影响circMBL的生物学合成。Zhang等[8]报道，锚蛋白重复结构域52(circAnkrd52)大部分位于细胞核内基因转录位点周围，属于内含子来源的circRNA对RNA聚合酶Ⅱ所依赖的基因转录具有促进作用；敲低circAnkrd52表达可下调参与circAnkrd52基因转录的RNA聚合酶Ⅱ表达，进而影响亲本基因的转录。

1.4 参与蛋白质翻译 目前关于circRNA参与蛋白质翻译的研究较少。Guo等[9]报道，人骨肉瘤细胞U20S内的circRNA具有效率较低的蛋白质翻译功能。Legnini等[10]报道，circRNA能够参与蛋白质的转录翻译过程，circ-ZNF609在蛋白质的转录翻译过程中与多聚核糖体结合，通过以不依赖5′端帽结构的方式和剪接依赖这两种形式参与蛋白质的转录翻译。体外实验发现，某些重组后的circRNA可通过结合内部核糖体进入位点(IRES)的方式参与编码蛋白质的翻译，而缺乏IRES的circRNA则无法通过以上结合方式参与蛋白质的转录翻译过程[11]。

2 circRNA与肝损伤

2.1 circRNA与肝脏脂肪变性 Guo等[12]研究发现，circRNA_0046367是miR-34a的内源性调节剂，能够改变肝脏脂肪变性的进程；circRNA_0046367可通过阻断miRNA/mRNA与miRNA应答元件之间的作用，消除miR-34a对过氧化物酶体增殖物激活受体α(PPARα)的抑制作用，从而防止与脂肪变性相关的脂质过氧化反应。Jin等[13]通过基因微阵列分析法筛选非酒精性脂肪性肝炎患者的肝脏circRNA和mRNA谱，预测出作为circRNA的下游靶标和mRNA的上游调节因子的miRNA，然后再通过qRT-PCR验证，使用GO和KEGG途径的分析方法构建出四种circRNA-miRNA-mRNA途径，包括circRNA_002581-miR-122-Slc1a5、circRNA_002581-miR-122-Plp2、circRNA_002581-miR-122-Cpeb1和circRNA_007585-miR-326-UCP2。Ou等[14]通过制作非酒精性脂肪性肝炎小鼠模型，采用circRNA微阵列分析研究其肝脏circRNA谱，发现circRNA_29981为显著差异性表达的circRNA；进一步通过circRNA-miRNA途径相互作用分析，结果显示circRNA_29981是肝星状细胞活化的潜在调节物。Guo等[15]在体外采用高脂肪刺激诱导HepG2细胞发生脂肪变性，观察其circRNA表达谱，筛选出具有差异性表达的circRNA_021412；通过生物学信息分析鉴定circRNA_021412/miR1972/LPIN1的信号传导级联关系，认为circRNA_021412可能是参与肝脏脂肪变性的重要调节因子之一。

2.2 circRNA与肝损伤后纤维化 在肝损伤过程中，肝脏组织内的微环境发生改变，肝星状细胞在接收到相邻损伤的肝细胞或免疫反应细胞所传递的分子信号后，其基因表达和细胞表型结构发生变化，转化为激活状态下的肌成纤维样细胞[16]。Zhu等[17]在体外培养肝星状细胞，通过转染胸腺素β4(Tβ4)特异性siRNA敲低肝星状细胞中的Tβ4水平，发现细胞中circRNA-0067835表达较正常对照组升高；敲除circRNA-0067835后，细胞出现G1期阻滞，细胞凋亡增加，细胞增殖受到抑制；经过生物信息学分析预测，认为circRNA-0067835充当miR-155海绵而起到调节FOXO3a表达的作用，进而参与肝损伤后纤维化的发生发展。

肝损伤过程是一个极其复杂的病理生理过程，肝星状细胞的活化是引起肝纤维化发生发展的重要环节之一[16]。Zhou等[18]通过建立体内和体外肝星状细胞激活模型，检测circRNA表达，筛选出具有差异性表达的mmu_circ_34116；利用生物信息学分析方法预测得出mmu_circ_34116/miR-22-3P/BMP7的信号传导轴可能参与肝星状细胞的活化过程，mmu_circ_34116可能在肝纤维化的发生发展过程中起到一定的调节作用。

2.3 circRNA与慢性肝炎 Zhou等[19]对慢性乙型肝炎患者和正常对照组的肝组织进行RNA测序分析，筛选出具有差异性表达的hsa_circ_0000650；然后再通过生物信息学方法分析预测出与慢性乙型肝炎发生发展过程中相关的circRNA-miRNA-mRNA通路，其中在hsa_circ_0000650-miR-6873-3p-TGFB2这一通路中，通过基因表达的相关性分析显示，hsa_circ_0000650与重组人转化生长因子β2(TGF-β2)呈显著正相关，而TGF-β2对IL-2依赖性T细胞生长具有抑制作用，在慢性乙型肝炎中显著下调，提示差异性表达的circRNA有可能通过circRNA-miRNA-mRNA通路参与影响慢性乙型肝炎的发生发展过程。

2.4 circRNA与肝脏缺血再灌注损伤(IR) Ye等[20]利用生物信息学分析方法筛选出肝脏IR模型小鼠肝脏组织中2个上调的和3个下调的circRNA，进一步通过GO分析得出这些circRNA主要在细胞成分和分子功能中发挥作用，同时通过KEGG方法筛选分析得出Hippo信号传导通路是引起IR模型小鼠肝脏组织中circRNA出现显著差异性表达的关键信号传导通路，提示差异性表达的circRNA有可能通过受到特定的信号传导通路的控制，进一步影响肝脏IR的发生发展过程。

3 circRNA与肝再生修复

3.1 circRNA与肝细胞再生 目前大部分肝再生修复的机制研究主要集中在研究肝损伤后肝细胞本身的再生过程，即肝细胞通过自身再生增殖或肝细胞代偿性增生的方式进行肝脏组织的再生修复过程。李莉菲[21]收集大鼠肝切除术后0、2、6 h三个时间点的肝组织，采用高通量测序技术筛选出具有显著差异性表达的circ137,进一步通过基因干预技术和细胞功能实验分析得出circ137过表达能够促进大鼠肝细胞BRL-3A细胞增殖。提示circ137可能通过促进大鼠肝细胞BRL-3A细胞增殖，进而参与肝损伤后肝再生修复的调节作用。

3.2 circRNA与肝切除术后肝再生 肝切除术的术后肝再生过程可分为启动阶段、增殖阶段和终止阶段。术后约4 h内称为启动阶段，肝实质细胞开始再生，各种细胞因子(如TNF-α、IL-6等)参与其中，大多数静止的肝细胞从G0期迅速进入G1期；在增殖阶段，在各种生长因子和代谢信号传导作用的刺激下，肝细胞从G1期向S期转变，开始细胞的有丝分裂过程；当残余肝组织通过再生修复达到术前的质量和体积时，肝细胞会停止增殖并维持在最佳的状态，进入终止阶段。Li等[22]报道，对大鼠行2/3肝切除术后0、2、6 h，分别对术后残余肝组织进行高通量测序分析技术检测，筛选出159个具有差异性表达的circRNA，其中15个在术后2、6 h显著下调、28个显著上调；通过GO和KEGG通路分析方法对差异性表达的circRNA及其宿主基因进行生物学功能分析预测，认为差异性表达的circRNA可能参与了瞬时受体电位通道中的类固醇激素生物合成和炎症介质调节的生物学过程。提示这些差异性表达的circRNA参与了肝损伤后的再生修复过程。

肝损伤和肝再生修复是一个极其复杂的过程，虽然目前对circRNA与肝损伤及肝再生修复的关系的研究有所深入，但是对于circRNA具体的形成机制、生物学功能及其在肝损伤肝再生修复的作用机理仍不十分清楚。深入了解circRNA在肝损伤肝再生修复过程中的作用，可为肝脏疾病提供治疗靶点，进一步提高肝脏疾病的治疗效果。