环状RNA与心血管疾病的研究进展

汪漫江， 陈姝， 罗仕蓉

遵义医药高等专科学校护理系内科护理教研室(贵州遵义 563006)

心血管疾病的发病率及病死率呈逐年上升且居高不下的态势[1]，如何寻找更加有效的诊疗和预防措施是当前亟待解决的问题。环状RNA(circular RNA, circRNA)首先由Hsu等[2]在真核细胞中发现，但最初认为是RNA错误剪切的产物。随着高通量测序技术的发展及生物信息学的进步，进一步揭开了circRNA分子的形成、功能及参与疾病发生、发展关系的神秘面纱[3]。与线性RNA分子不同，circRNA是一类新型的非编码RNA类型，由首尾反向剪接形成的共价闭合环状RNA分子，没有5′端帽子和3′端多聚A尾结构，因此不被核酸酶所降解。circRNA广泛地分布于不同的组织器官及体液中，包括血液、唾液及精液等。由于其结构的稳定性、分布的广泛性及表达的特异性，提示circRNA可作为疾病的新型潜在生物学标志及调控靶点。研究发现circRNA与肿瘤[4- 5]、阿尔茨海默病[6]、肺纤维化[7]及类风湿关节炎[8]等多种疾病相关联。亦有研究表明，在心血管疾病的发生及发展中，circRNA的表达变化具有调控心血管疾病进展的巨大潜能[9]。本文就circRNA的特点、形成机制、生物学功能及其在心血管疾病发生、发展中目前国内外的研究进展进行综述，旨在为进一步研究circRNA及其功能对心血管疾病的影响提供理论依据。

1 circRNA简介

1.1 circRNA的分类 circRNA是通过前体mRNA(pre-mRNA)通过反向首尾剪接形成。根据circRNA基因组来源位点的不用，将其分为：(1)外显子circRNA(exonic circRNA，ecircRNA)，仅包含外显子；(2)内含子circRNA(circular intronicRNA，ciRNA)，仅包含内含子；(3)外显子-内含子circRNA(exon-intron circRNA，EIciRNA)，既包含外显子也包括内含子；(4)反义链circRNA，剪切体反义链来源；(5)基因间circRNA，源于2个基因间序列[10]。

1.2 circRNA的形成机制 ecircRNA的形成目前主要有两种机制：套索环化和内含子配对的环化[11]。套索环化可将5′端与3′端链接，直接形成环状结构。同时，套索环化的发生还与外显子的跳跃有关，指其中的一个或多个外显子发生跳跃形成。另外，内含子之间的碱基互补配对也可诱导环化形成circRNA；ciRNA的形成是由于内含子5′端的7nt GU和3′端的11nt C，两者共同发挥作用使得内含子与内含子首尾相连，形成ciRNA的环状结构[12]；EIciRNA的形成机制和ecircRNA形成相似，但保留了环状结构中的内含子[13-14]；包含有GT-AC剪接信号侧翼片段的两个ciRNA，由其片段的受体和供体通过首尾结合可形成基因间circRNA[11]。

1.3 circRNA的功能 circRNA发挥生物学功能主要通过以下3种机制：(1)与miRNAs发生海绵互作调节靶mRNA的表达；(2)调节转录；(3)与RNA结合蛋白(RNA binding protein, RBP)互作调控基因的表达。研究表明，miRNAs可与靶mRNA的3′非翻译区(3′-untranslated region, 3′UTR)发生碱基互补配对，从而抑制mRNA的翻译或促进其降解[15]。circRNA是一类竞争性内源性RNA，可以与miRNAs结合，下调miRNAs的表达丰度，解除miRNAs对靶基因的抑制作用[16]。研究表明大多数circRNA可通过miRNAs海绵机制发挥生物学功能。例如，小脑退化相关蛋白1反义转录物(cerebellar degeneration-related protein 1 transcript，Cdr1as)含有超过70个miRNA-7的结合位点，可以与miRNA-7结合，抑制miRNA-7活性，使miRNA-7的靶基因表达水平升高[17]；Li等[18]亦发现cir-ITCH与ITCH的3′UTR有部分相同的miRNAs结合位点，cir-ITCH与miRNA-7，miRNA-17及miRNA-214结合可上调ITCH的表达。除海绵互作机制外，circRNA还可参与并调节基因的剪切和转录。研究发现formin可反向剪切形成circRNA并充当mRNA陷阱，通过隔离转录起始点减少线性RNA的转录和Formin蛋白的表达[19]。部分存在于细胞核中的circRNA可与RNA聚合酶Ⅱ作用，调节宿主基因转录活性。如EIciRNA可与U1小RNA蛋白复合物相互作用促进亲代基因的表达[20]；circRNA还可通过与RBP结合调节基因的表达。如circMbl序列中包含许多MBL的结合位点，可与MBL蛋白特异性结合导致胞内MBL蛋白表达水平下降[20]。

2 circRNA与心血管疾病

2.1 circRNA与心力衰竭 心力衰竭是各种心血管事件特别是心肌肥厚进展终末期的必然事件，然而它的发病机制目前尚不明确。miRNA-233是一个诱导心肌细胞肥厚和心力衰竭发生的重要调节因子，其下游靶基因是CARD 域的细胞凋亡抑制因子(apoptosis repressor with CARD domain, ARC)，miRNA-223可通过调节ARC促进心力衰竭的进展[21]。心脏相关circRNAs(heart-related circRNA，HRCR)作为第一个被发现与心血管疾病相关的circRNA分子，通过竞争性结合内源性miRNA-223分子发挥海绵互作抑制其活性，上调了ARC的表达从而抑制了心肌肥厚和心力衰竭的发生、发展[22]。

2.2 circRNA与心肌梗死 在心肌梗死病理过程中，持续性的心肌缺血导致心肌细胞发生凋亡和坏死。研究发现miRNA-7a/b在可通过负性靶控聚腺苷二磷酸-核糖聚合酶(poly ADP-ribose polymerase, PARP)和转录因子SP1减轻细胞凋亡[23]。在小鼠心肌梗死模型中，Cdr1as的表达显著上调加剧了心肌细胞凋亡及梗死面积的扩散。进一步研究发现Cdr1as的这种效应可被miRNA-7a的过表达所逆转。Cdr1as可通过吸附miRNA-7a抑制其表达丰度，上调靶基因PARP及SP1的表达加剧了心肌梗死后心肌细胞的损伤[24]。这表明Cdr1as/miRNA-7a在心肌梗死后心肌细胞凋亡的调控过程中具有关键性的作用。总之，circRNA与心肌梗死关系密切，可为心肌梗死的诊疗过程提供潜在的临床应用策略。

2.3 circRNA与高血压 高血压是全球心血管疾病的主要危险因素。circRNA与多种疾病的发生、发展密切相关，但在高血压的疾病病理过程中的作用尚不清楚。Wu等[25]通过circRNA基因芯片筛查了在高血压患者血浆中circRNA的表达谱变化。结果发现其中有59个具有差异表达的circRNA分子，其中46个circRNA分子表达显著上调，13个circRNA分子表达显著下调，通过基因本体论(gene ontology, GO)及KEGG信号通路分析结合qPCR验证出hsa-circ-0005870在高血压患者血浆中显著下调。因此，hsa-circ-0005870参与高血压的病理生理过程，可作为高血压诊断和治疗的新兴潜在分子标志物。

2.4 circRNA与心肌病 Khan等[26]研究发现RNA结合模体蛋白20(RNA-binding motif protein 20, RBM20)参与Titin基因的调控过程，RBM20是许多心脏相关circRNA分子剪切形成过程中所必需的调控蛋白，敲除RBM20可导致Titin基因突变，在肥厚型心肌病的发生过程中起着重要的作用。心肌纤维化是糖尿病心肌病的主要病理表现。在血管紧张素Ⅱ(angiotensin-Ⅱ, Ang-Ⅱ)诱导的糖尿病小鼠心肌纤维化模型中，circRNA_000203可通过解除miR-26b-5p对Col1a2及CTGF表达的抑制作用，上调靶基因的表达，促进了纤维化的发生[27]。

2.5 circRNA与动脉粥样硬化 研究表明，动脉粥样硬化与人类染色体9p21靠近INK4/ARF结合位点有关，可转录反义非编码RNA(antisense non-coding RNA, ANRIL)。ANRIL基因的环状转录物表达水平与动脉粥样硬化发生风险相关[28]。在颈动脉粥样硬化斑块急性破裂的过程中，circRNA-16表达增高而miR-221的表达降低。miR-221与血管平滑肌细胞的增殖及凋亡相关，circRNA-16因与miR-221具有共同的结合位点，可吸附miRNA-221解除其对血管平滑肌细胞增殖及凋亡的调控效应。circRNA-16/miRNA-221轴可能在纤维帽破裂，由稳定斑块转变为不稳点斑块过程中具有重要的调控意义[29]。这些研究表明了circRNA参与了动脉粥样硬化的发生与发展。

3 展望

circRNA呈共价闭合环状结构，其结构稳定、高度保守，具有组织细胞和发育阶段特异性表达的特征。circRNA具有多种生物学功能，目前的研究报道主要通过与miRNAs海绵互作发挥功能。circRNA的表达谱变化与多种疾病的发生发展密切相关，特别是在心血管领域，circRNA参与并调控了心力衰竭、心肌梗死、高血压、心肌病、动脉粥样硬化等多种疾病的病理过程。作为非编码RNA家族的新兴分子，目前对circRNA的研究还在起步阶段。全面深入理解circRNA的调控作用及其机制仍然是目前国内外研究者亟待解决的问题。究竟circRNA是怎样对话决定细胞的命运及在疾病的病理过程中发挥了怎样的角色？相信随着未来精准医学的发展，越来越多的circRNA的生物学功能及调控机制将被阐明，届时必将为心血管疾病将的诊断和治疗带来新的突破性进展。