circRNA在心血管疾病中的研究进展

李格格 综述，陈运清 审校

(重庆医科大学附属第二医院心血管内科，重庆 400010)

心血管疾病包括冠心病、心脏瓣膜病、心肌病、心律失常、心力衰竭等，在中国是导致死亡和过早死亡的主要病因，占中国人死亡原因的40%[1]，所以对于心血管疾病的早期诊断和积极治疗是很有必要的。环状RNA(circRNA)是前体mRNA成熟过程中形成的一类丰富的内源RNA，含有一个共价闭合的连续环。circRNA在真核细胞中广泛表达，在进化上是保守的，并且可以针对特定的细胞类型或发育阶段。此外，在细胞核和线粒体中也发现了circRNA。与线性RNA不同，circRNA没有5′帽或3′尾结构，不易被细胞中的核酸外切酶降解[2]。circRNA可以调节基因表达，参与多种病理生理过程。目前，许多研究已经证实circRNA与动脉粥样硬化、冠心病、心肌病、心房颤动、心力衰竭、瓣膜钙化等相关，且有望被用于疾病的治疗。

1 circRNA的生物合成及作用机制

circRNA是由线性前体RNA通过剪接体机制介导的反向剪接环化而产生的，主要有以下2种环化方式：内含子配对介导的环化和套索介导的环化。由此产生了3种类型的circRNA，分别是外显子circRNA、内含子circRNA、外显子-内含子circRNA。绝大多数circRNA存在于细胞质中，少数存在于细胞核中。目前，有研究认为circRNA主要通过以下4种途径参与调节病理生理过程：(1)circRNA作为miRNA海绵来调节miRNA的功能；(2)circRNA与RBPs(RNA结合蛋白)相互作用调节相关蛋白的功能；(3)含有内含子序列的circRNA通过与U1 snRNP(剪切子)结合形成的复合物与RNA聚合酶Ⅱ相互作用来调节亲本基因的表达；(4)作为反向剪接的结果而存在的开放阅读框(ORF)与内部核糖体进入位点(IRES)或m6A-修饰结合在一起诱导circRNA进行翻译[3]。

2 circRNA与心血管疾病

2.1circRNA与动脉粥样硬化 动脉粥样硬化被认为是一种退行性病变，目前被认为是多因素(包括血脂异常、高血压、糖尿病、吸烟、遗传因素、体力活动减少、年龄和性别、酒精摄入、肥胖等)共同作用的结果，首先是血管平滑肌细胞、巨噬细胞及T淋巴细胞聚集；其次是胶原、弹力纤维及蛋白多糖等结缔组织基质的增生；再者是脂质积聚，其主要含胆固醇结晶及游离胆固醇。粥样硬化斑块中脂质及结缔组织的含量决定斑块的稳定性及是否易导致急性缺血事件的发生。我们发现circRNA通过调节内皮细胞、血管平滑肌细胞和巨噬细胞的活化，在动脉粥样硬化的发生、发展中起着重要作用。

研究发现，circANRIL通过与一种重要的核糖体成分PES1的联合作用，抑制血管平滑肌细胞和巨噬细胞中核糖体的生成，导致核糖体应激和细胞死亡，抑制平滑肌细胞和人诱导多能干细胞来源的巨噬细胞的增殖，从而起到动脉粥样硬化保护作用，是治疗动脉粥样硬化的潜在治疗靶点[4]。CIRC_0003204主要定位于人主动脉内皮细胞的细胞质，过表达CIRC_0003204抑制氧化低密度脂蛋白(ox-LDL)诱导的内皮增生[5]。circHIPK3过表达显著降低细胞凋亡和氧化应激标志物[包括活性氧(ROS)、超氧化物歧化酶(SOD)和丙二醛(MDA)的水平]。进一步的研究表明，circHIPK3通过miR-29a/IGF-1轴抑制氧化损伤[6]。

有研究发现，hSA-CIRC-000595在缺氧的人主动脉平滑肌细胞(HASMC)中表达增加，hSA-CIRC-000595可能通过miR-19a/rhoB/cyclinD1/CDC25A和MMP/α-SMA/SM22α轴诱导细胞凋亡[7-8]。高度保守的circLrp6具有miR-145的多个结合位点，miR-145与多个靶点相互作用，包括ITGb8、fasin、KLF4、Yes1和lox。沉默circLrp6可防止小鼠颈动脉内膜增生[9]。有研究鉴定了缺氧条件下人脐静脉内皮细胞中差异表达的circRNA，发现cZNF292是缺氧调控下表达最高的circRNA。有研究表明，cZNF292的沉默显著抑制了球体萌发和管状细胞的形成，并降低了内皮细胞的增殖，表明cZNF292在缺氧条件下促进了内皮的增殖和管状细胞的形成[10]。YANG等[11]发现，在ox-LDL诱导的血管平滑肌细胞(VSMC)中，circCHFR异常过表达。进一步研究发现，沉默CHFR通过miR-370/FOXO1轴抑制VSMCs的增殖和迁移能力。

2.2circRNA与冠心病 冠心病是指冠状动脉粥样硬化使管腔狭窄或阻塞，导致心肌缺血、缺氧而引起的心脏病，是严重威胁人类健康的疾病，在西方发达国家，其年死亡数可占到总死亡数的1/3左右。据WHO统计，冠心病目前是世界上最常见的死亡原因，超过所有肿瘤的总和。该病多发生于40岁以上，男性多于女性。

circNfix是由一个与超级增强子结合的转录因子介导的，敲除circNfix可促进心肌细胞增殖和血管生成增加，从而阻止心肌梗死后的细胞凋亡，减少心功能不全，改善心肌梗死后的预后。反之，circFndc3b在心肌梗死后的小鼠心脏和缺血性心肌病患者的人类心肌组织中表达下调。其过表达减少了心肌细胞的凋亡，改善了血管形成和左心室功能[12]。circNcx1在氧化应激时升高，促使心肌细胞凋亡。circNcx1作为miR-133a的海绵，敲除circNcx1后，可通过circNcx1-miR-133a-CDIP1(诱导蛋白)轴减少心肌细胞死亡，进一步减轻小鼠心肌细胞的缺血再灌注损伤[13]。circTtc3通过circTtc3-miR-15b-5p-Arl2(ADP核糖化因子)调节心肌细胞的活性。在心肌梗死后，在小鼠体内敲除circTtc3可使心脏功能显著恶化，因此circTtc3在心肌梗死中的上调具有保护心脏的作用[14]。心肌梗死损伤和缺氧处理的小鼠心肌细胞circRNA Cdr1as表达上调。其过表达可加重小鼠心肌梗死面积，并导致心肌细胞凋亡。Cdr1as充当miR-7a的海绵，并影响其下游目标。此前，miR-7a的上调在心肌梗死损伤期间被描述为保护性的。因此，降低Cdr1as的表达水平可能会增加miR-7a的水平，这可能成为治疗冠心病的一种新的治疗策略[4]。circRNA ACR可通过调节PINK1/FAM65B通路来抑制缺血再灌注损伤，抑制自噬性细胞死亡，从而缩小心肌梗死面积[15]。心肌梗死组circMACF1和EMP1(上皮膜蛋白1)的表达水平随miR-500b-5p表达水平的升高而降低。circMACF1作为miR-500b-5p的海绵上调EMP1的表达，circMACF1通过调节miR-500b-5p/EMP1轴抑制AMI的进展。circMACF1可能是治疗急性心肌梗死的潜在治疗靶点[16]。在小鼠心肌缺血再灌注损伤模型中，circPAN3的表达减少。过度表达circPAN3通过circPAN3-miR-421-PINK1轴，显著抑制了心肌细胞的自噬并减轻了细胞凋亡，这在体内通过减少自噬空泡和缩小心肌梗死范围进一步得到证实[17]。

2.3circRNA与心肌病 心肌病是一组异质性的心肌疾病，病因多与遗传有关。临床主要表现为心肌肥厚、心脏扩大、心力衰竭、心律失常与猝死。最早鉴定出来的心脏表达的circRNA之一是抗肥厚型HRCR。在异丙肾上腺素诱导的小鼠心肌肥厚模型中，HRCR水平降低，过表达的HRCR作为miR-223-5p的海绵来减弱心肌肥厚[18]。分析64例肥厚型心肌病患者和53例健康对照者血清中多种circRNA(包括circDNAJC6、circTMEM56和circMBOAT2)的表达模式。结果表明，在调整了年龄和性别后，肥厚型心肌病患者的circDNAJC6、circTMEM56和Cir-cMBOAT2基因表达明显下调，OR值分别为0.048(0.012～0.198)、0.074(0.017～0.317)和0.135(0.041～0.447)。此外，ROC曲线分析表明，这些环状RNA可以作为HCM的生物标志物，其AUC在0.738～0.819之间[19]。circAmotl1与PDK1和AKT1结合，导致AKT1磷酸化，并可能在阿霉素诱导的心肌病中发挥心脏保护作用[20]。对circRNA在心脏分化过程中的表达和人类心脏在胎儿组织中特异性富集的研究发现，circSLC8A1、circCACNA1D、circSPHKAP和circALPK2存在差异表达[21]。

2.4circRNA与心房颤动 心房颤动易形成左房附壁血栓。血栓栓塞，尤其是脑栓塞是重要的致残和致死的原因。circRNA高通量测序显示房颤组HAS_CIRC_0005643和NEVE_CIRC_0077334表达增加。HAS_CIRC_0005643和NOVICE_CIRC_0077334均被预测与miR-221-5p结合，这可能解释了miR-221-5p在心房颤动病理生理过程中减少的原因，miR-221-5p作为心房颤动的一个新的生物标志物值得进一步研究[22]。

2.5circRNA与心力衰竭 心力衰竭是由心脏结构或功能异常所导致的一种临床综合征，是心血管疾病的最严重的阶段，死亡率高，预后不良。心力衰竭患者的CDR1as在血浆中表达上调，miR-135a和miR-135b水平下调，Hmox1水平明显高于对照组，且与心功能高度相关。进一步研究发现，CDR1as作为miR-135a和miR-135b的海绵，通过miR-135a/Hmox1和miR-135b/Hmox1信号轴调控人心肌细胞的增殖和凋亡，参与CHF的发生、发展[23]。

2.6瓣膜钙化 过表达的circSamd4a减少了瓣膜钙化的发生，而抑制了circSamd4a则促进了瓣膜钙化，表明circSamd4a具有抗钙化的特性。进一步研究发现，circSamd4a是miR-125a-3p和miR-483-5p的miRNA海绵，借此来参与调节瓣膜钙化的过程[24]。

3 结语与展望

circRNA吸附microRNAs(MiRNAs)并抑制其内源活性。ANNADORAY等[25]设计了人工circRNA海绵(circmiRs)来靶向已知的心肌促肥厚型miR-132和miR-212，实验证明表达的circmiRs竞争性地抑制miR-132和miR-212的活性，并且表现出比线性海绵更大的稳定性。由此我们可以设想利用人工设计的circRNA靶向 miRNA来治疗心血管疾病[25]。心血管疾病仍然是威胁人类健康的主要疾病，早期诊断和干预能够有效改善患者的远期预后和生活质量。随着现代分子生物学技术的发展，有关circRNA在心血管疾病中作用机制的研究将会更加深入，circRNA有望成为新的诊断标志物及治疗靶点。