血浆环状RNA 在心血管疾病中的研究进展

张萌 高山 饶宏宇 李丹阳

1.佳木斯大学研究生部，黑龙江佳木斯 154000；2.佳木斯大学附属第一医院心内三科，黑龙江佳木斯 154002

近年来随着经济的发展及人民生活水平的不断提高，心血管疾病的发病率逐年升高。目前，该病已经成为我国城乡居民死亡的最主要原因，据统计农村心血管疾病占比总死亡率的46.66%，城市的则占比43.81%。

心血管疾病的早期诊断可以及时发现心脏结构功能的异常并给予相应治疗，对提高患者的生存率及生活质量起到非常重要的作用，但目前缺少一种经济、方便的心血管疾病早期诊断的生物学标志物。circRNA作为一类丰富、稳定、保守的非编码RNA 慢慢地进入了科学研究者的视野。在对人类、小鼠和线虫RNA进行的测序和计算分析中发现了丰富表达的circRNA，它不仅非常稳定且具有组织及发育不同阶段的特异性表达。目前已有多种研究证实circRNA在高血压、冠状动脉粥样硬化性心脏病及心力衰竭及急性心肌梗死等多种心血管疾病中出现差异性表达，证明circRNA 参与到了心血管疾病的发病过程中，且有潜力成为早期诊断的生物标志物之一。

1 circRNA 的特征及功能

circRNA 是一种反向剪接形成的缺乏游离3’端和5’端共价闭合的环状分子，其生物学特征可简单归纳为具有组织特异性、种类及数量繁多、性状稳定、物种间高度保守、功能复杂等特点。Memczak等通过高通量测序手段在人、小鼠及线虫体内检测到数千个表达良好、稳定的环状RNA，且通常表现出组织及发育阶段的特异性表达。Jeck等通过全基因组RNA 外切酶富集策略及高通量测序方法得出circRNA 具有物种间高度保守的特征。circRNA 的上述特征在一定程度上决定了circRNA 具有复杂的生物学功能。

circRNA 早期只被认为是在翻译过程中发生错误剪接形成的没有功能的产物，并没有得到广泛重视，近年来随着高通量测序技术的发展，研究者发现了circRNA 丰富的生物学功能，且围绕其功能的研究也逐渐深入。目前circRNA 最广为人知的功能是作为miRNA 海绵，竞争性与miRNA 结合，阻止miRNA 与mRNA 的3’非翻译区结合，进而影响mRNA 的翻译过程，从而发挥相应的生物学作用。第一个被发现具有miRNA 海绵功能的环状RNA 是ciRS-7，它能与miR-7 结合从而降低其生物活性。此外circRNA 还可以调节RNA 的转录，研究发现circRNA 可以在细胞核内与磷酸化的RNA 聚合酶II相互结合，从而改变其转录活性。相关研究证明，circRNA 还具有调节mRNA 稳定性的功能，且可以参与蛋白质的翻译及通过与蛋白质结合调节RNA 结合蛋白的生物活性。

此外，更值得一提的是circRNA 在蛋白质翻译功能方面的新发现：circRNA 的m6A 修饰。N6 甲基腺苷（N6-methyladenosine，m6A）是真核生物中最丰富的RNA 内部修饰，有研究发现它可以通过起始因子eIF4G2 和m6A 读取器YTHDF3 的帮助下促进人类细胞中circRNA 蛋白质翻译的有效启动，开拓了对circRNA 功能的研究，证实了其具在翻译方面具有很大的潜力。

2 各种心血管疾病患者血浆中circRNA的变化情况

circRNA 在血浆中主要存在于外泌体内，以外泌体为载体在体内进行运输并行使各种生物学功能。外泌体是由多种细胞分泌的纳米级大小的囊泡，其中含有特定的蛋白质、mRNA 和circRNA 等非编码RNA。它们可以作为细胞间的信使，参与细胞内的各种活动、调节受体细胞的行为，并可能作为生物标志物用于诊断人类疾病。外泌体中的circRNA 水平与线性RNA 水平之比约为细胞中circRNA 与线性RNA 比值的6 倍，说明circRNA 比线性RNA 更容易被纳入外泌体中，且由于外泌体或某些特定的序列特征和蛋白伴侣的保护使得其非常稳定。血浆的采取具有方便、快捷、经济等突出优点，且已经成为经典的临床检验标本，但目前血浆circRNA在心血管疾病中的研究仍有较大的发展空间，本文从不同疾病角度列举了血浆circRNA 方面的研究进展。

2.1 外周血circRNA 与冠状动脉疾病

冠状动脉疾病（coronary artery disease，CAD）又称冠状动脉粥样硬化性心脏病（coronary heart disease，CHD），其是一种由冠状动脉结构或功能异常引起的心脏病，包括稳定型心绞痛、不稳定型心绞痛、非ST 段抬高型心肌梗死、ST 段抬高型心肌梗死，以及心源性猝死、缺血性心肌病等。近年来CAD 的发病率及死亡率日渐上升。丁汀等建立冠心病组及健康对照组共6 例，采集外周血通过circRNA 芯片技术进行差异性表达分析发现冠心病组外周血中差异性表达的circRNA 共有116 个，其中上调74 个，下调42 个，通过变化倍数及P 值筛选及生物信息学分析后发现，hsa_circ_0007059 对冠心病的发生及发展过程中可能产生一定影响。张帅等研究者同样建立CAD 组58 例及健康对照组47 例，分别采取外周血并进行实时荧光定量聚合酶链反应（quantitative PCR，qPCR）检测后发现CAD组的患者外周血内的circMICRA 表达较健康对照组降低，且发现circMICRA 的升高及降低与冠脉动脉粥样硬化的程度有一定关系，冠脉动脉粥样硬化程度越重circMICRA 越低，且circMICRA 能够与不同种类miRNA 结合在CAD 的病理过程的炎症途经发挥一定的保护作用。李梦兰等同样采用RT-qPCR方法检测CAD 患者和健康人群外周血circDLGAP4的表达水平，并进行统计学分析后发现，冠心病患者的外周血中的单核巨噬细胞及白细胞在泡沫化进程中circDLGAP 4 的表达水平有明显降低的趋势。同时，其可能在CAD 病理生理发展进程中起到一定保护作用。还有研究通过生物信息分析，并进行性数据整合最后构建一个circRNA 调控网络，确定了hsa_circ_002075、hsa_circ_0020387 等9 个可能参与到CAD 发病机制中的circRNA。

2.2 血浆circRNA 与心肌梗死

心肌梗死是目前全球范围内人类发病和死亡的主要原因。心肌梗死发生后，心肌细胞由于缺血缺氧而发生损伤、坏死激活炎症级联反应，纤维细胞过度增生发生心肌重构，从而使心脏结构和功能发生一定程度的改变。目前已经有很多研究发现，circRNA 在心肌梗死发生、发展的病理生理过程中扮演了重要的角色。熊玮等通过收集急性前壁心肌梗死患者外周血进行circRNA 芯片筛选差异表达的circRNA 发现，急性前壁心肌梗死的患者与健康对照组相比外周血中，circRNA 发生了明显的差异表达，其中上调的circRNA 占总差异表达的52.2%，下调占47.8%，通过变化倍数及值筛选及生物信息学分析后，发现circRNA 30741 可能会通过与miRNA-21结合从而参与到急性心肌梗死的发生发展过程中。Wang等研究发现，MTP18 缺乏可抑制线粒体分裂，抑制心肌细胞凋亡和心肌梗死的发生。而一种与线粒体分裂和凋亡相关的circRNA：MFACR，可以通过海绵结合miR-652-3p 抑制其活性，使miR-652-3p 对MTP18 的抑制作用减弱，从而在一定程度上增加了心肌细胞的凋亡，然而通过对小鼠心肌细胞MFACR 基因的敲除可减弱线粒体分裂和心肌细胞的凋亡，揭示了circRNA 在调节心肌细胞线粒体动力学和凋亡中的关键作用。通过研究发现，预测circRNA 可能成为心血管疾病的一种的潜在治疗靶点。朱舟洋等在研究中发现一种名为circRNA-0007478 的circRNA 在急性心肌梗死患者外周血中的表达量较健康患者明显升高，且发现circRNA-0007478 或许可以达到预测患者冠脉病变的严重程度，使其具有很大潜力可以作为早期预测心肌梗死发生发展的生物学标志物。

2.3 外周血circRNA 与心力衰竭

心力衰竭的特征是复杂的组织重构，包括心肌细胞死亡的增加、血管内皮和功能受损，以及炎症和间质纤维化增加。这些因素使得心脏的收缩及舒张功能受损，所以改善心肌组织重构成为治疗心力衰竭的重要手段。已有研究表明，circRNA 在心脏重塑的过程中起到了一定的调节作用。Si等通过实验发现心肌细胞（cardiomyocytes，CM）在体外和体内的增殖被一种名为circHipk3 的circRNA 的敲除所抑制，而随着circHipk3 过表达可使心肌细胞的增殖增加。此外，circHipk3 的过表达还促进了冠状动脉血管内皮细胞的增殖、迁移能力以及随后的血管生成。更为重要的是，circHipk3 的过量表达减轻了心肌梗死后的心脏功能的改变并减少了纤维化面积。从机制上讲，circHipk3 通过增加Notch1 细胞内结构域（notch1 intracellular structural domain，N1ICD）的乙酰化，从而增加N1ICD 的稳定性并阻止其降解，促进了CM 的增殖。此外，circHipk3作为miR-133a 的海绵，促进结缔组织生长因子（connective tissue growth factor，CTGF）表达，从而激活内皮细胞。Si等通过以上发现推测，circHipk3 可能是预防心肌梗死后心力衰竭的一个新的治疗目标。

Sun等调查了心力衰竭患者血浆中差异表达的circRNA，发现与健康对照组相比慢性稳定型心力衰竭患者组有696 个显著差异表达的circRNA，包括477 个上调和219 个下调的circRNA。通过qRT-PCR验证了其中5个circRNA，发现其中hsa_circ_0062960在心力衰竭患者中的表达差异最大，诊断价值最高。此外，hsa_circ0062960 还显示出与血清脑钠肽（brain natriuretic peptide，BNP）水平的强相关性，后者是公认的心力衰竭（heart failure，HF）生物标志物。

2.4 血浆circRNA 与心律失常

最近Zhang等研究者通过对769 例非体外循环冠状动脉旁路移植术后伴或不伴房颤患者的血浆circRNA 表达谱进行分析研究，发现与非房颤患者相比，新发房颤患者的血浆中hsa_circRNA025016 的表达明显上调，且发现其具有较高的诊断准确性，从而推断hsa_circ_025016 可能是预测非体外循环冠状动脉旁路移植术后新发房颤的潜在生物标志物，有提高预防性治疗的效果。Yang等发现心律失常中一些miRNA 如miR-1 发挥了重要的作用。miR-1 在冠状动脉疾病患者中过度表达，且在正常或梗死的大鼠心脏中过度表达时，会加剧心律失常。在梗死的大鼠心脏中通过反义抑制剂消除miR-1 可缓解心律失常。而李根等通过starBase 进行了进一步的分析预测后发现了454 个与miR-1 结合的circRNA，这样就证明可能有大量的circRNA 也参与到了心律失常的发生和发展过程中。然而目前对于circRNA在心律失常的领域研究的尚且不够深入，circRNA 在心律失常中扮演的角色还有非常宽广的空间有待更深入的研究发现。

3 思考与展望

近年来，随着生物信息学的快速发展和高通量测序技术的广泛应用，使得circRNA 逐渐走进科学研究者的视线，越来越多围绕circRNA 结构功能及其在疾病发展进程中发挥的作用的研究已经开展。由于circRNA 不易被核酸外切酶降解的特性使其半衰期显著长于线性RNA 分子，在血浆中丰富、稳定的存在，且目前已经在心血管疾病患者血浆中检测到它们的差异表达，这些意味着circRNA 可能是一种有前途的疾病生物标志物。但目前对于circRNA 的研究尚仍不够深入，对于血浆circRNA 在心血管疾病中的作用机制探讨也尚在起步阶段，且多数研究的样本量较小，缺乏代表性，所以还需要更丰富的研究来充分的挖掘circRNA 的潜力，为各种心血管疾病的治疗提供新的方法和思路。