环状RNA 的代谢和功能及其在急性心肌梗死诊治中的研究进展

邢晶波

（山东大学齐鲁医学院 山东 济南 250000）

环状RNA（Circular RNA, circRNA）是一类具有共价闭合连续环状结构的非编码RNA（noncoding RNAs,ncRNAs），主要由宿主基因的外显子或内含子编码产生。闭合的环状结构形态使环状RNA 更具稳定性，不易被核糖核酸酶R（ribonuclease R, RNaseR）分解。此外，环状RNA 还具有较高的进化保守性、组织及发育阶段特异性，具有成为疾病诊断标志物及治疗靶点的潜力。环状RNA可作为微小RNA（micro RNA, miRNA）海绵、参与转录调控、承担蛋白质翻译模板等发挥其生物学作用。急性心肌梗死（acute myocardial infarction, AMI）指由于冠状动脉粥样斑块破裂或侵蚀，导致受累冠状动脉完全或近乎完全闭塞，进而引发心肌细胞缺血缺氧损伤的综合征，近年来，我国AMI 病死率呈现上升趋势。如何进一步明确AMI 发病机制，发现有效诊疗靶点是当前相关研究的重点。本综述对环状RNA 生物代谢特征及生物学功能进行总结，着重探讨环状RNA 在诊治AMI 中的研究进展，以期为后续研究提供思路。

1.环状RNA 的代谢

1.1 环状RNA 的合成

在细胞转录过程中，RNA 聚合酶Ⅱ（RNA polymeraseⅡ，RNA Pol II）结合染色体DNA 转录获得信使RNA（messenger RNA, mRNA）前体。mRNA 前体包含内含子及外显子序列，具有5’-端的7-甲基鸟苷酸帽和3’-端的多聚核苷酸尾结构。在剪切体的参与下，mRNA 前体成为可翻译的成熟mRNA。不同于常规前体RNA 的剪切，环状RNA 是通过一种称为反向剪接的特殊选择性剪接方式产生。环状RNA 前体的3'-端通过3',5'-磷酸二酯键连接到其自身或上游外显子的5'-末端，形成具有反向剪接连接位点的封闭结构。

1.2 环状RNA 的定位

环状RNA 的定位与其来源相关，外显子来源的环状RNA 通常定位于细胞质中，而某些内含子来源的环状RNA多定位于细胞核内。环状RNA 出细胞核的具体机制尚不明确，HUANG 等认为，可能与环状RNA 长度及m6A 甲基化修饰相关。定位于细胞核内的环状RNA 可募集蛋白质至染色质，调节亲本基因的表达。定位于细胞质中的环状RNA 多发挥miRNA 海绵作用，参与基因转录调节过程。此外，一些环状RNA 可以以细胞外囊泡（extracellular vesicle, EV）的形式，分泌到循环系统或体液中发挥作用。

1.3 环状RNA 的调节

环状RNA 的生物合成依赖剪切体参与的反向剪切，针对环状RNA生物合成调节的相关机制尚处于探索阶段。LIANG 等研究表明，抑制mRNA 前体的加工修饰会促使基因的输出转移为环状RNA，说明环状RNA 与其对应线性RNA 之间存在合成竞争关系。此外，顺式原件内含子互补序列（Intron complementary sequence, ICS）和反式因子RNA 结合蛋白（RNA-Binding Proteins, RBP）也参与环状RNA 的合成调节。

1.4 环状RNA 的降解

环状RNA 的细胞内降解机制尚未完全明确。PARK 等研究表明，m6A 甲基化修饰的环状RNA 可以被YT521-B 同源性结构域蛋白2（YT521-B homology-domain-containing proteins 2, YTHDF2）识别，在人热反应蛋白12（human heat-responsive protein 12, HRSP12）参与下，被核糖核酸酶P/MRP（ribonuclease P/MRP, RNase P/MRP）切割降解。FISCHER 等研究表明，上移码1 因子（Up-frameshift 1,UPF1）通过结合Ras-GTP 酶激活蛋白结合蛋白1（Ras-GTPase-activating protein-binding protein 1, G3BP1），形成可与mRNA 和环状RNA 高度结构化的碱基配对区域结合的结构因子，参与RNA 分子降解过程。

2.环状RNA 的功能

2.1 调控转录

环状RNA 调控转录主要涉及其亲本基因，部分环状RNA 可暂停或终止上游亲本基因的转录，部分环状RNA 发挥促进亲本基因转录的作用。首先，环状RNA 可与亲本基因特异位点结合，形成RNA-DNA 杂合体或R-环（R-loop structure）结构，募集剪切体，终止或暂停亲本基因转录。同时，包含亲本基因内含子与外显子转录序列的环状RNA（exon-intron circRNAs, EIciRNAs）可与细胞内小核RNA（small nuclear RNA, snRNA）相互作用，结合U1 小核核糖蛋白（U1 small nuclear ribonucleoprotein），进而结合亲本基因启动子处RNA 聚合酶Ⅱ（RNA Polymerase II, Pol II），从而发挥促进基因转录的作用。

2.2 海绵吸附miRNA

史圣甲等研究表明，环状RNA 可通过海绵样吸附miRNA，进而调节上游mRNA 表达水平，从而发挥生物学作用。环状RNA 单酰甘油酯酶（Circular RNA monoglyceride lipase, circ MGLL）可结合miR-1228/miR-1233/miR-149/miR-924，促进睾丸支持细胞增殖而抑制细胞凋亡。环状RNA TCF25 可海绵样吸附miR-128，降低miR-128 表达丰度，增加miR-128 下游靶向因子血管内皮细胞生长因子C（vascular endothelial growth factor C,VEGF-C）的表达，从而起到促进膀胱癌细胞生长增殖、迁移侵袭的作用。目前关于环状RNA 海绵吸附miRNA的研究是探究其生物学机制的热点，但由于环状RNA 的丰度较低，且与miRNA 结合位点有限，故其实际生物学效应仍待进一步验证。

2.3 翻译合成蛋白质

由于环状RNA 缺乏5’-端帽状结构和3’-端尾状结构，故其翻译不同于真核生物常规mRNA 的翻译方式，只能通过独立于帽结构的方式进行。参与环状RNA 翻译的机制包括：（1）m6A 甲基化修饰。在真核翻译起始因子4γ2（eukaryotic translation initiation factor 4 gamma 2,eIF4G2）、YTH 结构域家族蛋白3（YTH domain family protein 3, YTHDF3）参与下，单个m6A 甲基化修饰位点足以驱动环状RNA 翻译，该过程同时受到甲基转移酶样因子3/14（methyltransferase-like 3/14）、去甲基化酶FTO（demethylase fat mass and obesity-associated, FTO）以及热休克蛋白的影响。（2）一些人工合成和天然存在的内源性环状RNA 含有核糖体进入序列（internal ribosome entry site, IRES），可以直接募集核糖体进行翻译。2 种机制相辅相成，共同参与环状RNA 的翻译进程。

2.4 与蛋白质相互作用

环状RNA 与蛋白质的直接相互作用主要体现在改变结合蛋白质之间的相互作用、参与RNA 转录后调节、募集蛋白质到染色体、调节蛋白质的核质分布4 个方面。目前关于环状RNA 与蛋白质直接相互作用的研究尚处于开端阶段，具体调控机制尚不明确，有待进一步研究证实。

3.环状RNA 在ST 段抬高型心肌梗死中的研究进展

AMI 是冠心病疾病进程中高致死率的急性加重阶段，是针对其表观遗传学的发病机制研究的研究热点。环状RNA 作为当下表观遗传学研究方向之一，其与AMI的相关性也受到人们的关注。关于环状RNA 对AMI 发病机制的研究，主要集中于环状RNA 参与的梗死后心肌修复方面。2021 年，CHENG 等研究证实抑制环状RNA Postn 表达可减少梗死心肌组织中胶原蛋白表达，抑制心肌重构，减少梗死面积。这与环状RNA Postn 海绵样吸附miR-96-5p，上调下游B 细胞白血病/淋巴瘤凋亡调节因子相互作用蛋白3（B-Cell Leukemia/Lymphoma 2 Apoptosis Regulator Interacting Protein 3, BNIP3）表达，加重miR-96-5p/BNIP3 轴诱导的心肌细胞损伤有关。遵义医科大学学者仇治梅同样证实环状RNA ERBB2IP 可以靶向结合miR-145a-5p，调节Smad5 的表达能够促进心脏微血管内皮细胞（cardiac micro vascular endothelial cells, CMECs）的增殖、迁移和新生微血管形成，对梗死心肌血供恢复起到促进作用。

综上所述，环状RNA 既可促进梗死心肌细胞的凋亡，又可促进梗死心肌修复，为心肌梗死后治疗提供了全新的治疗靶点。关于环状RNA 在AMI 中的诊断价值方面，YIN 等通过基因芯片方式分析了3 例AMI 和3 例对照组环状RNA 表达差异，共筛选出650 个差异表达环状RNA，涉及多种细胞生物进程，同时也为环状RNA 在AMI中的诊断价值提供了思路。