环状RNA在缺血-再灌注损伤中的研究进展

李丽，栾军军，周华

（中国医科大学附属盛京医院肾内科，沈阳 110004）

缺血-再灌注（ischemia/reperfusion，I/R）损伤是组织或器官在缺血缺氧损伤发生后，由于恢复供血供氧使原有组织损伤加重的过程［1］。临床上常见于急性冠脉综合征、休克、脑卒中、急性肾损伤、体外循环手术与器官移植等［2］。但是其分子生物学发生机制仍不十分清楚。目前I/R损伤的研究多聚焦于心脏和脑组织，其他器官的I/R损伤研究报道鲜见。环状RNA、微RNA（microRNA，miRNA）和mRNA之间的调控网络是近年来的研究热点。利用基因本体（gene ontology，GO）数据库及京都基因和基因组数据库（Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes，KEGG）分析有助于发现I/R损伤的治疗新靶点和新策略。本文对环状RNA在I/R中的研究进展进行综述。

1 心脏与环状RNA

I/R损伤是最常见的心血管疾病病理类型，常见于血管成形术、心脏移植、溶栓、体外循环手术和冠脉搭桥等。目前，环状RNA在I/R损伤的机制研究主要集中在调节自噬和细胞死亡（凋亡、坏死、焦亡等细胞死亡形式）［3］，例如，环状RNA Cdr1as是第1个在心肌梗死中被报告的环状RNA，在I/R处理的小鼠心脏组织中circ Cdr1as表达上调，通过海绵miR-7促进心肌细胞凋亡，增加心肌梗死面积。circ Cdr1as被认为是治疗心肌梗死的新靶点［4］。自噬机制在I/R损伤中发挥重要作用。ZHOU等［5］研究发现，mmu_circRNA_006636 在I/R损伤中表达下调，并通过调节自噬相关基因Pink1抑制心肌细胞自噬。过表达circPAN3可显著抑制心肌细胞自噬，减少心肌细胞凋亡［6］。治疗性血管生成的目的在于诱导和促进缺血周围正常组织血管生成或建立侧支循环［7］，成为缺血性心脏病的治疗方法之一，CHANG等［8］在人冠状动脉内皮细胞中发现circ-100338表达显著下调，并通过海绵miR-200a-3p诱导I/R损伤后的血管生成。

2 脑与环状RNA

脑I/R损伤也是常见的临床病理过程，脑组织对I/R特别敏感［9］。研究［10］发现脑I/R 48 h后，有1 027种环状RNA呈显著差异性表达。其中914种环状RNA显著上调，113种环状RNA显著下调。凋亡是脑I/R损伤中神经元死亡的一种主要形式，目前所研究的环状RNA大多与细胞凋亡相关。circ-HECTD1在脑I/R损伤中研究较多，抑制或敲除circ-HECTD1可以抑制星形胶质细胞激活，减小脑梗死面积和神经元凋亡［11］。circTLK1通过海绵miR-335-3p 调节TIPARP蛋白的表达，促进神经元损伤。生信分析在脑I/R损伤中应用广泛，ZHANG等［12］的研究发现，circcamk4在小鼠大脑I/R模型处理的神经元细胞中表达显著升高，通过KEGG分析来预测涉及circ-camk4的通路包括谷氨酸能突触通路、MAPK信号通路和凋亡信号通路，所有这些通路都参与了I/R后的脑损伤。提示circ-camk4可能在脑I/R损伤进展中发挥关键作用。

3 肝脏与环状RNA

肝I/R损伤是肝切除、肝移植等手术过程中发生肝损伤的重要原因，是肝移植后移植物功能障碍和肝衰竭的主要原因［13］。缺血预适应（ischemic preconditioning，IPC）和缺血后处理（ischemic postconditioning，IPO）是目前已知的2种可以减轻肝I/R损伤的干预手段［14-15］，但作用机制尚不明确。2018年，YE等［16］首次在肝I/R小鼠中检测出环状RNA的差异性表达，并通过KEGG分析发现Hippo信号通路可能与环状RNA差异性表达相关，为肝I/R损伤治疗提供了新的潜在靶点，但该研究未提及环状RNA的作用机制。ZHANG等［17］首次鉴定了环状RNA在肝I/R损伤中的表达谱，探讨了环状RNA在IPO保护机制中的作用。并在体外试验中证明mmu_circRNA_005186通过“海绵”miR-124-3p调节Epha2的表达，减轻炎症反应。提示该通路可能成为减轻肝I/R损伤的又一新的治疗靶点。近期，TIAN等［18］首次系统检测了肝I/R损伤和IPC干预后差异性表达的环状RNA，环状RNA的变化和IPC之间的潜在相关性，为IPC对肝I/R损伤的保护作用机制提供了新线索。circRNA_010498是IPC和IPO数据的交集，并且在IPC和IPO干预中都显示了肝保护作用，提示其可能成为具有研究价值的环状RNA。

4 肾脏与环状RNA

肾I/R损伤是急性肾损伤的主要病理状态。在I/R诱导的急性肾损伤中，由于大量的氧气和营养物质输送到肾小管上皮细胞，引起细胞凋亡、炎症反应和坏死。在人肾皮质近曲小管上皮细胞（human kidney-2，HK-2）缺氧/复氧损伤模型中，circ_0023404表达上调，并通过海绵miR-136激活IL-6受体，促进炎性细胞因子分泌和氧化应激，诱发凋亡，加重HK-2细胞损伤［19］。而circ YAP1作为miRNA-21的海绵，可以减少活性氧及炎性细胞因子的产生，保护HK-2细胞免受I/R诱导的损伤［20］。除此之外，在I/R大鼠模型中，circ-AKT3通过海绵miR-144增加Wnt/β-catenin通路蛋白水平，促进细胞凋亡。同时促进氧化应激加重肾I/R损伤［21］。另外，在I/R诱导的AKI大鼠模型的肾组织中，应用血管紧张素转换酶抑制剂氯沙坦进行预处理，可以有效抑制肾小管上皮细胞肿胀、肾间质出血、炎症细胞浸润和细胞凋亡等急性肾损伤改变。并且在I/R大鼠肾脏中存在广泛的环状RNA差异性表达，其中，circ-Dnmt3a、circ-Akt3、circ-Plekha7和and circ-Me1表达下调，经氯沙坦预处理可逆转这些差异表达［22］。虽然这些研究获得了一些有价值的结果，但对于I/R导致肾损伤的分子机制及治疗靶点的研究仍十分有限。

5 肠与环状RNA

肠I/R损伤的作用机制相当复杂，到目前为止尚未完全明确。越来越多的研究［23］证明氧化应激是肠I/R损伤的重要机制。p66Shc蛋白主要存在于内质网和线粒体中，是活性氧生成的关键调控因子，参与细胞凋亡和氧化应激，在心肌I/R损伤及脑损伤中均有报道［24-25］，但其上游的调控机制并不清楚。2018年，FENG等［26］首次全面描述了环状RNA在肠I/R损伤小鼠模型中的表达谱，为肠I/R损伤机制提供了新的线索。该研究发现，肠I/R损伤小鼠模型中上调的环状RNA有4个，下调的环状RNA有58个。近期，该团队在体内和体外实验中，证实了circ-PRKCB可以通过海绵miR-339-5p调节p66Shc蛋白的表达。沉默circ-PRKCB可显著下调p66Shc表达，抑制活性氧生成，并显著降低氧化应激水平，减轻肠I/R损伤。同时，在人缺血肠组织中同样发现circ-PRKCB表达上调，并与p66Shc表达呈正相关，进一步完善了p66Shc在肠I/R损伤中调节氧化应激的作用机制［27］。

6 视网膜与环状RNA

视网膜I/R损伤是导致视力下降和损害的主要原因。YAO等［28］在近期的研究中首次揭示了环状RNA在视网膜I/R损伤中的整体表达谱。在小鼠视网膜I/R损伤模型中鉴定出1 265个差异性表达的环状RNA，其中，mmu_circ_0004845表达显著上调，沉默mmu_circ_0004845可以减少视网膜神经节细胞凋亡，增加细胞活性，抑制视网膜神经退行性变。该研究为视网膜I/R损伤的发病机制提供了新的视角，同时也提供了一个潜在的治疗靶点。

7 展望

随着高通量RNA测序和环状RNA特异性计算工具方面的进展，环状RNA的功能及作用也不断被发现。环状RNA在体内广泛表达，并呈现特有的生物学功能，使其具有作为疾病的生物标志物和治疗靶点的潜力［29］。在治疗方面，已有应用细胞外囊泡技术将环状RNA运送到器官及组织中治疗I/R损伤的报道，并取得一定进展［30］。随着科技的不断进步，将更深入地了解环状RNA在I/R损伤中的作用机制，为临床诊断及治疗提供依据。