circRNA在糖尿病肾病中的研究进展

俞元植，尹 敏，陈佳琦，刘 锋

(吉林大学中日联谊医院 肾病内科，吉林 长春130033)

肾脏在糖尿病作用下，易发生纤维化，影响肾脏正常功能，导致糖尿病肾病(DKD)，并最终发展成终末期肾脏病(ESRD)。因此预防和延缓DKD进展对减少ESRD的发生至关重要。多项研究表明环状RNA(circRNA)参与DKD形成的多种机制，可能是DKD发病过程中的重要因子。因此本文将对circRNA与DKD的关系进行综述。

1 circRNA概述

1.1 circRNA的形成及分类

circRNA是一种新型的非编码RNA，近年来受到越来越多的关注[1]。circRNA主要来源于蛋白质编码的外显子。但也可以来自基因组的内含子、未翻译区域或基因间隔区[2]。根据形成方式和序列的不同，circRNA可分为外显子circRNA(ecircRNAs)、内含子circRNA(ciRNAs)以及外显子和内含子共同组成的circRNA(EIciRNAs)[3-5]。目前较为明确的成环机制是ecircRNAs的两种成环模型：一是直接反向剪接即内含子配对环化，二是外显子跳跃即套索驱动环化[3]。此外还有ciRNAs形成模型，以及RNA结合蛋白(RBPs)或反式因子(trans-factors)驱动的RNA环化模型[4,6]。

1.2 circRNA的特点

circRNA没有5’帽与3’多聚腺苷尾，可以在一定程度上抵抗RNA核酸外切酶或核糖核酸酶的降解，因此具有高度稳定性。同时，相对于circRNA相关的线性mRNA而言，circRNA半衰期稍长[7]。有研究显示，在某些类型的细胞中，circRNA的表达能力较弱。而另一些研究表明其与相对应的线性异构体的丰度相当或数倍[2-3]。关于circRNA表达丰度的研究差异可能由于细胞类型特定或组织特定的表达模式[8]。此外，circRNA在物种间的表达方式和序列均高度保守[6]。这些特性使得circRNA有望成为人类疾病的候选生物标记。

1.3 circRNA的功能

海绵吸附miRNA(mircoRNA)：带有miRNA结合位点的circRNA可作为竞争性内源RNA(ceRNA)，阻碍miRNA与mRNA的反应，影响miRNA的活性，提高miRNA靶标的表达能力[9-10]。

与蛋白质相互作用：circRNA与RNA结合蛋白(RBPs)结合，作为支架促进蛋白质复合体的形成和反应[11-12]。如circPABPN1和HuR的结合抑制了HuR和PABPN1mRNA的结合，降低PABPN1的转录水平[13]。circ-Foxo3与细胞周期蛋白依赖性激酶 2(CDK2)和CDKA1或细胞周期蛋白激酶抑制剂(p21)结合，形成三元复合体，使细胞周期停滞[14]。

调节转录：研究表明，一些源自反向剪接(具有保留的内含子)或加工过的内含子套索的circRNA保留在细胞核[4-5]。如通过与U1小核糖核蛋白(U1snRNR)相互作用或正向调节RNA聚合酶Ⅱ，EIciEIF3J和EIciPAIP2可以促进亲本基因的转录。而EIciEIF3J和EIciPAIP2的表达下调，EIF3J和PAIP2基因的转录水平也下调[5]。circRNA既可以增加线性RNA的转录，也可以抑制其转录。外显子形成的 circRNA 在RNA合成与经典剪接的互相竞争中有重要作用。

参与翻译：circRNA可通过帽子非依赖方式进行转录。包含无限阅读框的circRNA可模拟原核生物的RNA翻译模式，以实现DNA滚环扩增[15]。翻译可以通过含有细胞内核糖体插入部位(IRES)的circRNA来完成,或由N6-甲基腺苷化修饰(6mA or m6A)circRNA发生[16-17]。

2 circRNA在DKD肾纤维化发生中的机制

肾纤维化以肾小球硬化、肾小管间质纤维化为主要特征。本质上是细胞外基质(ECM)过度沉积。同时，上皮细胞-间充质转化(EMT)和外泌体(Exosome)也在肾纤维化过程中扮演着重要角色。

2.1 circRNA与肾小球系膜细胞

在高糖(HG)处理后的肾小球系膜细胞(GMC)中，circLRP6、circHIPK3、circ_0037128、circ-ACTR2、circ_0000064、circTLK1、circ-GNB4表达增加，通过GMC增殖、氧化应激、炎症、ECM积聚等不同方式，促进DKD进展。

circLRP6海绵吸附miR-205，上调HMGB1和激活TLR4/核因子-κB(NF-κB)通路来调节GMC增殖、氧化应激、ECM沉积和炎症[18]。circHIPK3通过海绵吸附miR-185，增加GMC中细胞周期蛋白D1(cyclin D1)、增殖细胞核抗原(PCNA)、促进转化生长因子-β1(TGF-β1)、Ⅰ型胶原蛋白(Collagen typeⅠ)，纤连蛋白(FN)的mRNA 丰度，促进细胞增殖[19]。Wang等[20]发现circ_0037128通过miR-17-3p调节AKT3表达，刺激细胞增殖和纤维化。circ-ACTR2、circ_0000064、circ-GNB4分别通过miR-205-5p/高迁移率族蛋白A2(HMGA2)轴、miR-424-5p/WNT2B轴、circ-GNB4/miR-23c/EGR1轴促进细胞增殖、炎症和ECM沉积和氧化应激[21-23]。而circTLK1则可通过海绵吸附miR-126-5p/miR-204-5p阻断AKT/NF-κB通路以促进炎症、氧化应激和ECM沉积，加重肾脏纤维化[24]。

2.2 circRNA与足细胞

炎症诱导的足细胞(podocyte)损伤是肾小球纤维化、硬化和进行性肾功能丧失的主要原因[25]。

circ_0000285通过海绵吸附miR-654-3p 和激活MAPK6，释放白细胞介素-6(IL-6)、白细胞介素-1β(IL-1β)和肿瘤坏死因子-α(TNF-α)等炎症因子，促进足细胞损伤[26]。Fang等[27]发现hsa_circ_0037128通过调节miR-31-5p/ Kruppel样转录因子9(KLF9)轴促进足细胞损伤。

2.3 circRNA与肾小管上皮细胞

在HG处理后的肾小管上皮细胞中，circRNA_010383表达减少，可抑制肾小管间质纤维化；circ_0037128、circEIF4G2、circ_0000064表达增加，则加重纤维化。

在体外，circRNA_010383过表达，通过海绵吸附miR-135a，抑制ECM蛋白沉积，并上调miR-135a的靶蛋白，瞬时受体电位阳离子通道亚家族C成员1(TRPC1)的表达，负性调节ECM沉积和肾纤维化。在体内，circRNA_010383过表达可抑制蛋白尿和肾脏纤维化，从而延缓DKD进展[28]。

circ_0037128/miR-497-5P/活化T-细胞核因子(NFAT5)轴、circ_0000064/miR-532-3p/ROCK轴均参与促进肾小管上皮细胞增殖、氧化应激、炎症和纤维化[29-30]。circEIF4G2通过miR-218/SERBP1轴，TGF-β1、ColⅠ和FN的表达增加，促使肾小管上皮细胞纤维化[31]。

2.4 circRNA与外泌体

外泌体是一种直径为40-100 nm，包含了DNA、RNA 和蛋白质的信息传递器。外泌体是circRNA的重要载体。在DKD进展中起重要作用，可以作为DKD肾纤维化治疗靶点[32-33]。

Li等[34]发现经HG 处理的肾小球上皮细胞(GEC)外泌体中circTAOK1(circ_0003928)表达上调。GEC-circTAOK1-Exo海绵吸附miR-520h并调节SMAD表达，促进GMC增殖、纤维化和EMT。外泌体circRNF169和circSTRN3可促进α-SMA表达，上调或下调circRNF169和circSTRN可分别有效抑制或促进细胞增殖、EMT，从而抑制或促进DKD进展[35]。HG处理后的GMC中分离的外泌体中，外泌体circ_DLGAP4、circ_0125310增加。且eco-circ_ DLGAP4、exo-circ_0125310能显著促进GMC增殖及纤维化。进而发现circ_DLGAP4通过海绵化miR-143和调节Erb-b2受体酪氨酸激酶3(ERBB3) /NF-κB/基质金属蛋白酶-2(MMP-2)轴促进GMC的增殖和纤维化。随后的体内测定证明circ_DLGAP4过表达后可调节miR-143/ERBB3/NF-κB/MMP-2，促进DKD进展[36]。circ_0125310海绵吸附miR-422a上调IGF1R/p38的表达水平，且体内测定显示circ_0125310表达过度可促进DKD进展。证明exo-ciec_0125310通过海绵吸附miR-422a，靶向IGF1R/P38轴，促进细胞增殖和纤维化[37]。

2.5 circRNA与上皮细胞-间充质转化

EMT是指通过特定的程序将上皮细胞转化为间质表型细胞的生物过程。主要特征有细胞黏附分子表达减少、细胞骨架以细胞角蛋白细胞骨架转化后的波形蛋白(Vimentin)为主。

在HG诱导的小鼠GMC中，circ_0000491水平升高。敲除circ_0000491则可减少vimentin、FN和α-平滑肌肌动蛋白(α-SMA)以及Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ型胶原蛋白(collagen typeⅠ、Ⅲ、Ⅳ，ColⅠ、Ⅲ、Ⅳ)，同时增加GMC中E-钙黏蛋白(e-cadherin)，起到抑制EMT的作用。circRNA_0000491/miR-101b/TGFβRI轴可通过调控EMT，促进DKD进展[38]。

因此可以尝试通过影响作用于GMC、足细胞、肾小管上皮细胞的circRNA，外泌体circRNA以及调控EMT的circRNA，改变DKD的肾脏损害程度。通过上述circRNA，可以进一步了解肾脏纤维化，并为延缓DKD进展提供新思路。

3 circRNA在DKD细胞程序性死亡中的机制

3.1 circRNA与凋亡

凋亡是由基因控制的细胞自主、有序死亡。在HG处理后的GMC中，circ_0000712、circ_0000491、circ-FBXW12过表达，而circ-AKT3、circ_LARP4、circSMAD4表达降低。

circ_0000712、circ_0000491分别通过miR-879-5p/SOX6轴、miR-455-3p/Hmgb1轴促进细胞凋亡、炎症、氧化应激和纤维化[39-40]。降低circ-FBXW12可通过miR-31-5p/LIN28B轴抑制HG诱导HMC中的细胞增殖、细胞周期停滞、ECM产生和氧化应激，从而延缓DKD进展[41]。

circ-AKT3、circ_LARP4过表达抑制纤维化相关蛋白的水平，如FN、ColⅠ和ColⅣ，且抑制GMC凋亡。circ-AKT3通过调节miR-296-3p/E-cadherin信号抑制ECM沉积，从而延缓DKD的发展[42]。circ_LARP4可促进BAX的表达，降低Bcl-2的表达。这说明circ_LARP4的过度表达对细胞增殖有抑制作用，使细胞凋亡率增高。在DKD细胞模型中circ_LARP4低于正常细胞，circ_LARP4 过表达导致细胞增殖和细胞纤维化减少，但通过海绵化miR-424在DKD细胞中增加细胞凋亡[43]。circSMAD4过表达可通过miR-377-3p/BMP7轴减轻细胞炎症、ECM沉积和细胞凋亡，延缓DKD进展[44]。

HG处理后的肾小管上皮细胞中，circ_0041795、hsa_circ_0003928、circ_0003928、circ_0060077、circ_000166、circ_WBSCR17表达上调，促进细胞凋亡；而circHIPK3表达下调，抑制细胞凋亡。

沉默circ_0041795通过靶向上调miR-361-3p可减弱肾小管上皮细胞凋亡和氧化应激损伤[45]。hsa_circ_0003928、circ_0003928分别通过miR-151-3p/膜联蛋白A2(Anxa2)轴、miR-506-3p/HDAC4轴促进炎症和细胞凋亡[46-47]。降低circ_0060077表达可通过miR-145-5p/VASN轴保护肾小管上皮细胞[48]。circ_000166、circ_WBSCR17分别通过miR-296/SGLT2轴、miR-185-5p/SOX6 轴促进肾纤维化和细胞凋亡[49-50]。

circHIPK3通过miR-326/miR-487a-3p/沉默信息调节因子2相关酶1(SIRT1)SIRT1轴可减轻HG对肾小管上皮细胞的毒性作用，抑制其增殖和凋亡，减少炎性细胞因子的分泌，延缓DKD进展[51]。

3.2 circRNA与焦亡

焦亡又称细胞炎性坏死，是程序性细胞死亡的一种，表现为细胞不断膨胀，直至细胞膜破裂，引起细胞内容物的释放，继而激活炎性反应。

circ_0004951、circACTR2在DKD患者的肾组织和HG处理后的肾小管上皮细胞中均显著上调。circ_0004951通过miR-93-5p/NLRP3通路，促进肾小管上皮细胞焦亡[52]。减少circACTR2 表达可降低细胞焦亡、IL-1β的释放以及ColⅣ和FN的产生，进而调节DKD的细胞焦亡、炎症及纤维化[53]。circ_0000181则通过调节 miR-667-5p/NLRC4轴，促进IL-1β和IL-18释放，也可引起细胞焦亡[54]。

因此，通过影响作用于细胞程序性死亡的circRNA，可以为延缓DKD进展提供新的方向。

4 小结

综上，circRNA可通过氧化应激、ECM沉积、炎症、EMT、细胞凋亡、焦亡等方式参与肾小球硬化和肾小管间质纤维化，加重或延缓肾脏纤维化，与DKD进展密不可分，为DKD的诊断与治疗提供了新靶点。同时circRNA具有高度保守性与稳定性，以及细胞和组织特异性，circRNA有望成为DKD诊断及治疗的生物标记物。虽然通过circRNA诊断与治疗DKD的前景广阔，但上述研究仅限于动物实验，案例数量相对较少，作用机制不够透彻，尚未形成明确的信号通路，仍需深入探索，寻求更完整的机制理论，提供更安全的诊断与治疗手段。所以circRNA在DKD中的作用还有待于进一步的研究。