环状RNA调控心肌肥大的研究进展

强 郑 周心怡 黄霜枝 陈 利

（珠海市妇幼保健院，1 病理科，2 检验科，珠海 519000）

心肌肥大是一类慢性心血管疾病，是心受到致病因素导致的普遍结果之一[1]，可由心血管疾病导致，如高血压、心瓣膜病、先天性结构异常等[2-4]；亦可由一些非心血管疾病导致，如甲状腺机能亢进症等[5]。心肌肥大的临床表现通常为呼吸困难、胸痛、晕厥等症状[6-8]，重者甚至可导致心肌缺血和心肌梗死[9-10]，随时可能威胁到患者的生命。因此，了解心肌肥大的发生机理是目前亟待解决的科学问题。近年研究表明，环状RNA（circular RNA，circRNA）在基因的表达调控中发挥着重要作用，但在心肌肥大的研究处于起步阶段，相关研究成果尚显匮乏，因此，本文整理近年全部相关研究成果，并总结归纳研究结论，旨在为未来研究环状RNA在心肌肥大中的分子机制提供更多思路。

1 简介

1.1 circRNA

circRNA是存在于真核细胞内一类高度保守的闭合环状非编码RNA，故不具备5'末端帽子结构和3'末端poly（A）尾巴结构，且对核酸酶极其不敏感[11]。circRNA由mRNA前体非线性地反向剪接而成，其形成主要取决于剪接体、顺式作用元件和反式作用因子[12]。由于大多数circRNA由外显子形成，只有少数由内含子形成，据此可将circRNA分为外显子circRNA、内含子circRNA和外显子-内含子circRNA[13]。circRNA的作用机制包括：①circRNA通过海绵作用抑制微小RNA（microRNA，miRNA）调控靶基因转录翻译；②circRNA可调节亲本基因转录活性；③ circRNA可翻译相关调节蛋白；④circRNA可干预mRNA的稳定性；⑤circRNA通过结合蛋白调节剪接功能[14]。总之，circRNA具备保守性、广泛性、稳定性和组织特异性，且在基因的表达调控中发挥重要作用，其很有可能发展为疾病的一种标志物[15]。

1.2 心肌肥大

心肌肥大是心对额外负荷、节律变化、房室重构和心功能异常的代偿性改变[16]，早期表现为心肌细胞增大、室壁增厚及室腔缩小等，而心肌细胞数量无增加，且只能暂时保持心输出量的相对正常[17]，但如果病因持续存在或未及时消除，将会导致室腔扩张、收缩功能障碍及心输出量不足等，并伴有心肌纤维化、毛细血管萎缩、细胞因子分泌增多等病理改变，最终将会演变为慢性心力衰竭[18]。

2 circRNA调控心肌肥大的最新进展

2.1 circ-wwp1可改善异丙肾上腺素诱导的心肌肥大

Wang等[19]利用C57BL/6小鼠作为研究对象，并通过皮下植入异丙肾上腺素泵的方法建立动物模型。研究结果显示，与对照组相比，实验组小鼠心中miR-223的表达明显上调，另外，在miR-223转基因小鼠的研究中显示，miR-223转基因小鼠心的左心室内径明显增加、缩短分数明显减少以及心功能明显恶化，而在miR-223敲除小鼠的研究中显示，miR-223敲除小鼠的心肌肥大病情明显改善。为进一步研究miR-223的下游目标靶基因，Wang等[19]使用预测软件发现一个心肌肥大相关调控因子，其为细胞骨架活性调节蛋白（activity regulated cytoskeleton associated protein，ARC）。研究显示，ARC对心肌肥大有明显改善作用，同时，ARC与miR-223存在一段互补配对序列，通过进行双荧光素酶实验和蛋白印迹检测，研究结果均证实miR-223对ARC存在靶向抑制作用。为了寻找miR-223的上游调控因子，Wang等[19]在数据库中筛选出100多个circRNA进行研究，检测结果显示，circ-012559在实验组小鼠心中的表达明显下调，因此，circ-012559被选为重点研究对象，并将其正式命名为HRCR。为了深入研究HRCR对miR-223的海绵抑制作用机制，Wang等[19]在实验组动物模型基础之上，建立HRCR过表达干预组，与实验组相比，过表达干预组中miR-223的表达明显下调，ARC的表达明显上调，更重要的是，心肌细胞明显减小、心体质量比明显下调、心肌肥大相关指标的表达明显下调，且心功能也得到明显改善。以上结果均表明，HRCR可以通过海绵抑制miR-223上调ARC的表达水平，而ARC对心肌肥大具有明显改善作用，因此，HRCRmiR-223-ARC信号通路对异丙肾上腺素诱导的心肌肥大发挥着重要保护作用。与此同时，Yang等[20]也利用异丙肾上腺素诱导建立心肌肥大模型，研究结果显示，circ-wwp1可以海绵抑制下游的miR-23a，最终改善心肌肥大的病情，因此，circ-wwp1很可能成为异丙肾上腺素诱导的心肌肥大的保护成员之一。

2.2 circ-000203和circ-HIPK3可促进血管紧张素Ⅱ诱导的心肌肥大

Li等[21]通过在C57BL/6小鼠体内植入血管紧张素Ⅱ泵的方式，建立心肌肥大动物模型进行研究，结果显示，与对照组相比，实验组小鼠心肌细胞表面积明显增大，心肌肥大相关指标心钠肽（atrial natriuretic peptide，ANP）和β-肌球蛋白重链（β-myosin heavy chain，β-MHC）的表达明显上调，同时，circ-000203及其亲本基因Myo9a的表达明显上调。为充分验证动物实验研究结果，Li等[21]利用血管紧张素Ⅱ刺激小鼠心室肌细胞，模拟建立心肌肥大细胞模型，与对照组相比，实验组小鼠心肌细胞表面也明显增大，心肌肥大相关指标ANP和β-MHC的表达也明显上调，同时，circ-000203及Myo9a在实验组心肌细胞的细胞质中的表达明显上调，这也充分验证了动物实验研究结果的准确性。更重要的是，Li等[21]还报道circ-000203和Myo9a均在细胞质表达，且circ-000203较Myo9a表达更占优势和分布更稳定。为深入研究circ-000203和Myo9a在心肌肥大的作用机制，Li等[21]在circ-000203转基因小鼠体内植入血管紧张素Ⅱ泵，建立了转基因干预组，与实验组相比，转基因干预组中circ-000203的表达明显上调，但Myo9a的表达无明显变化，同时，还发现转基因干预组小鼠心肌细胞表面积更大，心肌肥大相关指标ANP和β-MHC的表达更高，且超声心动图显示心射血分数、左室短轴缩短分数、左室舒张末期内径和左室收缩期内径均明显降低。Li等[21]为揭示circ-000203通过下游靶基因促进心肌肥大的作用机制，通过数据库筛选和检测研究显示，实验组小鼠心中miR-26b-5p和miR-140-3p的表达明显下调。随后，通过双荧光素酶基因报告实验和蛋白印迹实验证实，circ-000203可海绵抑制miR-26b-5p和miR-140-3p的表达，更重要的是，miR-26b-5p和miR-140-3p共同存在一个下游靶基因Gata4，且Gata4是促进心肌肥大的重要转录因子。因此，Li等[21]在心肌细胞肥大模型中进行了过表达miR-26b-5p、miR-140-3p和敲低Gata4的干预，研究结果也表明，与实验组相比，干预组心肌细胞表面积更小，心肌肥大相关指标ANP和β-MHC的表达更低，提示circ-000203可以通过海绵抑制miR-26b-5p和miR-140-3p的表达，进而上调心肌肥大转录因子Gata4的表达，最终加重心肌肥大的病情，这也表明circ-000203-miR-26b-5p/miR-140-3p-Gata4信号通路在血管紧张素Ⅱ诱导的心肌肥大中发挥促进作用。与此同时，Ni等[22]也在血管紧张素Ⅱ诱导建立的心肌肥大动物模型中发现，circ-HIPK3可以海绵抑制miR-29b-3p表达，最终加剧心肌肥大，因此，circ-HIPK3很有可能成为预防血管紧张素Ⅱ诱导的心肌肥大的新靶点。

2.3 Circ-Slc8a1可促进主动脉缩窄诱导的心肌肥大

Lim等[23]首先利用原位杂交技术检测显示，circ-Slc8a1定位于心肌细胞的细胞质中，故确定circ-Slc8a1主要负责转录后的基因表达调控。随后，Lim等[23]为寻找circ-Slc8a1下游目标靶基因，在数据库中筛选出700多个候选miRNAs，并利用荧光定量PCR和双荧光素酶基因报告等技术，检测出miR-133的表达受circ-Slc8a1的海绵抑制作用，还发现血清反应素（serum response factor，SRF）和结缔组织生长因子（connective tissue growth factor，CTGF）是miR-133的下游目标靶基因。Lim等[23]为深入探讨circ-Slc8a1和其下游靶基因在心肌肥大中的作用机制，利用C57BL/6小鼠进行主动脉缩窄术，通过外科手术的方式模拟建立心肌肥大动物模型，同时，通过注射circ-Slc8a1腺病毒载体的干预方式，建立了circ-Slc8a1敲低组和过表达组，结果与对照组相比，实验组小鼠心中circ-Slc8a1的表达明显上调，miR-133的表达明显下调；此外，与实验组相比，敲低组小鼠心中miR-133的表达明显上调，SRF和CTGF的表达明显下调，敲低组小鼠心质量和心肌细胞表面积明显减小，左室内部直径和间隔厚度明显减小，心功能明显得到改善，同时，应激反应基因肌球蛋白重链、利钠肽A、利钠肽B的表达明显下调。相反，与实验组相比，过表达组中miR-133的表达明显下调，SRF和CTGF的表达明显上调，心质量和心功能更加严重。由此可知，circ-Slc8a1可以海绵抑制miR-133a的表达，进而上调SRF和CTGF的表达水平，最终诱导心肌肥大的发展，因此，circ-Slc8a1-miR-133a-SRF/CTGF信号通路在心肌肥大形成过程中发挥重要作用，circ-Slc8a1很可能成为治疗主动脉缩窄诱导的心肌肥大的新靶点。与此同时，Annadoray等[24]猜想人工构建circRNA同样可以海绵抑制miRNA，因此构建出miR-132和miR-212的上游人工circRNA，且在双荧光素酶基因报告实验中证实了其对miR-132和miR-212的海绵抑制作用。为了深入研究人工构建circRNA海绵抑制miR-132和miR-212在心肌肥大中的作用机制，Annadoray等[24]通过主动脉缩窄术模拟建立心肌肥大动物模型，并通过注射腺病毒载体的干预方式，建立了circRNA过表达组，结果与实验组相比，过表达组中miR-132和miR-212的表达明显下调，心肌肥大的病情得到明显改善，与目前常用的miRNA拮抗剂Antagomir相比，人工构建circRNA剂量要求低，半衰期延长，表现出了更好的效果，因此，人工构建circRNA可能作为未来的一种新的治疗手段。

综上所述，研究表明，circRNA在各种因素诱导的心肌肥大中均发挥重要调控作用。①在利用异丙肾上腺素诱导建立心肌肥大模型中，circ-wwp1可以海绵抑制下游的miR-23a，最终改善心肌肥大的病情；②在血管紧张素Ⅱ诱导建立的心肌肥大动物模型中，circ-HIPK3可以海绵抑制表达miR-29b-3p，最终加剧心肌肥大的病情；③在主动脉缩窄术模拟建立心肌肥大动物模型中，通过过表达circRNA抑制miR-132和miR-212的表达，心肌肥大的病情得到了明显改善。总结以上结论不难发现，目前绝大多数的研究机制为circRNA通过海绵抑制miRNA调控靶基因转录翻译，而其他作用机制在心肌肥大中的报道却少之又少，例如：circRNA可调节亲本基因转录活性、circRNA可翻译相关调节蛋白、circRNA可干预mRNA的稳定性、circRNA通过结合蛋白调节剪接功能等，这也给未来研究circRNA在心肌肥大中的作用机制提供了更多新思路和选择。与此同时，最新研究表明，circRNA在心肌梗死、心衰、心肌缺血再灌注损伤等心血管疾病中均发挥重要作用[25-30]，这也表明circRNA不仅仅在心肌肥大中发挥重要调控作用，其在许多心血管疾病中也发挥着至关重要的调控作用，因此，探讨circRNA在心血管疾病的作用机制势必是未来研究心血管疾病的重点方向。值得一提的是，虽然对于circRNA的研究正处于起步阶段，但是，随着基因测序技术在circRNA的广泛应用，circRNA的神秘面纱也在被逐步揭示，因此，相信在不久的将来，circRNA将成为各个研究领域的的热点之一。