环状RNA在调控肠道炎症中的研究进展

蒋志，蒋丽霞，周元，冯欢怡，陈其城，彭志军，肖英超，陈志强，唐海林，曹立幸

1.广州中医药大学第二附属医院，广东 广州 510120；

2.暨南大学附属口腔医院(佛山市顺德区大良医院)，广东 佛山 528000；

3.广东药科大学，广东 广州 510000；

4.中山大学肿瘤防治中心，广东 广州 510060

环状RNA(circular RNA，circRNA)是一种具有环状闭合结构的非编码RNA，广泛存在于各种类型的细胞和组织中，20世纪70年代circRNA被首次发现后[1]，随着生物信息学和高通量测序技术的快速发展与不断革新，科学家研究发现此circRNA 具有基因调控作用，能参与蛋白质的转录与表达[2-3]。深入研究发现，circRNA 通过基因调控作用影响炎症因子、细胞因子和趋化因子，参与多种胃肠道炎症疾病的发生与发展[4]。

胃肠道是机体吸收营养和免疫屏障的重要器官，当机体胃肠道出现异常，肠壁组织中的巨噬细胞就会发生极化，释放大量细胞因子和趋化因子，引起炎症反应，严重炎症反应会影响胃肠道平滑肌收缩，使得胃肠道运动功能出现紊乱[5-6]。有相关研究表明，circRNA 能靶向作用于巨噬细胞，参与调控巨噬细胞的极化过程，影响机体的免疫调节，因此认为circRNA在胃肠道炎症疾病中发挥着不可忽视的作用[7-8]。本文对circRNA与胃肠道炎症相关疾病之间的联系进行综述。

1 circRNA的生物学特征

circRNA 具有结构稳定、高度保守和丰富性高等特性。(1)稳定性：circRNA是一种不具有5’端帽子和3’端poly(A)尾的共价闭环结构的非编码RNA，由于其共价闭环结构使得circRNA具有更高的稳定性，与其他线性RNA相比更能抵抗核酸外切酶或核糖核酸酶的降解作用，能在细胞中能稳定存在[9-10]。(2)保守性：大部分的circRNA序列为高度相似的重复序列[11]。经历漫长的进化过程，多种生物的真核细胞中仍能发现许多同源的circRNA 序列，同一物种甚至不同物种之间仍能发现高度相似的circRNA 序列，这些足以证明circRNA具有高度保守性[12]。(3)丰富性：通过RNA测序Memczak 等[13]在人类白细胞中发现了1 950 种circRNA，在小鼠中发现了1 903种circRNA，在线虫中发现724 种circRNA。由此可见，circRNA 种类繁多，在自然界中有丰富的基因序列。

2 circRNA的生物学功能

circRNA 最主要的生物学功能是作为miRNA 的海绵体。miRNA是调控mRNA表达的重要基因序列，当mRNA 翻译时，miRNA 是通过碱基互补配对与mRNA上游的3'-UTR 结合调控下游mRNA的转录功能，起到抑制mRNA 翻译的作用[14]。circRNA 的海绵效应主要体现在其序列中含有大量能特异性结合并吸附miRNA 的响应元件，与miRNA 的特异性结合可抑制miRNA 对mRNA 翻译活动的启动作用，使得mRNA 不能正常进行基因表达。也就是说外显子来源的circRNA的海绵效应作用使其可在某种程度上可作为miRNA 的抑制剂，在基因表达过程，circRNA 能像海绵样吸附miRNA，阻止miRNA 与mRNA 的非翻译区特异性结合间接抑制mRNA 下游靶基因的表达。有研究发现，环状RNA circHIPK3 通过降低microRNA 29b活性增强肠上皮修复并促进黏膜生长，但其在有肠道炎症患者中的水平降低[15]。另发现，circRNA_103765可以通过海绵化miR-30家族在克罗恩病中充当促炎因子，阻断circRNA_10376，可作为一种新的治疗方法[16]。这些提示circRNA家族在炎症反应及保护细胞抵抗微生物感染的应答反应中扮演重要角色。

circRNA除了作为miRNA的海绵，还有其他基因调控功能。circRNA在各种生命活动中不同程度参与了RNA 的转录表达，外显子-内含子circRNA 可存在于细胞核内，与U1 小细胞核RNA 相互作用结合到核糖体蛋白质上，促进基因序列上亲本基因的转录，对mRNA转录起到一定作用[17]。circRNA还能作为结合蛋白(RNA binding proteins，RΒP)的海绵，与RΒP 结合形成RNA-蛋白复合体，进而影响mRNA 转录[18]。除此之外，还能直接参与蛋白质翻译，进行基因表达[18]。

3 胃肠道炎症

近年来，随着对非编码RNA生物学功能研究的不断深入，circRNA 在胃肠疾病领域的作用正受到广泛关注，在肠道炎症疾病发生发展过程中发挥着关键作用[19]。circRNA 是一类新型的内源性非编码RNA，其呈闭合的环状单链结构。circRNA 分子含有大量的miRNA结合位点，它可与miRNA相互作用，影响着炎症细胞的生长、凋亡等多种生物学行为。有研究发现，与健康对照相比，circRNA 在肠道炎症患者的结肠组织中存在差异表达，circRNA 表达改变可能在肠道炎症的发病机制中发挥重要作用，提示circRNA 可能作为该疾病诊断和治疗的新靶点[20]。某些circRNA(如circ_103516)的表达增加，被认为是肠道炎症诊断的新型生物标志物，它还与炎症细胞因子如TNF-α和IFN-γ呈正相关，与抗炎细胞因子IL-10 呈负相关[19]。研究发现，circEZH2/miR-22/HK2 轴、circEZH2/miR-22/IL-6/NF-κΒ轴参与细胞因子风暴[21]。在肠道炎症疾病鉴别中，个体circRNA 的表达可作为分子诊断和靶向治疗的新思路。肠道炎症期间[22]，诱导的circRNA-circKcnt2 可抑制3 型天然淋巴细胞(group 3 innate lymphoid cell，ILC3)激活以促进结肠炎的消退。Liu 等[23]研究发现在脓毒血症细胞因子风暴时，上调circRNA_0001105，血清TNF-α、IL-1β及IL-6 水平升高，胃肠道结构进一步受损，继而引起胃肠动力障碍。深入研究环状RNA为治疗肠道细胞因子风暴、肠道慢性炎症疾病提供了新视野和手段。以上结果表明，circRNA在肠道炎症进展过程中起着关键作用，但circRNA在术后肠麻痹细胞因子风暴中的作用以及分子机制尚不明确。对目前学者的观点进行总结梳理，可能涉及以下机制。

3.1 miRNA促进巨噬细胞极化 miRNA在机体中广泛表达，可通过基因调控参与巨噬细胞极化过程，在肠道炎症中发挥重要作用。巨噬细胞是促进炎症反应过程中的重要组成部分[24]，巨噬细胞密集分布在肠黏膜层、黏膜下层及肌层外，当其收到刺激时会发生活化，使机体进入免疫应答状态。在炎症反应中，巨噬细胞通过极化转化成两种类型，分别为“促炎和杀伤”的M1 型极化与“抗炎和修复”的M2 型极化。巨噬细胞极化有多种信号通路：(1)酪氨酸激酶(janus kinase，JAK)-信号转导和转录激活因子(signal transducer and activator of transcription，STAT)通路，在机体的炎症反应中起到重要的传导调控作用。不同炎症因子激活不同类型的STAT，STAT1 活化促进M1 型巨噬细胞极化；STAT6 活化促进M2 型巨噬细胞极化[25]。(2) Notch 信号通路被证实参与巨噬细胞的免疫应答并促进炎症反应，Notch 可通过其配体4(delta-like ligand 4，Dll4)促使巨噬细胞活化从而加重炎症反应，当阻断Dll4 时，炎症反应明显减轻[26]。(3) JNK 信号通路的主要作用是促进M2 表型巨噬细胞极化[27]。(4)TLRs/NF-κΒ 信号通路，Toll 样受体(Toll-like receptors，TLRs)是Ⅰ型跨膜受体，能识别不同的信号分子，并作用于核转录因子NF-κΒ，调节巨噬细胞对炎症细胞的因子及应激信号的激活[28]。(5)PI3K/Akt 信号通路在巨噬细胞激活和基因表达中起着重要作用。磷脂酰肌醇-3-激酶(phosphatidylin-ositol-3-kinase，PI3K)催化第二信使，激活蛋白激酶Β(protein kinase Β，Akt)2，促进M1型巨噬细胞极化。巨噬细胞的多种信号通路是巨噬细胞活化及炎症反应中关键环节。巨噬细胞极化的多种信号通路受到miRNA的调控影响，影响炎症反应的发生与发展。有研究表明，miR-155 能靶向抑制IL-13受体α1信号通路的信号转导因子的表达或抑制Toll 样受体通路的分子蛋白，影响TLRs/NF-κΒ信号通路，从而起到调控巨噬细胞极化过程。miR-155在炎症反应中起到关键作用，可以靶向控制多个基因，抑制巨噬细胞向M2型极化，促进M1型巨噬细胞极化[29]。还有不少miRNA通过抑制TLR/NF-κΒ等多种信号通路来抑制巨噬细胞引起的炎症反应。这些研究证据均提示miRNA 能通过调控巨噬细胞极化信号通路对其活化进行调控，以调控巨噬细胞在胃肠道炎症反应的集聚程度，加重胃肠道的免疫应答作用。

3.2 巨噬细胞极化与肠道炎症 M1 型和M2型巨噬细胞在正常情况下保持动态平衡，M1 型可促进炎症反应，M2 型能调节免疫，两者之间能相互转化。在正常的肠道环境中，巨噬细胞主要以M2 型形式存在，在炎症性肠黏膜中巨噬细胞多以M1 型形式存在。如若促进巨噬细胞向M1 型极化，机体的胃肠道功能及结构将出现异常状态[30]，肠壁细胞分布着密集的巨噬细胞，当巨噬细胞极化后，会释放多种细胞因子和炎症介质，特异性激活肠壁黏膜组织中CD4+T细胞、T 细胞、Β 细胞等免疫细胞参与到炎症反应，造成大量炎症细胞集聚在胃肠道黏膜下层及肌层引起大面积的炎症反应，使得胃肠道出现免疫反应过度激活而出现肠道炎症[31]。一旦当炎症反应出现“瀑布级联反应”，平滑肌细胞的收缩力会出现损伤，同时炎症介质会引起肠壁充血水肿，蠕动减弱消失等，还可能会使肠腔内容物排出受阻，形成炎性肠道梗阻[32]。

肠道炎症的发病原因复杂，目前还没有明确的发病机制能解释其起因。但是有研究表明，miRNA基因的表达与溃疡性结肠炎有紧密的联系，miRNA过度表达可能会诱发或促进溃疡性结肠炎的发生[33]。有学者在实验结肠炎小鼠和人结肠上皮细胞系细胞中探索了miR-29c-3p/白血病抑制因子(leukemia inhibitory factor，LIF)轴在肠道炎症中的作用，发现miR-29c-3p的过表达通过抑制LIF加重小鼠结肠炎[34]。这提示着miRNA 的表达水平与溃疡性结肠炎活动度有关。通过这些证据表明，miRNA 通过基因表达作用，可直接调控胃肠道内的免疫应答作用，间接引起严重的炎症反应，使得胃肠道无法维持正常的功能，所以可认为，miRNA在将来有望成为肠道炎症的重要治疗靶点。

3.3 circRNA与胃肠道运动、炎症疾病的联系 circRNA 在人体中广泛表达，部分circRNA 通过miRNA海绵效应，间接调控巨噬细胞极化引起的炎症反应。有研究确定了circHIPK3在维持肠上皮完整性的新作用，增加细胞circHIPK3 的水平可增强急性损伤后的上皮修复和肠上皮的持续更新[15，35]。Yi等[7]研究发现，circPCLE1 作为竞争性内源性RNA 吸附miR-485-5p以介导γ-肌动蛋白基因，敲除circPCLE1会限制M2型巨噬细胞的极化，认为circPCLE1可通过调节M2型巨噬细胞的极化起到抗炎作用。上述研究表明，circRNA在肠道炎症中巨噬细胞极化起到重要的基因调控作用。circRNA 减少炎症因子对巨噬细胞的刺激，减轻炎症反应，被认为是调控炎症反应的重要参与者。circRNA与肠道炎症相关的miRNA的相互作用，表明circRNA对疾病的发生发展与治疗具有重要的调控作用。miRNA 能靶向调控巨噬细胞极化过程中的多个基因从而影响巨噬细胞极化状态。M1型巨噬细胞极化，会诱导胃肠道引发炎症反应，持续炎症反应会使得胃肠道运动紊乱，出现胃肠道功能障碍等多种疾病。所以在肠道炎症发生时，会更加倾向发生M2型巨噬细胞的极化，希望起到抗炎和组织修复的作用。所以认为，circRNA 作为miRNA 海绵，能靶向性的与炎性有关的miRNA 结合，抑制miRNA 对mRNA的表达调控，从而减轻M1型巨噬细胞极化，减少产生炎症反应，促进M2型巨噬细胞极化，增强胃肠上皮修复，缓解胃肠道运动障碍。

4 结语

circRNA 主要在细胞胞质内表达，其作为竞争性内源RNA 是通过自身的miRNA 应答元件竞争结合miRNA，从而调控基因表达水平。这些研究结果表明：circRNA作为关键调节分子影响肠道急、慢性炎症多种生物学行为，在肠道炎症方面发挥了重要的调控功能。因此，利用circRNA的海绵效应，在临床治疗胃肠道运动或炎症上，将circRNA作为日后疾病发生发展、治疗及预后的重要指标。

术后肠麻痹与炎症因子浸润密切相关，是国际外科医生关注的焦点和难点问题，目前缺乏有效治疗手段。深入探讨circRNA 在术后肠麻痹炎症反应及炎症迁延中的作用及分子机制，并探讨circRNA 下游的调控机制及临床预后，为术后炎性肠麻痹的发生发展和预后判断提供了理论基础与实验依据，并为其临床防治提供新的思路与新的手段，具有重要的临床指导价值。