lncRNA和circRNA調(diào)控多囊卵巢綜合征的研究進(jìn)展

劉 恒綜述 殷 櫻審校

多囊卵巢綜合征(Polycystic Ovary Syndrome，PCOS)是育齡期女性中最常見的內(nèi)分泌和代謝性疾病之一。根據(jù)鹿特丹共識(shí)標(biāo)準(zhǔn)[1]，PCOS的診斷需要符合以下三項(xiàng)特征中的兩項(xiàng)：寡排卵/無排卵；臨床和/或生化高雄激素血癥；在沒有其它內(nèi)分泌或婦科疾病的情況下超聲檢查發(fā)現(xiàn)多囊卵巢。PCOS通常與腹部肥胖、胰島素抵抗、代謝紊亂和心血管疾病等危險(xiǎn)因素有關(guān)。盡管PCOS影響高達(dá)17%的育齡婦女，嚴(yán)重危害女性生殖健康，但人們對(duì)PCOS的病因卻知之甚少，并且缺少針對(duì)性的診治方法[2]。

大約80%的哺乳動(dòng)物基因組以細(xì)胞特異性方式轉(zhuǎn)錄，尤其是非編碼區(qū)。哺乳動(dòng)物基因組中只有一小部分被轉(zhuǎn)錄為編碼蛋白質(zhì)的mRNA，而絕大多數(shù)會(huì)被轉(zhuǎn)錄為非編碼RNA，如小RNA(microRNA，miRNA)長非編碼RNA(Long Non-coding RNA，lncRNA)和環(huán)狀RNA(Circular RNA，circRNA)[3]。自2000年代初以來，隨著新一代測(cè)序技術(shù)的問世，人們已經(jīng)將非編碼RNA評(píng)估為多種疾病的潛在治療靶標(biāo)[4]。越來越多的研究表明lncRNA和circRNA在PCOS患者高雄激素血癥、胰島素抵抗以及卵泡發(fā)育等過程中發(fā)揮重要作用。本文對(duì)近年lncRNA和circRNA在PCOS中的研究進(jìn)展作一綜述，以期能夠進(jìn)一步揭示PCOS的發(fā)病機(jī)制，為PCOS的診斷與治療提供新的視角。

1 lncRNA

ENCODE(Encyclopedia of DNA Elements)項(xiàng)目的研究成果顯示，編碼序列僅占人類基因組的2%，而絕大多數(shù)基因組被轉(zhuǎn)錄為非編碼RNA。在非編碼RNA中，lncRNA是高度異質(zhì)的基因，在非編碼轉(zhuǎn)錄組占比例最大[5]。lncRNA可以通過多樣化的模式發(fā)揮作用，如充當(dāng)染色質(zhì)修飾和轉(zhuǎn)錄機(jī)制的誘餌或向?qū)?，直接影響基因表達(dá)；影響mRNA剪接、核質(zhì)穿梭以及翻譯或影響翻譯后蛋白質(zhì)的修飾[6]。簡而言之，lncRNA可以在表觀遺傳、轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)錄后水平上調(diào)節(jié)基因表達(dá)，并且在細(xì)胞和胚胎發(fā)育以及維持體內(nèi)穩(wěn)態(tài)過程中起重要作用[7]。近年來lncRNA在PCOS中的作用逐漸得到關(guān)注，研究表明，與對(duì)照組相比，PCOS患者血清、卵泡液、卵巢顆粒細(xì)胞、卵丘細(xì)胞中l(wèi)ncRNA的表達(dá)均具有差異[8-11]，這提示lncRNA可能廣泛參與了PCOS的發(fā)生發(fā)展。

1.1 lncRNA基因多態(tài)性與PCOS發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)

PCOS可能是由于多種遺傳和環(huán)境因素相互作用而產(chǎn)生的復(fù)雜綜合征。一項(xiàng)雙胞胎研究的結(jié)果表明單卵雙生雙胞胎發(fā)生PCOS的風(fēng)險(xiǎn)比雙卵雙生雙胞胎高70%，證明了遺傳因素對(duì)PCOS發(fā)病機(jī)制有巨大影響[12]?；蚪M印跡是指由于在種系中獲得表觀遺傳標(biāo)記而僅從一個(gè)親本等位基因表達(dá)的基因。H19是位于染色體11p15.5上的印跡基因，該基因編碼一個(gè)2.3kb的帶帽，剪接和多腺苷酸化的lncRNA H19[13]。H19是第一個(gè)被發(fā)現(xiàn)的lncRNA，PCOS患者外周血H19的表達(dá)水平顯著高于對(duì)照組，并且高表達(dá)H19的人具有更高的PCOS患病風(fēng)險(xiǎn)[14]。此外，一項(xiàng)針對(duì)伊朗PCOS患者的研究表明，H19基因第一個(gè)外顯子的rs2067051的A等位基因與PCOS風(fēng)險(xiǎn)增加相關(guān)，rs3741219多態(tài)性在PCOS中起保護(hù)作用[15]。PCOS是一種高度異質(zhì)性的疾病，H19基因多態(tài)性是否與中國女性PCOS發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)相關(guān)仍需進(jìn)一步研究。

PCOS最重要的臨床表現(xiàn)是雄激素過多，過量的雄激素通過導(dǎo)致肥胖和胰島素抵抗的復(fù)雜機(jī)制深刻影響顆粒細(xì)胞功能和卵泡發(fā)育。大多數(shù)雄激素水平升高的PCOS患者存在類固醇分泌缺陷[16]。一項(xiàng)針對(duì)lncRNA SRA1(Steroid Receptor RNA Activator 1)單核苷酸多態(tài)性與PCOS易感性之間聯(lián)系的研究表明，PCOS患者外周血中l(wèi)ncRNA SRA1表達(dá)水平顯著高于對(duì)照組，并且lncRNA SRA1基因rs10463297單核苷酸多態(tài)性與外周血中l(wèi)ncRNA SRA1的表達(dá)水平相關(guān)。rs10463297位點(diǎn)的T等位基因比C等位基因具有更低的PCOS風(fēng)險(xiǎn)[7]。lncRNA SRA1最早被發(fā)現(xiàn)可以通過核糖蛋白復(fù)合物增強(qiáng)類固醇激素受體的激活，但越來越多的研究表明lncRNA SRA1可廣泛參與許多核受體(如轉(zhuǎn)錄因子和非類固醇受體)的激活和抑制，并參與類固醇受體信號(hào)傳導(dǎo)途徑、類固醇合成和胰島素敏感性等多種生理過程[17]。lncRNA SRA1這種廣泛的功能提示其可能在PCOS雄激素過多以及胰島素抵抗的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮作用。這些研究表明lncRNA基因多態(tài)性可能是PCOS發(fā)生的重要因素，外周血中l(wèi)ncRNA H19和lncRNA SRA1的表達(dá)水平對(duì)PCOS的發(fā)生具有預(yù)估價(jià)值。

1.2 lncRNA與PCOS患者妊娠結(jié)局

PCOS是女性無排卵性不孕最常見的原因。越來越多的證據(jù)表明，PCOS的內(nèi)分泌和代謝紊亂可能會(huì)對(duì)子宮內(nèi)膜產(chǎn)生復(fù)雜的作用，導(dǎo)致該疾病女性患有不孕癥和子宮內(nèi)膜疾病。由于大多數(shù)PCOS患者通常以持續(xù)排卵障礙為特征，因此子宮內(nèi)膜會(huì)在缺乏孕激素調(diào)節(jié)作用的情況下持續(xù)受到雌激素的刺激，長期會(huì)導(dǎo)致子宮內(nèi)膜容受性降低，這可能是PCOS患者不孕、流產(chǎn)率增加以及子宮內(nèi)膜增生的重要原因[18]。Zhang等[19]研究表明， PCOS大鼠模型子宮lncRNA CD36-005明顯上調(diào)，并且使用大鼠原代子宮內(nèi)膜基質(zhì)細(xì)胞作為體外模型進(jìn)行的研究發(fā)現(xiàn)，lncRNA CD36-005過表達(dá)可以增強(qiáng)基質(zhì)細(xì)胞的增殖活性，這表明lncRNA CD36-005可能通過調(diào)節(jié)子宮內(nèi)膜基質(zhì)細(xì)胞生物學(xué)功能，從而影響子宮內(nèi)膜容受性，參與PCOS的發(fā)生發(fā)展，具體的分子機(jī)制仍有待進(jìn)一步研究。

經(jīng)過適當(dāng)?shù)闹委?，PCOS患者可能會(huì)懷孕，但是由這種疾病引起的不良妊娠結(jié)局會(huì)嚴(yán)重影響孕婦和胎兒的健康。Xist是最早發(fā)現(xiàn)的lncRNA之一，它可以在雌性的一個(gè)X染色體上募集抑制性復(fù)合物，誘導(dǎo)X染色體失活，維持性別之間基因染色體劑量的平衡，并參與細(xì)胞分化與增殖[20]。Liu等[21]研究發(fā)現(xiàn)與健康對(duì)照組相比，Xist在PCOS患者外周血中的表達(dá)明顯下調(diào)。此外，根據(jù)血清中Xist的表達(dá)水平將兩組患者分為高表達(dá)組和低表達(dá)組，分析Xist與不良妊娠結(jié)局的相關(guān)性，結(jié)果顯示在PCOS組中，Xist的低表達(dá)水平與妊娠糖尿病、先兆子癇、剖腹產(chǎn)以及早產(chǎn)等不良妊娠結(jié)局顯著相關(guān)，而對(duì)照組Xist表達(dá)水平與不良妊娠結(jié)局之間沒有明顯的相關(guān)性。這些結(jié)果表明Xist表達(dá)下調(diào)可能與PCOS密切相關(guān)，因此Xist可能是防治PCOS患者不良妊娠結(jié)局的潛在治療靶點(diǎn)。

1.3 lncRNA與卵巢顆粒細(xì)胞功能

PCOS的一個(gè)顯著特征是竇前卵泡和竇卵泡以超過正常卵巢2-3倍的數(shù)量積聚，這可能是由于卵泡在直徑達(dá)到5-8mm時(shí)發(fā)生了生長停滯。卵母細(xì)胞質(zhì)量是女性生育能力的核心，在整個(gè)卵泡發(fā)育過程中，卵母細(xì)胞和其周圍的顆粒細(xì)胞之間存在相互依賴性，這種依賴性對(duì)于為卵母細(xì)胞發(fā)育提供合適的微環(huán)境(例如營養(yǎng)物質(zhì)和生長調(diào)節(jié)劑)至關(guān)重要。越來越多的證據(jù)表明，PCOS中卵巢顆粒細(xì)胞功能異常(從增殖減少和凋亡增加到激素生成障礙)與異常的卵泡發(fā)育密切相關(guān)[22, 23]。

Lnc-OC1(lncRNA Ovarian Cancer Associated 1)對(duì)卵巢癌發(fā)生發(fā)展以及預(yù)后具有一定的作用[24]。最近的研究發(fā)現(xiàn)Lnc-OC1在PCOS患者卵巢顆粒細(xì)胞中高表達(dá)，并且在人卵巢顆粒細(xì)胞(KGN)中敲低Lnc-OC1可以抑制顆粒細(xì)胞增殖，促進(jìn)顆粒細(xì)胞凋亡，促進(jìn)芳香化酶和雌二醇激素的表達(dá)。在PCOS小鼠中，Lnc-OC1可以促進(jìn)血清胰島素釋放、血管生成相關(guān)因子產(chǎn)生和NF-κB途徑的活化，而敲低Lnc-OC1可以部分恢復(fù)上述改變。這些研究結(jié)果表明，Lnc-OC1在調(diào)控PCOS卵巢顆粒細(xì)胞存活與激素合成，以及胰島素抵抗中發(fā)揮重要作用[25]。

競爭性內(nèi)源RNA(Competing Endogenous RNA，ceRNA)調(diào)控機(jī)制是lncRNA/circRNA發(fā)揮作用的重要方式。lncRNA/circRNA與編碼蛋白質(zhì)的mRNA競爭性結(jié)合miRNA，充當(dāng)miRNA“海綿”并間接調(diào)控mRNA的表達(dá)，從而通過lncRNA/circRNA/miRNA/mRNA軸廣泛參與疾病的發(fā)生發(fā)展[26, 27]。ZFAS1(ZNFX1 Antisense RNA 1)位于20q13.13染色體上，是從ZNFX1(Zinc Finger NFX1-type Containing 1)的反義方向轉(zhuǎn)錄而來的一種新型lncRNA。研究表明lncRNA ZFAS1可以在癌癥、急性心肌梗死和風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎等多種疾病中充當(dāng)調(diào)控因子[28]。Zhu等[29]研究發(fā)現(xiàn)PCOS患者卵巢顆粒細(xì)胞中l(wèi)ncRNA ZFAS1表達(dá)升高，并且lncRNA ZFAS1可以通過海綿化miR-129調(diào)控與細(xì)胞活化和凋亡密切相關(guān)的HMGB1(High Mobility Group Box-1)的表達(dá)，從而抑制顆粒細(xì)胞增殖，促進(jìn)顆粒細(xì)胞凋亡，同時(shí)抑制雌二醇和孕激素的分泌。

lncRNA PVT1(Plasmacytoma Variant Translocation 1)是一種新發(fā)現(xiàn)的致癌基因，已被證實(shí)在多種癌細(xì)胞中過表達(dá)。PVT1可以充當(dāng)miRNA的“海綿”以調(diào)控miRNA下游靶基因的表達(dá)，從而影響癌癥的增殖、侵襲和血管生成[30]。近年來，PVT1在非腫瘤性疾病中的作用也逐漸引起關(guān)注，研究發(fā)現(xiàn)PCOS患者卵泡液和卵巢顆粒細(xì)胞中PVT1均高表達(dá)，并且PVT1可以通過海綿化miR-17-5p來抑制顆粒細(xì)胞增殖，促進(jìn)細(xì)胞凋亡并抑制雌孕激素的表達(dá)[31]。這些研究表明PCOS患者卵泡液、顆粒細(xì)胞中l(wèi)ncRNA表達(dá)失調(diào)可能是顆粒細(xì)胞功能障礙的重要因素。

2 circRNA

circRNA是一類新的豐富而穩(wěn)定的內(nèi)源性非編碼RNA，已經(jīng)被證明在調(diào)控基因表達(dá)中起著多種生物學(xué)作用。與線性RNA不同的是，circRNA的特征是共價(jià)閉環(huán)而無5′或3′極性，這種特殊的共價(jià)閉環(huán)結(jié)構(gòu)使其比傳統(tǒng)的線性RNA更加穩(wěn)定，可長時(shí)間抵抗RNase和核酸外切酶的生物學(xué)功能[32]。隨著微陣列、高通量測(cè)序以及相關(guān)的生物信息學(xué)分析的發(fā)展，越來越多的circRNA被證明參與多種疾病的發(fā)生發(fā)展。目前，使用微陣列或RNA測(cè)序已在PCOS卵丘細(xì)胞、顆粒細(xì)胞等組織中發(fā)現(xiàn)了差異表達(dá)的circRNA，這些差異表達(dá)的circRNA可能參與卵母細(xì)胞減數(shù)分裂、細(xì)胞周期、細(xì)胞增殖等過程[33-35]，提示circRNA可能在PCOS的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮重要作用。

2.1 circRNA與卵巢顆粒細(xì)胞功能

circRNA是由前體mRNA通過反向剪接機(jī)制產(chǎn)生的具有特定閉環(huán)結(jié)構(gòu)的內(nèi)源性RNA，可通過充當(dāng)miRNA海綿、與RNA結(jié)合蛋白相互作用以及調(diào)節(jié)宿主基因表達(dá)在轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)錄后水平參與基因表達(dá)的調(diào)控[36]。其中，circRNA大部分的分子特征是作為circRNA-miRNA軸的miRNA海綿。研究表明，circPUM1(Pumilio RNA Binding Family Member 1)在PCOS患者顆粒細(xì)胞中高表達(dá)，并且circPUM1可通過海綿化miR-760調(diào)節(jié)顆粒細(xì)胞增殖和凋亡，參與PCOS的發(fā)生發(fā)展[37]。

越來越多的證據(jù)表明子宮內(nèi)環(huán)境可能是PCOS發(fā)病機(jī)制的關(guān)鍵因素，尤其是胎兒過度暴露于雄激素。研究表明，懷孕期間母體血清中高濃度的睪丸激素會(huì)影響后代兒童時(shí)期的行為、自閉癥的患病率以及青春期抗苗勒管激素的濃度，孕期高雄激素暴露還被認(rèn)為可以重新編程女性生殖軸，從而在以后的生活中誘發(fā)PCOS特征：寡無排卵、多囊卵巢形態(tài)、雄激素過多和胰島素抵抗[38]。一項(xiàng)針對(duì)PCOS患者和健康妊娠婦女的胎盤組織測(cè)序研究表明，PCOS患者胎盤組織中具有明顯的差異circRNA表達(dá)，并且circ-0023942可通過調(diào)節(jié)細(xì)胞周期蛋白CDK4的表達(dá)而影響卵巢顆粒細(xì)胞增殖，最終影響卵泡發(fā)育[36]。這提示PCOS患者妊娠子宮內(nèi)circRNA差異表達(dá)可能參與后代PCOS的發(fā)病機(jī)理，但仍需要開展更多的相關(guān)研究來進(jìn)一步闡明其作用機(jī)制。

2.2 卵泡液外泌體circRNA與PCOS

卵泡液為卵泡發(fā)育和卵母細(xì)胞成熟提供了重要的微環(huán)境，它是卵母細(xì)胞與周圍細(xì)胞之間雙向通訊的媒介。卵泡液的主要成分是由顆粒細(xì)胞、卵泡膜細(xì)胞和卵母細(xì)胞分泌的或者是從毛細(xì)血管擴(kuò)散而來的蛋白質(zhì)、類固醇、代謝物和多糖[39]。外泌體是直徑約為30-200nm的小膜狀囊泡，在人體發(fā)育、免疫、組織穩(wěn)態(tài)、癌癥以及神經(jīng)退行性疾病等多種生理病理狀態(tài)下發(fā)揮重要作用[40]。越來越多的證據(jù)表明卵泡液中存在外泌體，并且外泌體通過轉(zhuǎn)運(yùn)多種蛋白、脂質(zhì)、miRNA和circRNA在細(xì)胞間通訊中扮演重要角色[32]。

PCOS的長期代謝影響可能部分歸因于慢性低度炎癥?；加蠵COS的女性具有更高水平的炎癥標(biāo)志物，如高敏C反應(yīng)蛋白、白細(xì)胞介素6和腫瘤壞死因子α等[41]。研究引起PCOS發(fā)生和發(fā)展的慢性低度炎癥過程和炎癥介質(zhì)可能是了解疾病病理生理學(xué)的關(guān)鍵步驟。一項(xiàng)針對(duì)PCOS患者和對(duì)照組卵泡液中外泌體circRNA的測(cè)序研究發(fā)現(xiàn)，PCOS患者卵泡液外泌體中的circRNA具有顯著的差異表達(dá)，并且這些circRNA主要富集在慢性炎癥相關(guān)的信號(hào)通路中[42]，提示卵泡液外泌體中的circRNA可能在PCOS慢性低度炎癥狀態(tài)的形成中發(fā)揮重要調(diào)節(jié)作用。Hsa_circ_0006877(circLDLR)是由其親本LDLR(Low Density Lipoprotein Receptor)轉(zhuǎn)錄加工而成。PCOS與非PCOS患者卵泡液外泌體中circLDLR具有差異表達(dá)，過表達(dá)circLDLR的外泌體可以通過降低顆粒細(xì)胞中miR-1294表達(dá)，增加CYP19A1表達(dá)來促進(jìn)顆粒細(xì)胞雌二醇的分泌，低表達(dá)circLDLR的外泌體則對(duì)顆粒細(xì)胞具有相反的作用，這表明circLDLR-miR-1294-CYP19A1網(wǎng)絡(luò)可能通過影響顆粒細(xì)胞功能來調(diào)節(jié)PCOS卵泡發(fā)育[32]。

3 總結(jié)與展望

PCOS是一種高度異質(zhì)性的疾病，其發(fā)病機(jī)制尚不明確，遺傳、環(huán)境等多種因素在其發(fā)生發(fā)展中起重要作用。以上研究已經(jīng)初步表明了lncRNA與PCOS發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)、卵巢顆粒細(xì)胞功能以及妊娠結(jié)局之間的關(guān)系，但是其具體的作用機(jī)制仍有待于更為深入的探索。circRNA是一種新型的非編碼RNA，許多證據(jù)表明circRNA在多種病理生理?xiàng)l件下發(fā)揮重要調(diào)節(jié)作用，并且卵泡液中外泌體circRNA似乎在PCOS卵巢顆粒細(xì)胞增殖以及激素合成中扮演關(guān)鍵角色。目前，lncRNA和circRNA在PCOS中的研究尚處于起步階段，相信更多關(guān)于lncRNA和circRNA在PCOS發(fā)生發(fā)展中作用機(jī)制的研究將為揭示PCOS發(fā)病機(jī)制提供新的視角與觀點(diǎn)，為PCOS的診治手段提供更多的理論依據(jù)。

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