環(huán)狀RNA：心力衰竭新的生物標(biāo)志物

施冰，李俊峽

環(huán)狀RNA：心力衰竭新的生物標(biāo)志物

施冰1，李俊峽2

環(huán)狀RNA（circRNAs）是1976年發(fā)現(xiàn)的一類特殊的非編碼RNA，呈共價(jià)閉合環(huán)狀結(jié)構(gòu)。環(huán)狀RNA不具有5′端多聚A尾和3′端帽子結(jié)構(gòu)，也不被核糖核酸外切酶降解[1]。由于環(huán)狀RNA的特殊結(jié)構(gòu)，核酸外切酶無法將其降解，因此它們比多數(shù)線性RNA更加穩(wěn)定。環(huán)狀RNA序列高度保守，具有組織特異性和發(fā)育階段特異性表達(dá)的特征[2]。隨著環(huán)狀RNA芯片和二代測序技術(shù)的廣泛應(yīng)用，有關(guān)環(huán)狀RNA在心血管疾病的研究已引起人們的廣泛重視。本文就環(huán)狀RNA的分類、功能及其在心力衰竭的研究進(jìn)展進(jìn)行簡要綜述。

1 circRNAs的分類

根據(jù)circRNAs來源于基因組的不同位點(diǎn)，將circRNAs分為以下5類：①外顯子環(huán)狀RNA，來源于線性轉(zhuǎn)錄體的同一條意義鏈中的一個(gè)或多個(gè)外顯子。最近，科學(xué)家們已構(gòu)建了一個(gè)包含超過32 000條人類外顯子circRNAs的數(shù)據(jù)庫circRNADb[3]。②內(nèi)含子環(huán)狀RNA，來源于線性轉(zhuǎn)錄體的同一個(gè)內(nèi)含子。③反義鏈環(huán)狀RNA，來源于線性轉(zhuǎn)錄體的反義鏈的一個(gè)或多個(gè)外顯子。④基因區(qū)內(nèi)環(huán)狀RNA，源于線性轉(zhuǎn)錄體上與內(nèi)含子或外顯子相隔1 kb內(nèi)的基因區(qū)域。⑤基因間區(qū)環(huán)狀RNA，來源于線性轉(zhuǎn)錄體上與內(nèi)含子或外顯子相隔1 kb以上的基因間隔區(qū)域。

2 circRNAs的生物學(xué)功能

研究發(fā)現(xiàn)circRNAs具有以下功能：microRNAs海綿[4,5]；調(diào)節(jié)剪切或轉(zhuǎn)錄[6,7]；與RNA結(jié)合蛋白（RBPs）相互作用調(diào)節(jié)基因表達(dá)[8,9]。微小RNA（miRNA）可與特定的mRNA的3′端非翻譯區(qū)堿基互補(bǔ)配對(duì)，抑制其翻譯，甚至可引起靶mRNA的降解。circRNAs能夠與miRNA結(jié)合，解除miRNA對(duì)mRNA的抑制，從而調(diào)節(jié)多種細(xì)胞功能，因此circRNAs又稱為miRNA海綿。

在真核生物中，circRNAs作為microRNAs海綿發(fā)揮作用是一種普遍現(xiàn)象。如ciRS-7/CDR1AS具有70個(gè)miR-7的結(jié)合位點(diǎn)，可吸附miR-7抑制其生物功能。circ-Sry具有16個(gè)miR-138的結(jié)合位點(diǎn)，可吸附miR-138并發(fā)揮基因調(diào)節(jié)作用[4]。除了作為miRNA海綿發(fā)揮生物學(xué)功能，circRNAs還可以通過與RNA聚合酶Ⅱ相結(jié)合促進(jìn)基因轉(zhuǎn)錄，以及通過影響基因剪切過程而發(fā)揮生物學(xué)功能。文獻(xiàn)報(bào)道，circRNAs-EI可通過與U1snRNP和RNA聚合酶Ⅱ相互作用促進(jìn)基因轉(zhuǎn)錄[6]。circRNAs可與RBPs相互作用而發(fā)揮生物學(xué)功能。如circRNAs-Mbl有MBL蛋白結(jié)合位點(diǎn)。MBL與circRNAs-Mbl相互結(jié)合使circRNAs-Mbl與mbl mRNA的生成處于動(dòng)態(tài)平衡[7]， circ-Foxo3與CDK2、p21形成復(fù)合體而阻止細(xì)胞周期進(jìn)程[8]。

3 circRNAs與心力衰竭

在人類心臟中，基因titin和基因RYR2可表達(dá)大量的不同的circRNAs[10,11]。目前，在心血管系統(tǒng)疾病中，有9個(gè)環(huán)狀RNAs（HRCR、CDR1AS、Circ-foxo3、cZNF292、cTTN1、cTTN2、cTTN4、cTTN5、MICA）已被報(bào)道與心肌肥厚、心力衰竭、心肌梗死、左心室收縮功能不全、心肌缺氧、擴(kuò)張性心肌病等相關(guān)[7,12-15]。環(huán)狀RNAcZNF292存在于血管內(nèi)皮并被缺氧所介導(dǎo)，在缺氧心肌可見cZNF292表達(dá)上調(diào)[15]。在心力衰竭患者心肌組織中，四種與RBM20相關(guān)的環(huán)狀RNAcTTN1、cTTN2、cTTN4、cTTN5表達(dá)顯著下調(diào)，其表達(dá)變化與RBM20基因的可變剪接相關(guān)[10]。

心臟相關(guān)circRNA（HRCR）是第一個(gè)被發(fā)現(xiàn)的與心血管疾病相關(guān)的環(huán)狀RNA。HRCR可在小鼠心肌組織中表達(dá)，在小鼠心肌肥厚和心衰模型中，心肌組織中HRCR表達(dá)被抑制。miR-223轉(zhuǎn)基因小鼠可以出現(xiàn)心力衰竭，而miR-223基因敲除小鼠未發(fā)生心力衰竭，提示miR-223在心力衰竭的發(fā)生發(fā)展過程中具有重要意義。Wang等[7]發(fā)現(xiàn)miR-223可通過調(diào)節(jié)包含CARD域的細(xì)胞凋亡抑制因子（ARC）從而導(dǎo)致心力衰竭的發(fā)生和發(fā)展。在心肌細(xì)胞中ARC呈高水平表達(dá)，ARC是miR-223的下游靶標(biāo)。HRCR作為內(nèi)源性miR-223海綿，通過吸附miR-223而抑制miR-223的表達(dá)，抑制miR-223活性，使下游ARC的表達(dá)增加，從而抑制心力衰竭。

研究發(fā)現(xiàn)，在小鼠心肌梗死模型中，隨著心肌梗死面積擴(kuò)大，心肌組織中環(huán)狀RNA CDR1AS表達(dá)上調(diào)[13]。CDR1AS具有促凋亡作用，與miR-7的抗凋亡作用一致。小鼠心臟組織中過表達(dá)CDR1AS可導(dǎo)致心肌梗死后梗死面積擴(kuò)大。而這種作用可被miR-7的過表達(dá)所抑制。miR-7a可通過抑制促凋亡因子PARP及轉(zhuǎn)錄因子SP1的表達(dá)而抑制心肌細(xì)胞凋亡。CDR1AS通過吸附miR-7a，抑制了miR-7a的作用，導(dǎo)致心肌組織中PARP及SP1表達(dá)水平上調(diào)，加重心肌梗死后心肌細(xì)胞凋亡，過表達(dá)miR-7a可逆轉(zhuǎn)上述作用[13]。

4 總結(jié)與展望

環(huán)狀RNA作為一類新型的競爭性內(nèi)源性RNA（ceRNA），具有作為生物標(biāo)志物的潛質(zhì)。與其他類型的ceRNA相比，環(huán)狀RNA具有高度保守、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、表達(dá)量高、穩(wěn)定性強(qiáng)、與miRNA結(jié)合位點(diǎn)更多等優(yōu)點(diǎn)。環(huán)狀RNA與miRNA的結(jié)合和釋放也更加快速和穩(wěn)定。對(duì)miRNA的競爭性抑制有明顯的優(yōu)越性。由于高通量測序技術(shù)的發(fā)展，在人類和小鼠的組織中已識(shí)別了近千個(gè)細(xì)胞特異的環(huán)狀RNA位點(diǎn)。環(huán)狀RNA存在于全血、血漿和細(xì)胞外囊泡中，檢測便捷。目前有關(guān)circRNAs在心血管疾病的研究才剛剛起步，僅發(fā)現(xiàn)幾種與心血管疾病相關(guān)的circRNAs。隨著研究的深入，相信會(huì)發(fā)現(xiàn)更多與心血管疾病相關(guān)的circRNAs及其作用機(jī)制，為心血管疾病診斷及治療提供新的思路和治療靶點(diǎn)。

[1] QuS,YangX,LiX,et al. Circular RNA：A new star of noncoding RNAs[J]. Cancer Lett,2015,365(2)：141-8.

[2] Conn SJ,PillmanKA,ToubiaJ,et al. The RNA binding protein quaking regulates formation of circRNAs[J]. Cell,2015,160(6)：1125-34.

[3] Chen X,Han P,Zhou T,et al. circRNADb： A comprehensive database for human circular RNAs with protein-coding annotations[J]. Sci Rep 2016,6：34985.

[4] Hansen TB,JensenTI,ClausenBH,et al. Natural RNA circles function as efficient microRNA sponges[J]. Nature,2013,495(7441)：384-8.

[5] Li F,ZhangL,LiW,et al. Circular RNA ITCH has inhibitory effect on ESCC by suppressing the Wnt/β-catenin pathway[J]. Oncotarget,2015, 6(8)：6001-13.

[6] Yang W,DuWW,LiX,et al. Foxo3 activity promoted by non-coding effects of circular RNA and Foxo3 pseudogene in the inhibition of tumor growth and angiogenesis[J]. Oncogene,2016,35(30)：3919-31.

[7] Wang K,LongB,LiuF,et al. A circular RNA protects the heart from pathological hypertrophy and heart failure by targeting miR-223[J]. Eur Heart J,2016,37(33)：2602-11.

[8] Li Z,HuangC,BaoC,et al. Exon-intron circular RNAs regulate transcription in the nucleus[J]. Nat StructMolBiol,2015,22(3)：256-64.

[9] Du WW,YangW,LiuE,et al. Foxo3 circularRNA retards cell cycle progression via forming ternary complexes with p21 and CDK2[J]. Nucleic Acids Res,2016,44(6)：2846-58.

[10] Khan MA,ReckmanYJ,Aufiero S,et al. RBM20 regulates circular RNA production from the titin gene[J]. Circ Res,2016,119(9)：996-1003.

[11] Werfel S,Nothjunge S,Schwarzmayr T,et al. Characterization of circular RNAs in human,mouse and rat hearts[J]. J Mol Cell Cardiol,2016,98：103-7.

[12] Vausort M,Salgado-Somoza A,Zhang L,et al. Myocardial infarctionassociated circular RNA predicting left ventricular dydfunction[J]. J Am CollCardiol,2016,68(11)：1247-8.

[13] GengHH,LiR,SuYM,et al. The circularRNA Cdr1as promotes myocardial infarction by mediating the regulation of miR-7a on its target genes expression[J]. PLoS One,2016,11(3)：e0151753.

[14] Du WW,Yang W,Chen Y,et al. Foxo3 circular RNA promotes cardiac senescence by modulating multiple factors associated with stress and senescence responses[J]. Eur Heart J,2017,38(18)：1402-12.

[15] Boechel JN,Jae N,Heumuller AW,et al. Identification and characterization of hypoxia-regulated endothelia circular RNA[J]. Circ Res,2015,117(10)：884-90.

本文編輯：孫竹

R541.61

A

1674-4055(2017)08-1008-02

全軍后勤重點(diǎn)課題基金項(xiàng)目(14BJL001)

1100700 北京,陸軍總醫(yī)院干一科;2100700 北京,陸軍總醫(yī)院心血管內(nèi)科

李俊峽,E-mail：18600090805@163.com

10.3969/j.issn.1674-4055.2017.08.40