環(huán)狀RNA與疾病的關(guān)系

張淑霞，霍文博，蘇 瑩，李 禛，高 英，于曉艷

(吉林大學(xué)藥學(xué)院 實(shí)驗(yàn)藥理與毒理學(xué)教研室，吉林 長(zhǎng)春130021)

環(huán)狀RNA(circRNA)是一類(lèi)由特殊剪接機(jī)制形成的共價(jià)閉合內(nèi)源性RNA分子，廣泛存在于植物和哺乳動(dòng)物等各種生命形式[1]。近年研究發(fā)現(xiàn)，circRNA有 miRNA海綿的作用，即能競(jìng)爭(zhēng)性地吸附結(jié)合miRNA，繼而參與基因的表達(dá)與調(diào)控。大量研究已證實(shí)miRNA與疾病的關(guān)聯(lián)性，提示circRNA在一定程度上可作為疾病診斷、治療的靶點(diǎn)。

1 circRNA的分類(lèi)

根據(jù)circRNA來(lái)源及其構(gòu)成序列的不同，可將circRNA分為三類(lèi)：外顯子來(lái)源的circRNA分子、內(nèi)含子來(lái)源的circRNA分子及由外顯子和內(nèi)含子共同組成的circRNA分子[2]。

2 circRNA的研究方法

circRNA沒(méi)有自由的3’和5’末端，不被核酸外切酶RNase R消化，具有高度的穩(wěn)定性，可利用核酸外切酶初步消化總RNA樣品后再對(duì)circRNA 進(jìn)行定性或定量檢測(cè)。circRNA沒(méi)有3'端，在凝膠中的移動(dòng)速度比普通線性RNA的移動(dòng)速度慢，此外增強(qiáng)型交聯(lián)凝膠法可以放大這種效應(yīng)。還可將circRNA水解為線性單一產(chǎn)物，之后通過(guò)雙向或瓊脂凝膠電泳方法進(jìn)一步確定為環(huán)化的RNA。近年，Gla?ar等通過(guò)對(duì)已發(fā)表的circRNA信息進(jìn)行統(tǒng)一整合，建立了circRNA專(zhuān)用數(shù)據(jù)庫(kù)“circ Base”，為科學(xué)工作者們提供了一個(gè)較好的研究circRNA的平臺(tái)[3]。隨著對(duì)circRNA研究的深入，已知的circRNA數(shù)據(jù)信息在快速增長(zhǎng)，多個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)也被建立并使用，如Circ2Traits、circNet、CircInteractome等。而針對(duì)circRNA進(jìn)行的定量研究目前主要采用基因芯片，高通量篩選測(cè)序及實(shí)時(shí)熒光定量PCR等手段。

3 環(huán)狀RNA的生物功能

3.1 circRNA的miRNA海綿作用

研究表明circRNA的miRNA海綿作用是一種普遍的現(xiàn)象。circRNA可以競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合miRNA調(diào)控基因表達(dá)。與其它競(jìng)爭(zhēng)性?xún)?nèi)源RNA相比，circRNA具有更多更穩(wěn)定的miRNA應(yīng)答元件，且在胞內(nèi)表達(dá)量高，可更快的結(jié)合更多的miRNA。

3.2 circRNA順式調(diào)控親本基因的表達(dá)

circRNA通過(guò)與RNA結(jié)合蛋白相互結(jié)合，從而調(diào)控親本基因mRNA的表達(dá)，此外內(nèi)含子間的競(jìng)爭(zhēng)性互補(bǔ)配對(duì)在circRNA形成過(guò)程中可以與線性RNA之間達(dá)成某種平衡，從而調(diào)控親本基因mRNA的表達(dá)。

3.3 調(diào)控RNA結(jié)合蛋白

外顯子來(lái)源的circRNA可以穩(wěn)定地與細(xì)胞內(nèi)某些蛋白質(zhì)分子特異性結(jié)合，形成RNA-蛋白復(fù)合物，再基于堿基互補(bǔ)配對(duì)原理與RNA或DNA結(jié)合，這為RNA結(jié)合蛋白與RNA、DNA之間相互作用提供了平臺(tái)。另外環(huán)化后的circRNA分子具有與其線性轉(zhuǎn)錄本不同的三級(jí)結(jié)構(gòu)并產(chǎn)生新的蛋白結(jié)合位點(diǎn)，從而結(jié)合不同的RNA結(jié)合蛋白。

3.4 作為翻譯模板

在某些特殊條件下，circRNA具有被翻譯成蛋白質(zhì)的功能。

4 circRNA與疾病的關(guān)系

4.1 circRNA與腫瘤

circRNA具備穩(wěn)定性高，組織特異性等優(yōu)勢(shì)，有成為腫瘤檢測(cè)標(biāo)志物的潛力。2013年，Hansen等研究者最早提出了miRNA為circRNA靶點(diǎn)的觀點(diǎn)[4]。Ghosal S等[5]利用基因聚類(lèi)分析疾病過(guò)程中miRNA-circRNA相互作用的基因富集，發(fā)現(xiàn)miRNA的基因富集在90多種疾病中出現(xiàn)，其中有43個(gè)基因與乳腺癌細(xì)胞相關(guān)，有68個(gè)基因與胃癌相關(guān)，有194個(gè)基因與宮頸癌相關(guān)。

Lai Z等[6]通過(guò)生物信息學(xué)分析，觀察到三種在胃癌中表達(dá)上調(diào)的新型胃癌鑒定工具circRNA：hsa_circ_0047905，hsa_circ_0138960和has-circRNA7690-15。敲除這三種circRNA均可導(dǎo)致親本基因表達(dá)的下調(diào)。體外功能測(cè)定顯示，抑制這三種circRNA可抑制胃癌細(xì)胞增殖和侵襲。Xu Y等[7]研究結(jié)果顯示，膽管癌組織和細(xì)胞中hsa_circ_0001649表達(dá)下調(diào)，且下調(diào)程度與腫瘤大小和細(xì)胞分化等級(jí)相關(guān)。體外過(guò)表達(dá)hsa_circ_0001649可抑制膽管癌細(xì)胞增殖、遷移和侵襲，沉默則導(dǎo)致相反的表型。Li G等[8]發(fā)現(xiàn)hsa_circ_0046701在神經(jīng)膠質(zhì)瘤組織和細(xì)胞系中顯著上調(diào)，敲除hsa_circ_0046701可抑制膠質(zhì)瘤細(xì)胞增殖和侵襲。Xuan L等[9]通過(guò)基因芯片分析研究了喉鱗狀細(xì)胞癌組織和癌旁組織中circRNA的表達(dá)，結(jié)果表明喉鱗癌組織中302個(gè)circRNA顯著上調(diào)，396個(gè)circRNA顯著下調(diào)，RT-PCR驗(yàn)證hsa_circrna_100855上調(diào)最為明顯，hsa_circrna_104912下調(diào)最為明顯。

miR-7與多個(gè)引起腫瘤相關(guān)通路致癌因子表達(dá)下調(diào)的蛋白存在關(guān)聯(lián)，而circRNAs可通過(guò)抑制miR-7的活性來(lái)上調(diào)miR-7靶基因的表達(dá)。Pan H等[10]發(fā)現(xiàn)胃癌組織中環(huán)狀RNA ciRS-7的表達(dá)顯著上調(diào)，此外，ciRS-7的過(guò)表達(dá)可阻斷MGC-803和HGC-27細(xì)胞中miR-7誘導(dǎo)的腫瘤抑制，并且通過(guò)拮抗miR-7介導(dǎo)的PTEN / PI3K / AKT途徑導(dǎo)致更具侵襲性的致癌表型。

總之，關(guān)于circRNAs與腫瘤的研究逐年增加，諸多研究提示circRNAs在腫瘤的診斷和治療中具有廣闊前景。

4.2 circRNA與糖尿病

Zhang SJ等[11]利用circRNA微陣列芯片檢測(cè)糖尿病視網(wǎng)膜和非糖尿病人視網(wǎng)膜之間的circRNA表達(dá)譜的差異，鑒定了529個(gè)差異表達(dá)的circRNA。該研究進(jìn)一步顯示，來(lái)自HAS2基因位點(diǎn)的一個(gè)環(huán)狀RNA(circ_0005015)在糖尿病視網(wǎng)膜中顯著上調(diào)，并且circ_0005015的表達(dá)在糖尿病視網(wǎng)膜病變患者的玻璃體樣品、血漿、視網(wǎng)膜前纖維血管膜(FVM)中也明顯上調(diào)。

miR-7在胰腺的發(fā)育和分化過(guò)程中具有重要作用，miR-7過(guò)表達(dá)可能促進(jìn)胰腺β細(xì)胞凋亡，有研究表明CDR1as可能通過(guò)調(diào)控miR-7的表達(dá)來(lái)調(diào)控miR-7-mTOR-增殖軸，進(jìn)而參與糖尿病的發(fā)展進(jìn)程[12]。

4.3 circRNA與心血管疾病

miR-223是心臟肥大的正調(diào)節(jié)劑，miR-223轉(zhuǎn)基因小鼠發(fā)生心臟肥大和心力衰竭，而miR-223缺陷小鼠免受肥厚刺激。Wang k等[13]將ARC鑒定為miR-223的下游靶基因以介導(dǎo)miR-223在心臟肥大中的作用，深入研究發(fā)現(xiàn)circRNA HRCR作為內(nèi)源性miR-223海綿起到隔離和抑制miR-223活性的作用，導(dǎo)致ARC表達(dá)增加，在心肌細(xì)胞和小鼠中過(guò)表達(dá)或注射circRNA HRCR，均表現(xiàn)出對(duì)心臟肥大的抑制作用。

Zhou B[14]等發(fā)現(xiàn)circRNA_010567敲低可顯著抑制心肌纖維化相關(guān)蛋白的表達(dá)，經(jīng)Ang II(血管緊張素II)處理的心肌成纖維細(xì)胞circRNA_010567表達(dá)水平增加。該實(shí)驗(yàn)還證實(shí)干擾circRNA_010567的表達(dá)能部分緩解心肌成纖維細(xì)胞中被降低的miR-141表達(dá)水平，提示circRNA_010567直接作用miR-141并負(fù)向介導(dǎo)它的表達(dá)可能是circRNA_010567在小鼠心肌纖維化中的潛在機(jī)制。Tang CM[15]等研究發(fā)現(xiàn)circrna_000203在糖尿病小鼠心肌與AngⅡ處理的小鼠心肌成纖維細(xì)胞中表達(dá)上調(diào)，且過(guò)表達(dá)circrna_000203可以上調(diào)小鼠心臟成纖維細(xì)胞中I型膠原，Ⅲ型膠原和α平滑肌蛋白的表達(dá)水平，雙熒光素酶報(bào)告基因分析顯示，miR-26b-5p可以結(jié)合I型膠原、結(jié)締組織生長(zhǎng)因子和circ_000203的3'UTRs，且circrna_000203可作為miR-26b-5p的特異性海綿阻斷mir-26b-5p和I型膠原、結(jié)締組織生長(zhǎng)因子基因的相互作用。

4.4 circRNA與其它疾病

Jin X等[16]通過(guò)芯片篩查發(fā)現(xiàn)，與對(duì)照組比較，NASH(非酒精性脂肪性肝炎)組小鼠中分別有69個(gè)circRNA上調(diào)和63個(gè)circRNA下調(diào)，與其相關(guān)的mRNA有2760個(gè)上調(diào)和2465個(gè)下調(diào)。

Wu Y等[17]發(fā)現(xiàn)用IL-1β刺激軟骨細(xì)胞后，hsa_circ_0005105表達(dá)明顯上調(diào)，而miR-26a轉(zhuǎn)錄活性受到明顯抑制。Qian D等[18]研究發(fā)現(xiàn)circ-19142和circ-5846與成骨細(xì)胞分化有關(guān)，且BMP2(骨形態(tài)發(fā)生蛋白2)誘導(dǎo)成骨細(xì)胞分化的過(guò)程有可能是通過(guò)circ19142 / circ5846靶向miRNA表達(dá)軸來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

5 結(jié)論及展望

目前關(guān)于circRNA與疾病的研究還不系統(tǒng)，相信隨著研究的深入，其在各個(gè)疾病中的作用機(jī)制會(huì)越來(lái)越清晰。由于circRNA性質(zhì)穩(wěn)定、具有較強(qiáng)的組織表達(dá)特異性，疾病狀態(tài)下在外泌體中大量富集，有望在未來(lái)成為一種高效的臨床診斷標(biāo)志物。