動脈粥樣硬化中circRNA-miRNA-mRNA的內(nèi)源競爭RNA機(jī)制*

黃 鵬， 徐 瑞， 婁小倩， 譚 琦， 任立群

(吉林大學(xué)藥學(xué)院， 吉林 長春 130000)

[中圖分類號]R363.2; R543.5[文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A

doi:10.3969/j.issn.1000- 4718.2019.11.026

動脈粥樣硬化(atherosclerosis，AS)是一個復(fù)雜的病理過程，涉及脂質(zhì)積累、內(nèi)皮受損、單核/巨噬細(xì)胞吞噬、泡沫樣細(xì)胞形成、平滑肌細(xì)胞遷移、膠原纖維堆積、炎癥反應(yīng)等復(fù)雜機(jī)制[1-3]。研究表明，超過一半的心血管疾病(包括AS等)均與遺傳有著密不可分的聯(lián)系[4-5]。近年來隨著人們對基因組認(rèn)識的完善，越來越多的學(xué)者將目光轉(zhuǎn)向了非編碼RNA，其中，微小RNA(microRNA，miRNA，miR)的研究最為火熱，miRNA是一類由內(nèi)源基因編碼的長度約為22個核苷酸的非編碼單鏈RNA分子，它們在動植物中參與轉(zhuǎn)錄后基因表達(dá)調(diào)控。目前已發(fā)現(xiàn)成百上千的miRNA與AS有關(guān)，例如Gao等[6]發(fā)現(xiàn)miR-126和miR-143可作為腦動脈硬化的生物標(biāo)志物，Li等[7]發(fā)現(xiàn)循環(huán)miR-664a-3p作為動脈粥樣硬化的非侵襲性標(biāo)志物。隨著研究的深入，學(xué)者們發(fā)現(xiàn)諸如長鏈非編碼RNA(long non-coding RNA，lncRNA)和環(huán)狀RNA(circular RNA，circRNA)等其它非編碼RNA對miRNA具有調(diào)控作用[8-14]。circRNA與miRNA和lncRNA均屬于非編碼RNA，但結(jié)構(gòu)不同，circRNA的3’和5’端共價連接從而形成閉合環(huán)狀結(jié)構(gòu)，因此，circRNA擁有更強(qiáng)的核酸內(nèi)切酶耐受性，在細(xì)胞內(nèi)更穩(wěn)定。這一特性引起了學(xué)者廣泛的興趣。circRNA的形成途徑多種多樣，目前學(xué)者們已在circBase鑒定并注釋了數(shù)以千計的circRNA[15]。根據(jù)circRNA的不同來源可以將其分為外顯子circRNA、內(nèi)含子circRNA、外顯子-內(nèi)含子circRNA和基因間circRNA共4類[16]。研究表明，在染色體片段Chr9p21上存在著大量能夠影響AS的circRNA[17]，這些circRNA在AS中扮演著舉足輕重的角色，對于脂質(zhì)積累、內(nèi)皮損傷、細(xì)胞吞噬、纖維化和炎癥因子表達(dá)都有重要作用。通過研究發(fā)現(xiàn)，circRNA可以通過調(diào)節(jié)rRNA前體的成熟來控制核糖體生成和核仁應(yīng)激，調(diào)控細(xì)胞增殖與分化[18]。同時circRNA具備miRNA或蛋白質(zhì)的功能，如對轉(zhuǎn)錄的調(diào)節(jié)和對剪接的干擾，甚至翻譯以產(chǎn)生多肽的功能，進(jìn)而改變細(xì)胞表型。然而最能引起學(xué)者廣泛關(guān)注的還是circRNA作為分子海綿吸附特定的miRNA，從而減少游離的miRNA，解除miRNA對于轉(zhuǎn)錄的干擾從而調(diào)節(jié)基因的表達(dá)[19]。因此本綜述主要討論AS中circRNA通過充當(dāng)miRNA分子海綿進(jìn)而調(diào)控mRNA這一機(jī)制，即circRNA-miRNA-mRNA的內(nèi)源競爭RNA(competing endogenous RNA，ceRNA)機(jī)制,進(jìn)而探尋AS診斷與治療的新靶點和新思路。

1 動脈粥樣硬化的分子病理過程

動脈壁可分為內(nèi)膜、中膜和外膜。內(nèi)膜主要由內(nèi)皮細(xì)胞構(gòu)成，血管平滑肌細(xì)胞(vascular smooth muscle cells，VSMCs)構(gòu)成中膜，肥大細(xì)胞、纖維母細(xì)胞等構(gòu)成外膜[20]。“正?！彼降牡兔芏戎鞍?low-density lipoprotein，LDL)到達(dá)動脈壁后, 受到鄰近單核-巨噬細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞和平滑肌的影響作用被氧化形成氧化修飾的低密度脂蛋白(oxidized low-density lipoprotein，ox-LDL)。在諸如遺傳、高血壓、糖尿病等某種病理因素的影響下，脂質(zhì)代謝紊亂，ox-LDL和膽固醇等脂質(zhì)物大量堆積，誘發(fā)單核細(xì)胞趨化蛋白1(monocyte chemotactic protein-1，MCP-1)和單核細(xì)胞黏附分子在管腔表面生成，從而造成內(nèi)皮細(xì)胞的損傷[3]。內(nèi)皮細(xì)胞受損后通透性顯著增加，單核巨噬細(xì)胞因而進(jìn)入中膜，并開始吞噬一同由內(nèi)膜浸潤的ox-LDL，慢慢地單核巨噬細(xì)胞演變形成泡沫細(xì)胞[21]。隨著AS的發(fā)生發(fā)展，泡沫細(xì)胞大量聚集壞死。同時，大部分學(xué)者認(rèn)為AS是一個以血管壁炎癥改變?yōu)橹鞯穆赃M(jìn)行性疾病[22]。內(nèi)皮細(xì)胞受損的同時會促進(jìn)腫瘤壞死因子α(tumour necrosis factor-α，TNF-α)、白細(xì)胞介素1(interleukin-1，IL-1)、IL-6、IL-8等炎癥因子及細(xì)胞間黏附分子1(intercellular adhesion molecule-1，ICAM-1)、血管細(xì)胞間黏附分子1(vascular cell adhesion molecule-1，VCAM-1)、E-選擇素(E-selectin)等黏附分子的產(chǎn)生[23]。由于中膜環(huán)境發(fā)生改變，在血小板源性生長因子(platelet-derived growth factor，PDGF)的引導(dǎo)下，VSMCs逐步向內(nèi)膜遷移，并逐漸聚集在壞死的泡沫樣細(xì)胞和凋亡的VSMCs周圍, 與由膠原纖維和彈力纖維組成纖維帽一起逐步形成壞死核心[24]。

2 circRNA與AS

2.1circRNA與脂質(zhì)浸潤 脂質(zhì)代謝紊亂表現(xiàn)出的高脂血癥是AS發(fā)生發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)。ox-LDL和膽固醇損傷內(nèi)皮細(xì)胞是AS形成的早期階段。據(jù)報道，中國淮南豬(瘦型)和西方洛克豬(脂肪型)有66個差異表達(dá)的circRNA，這表明circRNA在脂質(zhì)代謝過程中有重要作用[25]。Li等[26]利用萊蕪豬皮下組織構(gòu)建基因芯片，并通過分析建立了影響脂質(zhì)代謝的circRNA-miRNA-mRNA表達(dá)網(wǎng)絡(luò)，推測circRNA_26852能夠發(fā)揮ssc-miR-486分子海綿的作用，通過抑制ssc-miR-486進(jìn)而上調(diào)靶基因ABHD5，激活甘油三酯脂肪酶(adipose triglyceride lipase，ATGL)促進(jìn)脂肪分解；SCD基因是ssc-miR-27b-3p的靶基因，是脂肪生成中的關(guān)鍵酶，circRNA_11897通過發(fā)揮miR-27b-3p分子海綿作用而調(diào)控脂質(zhì)代謝。因而，我們可以推斷circRNA_26852和circRNA_11897可作為AS治療與診斷的新靶點。

2.2circRNA與內(nèi)皮細(xì)胞損傷 脂質(zhì)浸潤后造成的內(nèi)皮損傷是形成AS的關(guān)鍵步驟。Li等[27]在ox-LDL誘導(dǎo)的人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞(human umbilical vein endothelial cells，HUVECs)中進(jìn)行circRNA微陣列分析，發(fā)現(xiàn)943個差異表達(dá)的circRNA，并發(fā)現(xiàn)沉默circRNA_ 003575可改善HUVECs的血管生成能力，并推測存在circ_0003575—miR-199-3p/miR-9-5p/miR-377-3p/miR-141-3p—mRNA的ceRNA機(jī)制。Shen等[28]發(fā)現(xiàn)circRNA_0044073在動脈粥樣硬化中上調(diào)，并通過抑制miR-107激活JAK/STAT信號傳導(dǎo)途徑，從而促進(jìn)HUVECs的增殖和侵襲，這為AS的治療提供了新策略和新靶標(biāo)。

2.3circRNA與血管平滑肌細(xì)胞增殖和遷移 內(nèi)皮細(xì)胞損傷，單核細(xì)胞吞噬ox-LDL逐步形成泡沫樣細(xì)胞，血管平滑肌細(xì)胞增殖和遷移促成了斑塊形成，是AS發(fā)生發(fā)展的主要步驟。VSMCs的變化與AS的形成相關(guān)，而circRNA對于調(diào)控VSMCs的生長分化有著關(guān)鍵作用。Xu等[29]建立了球囊損傷頸動脈模型，發(fā)現(xiàn)circDiaph3通過上調(diào)Igf1r的表達(dá)從而促進(jìn)VSMCs的增殖和遷移。同時有研究表明，circ-SATB2通過抑制miR-939上調(diào)STIM1的表達(dá)，從而促進(jìn)血管平滑肌細(xì)胞增殖和遷移[30]。沉默circ-SATB2，或者阻斷circ-SATB2與miR-939的結(jié)合可能成為治療AS的新方法，同時circ-SATB2可能成為AS診斷的生物標(biāo)志物。Zou等[31]發(fā)現(xiàn)在人的胸主動脈夾層疾病(thoracic aortic dissection，TAD)中上調(diào)的circRNA_101238可通過充當(dāng)miRNA分子海綿而抑制hsa-miR-320a的表達(dá)，進(jìn)而增加幾種TAD相關(guān)mRNA，尤其是基質(zhì)金屬蛋白酶9(matrix metalloprotein，MMP9)的表達(dá)。MMP9屬于基質(zhì)金屬蛋白酶家族，它會導(dǎo)致血管平滑肌細(xì)胞向內(nèi)膜侵入和遷移, 并分泌細(xì)胞外基質(zhì), 從而促進(jìn)斑塊的形成[32]。因此，circRNA_101238是AS的潛在診斷因子，下調(diào)circRNA_101238可成為AS治療的新思路。

2.4circRNA與血小板 AS的斑塊形成過程中，血小板也參與其中。據(jù)報道，circRNA在血小板中大量存在，并有選擇地被囊泡包裹、釋放到細(xì)胞外，這種現(xiàn)象在外泌體中尤為明顯[33]。這些囊泡富含circRNA等大量遺傳物質(zhì)和生物活性蛋白，可特異性被諸如內(nèi)皮細(xì)胞等受體細(xì)胞識別，我們稱之為血小板膜結(jié)合微粒(platelet membrane binding microparticle，MP)。MP與內(nèi)皮細(xì)胞結(jié)合后，調(diào)控內(nèi)皮細(xì)胞表型的改變，在AS的發(fā)生發(fā)展中起著重要作用。Zhang等[34]在兔中構(gòu)建了circRNA-miRNA-mRNA網(wǎng)絡(luò)的AS發(fā)病機(jī)制:在細(xì)胞黏附因子網(wǎng)絡(luò)中，112個circRNA和60個mRNA競爭70個miRNA；預(yù)測出了7個circRNA(ocu-cirR-novel-18038、ocu-cirR-novel-18298、ocu-cirR-novel-15993、ocu-cirR-novel-17934、ocu-cirR-novel-17879、ocu-cirR-novel-18036和ocu-cirR-novel-14389)通過circRNA-miRNA-mRNA的ceRNA機(jī)制參與血小板對內(nèi)皮細(xì)胞的信號傳導(dǎo)和血小板相關(guān)黏附因子的表達(dá)，進(jìn)而影響AS的發(fā)生。這7種circRNA極有可能成為AS的診斷因子和新的潛在治療靶點。

2.5CircRNA與免疫炎癥反應(yīng) AS可以看作是脂質(zhì)代謝紊亂引起的一種慢性、進(jìn)行性免疫炎癥反應(yīng)。Zhang等[35]發(fā)現(xiàn)circARF3可作為內(nèi)源miR-103的分子海綿在體外和體內(nèi)抑制由脂質(zhì)代謝紊亂引起的炎癥反應(yīng)。circ-ARF3解除了miR-103對腫瘤壞死因子受體(tumor necrosis factor receptor，TNFR)超家族和IL-1受體/Toll樣受體(IL-1R/TLR)超家族的重要信號轉(zhuǎn)導(dǎo)分子——腫瘤壞死因子受體相關(guān)因子3(tumor necrosis factor receptor-associated factor 3，TRAF3)的抑制，TRAF3表達(dá)增加，增強(qiáng)對核因子κB(nuclear factor-κB，NF-κB)信號通路的抑制，增強(qiáng)線粒體自噬，減弱炎癥反應(yīng)。因而，circARF3可能成為治療AS的新靶點和新思路。除了脂質(zhì)代謝紊亂引發(fā)炎癥外，內(nèi)皮細(xì)胞和VSMCs在AS的發(fā)生發(fā)展過程中的改變均會誘導(dǎo)炎癥因子的釋放，激發(fā)免疫反應(yīng)，因而上述介紹的相關(guān)circRNA均可誘導(dǎo)免疫炎癥反應(yīng)。

AS中circRNA-miRNA-mRNA的ceRNA部分機(jī)制歸納總結(jié)見表1。

表1 AS中circRNA-miRNA-mRNA的ceRNA部分機(jī)制

Table 1.Partial ceRNA mechanism of circRNA-miRNA-mRNA in AS

circRNAmiRNAmRNAcircRNA_26852ssc-miRNA-486ABHD5circRNA_11897miR-27b-3pSCDcirc_0003575miR-199-3pAngiogenesis-related genesmiR-9-5pmiR-377-3pmiR-141-3pcircRNA_0044073miR-107JAK/STATcirc-SATB2miR-939STIM1circRNA_101238hsa-miR-320aMMP9circ-ARF3miR-103TRAF3

3 小結(jié)

越來越多的研究表明，circRNA確實在AS的發(fā)生發(fā)展中有重要作用，廣泛參與AS發(fā)生發(fā)展中包括脂質(zhì)浸潤，內(nèi)皮細(xì)胞損傷，VSMCs增殖遷移，泡沫細(xì)胞形成，炎癥免疫反應(yīng)等各個過程。鑒于其環(huán)狀結(jié)構(gòu)形成的高穩(wěn)定性，circRNA將會成為AS新型的生物標(biāo)志物和干擾候選物。而大部分circRNA通過與miRNA的結(jié)合發(fā)揮分子海綿的作用，尋找AS中差異miRNA和circRNA，構(gòu)建AS中的circRNA-miRNA-mRNA縱向網(wǎng)絡(luò)極為重要。但是circRNA、miRNA與mRNA的作用并不是單向的，mRNA的表達(dá)同樣可以影響circRNA。據(jù)報道，當(dāng)外顯子側(cè)翼的內(nèi)含子長度比較長時，發(fā)生典型線性剪切的效率會顯著下降，而發(fā)生環(huán)化的效率顯著提高，這說明轉(zhuǎn)錄時circRNA可以與mRNA前體發(fā)生剪切競爭[36-39]。這也為我們干預(yù)circRNA的表達(dá)提供了新思路，為circRNA-miRNA-mRNA縱向網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建提供了依據(jù)?？傊?，對于今后AS的研究與治療，無論是作為診斷過程的生物標(biāo)志物還是治療靶點，circRNA都具有極為重要的研究價值。