circRNA在心肌纖維化中的研究進展

孫帥鋒　劉巍

通信作者簡介：劉巍，哈爾濱醫(yī)科大學(xué)附屬第四醫(yī)院心血管內(nèi)科主任醫(yī)師、碩士研究生導(dǎo)師、教授、九三學(xué)社成員。醫(yī)學(xué)博士，生物學(xué)和病理學(xué)博士后。曾赴美國Vermont大學(xué)留學(xué)。自1998年起，從事心血管內(nèi)科至今，擅長高血壓病、冠狀動脈粥樣硬化性心臟病、心肌炎、心肌病及心力衰竭、心律失常等的診斷和治療。國家自然科學(xué)基金委員會評議專家。2012年起擔(dān)任中國醫(yī)師協(xié)會高血壓專業(yè)委員會委員，2013年擔(dān)任高血壓青年委員會常委，2016年擔(dān)任中華醫(yī)學(xué)會心力衰竭專業(yè)委員會青年委員會委員。獲得發(fā)明專利1項。2006年獲得教育部科技進步二等獎，2007年獲得中華醫(yī)學(xué)三等獎，2003年、2009年及2015年分別獲得黑龍江省政府科技進步二等獎3次。發(fā)表SCI論文十余篇，目前主持國家自然科學(xué)基金課題2項，黑龍江省留學(xué)歸國基金1項，黑龍江省教育廳海外學(xué)人重點項目1項，中國博士后特別資助項目1項，省級課題多項。

【摘要】 環(huán)狀RNA（circRNA）是一類不能正常編碼蛋白質(zhì)的共價閉合環(huán)狀RNA分子。circRNA涉及許多正常的生理過程和疾病的發(fā)病機制。越來越多的研究表明心肌纖維化的發(fā)生和發(fā)展與circRNA的調(diào)節(jié)密切相關(guān)。該文總結(jié)當(dāng)前關(guān)于circRNA生物起源和功能的認(rèn)識，進一步強調(diào)circRNA在心肌纖維化中的最新進展和作為新型生物標(biāo)志物、治療靶標(biāo)的潛力。

【關(guān)鍵詞】 環(huán)狀RNA;心肌纖維化;生物標(biāo)志物;治療靶標(biāo)

【Abstract】 Circular RNA （circRNA） are a category of covalently closed circRNA molecules that normally do not encode proteins. circRNA are involved in many physiological processes as well as the pathogenesis of diseases. A growing number of studies have reported that the incidence and development of cardiac fibrosis is closely associated with the regulation of circRNA. This review summarizes the current understanding of circRNA biogenesis and function， highlighting the recent updates regarding the involvement of circRNA in cardiac fibrosis， and their potential as novel biomarkers and therapeutic targets.

【Key words】 Circular RNA;Cardiac fibrosis;Biomarker;Therapeutic target

心血管疾病仍然是全球主要的公眾健康問題，并且是全世界高發(fā)病率、高病死率的首要病因之一[1]。心肌損傷后，心肌纖維化是一個持續(xù)進展且不可逆的病理過程，其顯著特征是細(xì)胞外基質(zhì)蛋白在心肌間質(zhì)中積聚[2]。心肌纖維化導(dǎo)致心肌損傷和進行性心臟功能障礙，進而影響心血管疾病患者的臨床預(yù)后[3]。心肌纖維化的機制是復(fù)雜的，目前仍未完全了解，因此迫切需要提升應(yīng)對心肌纖維化導(dǎo)致心肌功能損傷的策略，從而進一步降低心血管疾病患者的發(fā)病率和病死率。

非編碼RNA（ncRNA）是一大類不能編碼蛋白質(zhì)的RNA分子，在基本生理過程以及作為許多疾病檢測手段和臨床治療途徑方面發(fā)揮著重要作用[4]?；诤塑账岬拈L度，ncRNA分為兩類：微小RNA（miR）包含19 ～ 24個核苷酸和長鏈非編碼RNA（lncRNA）至少包含200個核苷酸[5]。除了線性ncRNA之外，據(jù)報道環(huán)狀RNA（circRNA）作為一類新型的ncRNA，在許多疾病的病理生理過程中或許可能成為一種新型且重要的調(diào)節(jié)劑[6]。已知circRNA可通過miRNA海綿，與RNA結(jié)合蛋白（RNP）相互作用調(diào)節(jié)信使RNA（mRNA）的剪接和穩(wěn)定性來調(diào)節(jié)靶基因的表達(dá)[7]。本文我們將總結(jié)circRNA的生物起源及生物學(xué)功能，以及circRNA在心血管疾?。ㄓ绕涫窃谛募±w維化中）的作用。

一、circRNA的生物起源及功能

1. circRNA的生物起源

circRNA早在二十世紀(jì)九十年代已有首次記載，據(jù)報道目前為止高通量測序已發(fā)現(xiàn)超過32 000種 circRNA[8]。circRNA被認(rèn)為是標(biāo)準(zhǔn)線性mRNA剪接的次級產(chǎn)物，根據(jù)其生物合成方式，它們通常分為3種類型：衍生自外顯子的circRNA、衍生自內(nèi)含子的circRNA和衍生自保留內(nèi)含子的外顯子的circRNA[9]。“反向剪接”是介導(dǎo)circRNA形成的獨特剪接機制[10]。這種獨特的RNA種類是mRNA前體（前mRNA）剪接產(chǎn)生的，主要是通過一個或兩個外顯子的反向剪接形成[11]。越來越多的研究提出了兩種模型來說明circRNA生物起源中反向剪接環(huán)化的機制：外顯子跳躍模型和直接反向剪接模型，但以上兩種模型仍在進一步研究中[12]。

2. circRNA的生物功能

與miR和lncRNA相比，circRNA已經(jīng)被證明具有miR的海綿，與RNP結(jié)合，組裝支架形成，剪接、增強轉(zhuǎn)錄以及翻譯成蛋白質(zhì)或多肽的功能[13]。circRNA作為miR“海綿”使得miR不能與其靶基因結(jié)合，因此在轉(zhuǎn)錄控制中起重要作用[14]。circRNA不僅能與miR結(jié)合，而且還能與蛋白質(zhì)結(jié)合，這將導(dǎo)致蛋白質(zhì)功能受到抑制[15]。此外，據(jù)報道，細(xì)胞核circRNA通過與宿主基因啟動子區(qū)域中的RNA Pol Ⅱ反應(yīng)來調(diào)節(jié)順式基因的轉(zhuǎn)錄[16]。盡管circRNA不包含5-末端，通常也不編碼蛋白質(zhì)，但是一些circRNA可以通過卷環(huán)擴增機制編碼蛋白質(zhì)。據(jù)報道，人類circ-ZNF609和果蠅circMbl以僅依賴剪接且不依賴5-末端的方式翻譯成蛋白質(zhì)[17]。

二、circRNA與心肌纖維化關(guān)系

越來越多的研究表明circRNA在諸如心血管疾病、癌癥和神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育過程中發(fā)揮著重要作用[18]。心肌纖維化是大多數(shù)心血管疾病共同的病理生理過程，例如心肌梗死、心房顫動、心力衰竭和糖尿病。最近，已經(jīng)確定了ncRNA（miR和lncRNA以及circRNA）之間的交叉調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，從而在許多過程中將ncRNA引入了更多潛在全面的生物學(xué)功能[19]。circRNA由于對RNA核酸外切酶（RNase R）的抵抗性而具有高水平的器官特異性表達(dá)[20]。有研究表明，circRNA通過miR海綿可能在心肌纖維化過程中發(fā)揮著重要的調(diào)節(jié)作用[21]。

三、circRNA在心肌纖維化中的作用

1. circRNA作為新型生物標(biāo)志物的潛力

盡管所有類型的ncRNA都可能作為疾病診斷的生物標(biāo)志物，但是circRNA的某些重要特征使其更具獨特性和優(yōu)勢。首先，circRNA圓形3和5末端保護它們免受RNase R的降解，從而

使circRNA在細(xì)胞外液中更加穩(wěn)定，并提供了易于檢測的合適條件[22]。其次，circRNA存在于全血中，在血漿、血清、血小板、外周血單個核細(xì)胞和細(xì)胞外囊泡（如外泌體）中具有較長的半衰期[23]。再次，對心肌組織的深度測序分析明確了人和小鼠器官中circRNA的進化、保守和發(fā)育階段特異性以及組織細(xì)胞特異性表達(dá)[24]。因此，這些特征較好地展示circRNA成為新型生物標(biāo)志物的獨特自身優(yōu)勢，為許多疾病提出了新穎的診斷和預(yù)測手段。

2. circRNA作為心肌纖維化治療靶標(biāo)的潛力

2.1 circRNA_000203

circRNA_000203在糖尿病心肌中和用血管緊張素Ⅱ誘導(dǎo)的心肌成纖維細(xì)胞（CF）中表達(dá)顯著增加。circRNA_000203的過度表達(dá)尤其增加CF中膠原蛋白1A2、膠原蛋白3A1和α-平滑肌肌動蛋白的表達(dá)。此外，雙熒光基因檢測表明，circRNA_000203可以通過減弱miR-26b-5p與結(jié)締組織生長因子和膠原蛋白1A2的相互作用來抑制miR-26b-5p的抗纖維化作用[25]。

2.2 circRNA_010567

circRNA_010567在糖尿病小鼠心肌組織中和

血管緊張素Ⅱ誘導(dǎo)的CF中表達(dá)明顯增高?；谏镄畔W(xué)分析和雙熒光測定，報告顯示circRNA_

010567可以作為miR-141海綿，從而調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)化生長因子-β1（TGF-β1）的表達(dá)。circRNA_010567表達(dá)沉默后，miR-141上調(diào)和TGF-β1下調(diào)，并抑制CF中纖維化相關(guān)蛋白的表達(dá)，例如膠原蛋白Ⅰ、膠原蛋白Ⅲ和α-平滑肌肌動蛋白等蛋白表達(dá)。一般認(rèn)為，circRNA_010567的過度表達(dá)通過靶向miR-141/TGF-β1軸增加了與纖維化相關(guān)蛋白的表達(dá)[26]。

2.3 circNCX1

circNCX1是NCX1基因的環(huán)狀轉(zhuǎn)錄物，通過海綿miR-133a-3p調(diào)節(jié)心肌纖維化。在小鼠中使用短發(fā)夾RNA抑制circNCX1的表達(dá)，顯示小鼠心肌缺血再灌注區(qū)域膠原蛋白顯著減少，并且心臟功能有所改善[27]。

2.4 circHIPK3

最新的一項研究表明，從HIPK3基因衍生的circRNA命名為circHIPK3，經(jīng)血管緊張素Ⅱ處理后，該circRNA在心肌組織和CF中表達(dá)顯著升高。在血管緊張素Ⅱ模型中，circHIPK3表達(dá)沉默可降低心肌纖維化區(qū)域的大小并改善舒張壓。此外，circHIPK3表達(dá)沉默后觀察到CF增殖和遷移受到抑制。雙熒光素酶基因測定表明，circHIPK3通過海綿化miR-29b-3p發(fā)揮其調(diào)節(jié)功能，以調(diào)節(jié)心肌纖維化并降低其靶基因（膠原蛋白1A1、膠原蛋白3A1和α-平滑肌肌動蛋白）的表達(dá)[28]。

2.5 circNFIB

最近，Zhu等[29]研究報道circNFIB通過海綿化miR-433發(fā)揮至關(guān)重要的抗心肌纖維化作用。結(jié)果表明，circNFIB過度表達(dá)可以抑制CF的增殖。相反，敲除circNFIB基因可以促進CF的增殖。研究表明，circNFIB-miR-433軸可能作為治療心肌纖維化的潛在干預(yù)途徑。

2.6 circFndc3b

此外，據(jù)報道circRNA通過與蛋白質(zhì)結(jié)合來調(diào)節(jié)某些蛋白質(zhì)的功能。例如，一項研究報告表明circFndc3b可以調(diào)節(jié)融合蛋白的功能進而調(diào)節(jié)血管內(nèi)皮生長因子信號傳導(dǎo)。數(shù)據(jù)表明小鼠心肌梗死后8周，circFndc3b過表達(dá)通過增強新生血管形成和減少梗死區(qū)域的纖維化而表現(xiàn)出心臟保護作用。在功能上，circFndc3b與融合的RNA結(jié)合蛋白相互作用，進而調(diào)節(jié)血管內(nèi)皮生長因子的表達(dá)和信號傳導(dǎo)，提示circFndc3b可作為改善心肌梗死后心功能和心肌重塑的潛在策略。

四、總結(jié)與展望

由于心肌纖維化的生物學(xué)基礎(chǔ)和纖維化病理機制仍不十分清楚，因此目前尚無有效的治療方法可用于抑制心肌纖維化的進展。越來越多的證據(jù)表明，ncRNA是纖維化過程中（例如細(xì)胞因子分泌和細(xì)胞外基質(zhì)合成）的關(guān)鍵組成部分。特定的ncRNA在心血管疾?。ㄓ绕涫切募±w維化）中作為新型的生物標(biāo)志物和治療靶標(biāo)。在ncRNA中，人們對circRNA知之甚少，其在多種生理和病理過程中的功能仍未完全了解。circRNA的生物學(xué)特性（包括體液的保守性、穩(wěn)定性和高豐度） 使其比其他ncRNA更有效地診斷和治療疾病。如上所述，盡管基于circRNA的治療技術(shù)手段將面臨許多挑戰(zhàn)，但circRNA仍被視為抗心肌纖維化的重要參與者，并且有望成為心肌纖維化重要的調(diào)節(jié)劑。

circRNA曾經(jīng)一度被認(rèn)為是異常剪接的副產(chǎn)物，隨著高通量測序技術(shù)的進步其廣泛的生物學(xué)功能被發(fā)掘，逐漸成為研究課題的主要熱點。從基因表達(dá)調(diào)控到翻譯以及和mRNA競爭，circRNA都發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，有可能成為疾病治療的靶標(biāo)和生物學(xué)標(biāo)志物。但是，關(guān)于circRNA基因表達(dá)模式和其在生理、病理狀況下的作用機制以及其作為診斷性生物標(biāo)志物的潛力和作為治療靶標(biāo)的潛在用途的認(rèn)識仍處于早期階段。是否更多的circRNA在心肌組織不同類型細(xì)胞中發(fā)揮作用仍有待研究。另外，關(guān)于circRNA調(diào)節(jié)心肌纖維化作用的詳細(xì)機制尚未完全明確，需要進一步的研究來推導(dǎo)circRNA與蛋白質(zhì)、ncRNA相互作用介導(dǎo)的確切機制。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] de Mestral C， Stringhini S. Socioeconomic status and cardiovas-cular disease： an update. Curr Cardiol Rep，2017，19（11）：115.

[2] Travers JG， Kamal FA， Robbins J， Yutzey KE， Blaxall BC. Cardiac fibrosis： the fibroblast awakens. Circ Res，2016，118（6）：1021-1040.

[3] Briasoulis A， Mallikethi-Reddy S， Palla M， Alesh I， Afonso L. Myocardial fibrosis on cardiac magnetic resonance and cardiac outcomes in hypertrophic cardiomyopathy： a meta-analysis. Heart，2015，101（17）：1406-1411.

[4] Barbagallo D， Vittone G， Romani M， Purrello M. Noncoding RNAs in health and disease. Int J Genomics，2018，2018：9135073.

[5] Beermann J， Piccoli MT， Viereck J， Thum T. Non-coding RNAs in development and disease： background， mechanisms， and therapeutic approaches. Physiol Rev，2016，96（4）：1297-1325.

[6] Fischer JW， Leung AK. CircRNAs： a regulator of cellular stress. crit rev biochem mol biol，2017，52（2）：220-233.

[7] Du WW， Zhang C， Yang W， Yong T， Awan FM， Yang BB. Identifying and characterizing circRNA-Protein interaction. theranostics，2017，7（17）：4183-4191.

[8] Zeng X， Lin W， Guo M， Zou Q. A comprehensive overview and evaluation of circular RNA detection tools. PLoS Comput Biol，2017，13（6）：e1005420.

[9] Li Z， Huang C， Bao C， Chen L， Lin M， Wang X， Zhong G， Yu B， Hu W， Dai L， Zhu P， Chang Z， Wu Q， Zhao Y， Jia Y， Xu P， Liu H， Shan G. Exon-intron circular RNAs regulate transcription in the nucleus. Nat Struct Mol Biol，2015，22（3）：256-264.

[10] Li X， Yang L， Chen LL. The biogenesis， functions， and challen-ges of circular RNAs. Mol Cell，2018，71（3）：428-442.

[11] Enuka Y， Lauriola M， Feldman ME， Sas-Chen A， Ulitsky I， Yarden Y. Circular RNAs are long-lived and display only minimal early alterations in response to a growth factor. Nucleic Acids Res，2016，44（3）：1370-1383.

[12] Jeck WR， Sharpless NE. Detecting and characterizing circular RNAs. Nat Biotechnol，2014，32（5）：453-461.

[13] Zeng Y， Du WW， Wu Y， Yang Z， Awan FM， Li X， Yang W， Zhang C， Yang Q， Yee A， Chen Y， Yang F， Sun H， Huang R， Yee AJ， Li R， Wu Z， Backx PH， Yang BB. A circular RNA binds to and activates AKT phosphorylation and nuclear localization reducing apoptosis and enhancing cardiac repair. Theranostics，2017，7（16）：3842-3855.

[14] Kulcheski FR， Christoff AP， Margis R. Circular RNAs are miRNA sponges and can be used as a new class of biomarker. J Biotechnol，2016，238：42-51.

[15] Ashwal-Fluss R， Meyer M， Pamudurti NR， Ivanov A， Bartok? O， Hanan M， Evantal N， Memczak S， Rajewsky N， Kadener S. CircRNA biogenesis competes with pre-mRNA splicing. Mol Cell，2014，56（1）：55-66.

[16] Chen LL. The biogenesis and emerging roles of circular RNAs. Nat Rev Mol Cell Biol， 2016， 17（4）：205-211.

[17] Yang Y， Fan X， Mao M， Song X， Wu P， Zhang Y， Jin Y， Yang Y， Chen L， Wang Y， Cl Wong C， Xiao X， Wang Z. Extensive translation of circular RNAs driven by N6-methyladenosine. Cell Res，2017，27（5）：626-641.

[18] Altesha MA， Ni T， Khan A， Liu K， Zheng X. Circular RNA in cardiovascular disease. J Cell Physiol，2019，234（5）：5588-5600.

[19] Anastasiadou E， Jacob LS， Slack FJ. Non-coding RNA networks in cancer. Nat Rev Cancer，2018，18（1）：5-18.

[20] Rybak-Wolf A， Stottmeister C， Gla?ar P， Jens M， Pino N， Giusti S， Hanan M， Behm M， Bartok O， Ashwal-Fluss R， Herzog M， Schreyer L， Papavasileiou P， Ivanov A， ?hman M， Refojo D， Kadener S， Rajewsky N. Circular RNAs in the mammalian brain are highly abundant， conserved， and dynamically expressed. Mol Cell，2015，58（5）：870-885.

[21] Fan X， Weng X， Zhao Y， Chen W， Gan T， Xu D. Circular RNAs in cardiovascular disease： an overview. Biomed Res Int，2017，2017：5135781.

[22] Ebbesen KK， Kjems J， Hansen TB. Circular RNAs： identifi-cation， biogenesis and function. Biochim Biophys Acta，2016，1859（1）：163-168.

[23] Vausort M， Salgado-Somoza A， Zhang L， Leszek P， Scholz M， Teren A， Burkhardt R， Thiery J， Wagner DR， Devaux Y. Myocardial infarction-associated circular RNA predicting left ventricular dysfunction. J Am Coll Cardiol，2016，68（11）：1247-1248.

[24] Koh W， Pan W， Gawad C， Fan HC， Kerchner GA， Wyss-Coray T， Blumenfeld YJ， El-Sayed YY， Quake SR. Noninvasive in vivo monitoring of tissue-specific global gene expression in humans [published correction appears in Proc Natl Acad Sci U S A. 2014 Jul 29;111（30）：11223]. Proc Natl Acad Sci U S A，2014，111（20）：7361-7366.

[25] Tang CM， Zhang M， Huang L， Hu Z， Zhu J， Xiao Z， Zhang Z， Lin Q， Zheng X， Yang M， Wu S， Cheng J， Shan Z. CircRNA_000203 enhances the expression of fibrosis-associated genes by derepressing targets of miR-26b-5p， Col1a2 and CTGF， in cardiac fibroblasts. Sci Rep，2017，7：40342.

[26] Zhou B， Yu JW. A novel identified circular RNA， circRNA_ 010567， promotes myocardial fibrosis via suppressing miR-141 by targeting TGF-β1. Biochem Biophys Res Commun，2017，487（4）：769-775.

[27] Li M， Ding W， Tariq MA， Chang W， Zhang X， Xu W， Hou L， Wang Y， Wang J. A circular transcript of ncx1 gene mediates ischemic myocardial injury by targeting miR-133a-3p. Theranostics，2018，8（21）：5855-5869.

[28] Ni H， Li W， Zhuge Y， Xu S， Wang Y， Chen Y， Shen G， Wang F. Inhibition of circHIPK3 prevents angiotensin II-induced cardiac fibrosis by sponging miR-29b-3p. Int J Cardiol，2019，292：188-196.

[29] Zhu Y， Pan W， Yang T， Meng X， Jiang Z， Tao L， Wang L. Upregulation of circular RNA circNFIB attenuates cardiac fibrosis by sponging miR-433. Front Genet，2019，10：564.

（收稿日期：2020-02-18）

（本文編輯：楊江瑜）