環(huán)狀RNA在心血管疾病中的研究現(xiàn)狀及展望

郭 欣，范春雨

環(huán)狀RNA(circRNA)是近些年非編碼RNA領(lǐng)域的研究熱點，它最早發(fā)現(xiàn)于20世紀70年代[1-2]，但一直以來，circRNA被認為是線性RNA剪接的產(chǎn)物[3]。隨著RNA測序技術(shù)的發(fā)展，人們發(fā)現(xiàn)有大量的circRNA在多種哺乳動物組織中表達，僅在人體組織中，就有3萬多種不同的circRNA被確定[4]。近年來，科學(xué)家們著眼于尋找疾病新的生物標志物，以方便疾病的早期診斷，目前已有研究發(fā)現(xiàn)某些circRNA在心力衰竭、心肌梗死、動脈粥樣硬化、高血壓等臨床常見心血管疾病中與正常個體存在表達差異，因此，特定的circRNA有望成為這些疾病的新型生物標志物，并用于臨床檢測。現(xiàn)對circRNA在心血管疾病方面的研究進展綜述如下。

1 circRNA的一般特征及作用

circRNA是一類特殊的非編碼RNA分子，與傳統(tǒng)的線性RNA(linear RNA)不同，circRNA分子呈封閉環(huán)狀結(jié)構(gòu)，不含5′末端帽子結(jié)構(gòu)和3′末端多聚腺苷酸尾巴結(jié)構(gòu)[5]，不受RNA外切酶影響，因此，表達更穩(wěn)定，不易降解，在組織和體液中可以穩(wěn)定存在。circRNA的序列高度保守，具有一定的組織特異性和時序性[6]。

與大多數(shù)非編碼RNA一樣，絕大多數(shù)circRNA不編碼蛋白質(zhì)，但在轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)錄后基因表達調(diào)控中起著關(guān)鍵作用：①內(nèi)源性circRNA可以作為miRNA的“海綿”，與特定的miRNA結(jié)合，從而影響mRNA的翻譯[7]；②circRNA通過與RBP(RNA結(jié)合蛋白)結(jié)合參與轉(zhuǎn)錄過程，進而改變剪接模式或影響mRNA穩(wěn)定性[8]；③circRNA雖然屬于非編碼RNA，缺乏翻譯起始所需的典型5′帽和3′多聚尾結(jié)構(gòu)，但也有部分circRNA可與IRES(內(nèi)部核糖體進入位點序列)結(jié)合而被翻譯并編碼多肽，進而行使調(diào)控功能[9]；④一些circRNA在轉(zhuǎn)錄水平上是活性元件，通過在轉(zhuǎn)錄位點的積累，使RNA聚合酶Ⅱ(PolⅡ)轉(zhuǎn)錄延長，可作為PolⅡ轉(zhuǎn)錄的正調(diào)控因子調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄[10]。

2 circRNA與心臟衰老

心臟衰老是心臟功能下降的主要危險因素，也是心臟相關(guān)疾病的危險分層因素。Du等[11]研究發(fā)現(xiàn)circFoxO3在人和小鼠的老年心臟中均表達上調(diào)，為了證實circFoxO3在心臟功能中的作用，采用阿霉素誘發(fā)的心肌病小鼠模型，在這些小鼠中，circFoxO3的過表達會加劇心肌病的惡化，而circFoxO3表達沉默會降低阿霉素誘導(dǎo)作用，同時發(fā)揮心臟保護作用。從機制上講，circFoxO3可能與細胞質(zhì)中的抗衰老蛋白ID1、E2F1及抗應(yīng)激蛋白FAK、HIF1a相互作用，阻止其核轉(zhuǎn)運，從而抑制其抗應(yīng)激和抗衰老功能。

3 circRNA與心肌纖維化

心肌纖維化是心肌細胞外基質(zhì)過量沉積引起的病理改變，會使心肌彈性下降，并引起心肌功能、心肌細胞代謝及傳導(dǎo)功能的異常，從而導(dǎo)致心室重塑、心律失常、心力衰竭等心臟疾病發(fā)生。針對心力衰竭病人，人們猜想可進行抗纖維化治療緩解病情，但目前尚無關(guān)于抗纖維化治療的大量報道，因此，了解心肌纖維化的潛在機制，對于預(yù)防和治療心肌纖維化具有重要意義。最近，Tang等[12]研究發(fā)現(xiàn)，circRNA-000203在糖尿病心肌細胞和血管緊張素Ⅱ誘導(dǎo)的心肌成纖維細胞中表達上調(diào)。從機制上講，circRNA-000203中有兩個miR-26b-5p的結(jié)合位點，它可以使miR-26b-5p海綿化，從而減弱miR-26b-5p對心肌成纖維細胞中 Col1a2、Col3a1、α-SMA 和 CTGF等纖維化相關(guān)基因的抑制作用，促進心臟成纖維細胞的纖維化表型轉(zhuǎn)化，發(fā)揮促心肌纖維化作用。另外，Zhou等[13]研究發(fā)現(xiàn)，心肌纖維化病人心肌細胞內(nèi)circRNA-010567表達上調(diào)，同時證實了circRNA-010567使miR-141海綿化，上調(diào)心肌細胞轉(zhuǎn)化生長因子β1(TGF-β1)靶基因及纖維化相關(guān)蛋白的表達，從而促進心肌纖維化。以上研究表明circRNA能夠調(diào)控心肌纖維化的發(fā)生發(fā)展過程，這提示circRNA可能是心肌纖維化防治的潛在靶點。

4 circRNA與心血管疾病

4.1 circRNA與心力衰竭 心力衰竭是一種高死亡率和高發(fā)病率的多因素疾病，通常與心室充盈或射血能力受損有關(guān)，但它并不是一種獨立的疾病，而是心臟疾病發(fā)展的終末階段[14]，幾乎所有類型的心血管疾病最終都可能導(dǎo)致心力衰竭的發(fā)生(如心肌梗死、心肌病、心肌損傷等)。在目前的指南中，利鈉肽[如腦鈉肽(BNP)和氨基末端腦鈉肽前體(NT-proBNP)等]的血漿水平是急性心力衰竭的重要診斷指標[15]，但血漿利鈉肽水平在疾病的不同階段會有顯著的差別，因此，這些生物標記物不能用于有復(fù)雜病史的心力衰竭病人的診斷。Wang等[16]最早鑒定出與心臟有關(guān)的circRNA (稱為HRCR)，HRCR可以發(fā)揮分子海綿作用“吸附”miR-223，通過HRCR/ miR-223/ARC信號通路機制，起到保護心臟的作用，并參與心肌肥大和心力衰竭的調(diào)節(jié)。研究發(fā)現(xiàn)miR-223轉(zhuǎn)基因小鼠可自發(fā)性發(fā)生心肌肥大和心力衰竭，敲除了miR-223基因的小鼠不發(fā)生心臟病理性肥大。從機制上講，miR-223能夠通過與靶基因非編碼區(qū)的結(jié)合抑制抗凋亡蛋白ARC的表達，HRCR可以與之“吸附”，從而下調(diào)它的功能，使下游抗凋亡蛋白ARC表達量增加，抑制病理性心肌肥大和心力衰竭[16]。因此，進一步研究circRNA的作用機制，在防治心肌肥大和心力衰竭方面具有重要意義。

4.2 circRNA與心肌梗死 circRNA CDR1as是小腦變性相關(guān)蛋白-1轉(zhuǎn)錄本的反義序列，具有miR-7a“海綿作用”，即通過調(diào)控miR-7a導(dǎo)致細胞死亡并加快心肌梗死的發(fā)展[17]。miR-7a的過表達可以起到保護心肌細胞的作用，它通過直接抑制凋亡過程相關(guān)的靶基因(PARP和SP1)來使心肌細胞免受缺氧誘導(dǎo)的細胞凋亡[18]。體外和體內(nèi)實驗均表明CDR1as的過表達會通過使miR-7a海綿化而加重心肌梗死，導(dǎo)致PARP和SP1表達上調(diào)，因此，CDR1as可以充當心肌梗死的生物標志物[17]。Geng等[18]在對小鼠心肌梗死模型中CDR1as/miR-7通路功能的研究中發(fā)現(xiàn)，在心肌梗死后的小鼠心肌細胞和體外低氧處理的心肌細胞中，CDR1as表達明顯上調(diào)。

Vausort等[19]最近研究發(fā)現(xiàn)，在心肌梗死病人外周血樣本中，與心肌梗死相關(guān)的circRNA(MICRA)被下調(diào)，而MICRA水平低的病人會發(fā)生左心功能不全，提示MICRA水平可被用作心肌梗死病人左心功能不全發(fā)展的預(yù)測指標。Salgado-Somoza等[20]在隨后的研究中支持了上述發(fā)現(xiàn)，在該研究中，低血MICRA水平的病人在經(jīng)皮介入后再灌注時，左心室功能喪失的風(fēng)險更高。這些研究共同提示circRNA對心肌梗死的診斷具有預(yù)測價值。

4.3 circRNA與動脈粥樣硬化 Burd等[21]研究發(fā)現(xiàn)動脈粥樣硬化性血管疾病與9p21.3號染色體INK4/ARF基因附近單核苷酸的多態(tài)性有關(guān)，突變的核苷酸可以通過改變circANRIL水平進而調(diào)節(jié)INK4/ARF基因的表達。Holdt等[22]發(fā)現(xiàn)，在健康及患病人群中，circANRIL在血管組織以及平滑肌細胞和單核/巨噬細胞中均高表達，而這些組織細胞在動脈粥樣硬化形成中發(fā)揮重要作用。最近，在一項關(guān)于動脈粥樣硬化大鼠模型的研究中發(fā)現(xiàn)，circANRIL的降低可以改善冠狀動脈粥樣硬化、減少細胞凋亡及炎性因子表達、降低內(nèi)皮損傷，因此，circANRIL與動脈粥樣硬化性血管疾病的發(fā)生密切相關(guān)[23]。另外，Liu等[24]研究證實miR-221可通過下調(diào)P27KipI刺激內(nèi)膜增厚，P27KipI是一種細胞周期蛋白依賴性激酶抑制劑，它可以減少血管平滑肌細胞(VSMC)的增殖。最近Bazan等[25]研究表明，在頸動脈斑塊破裂的病人中，血清circR-284水平顯著上調(diào)，同時血清miR-221水平下調(diào)，并且在頸動脈斑塊破裂的早期階段，circR-284與miR-221的比值增高，這提示其可能成為早期診斷頸動脈斑塊破裂的生物標志物。

4.4 circRNA與高血壓 高血壓是最常見的慢性病，也是心血管疾病最重要的危險因素。最近，Wu等[26]通過生物信息學(xué)手段，分析了高血壓病人血液中的circRNA，與正常人相比發(fā)現(xiàn)了13個下調(diào)的circRNA和46個上調(diào)的circRNA，其中有4種circRNA含量(hsa-circ-0000437、hsa-circ-0008139，hsa-circ-0005870和hsa-circ-0040809)在高血壓病人體內(nèi)存在顯著差異，進一步分析證實，49例高血壓病人[血壓超過150/90 mmHg(1 mmHg=0.133 kPa) ]和49名健康者(血壓低于140/90 mmHg)相比，hsa-circ-0005870在血漿中明顯下調(diào)，差異具有顯著性，此外，他們還發(fā)現(xiàn)hsa-circ-0005870與許多生物學(xué)過程有關(guān)，例如細胞的應(yīng)激反應(yīng)，因此，hsa-circ-0005870這種新型的circRNA可能成為一種診斷高血壓疾病的新型生物標志物。

5 展 望

circRNA是新型非編碼RNA分子，具有高度保守性、時序性及組織特異性等生物特征，隨著人們對circRNA調(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄過程的研究，circRNA與人類疾病的相關(guān)性逐步得到認識，同時也發(fā)現(xiàn)了一些與心血管疾病發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)的circRNA，但是目前circRNA與心血管疾病關(guān)系的研究還不夠深入，相信隨著對circRNA的進一步研究以及實驗檢測手段的不斷發(fā)展，未來circRNA可能成為心血管疾病早期的血清學(xué)診斷標志物。