環(huán)狀RNA：特應性皮炎研究的新希望

施建新，趙珩，嚴炯，王崢嶸，陳雪，劉青，王亞杰

(1.南京中醫(yī)藥大學附屬醫(yī)院，江蘇 南京 210029；2.南京大學附屬醫(yī)院金陵醫(yī)院，江蘇 南京 210016)

0 引言

特應性皮炎(atopic dermatitis，AD)是一種常見的炎癥性皮膚病，其特征是反復出現(xiàn)濕疹和劇烈瘙癢。這種疾病影響所有年齡和種族的人，對患者和親屬有重大的心理社會影響，是皮膚病造成全球負擔的主要原因[1]。特應性皮炎與多種并發(fā)癥的風險增加有關(guān)，包括食物過敏、哮喘、過敏性鼻炎和精神健康障礙。病理生理學是復雜的，涉及到強烈的遺傳易感性、表皮功能障礙和T細胞驅(qū)動的炎癥。雖然2型機制占主導地位，但越來越多的證據(jù)表明，這種疾病涉及多條免疫途徑[2]。隨著生物信息技術(shù)的不斷的發(fā)展，其中表觀遺傳學的變化(DNA的甲基化及非編碼RNA)已逐漸成為研究熱點[3]。

非編碼RNA(non-coding RNA)分為微小RNA(micro RNA，miRNA)、長鏈非編碼RNA(long non-conding RNA，lnc RNA)、環(huán)狀RNA(ciraclar RNA，Circ RNA)等，雖不參與基因編碼合成蛋白，但卻發(fā)揮著多種重要生物學功能[4]。CircRNA一直被認為是“垃圾”分子，隨著轉(zhuǎn)錄組測序和生物信息學的不斷進展，CircRNA相對lncRNA具有穩(wěn)定和非隨機的特性，在多種物種間具有高度的保守特性。近幾年研究提示，CircRNA參與基因表達的調(diào)控[5]，在多種疾病的發(fā)生[6]、發(fā)展[7]中發(fā)揮作從作用于miRNAs和RNA結(jié)合蛋白，到充當轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子，它們在基因調(diào)控和正常細胞穩(wěn)態(tài)中的重要作用開始被認識。作為ncRNAs的新成員，CircRNAs在多種疾病和腫瘤中的重要作用逐漸被發(fā)現(xiàn)[8]。本文針對CircRNA的結(jié)構(gòu)特點、生物學功能及其與AD的研究進展進行綜述。

1 CircRNA概況

CircRNA因為不是典型的RNA剪切模式產(chǎn)生，所以與線性RNA有明顯的不同。CircRNA通過連接3’和5’末端以及獨特的反向拼接形成環(huán)狀[9]。盡管形成CircRNA的發(fā)生機制仍然不清楚，但是基于包含來自親本基因的外顯子和內(nèi)含子的組分，CircRNA可以分為三類：外顯子環(huán)狀RNA、內(nèi)含子環(huán)狀RNA、外顯子-內(nèi)含子環(huán)狀RNA[10]。另外CircRNA上有許多miRNA應答原件(MREs)，MREs可以結(jié)合很多miRNA，像海綿一樣吸附很多miRNA，所以又稱CircRNA為miRNA海綿[8]。

1.1 CircRNA功能

1.1.1 CircRNA可作為miRNA海綿

人們普遍認為，CircRNA可以作為miRNA海綿或競爭性內(nèi)源RNA(CeRNAs)，其中包括miRNA反應元件(MRE)，通過它們的結(jié)合位點間接調(diào)節(jié)miRNA的靶，即mRNA的表達。例如，一直的CDR1as與阿格蛋白高度相關(guān)，它擁有70多個選擇性保守的MRE，可以通過在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中作為miR-7海綿來阻斷miR-7功能[11]。此外，環(huán)狀RNA可以作為相同的miRNA海綿發(fā)揮不同的作用，也可以作為多個不同的miRNA海綿發(fā)揮相同的作用。CDR1as不僅通過miR-7的海綿作用參與了腫瘤進展，還促進鼻咽癌[12]、乳腺癌[13]和食管鱗癌[14]等，而且通過CDR1as吸附miRr-7影響上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化(EMT)，從而參與二氧化硅誘導的肺纖維化過程[15]。另外CircRNA可以結(jié)合特定的miRNA，吸附它們并抑制其功能，這種現(xiàn)象稱為競爭性內(nèi)源RNA假說。如CDR1as具有74個miR-7的結(jié)合位點，當CDR1as過表達時，能大量結(jié)合miR-7而導致miR-7靶基因的表達水平上升；而當抑制CDR1as表達時，miR-7靶基因的表達水平會降低[16]。上述就是CircRNA最具代表性的海綿吸附作用，也是目前最為深入的功能研究。

1.1.2 CircRNA調(diào)控基因的轉(zhuǎn)錄

2017年同種人類誘導多能干細胞(HiPSC)在人體內(nèi)首次替換組織已成為現(xiàn)實[17]。這一里程碑式的移植成功重新喚起了人們對基于HiPSC研究的興趣。然而，大多數(shù)研究仍然依賴皮膚活檢組織中的成纖維細胞作為HiPSC(F-hiPSC)的來源。實驗人員通過臍帶血誘導HiPSC時發(fā)現(xiàn)，臍血HiPSC與F-hiPSC基本沒有差別，還在臍血HiPSC轉(zhuǎn)錄水平上發(fā)現(xiàn)特定的CircRNA亞群，除了揭示多潛能基因調(diào)控網(wǎng)絡的復雜性外，還是提示我們CircRNA參與了基因的轉(zhuǎn)錄[18]。另外一項研究中[19]，研究者確定了一個源于Foxp1基因的高表達CircRNA(hsa CIRC 0001320)，并在功能上確定了它的作用。盡管Foxp1mRNA可以像其他細胞系一樣產(chǎn)生30多種不同的CircRNA[20-21]，但只有CircFOXP1在間充質(zhì)干細胞中有持續(xù)的高表達。結(jié)果表明CircFOXP1由5個外顯子組成，兩側(cè)是包含許多重復序列的內(nèi)含子，CircFOXP1在MSCs的多能性身份支持中發(fā)揮著關(guān)鍵作用，并參與了MSC分化的調(diào)控。事實上，與未分化的MSCs相比，在所研究的所有體外產(chǎn)生的中胚層衍生物中，CircFOXP1的表達持續(xù)下調(diào)[19]。

1.1.3 CircRNA與蛋白相互作用

CircRNA可以通過與某些蛋白質(zhì)競爭性地相互作用來實現(xiàn)其功能[22]，CircRNA也有蛋白吸附的功能，如CDR1as和SRY CircRNA可與miRNA效應因子阿格蛋白相結(jié)合，從而被降解[20,23]。在多形性膠質(zhì)母細胞瘤(GBM)中，CircSMARCA5可以作為剪接因子SRSF1的海綿，負向調(diào)節(jié)多形性膠質(zhì)母細胞瘤細胞的遷移[11]。此外，CircRNA還可以作為蛋白質(zhì)支架來調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)之間的相互作用。例如，Circ-Foxo3與Cdk2和p21通過形成一個三元復合體，抑制Cdk2的功能。此外，CircFOXO-3還可以調(diào)節(jié)ID-1、E2F1、FAK和HIF1-α，促進這些因子在細胞質(zhì)中的滯留，參與衰老過程[24]。

1.1.4 CircRNA參與蛋白翻譯

研究者發(fā)現(xiàn)在hDPSC成骨過程中，CircAKT3表達上調(diào)，miR-206表達下調(diào)。下調(diào)CircAKT3可抑制ALP/ARS染色和成骨基因表達水平。CircAKT3與miR-206直接相互作用，miR-206抑制hDPSCs的成骨。沉默miR-206部分逆轉(zhuǎn)了CircAKT3基因敲除對成骨的抑制作用。體內(nèi)研究表明，CircAKT3基因的敲除抑制了礦化結(jié)節(jié)的形成和成骨蛋白的表達[25]。來源于CIRC-FBXW7的FBXW7-185aa蛋白可以與FBXW7協(xié)同調(diào)節(jié)c-Myc蛋白的穩(wěn)定性，從而抑制膠質(zhì)瘤的發(fā)生[26]。

2 特應性皮炎與CircRNA的研究進展

特應性皮炎是一種常見的瘙癢性皮膚病[27]，是臨床比較棘手的病癥之一，在世界各地都困擾著大家[28-30]。以前的治療方法通常是對癥治療，隨著生物制劑的不斷進展，近年來的治療的效果已經(jīng)有了長足的進步[31]，臨床治療效果大大改善。但我們對于其發(fā)病機制還不是特別清楚[30]。

AD與尋常型銀屑病的發(fā)病機制有很多相似的地方，它們都是常見的炎癥性疾病，所以治療方案也有相似的地方[32]。很多學者開始探索CircRNA與銀屑病發(fā)病之間的關(guān)系[33]，但涉及CircRNA與AD的研究卻不是很多。丹麥奧爾胡斯大學Kristensen教授[34]等通過對135例皮膚樣本進行深度的RNA-seq測序分析鑒定出了39286個CircRNA，并將銀屑病和AD患者(皮損和非皮損)的CircRNA圖譜與健康對照進行了比較。比較AD皮損皮膚和健康對照時，同樣大多數(shù)在皮損皮膚中下調(diào)。其中最顯著下調(diào)的是CircRHOBTB3、CircDEGS1、CircDEF6、CircSWT1和CircCCDC7；CircRNA(CircTNFRSF21和CircDDX21)顯 著 上調(diào)。AD與銀屑病作為炎癥性皮膚病的典型代表，通過RNAseq的檢測方法，差異表達的CircRNA已經(jīng)被檢測出一部分，檢測出來的CircRNA將來可能可以作為疾病的診斷標志物。但此研究僅僅研究了CircRNA的差異表達，沒有進一步去研究CircRNA在疾病發(fā)病及病理過程中發(fā)揮的作用，這也是將來值得升入研究的地方。

3 小結(jié)

CircRNA近年來已成為國內(nèi)外研究的熱點，許多研究表明，CircRNA參與疾病的發(fā)生和發(fā)展[35]，可作為疾病早期診斷、疾病嚴重程度以及預后評估的指標。不過現(xiàn)在科學家對于CircRNA并沒有完全了解，對于其功能還在不斷的探索[36]。目前在皮膚疾病的研究主要集中在鑒定差異表達等方面，但對于其作用機制及生物過程缺鮮有涉及。AD是臨床治療的難題之一，目前臨床的治療多以對癥為主，通過對CircRNA的研究，可以完善基礎(chǔ)醫(yī)學理論的機理探討和對新藥研發(fā)提供理論指導。

目前，關(guān)于環(huán)狀RNA與蛋白相互作用的研究還處于初步階段，盡管它們是理想的診斷標志物和治療靶點，但遺憾的是，目前尚無基于環(huán)狀RNA的臨床應用獲批。然而，目前已有一些研究顯示出非常有前景的成就。例如，CircPan3、cia-cGAS和CircKcnt2的研究則通過CRISPR/Cas9技術(shù)針對環(huán)狀RNA側(cè)翼內(nèi)含子中的ICS構(gòu)建了環(huán)狀RNA敲除鼠，并避免影響其相應的母基因。環(huán)狀RNA-蛋白互作改變了蛋白，從而可以調(diào)控生命活動，這激勵我們?nèi)ピO計基于(干擾或利用)其相互作用的全新臨床策略。將來對CircRNA的研究可為我們研究、治療AD打開一扇新窗戶，為臨床及科研提供新思路和可能。