環(huán)狀RNA HIPK3在心血管疾病中的研究進展

盧虹宇，蘇曉桃綜述，秦 超審校

0 引 言

心血管疾病(cardiovascular disease，CVDs)是我國發(fā)病率和病死率最高的疾病之一，給人類的健康和經濟帶來了巨大的負擔，現已成為危害人類生命健康的重大公共衛(wèi)生問題。盡管過去的幾十年里在治療CVDs方面取得了一些進展，但CVDs的發(fā)病率和病死率仍在逐年上升，給我國的醫(yī)療體系帶來了巨大的壓力[1]。環(huán)狀RNA(circular RNAs, circRNA)作為一種特殊的非編碼RNA，不具有5'端帽子和3'端 poly(A)尾巴，其特征是線性前體RNA通過反向剪接體機制介導3'端和5'端相連而形成的共價閉環(huán)結構[2]。這種環(huán)狀結構大大增加了circRNA的穩(wěn)定性，使得circRNA不易被外切酶RNase R降解[3]。 CircRNA可作為轉錄調節(jié)因子、microRNA海綿，影響基因表達和調控。此外，研究顯示，circRNA也可以與RNA結合蛋白(RNA binding protein, RBP)相互作用充當蛋白質誘餌、支架和募集者，還能作為蛋白模板翻譯成蛋白質[3-4]。目前認為circRNA可作為心血管系統(tǒng)的基因調節(jié)因子參與介導CVDs的發(fā)生和發(fā)展，在心血管系統(tǒng)發(fā)育、病理生理變化過程中具有重要的調節(jié)功能，是近年來心血管疾病非編碼RNA(non-coding RNA,ncRNA)治療的研究熱點[5]。越來越多的研究表明，circHIPK3可作為心臟發(fā)育和多種CVDs重要的基因調控因子。在這里，我們主要總結和討論了circHIPK3在心肌和血管中的生物學特性、功能、細胞效應以及與CVDs的關系，為探索circHIPK3在CVDs的發(fā)病機制、臨床診斷和治療上提供新的方向。

1 CircHIPK3的概述

人體中同源域相互作用蛋白激酶3 (homeodomain interacting protein kinase 3,HIPK3)基因的含量尤其豐富，其反向剪接率高，位于11p13染色體上，由7551個堿基對組成[6]。在人體中circHIPK3(hsa_circ_0000284)由HIPK3基因的第二外顯子的環(huán)化產生，位于chr11:33307958-33309057(GRCh37)，序列長度為1099 bp。CircHIPK3它在人體的肺、心臟、胃、結腸、大腦及其他組織器官的組織細胞中大量表達[7]。許多研究報道，circHIPK3具有調節(jié)細胞行為的作用，并在特定疾病中表現出致癌或腫瘤抑制功能，被當作為致癌基因或腫瘤抑制因子。例如，Zheng 等[8]研究發(fā)現，circHIPK3 在胃癌、乳腺癌、腎透明細胞癌等惡性腫瘤中高表達，可以競爭性結合 9 種 miRNA 而調控細胞增殖。多項研究表明，circHIPK3通過作為內源性miRNA的海綿發(fā)揮多種生物學功能[8-9]，也可以與RBP結合調節(jié)蛋白質功能[10]。CircHIPK3 的RBP結合密度較低，目前研究發(fā)現與其互作的蛋白質較少，這種互作的功能目前還不是很清楚，因此需要更多地開展circHIPK3-蛋白相互作用的研究。研究表明，circHIPK3在小鼠、大鼠和人類心臟中的含量豐富，并且表達保守[10]，與多種CVDs發(fā)病機制中的細胞增殖、凋亡、血管生成和纖維化高度相關。由于circHIPK3主要表達于心肌和內皮細胞的胞質中[14-33]，這提示circHIPK3主要通過介導轉錄后調控機制參與CVDs病理生理過程，且大多數是通過作為內源性的microRNA海綿來發(fā)揮分子生物功能[8]。

2 CircHIPK3與心臟

2.1 CircHIPK3調節(jié)心肌細胞的自噬與凋亡心肌細胞通過凋亡和自噬調節(jié)心臟自身穩(wěn)態(tài)和適應應激，參與介導心肌梗死(myocardial infarction, MI)和心力衰竭等心臟損傷疾病的發(fā)病機制[12-14]。Qiu等[15]研究發(fā)現，心肌缺血再灌注(ischemia/reperfusion, I/R)損傷時circHIPK3表達上調，通過circHIPK3/miR-20b-5p/ATG7信號通路提高心肌缺血再灌注過程中心肌細胞的自噬水平，導致進一步的心肌損傷。Bai等[16]發(fā)現，在缺血再灌注人心肌細胞中circHIPK3表達上調。CircHIPK3充當內源性miR-124-3p海綿，使心肌細胞的增殖能力受到抑制，凋亡被激活，加重了心肌缺血再灌注損傷。Cheng等[17]研究發(fā)現，在高糖培養(yǎng)條件下，心肌細胞circHIPK3表達是下調的，通過circHIPK3/miR-29b/AKT3信號通路抑制心肌細胞凋亡，保護心肌細胞免受缺血再灌注損傷。Wu等[18]研究表明，circHIPK3在MI小鼠心肌組織和體外細胞模型中表達顯著增加，沉默circHIPK3可以上調miR- 93-5p，抑制Rac1/PI3K/Akt通路的激活，減少心肌細胞凋亡，從而減少心臟梗死面積，改善MI誘導的心功能障礙。Fan等[19]研究結果表明，circHIPK3在脂多糖(lipopolysaccharide,LPS)誘導的心肌炎動物模型和H9c2細胞中表達顯著上調。在體內，敲低circHIPK3可有效減輕炎癥性心肌組織損傷，改善心功能，抑制心肌細胞凋亡。在體外，circHIPK3敲低后心肌細胞的炎癥表達也可部分逆轉。

以上研究結果提示，抑制circHIPK3的表達可減少缺血再灌注和炎癥性心肌細胞自噬和凋亡水平，緩解心肌的損傷，調節(jié)心肌的穩(wěn)態(tài)和適應應激，有可能成為MI和心肌損傷的潛在治療靶點。

2.2CircHIPK3調節(jié)心肌纖維化大多數CVDs在疾病的不同階段常伴隨著心肌纖維化的發(fā)生，是一種常見的病理類型。心臟纖維化影響心臟重構和完整性的維護，在心力衰竭的發(fā)生和發(fā)展中發(fā)揮關鍵的作用[20-21]。Liu等[22]，研究發(fā)現，在缺氧環(huán)境下小鼠心肌成纖維細胞(cardiac fibroblasts,CFs)中circHIPK3表達顯著上調。CircHIPK3促進了缺氧條件下CFs的增殖、遷移和表型改變，而沉默circHIPK3后這些過程會受到抑制。CircHIPK3作為內源性miR-152-3p海綿，通過circHIPK3/miR-152-3p/TGF-β2軸調控CFs的增殖、遷移和表型轉化，加速心臟纖維化的發(fā)展。血管緊張素II(Angiotensin II, Ang II)通過血管炎癥、氧化應激、重構等多種機制誘導心肌纖維化和心功能障礙，在CVDs的發(fā)病機制上起著主要的作用[23]。Ni等[24]研究發(fā)現，Ang II誘導后CFs和心臟組織中circHIPK3表達顯著上調。沉默circHIPK3可降低miR-29b-3p靶基因a- SMA/COL1A1/COL3A1的表達水平，調節(jié)Ang II誘導后的CFs增殖、遷移和心肌纖維化的發(fā)展，改善心臟舒張功能。Wang等[7]研究發(fā)現，糖尿病心肌病(diabetic cardiomyopathy, DCM)小鼠模型中，circHIPK3的表達顯著增加。CircHIPK3通過作為miR-29b-3p海綿，上調Col1a1/Col3a1的表達水平，促進DCM期間心肌纖維化的增加，而敲除circHIPK3可減輕DCM小鼠心肌纖維化程度，改善心功能障礙。

綜上研究結果提示，circHIPK3可加速缺氧、Ang II和糖尿病誘導的心肌纖維化的發(fā)展，在調節(jié)心肌纖維化中起著重要作用。

2.3CircHIPK3調節(jié)心肌重構心肌重構的發(fā)生涉及多種生理病理變化，心肌細胞中Ca2+的積累可以激活鈣相關通路加速心臟重構，導致心功能障礙[25]。Deng等[26]在小鼠體內實驗表明，circHIPK3在MI后中顯著上調，作為內源性miR-17-3p海綿，通過circHIPK3 /miR-17-3p / ADCY6信號通路影響心肌細胞細胞質內Ca2+的分布。CircHIPK3過表達可增加細胞質Ca2+濃度和ADCY6的表達，而circHIPK3低表達可誘導ADCY6表達下調并很好地抑制胞質中Ca2+紊亂，可明顯改善MI后的心肌重構，減輕心功能障礙，減少心力衰竭的發(fā)生。生理性的心肌肥厚可維持心臟功能，而病理性肥厚常導致心室順應性降低，加速心肌不良重塑和向心力衰竭的轉化[27]。Xu等[28]研究表明，circHIPK3在壓力超負荷誘導的心肌細胞中表達顯著上調。CircHIPK3作為內源性miR-185-3p海綿，通過CircHIPK3/miR-185-3p/CaSR基因調控軸發(fā)揮保護心肌肥厚的作用。沉默circHIPK3顯著提高了miR-185-3p的表達水平，導致其靶基因鈣敏感受體(calcium-sensing receptor, CaSR)表達減少，抑制了壓力超負荷誘導的病理性心肌肥厚，減輕心臟重塑并改善心肌功能。

2.4CircHIPK3調節(jié)心肌生成MI或進展性心衰導致的心肌細胞喪失是其發(fā)病率和死亡率的主要原因，然而MI后，心臟的再生能力非常有限[29]。Si等[10]發(fā)現，在心肌細胞中circHIPK3可促進Notch1的乙?；头€(wěn)定性，而Notch1信號通路在胚胎心臟發(fā)育過程中起著維持心肌細胞增殖、分化和心室形成的重要作用[30-31]。心肌細胞增殖和再生可通過Gata4/ circHIPK3/Notch1調控軸調節(jié)，從而改善MI后的心功能障礙。研究結果提示，circHIPK3可誘導心肌細胞再生修復可能成為MI的新治療策略，是預防MI后心衰的一個新治療靶點。但對于心肌再生來說，至今仍屬于一個爭議性較大的領域，其過程非常復雜，具體機制仍需進一步研究。

3 CircHIPK3與血管

3.1 CircHIPK3促進血管內皮細胞增殖和遷移Shan等[31]研究發(fā)現，circHIPK3在人視網膜血管內皮細胞、人冠狀動脈內皮細胞、人臍靜脈內皮細胞等其他血管內皮細胞中均有表達，并且可以介導糖尿病視網膜的血管功能障礙。CircHIPK3在糖尿病視網膜內皮細胞中表達明顯增加，作為內源性miR-30a-3p海綿使VEGFC/FZD4/WNT2的表達水平增加，誘導視網膜內皮細胞增殖和血管功能障礙發(fā)生。而敲減circHIPK3后微血管增殖和管形成能力受到抑制，改善了視網膜血管功能障礙。Hong等[32]研究發(fā)現，circHIPK3通過circHIPK3/miR-328-3p/STAT3信號通路調節(jié)血小板源性生長因子，誘導肺動脈內皮細胞增殖、遷移，促進血管生成。Si等[10]研究提示，circHIPK3在冠狀動脈血管生成中發(fā)揮重要作用。CircHIPK3可以作為miR-133a的海綿，提高結締組織生長因子的表達水平，從而激活冠狀動脈內皮細胞(human coronary artery endothelial cells, HCAEC)，提高了HCAEC的增殖、遷移能力，促進了冠狀動脈血管新生。

此外，CircHIPK3可通過外泌體(Exosomes)途徑調節(jié)血管內皮細胞增殖和遷移。外泌體可攜帶蛋白質、mRNA、非編碼RNA并將其內容物傳遞釋放到靶細胞中，參與調節(jié)靶細胞的功能，在介導細胞間通信發(fā)揮關鍵作用[33-34]。Wang等[35]研究發(fā)現，心肌細胞缺氧后釋放的外泌體中circHIPK3含量增加，并傳遞到血管內皮細胞中，作為內源性miR-29a海綿，降低miR-29a的活性，導致血管內皮生長因A表達增加，促進血管內皮細胞的遷移、增殖和血管生成，從而改善心肌功能和血管功能障礙。exoRBase數據庫RNA-seq分析顯示[39]，在冠心病患者血液外泌體中存在circHIPK3，由此我們可以大膽推測，circHIPK3可能通過外泌體途徑影響內皮細胞功能從而調節(jié)冠心病患者的心臟損傷。

這些研究結果提示circHIPK3可誘導血管內皮的細胞增殖、遷移，促進血管生成，對于心臟來說有利于減少MI后的梗死面積和緩解心功能障礙。

3.2CircHIPK3誘導血管內皮自噬參與動脈粥樣硬化動脈粥樣硬化已被廣泛認為是血管的一種慢性炎癥性疾病，病理過程包括血管內皮細胞損傷、炎癥細胞募集、巨噬細胞死亡增加及清除障礙等多個環(huán)節(jié)[36]。自噬是體內介導正常血管功能的重要過程，參與巨噬細胞膽固醇逆向運輸，從而促進動脈粥樣硬化斑塊的消退[37]。Wei等[38]在體內外實驗證實了在動脈粥樣硬化血管內皮中circHIPK3表達下調，并提出circHIPK3能誘導自噬。ox-LDL可降低人臍靜脈內皮細胞(Human umbilical vein endothelial cells, HUVECs)的自噬水平，而circHIPK3可直接靶向HUVECs中的miR-190b/ATG7提高內皮細胞的自噬水平，并減少HUVECs中脂質的積累。表明circHIPK3可介導內皮細胞自噬和功能障礙的基因調控，發(fā)揮保護血管內皮和減緩動脈粥樣硬化進展的作用。

然而，另一項研究表明，在血管平滑肌中，circHIPK3可通過circHIPK3/miR-637/CDK6軸抑制平滑肌細胞的凋亡，增強增殖能力，加速動脈粥樣硬化的發(fā)展[40]。無論是在血管內皮細胞中還是在血管平滑肌細胞，都表明circHIPK3在動脈粥樣硬化的發(fā)病機制中發(fā)揮重要的作用，但其在動脈粥樣硬化斑塊發(fā)展的環(huán)節(jié)中究竟是起到促進斑塊進展還是消退的作用，目前尚不清楚，因此需要開展更多研究，探索circHIPK3對動脈粥樣硬化形成的影響。

4 結語與展望

大量的研究表明circHIPK3作為一個基因調控因子與心肌纖維化、心肌肥厚、冠狀動脈粥樣硬化、糖尿病心肌病等CVDs發(fā)病機制密切相關。CircHIPK3通過與miRNA、mRNA及RBP互作的網絡機制參與介導細胞增殖、自噬、凋亡和纖維化，在CVDs的病理生理過程中的發(fā)揮著重要作用。然而目前對circHIPK3與RBP的作用研究較少，其在CVDs中作用機制尚未闡明，這或許是今后的研究熱點方向之一。對于circHIPK3是否還存在其他調節(jié)機制或是否具有其他功能我們仍需進一步深入研究。CVDs包括了動脈粥樣硬化、冠心病、心力衰竭、心肌炎等多種疾病類型，而circHIPK3在不同類型CVDs的心肌和血管內皮組織中有不同的表達，并在不同的疾病發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮特定的基因調控功能。 根據circHIPK3在 CVDs 中的作用機制及目前的研究進展，我們認為circHIPK3具有作為CVDs某些疾病病理潛在生物標志物的潛在價值，同時開始展望circHIPK3有一天能成為臨床治療CVDs的靶點或分子靶向治療工具，為CVDs的診斷和治療帶來新的希望。