ceRNA網(wǎng)絡(luò)在反復(fù)種植失敗中的研究進(jìn)展

羅加歡綜述 張若鵬審校

1.大理大學(xué)臨床醫(yī)學(xué)院，云南 大理 671000；2.大理大學(xué)第一附屬醫(yī)院生殖醫(yī)學(xué)科，云南 大理 671000；3.大理大學(xué)生殖醫(yī)學(xué)研究所，云南 大理 671000

反復(fù)種植失敗(recurrent implantation failure，RIF)是指年齡小于40歲的不孕癥患者經(jīng)歷至少3個(gè)體外受精(in vitrofertilization，IVF)(包括新鮮胚胎移植和凍融胚胎移植)或胞漿內(nèi)單精子注射(intracytoplasmic sperm injection，ICSI)周期并移植了4個(gè)及以上優(yōu)質(zhì)胚胎而未發(fā)生胚胎著床或臨床妊娠[1-2]。然而胚胎植入率在新鮮胚胎移植中為53.6%，在冷凍胚胎移植中僅為40.2%[2]，其中RIF占IVF的10%左右[3]。RIF一直是ART中尚未攻克的難題。RIF的病因尚未闡釋明了，近年來(lái)隨著對(duì)基因組學(xué)研究的不斷深入發(fā)現(xiàn)競(jìng)爭(zhēng)性內(nèi)源性 RNA(competing endogenous RNAs，ceRNA)參與了RIF廣泛的生物學(xué)過(guò)程，現(xiàn)就ceRNA在RIF的研究進(jìn)展予以綜述。

1 CeRNA及CeRNA網(wǎng)絡(luò)

競(jìng)爭(zhēng)性內(nèi)源性RNA(competing endogenous RNAs，ceRNA)網(wǎng)絡(luò)是指一類通過(guò)與信使RNA(messenger RNA，mRNA)競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合微小RNA(microRNA，miRNA)來(lái)調(diào)控mRNA的水平，由CeRNA-miRNA-mRNA構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)[4]。ceRNA通過(guò)miRNA反應(yīng)元件(miRNA response elements，MRE)與miRNA結(jié)合來(lái)調(diào)節(jié)miRNA活性，達(dá)到減弱miRNA對(duì)靶向mRNA的抑制作用的目的[4]。ceRNA包括蛋白質(zhì)編碼RNA、轉(zhuǎn)運(yùn)RNA、核糖體RNA、人工合成miRNA抑制劑及病毒miRNA抑制劑、長(zhǎng)鏈非編碼RNA(long non-coding RNA，lncRNA)、假基因(pseudogene)及環(huán)狀RNA(circular RNA，circRNA)[5]。其中，lncRNA及circRNA在疾病中的研究較多。

1.1LncRNA LncRNA是一類長(zhǎng)度大于200個(gè)核苷酸的RNA片段，主要位于細(xì)胞核中[6]，也有少部分lncRNA位于細(xì)胞質(zhì)[7]。LncRNA除通過(guò)自分泌作用于自身外，一些lncRNA還可以通過(guò)外泌體運(yùn)輸傳遞到相鄰的細(xì)胞或血清[8]。盡管lncRNA不具有編碼蛋白質(zhì)或肽的功能，但lncRNA獨(dú)特的二級(jí)和三級(jí)結(jié)構(gòu)，使其既具有RNA功能又具有蛋白質(zhì)樣功能[9]。LncRNA通過(guò)控制細(xì)胞核結(jié)構(gòu)和細(xì)胞核中的轉(zhuǎn)錄以及調(diào)節(jié)細(xì)胞質(zhì)中的mRNA穩(wěn)定性，翻譯和翻譯后修飾而成為基因表達(dá)網(wǎng)絡(luò)中的重要調(diào)節(jié)因子[10]。在多種疾病的發(fā)生發(fā)展中起著重要的作用。

1.2 CircRNA CircRNA是一類幾乎存在于生物體所有細(xì)胞的非編碼RNA。CircRNA的3'和5'末端共價(jià)連接形成閉合環(huán)狀單鏈結(jié)構(gòu)，使其能夠抵抗核酸外切酶的水解作用，維持circRNA的相對(duì)穩(wěn)定性及保守性[11]。CircRNA可以作為miRNA海綿來(lái)抑制miRNA功能，參與靶基因的剪接，將基因翻譯成蛋白質(zhì)并與RNA結(jié)合蛋白(RNA binding protein，RBP)相互作用，包括靶基因的發(fā)生、翻譯、轉(zhuǎn)錄調(diào)控和細(xì)胞外運(yùn)輸?shù)壬飳W(xué)過(guò)程[12]。

2 CeRNA網(wǎng)絡(luò)與反復(fù)種植失敗

近年來(lái)，對(duì)ceRNA的研究發(fā)現(xiàn)lncRNA及circRNA在多種疾病的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮著作用，對(duì)于ceRNA在RIF中的研究進(jìn)展尚無(wú)文獻(xiàn)報(bào)道?，F(xiàn)就lncRNA及circRNA作為ceRNA在反復(fù)種植失敗患者的作用及機(jī)制進(jìn)行綜述。

2.1 LncRNA作為ceRNA在RIF中的作用

2.1.1 H19 H19是最先發(fā)現(xiàn)其能轉(zhuǎn)錄成lncRNA的基因之一；H19由母體等位基因表達(dá)[13]。它主要位于細(xì)胞質(zhì)中，長(zhǎng)度為2.3 kb，不產(chǎn)生蛋白質(zhì)。H19在胚胎發(fā)育和生長(zhǎng)控制中高度表達(dá)，但在出生后顯著下調(diào)，除了心臟組織和骨骼肌。研究人員發(fā)現(xiàn)，H19充當(dāng)結(jié)合let-7并抑制其功能的“分子海綿”[14-16]。let-7調(diào)控整合素β3基因的表達(dá)(let-7的過(guò)表達(dá)將抑制整合素β3基因的表達(dá))[17]，以此調(diào)節(jié)子宮內(nèi)膜容受性和胚胎的植入，意味著在ceRNA網(wǎng)絡(luò)中H19/let-7/整合素β3調(diào)節(jié)軸對(duì)子宮內(nèi)膜容受性及胚胎植入產(chǎn)生了影響。ZENG等[18]的研究發(fā)現(xiàn)在RIF中H19的下調(diào)降低整合素β3蛋白的表達(dá)，隨后造成了子宮內(nèi)膜容受性的損害，最終導(dǎo)致植入失敗。也有研究發(fā)現(xiàn)H19作為miR-3187-3p的分子海綿作用于mRNA MGAT3、mRNA INF2、mRNA MYO9B、mRNA CEP170B、mRNA PIP5K1C的表達(dá)，來(lái)調(diào)節(jié)子宮內(nèi)膜代謝過(guò)程以影響子宮內(nèi)膜容受性[19]，即通過(guò)H19/miR-3187-3p/MGAT3，H19/miR-3187-3p/INF2，H19/miR-3187-3p/MYO9B和H19/miR-3187-3p/PIP5K1C調(diào)節(jié)軸來(lái)發(fā)揮作用。

2.1.2 TRG-AS1 T細(xì)胞受體γ基因座反義RNA 1(T cell receptor gamma locus antisense RNA 1，TRG-AS1)與疾病的不良預(yù)后呈正相關(guān)[20]。XU等的研究發(fā)現(xiàn)TRG-AS1競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合miR-424-5p，miR-488-3p和miR-5480-3p促進(jìn)RIF患者子宮內(nèi)膜的mRNA FASLG、mRNA FGL2、mRNA ITGAL等免疫相關(guān)基因的表達(dá)，促進(jìn)免疫應(yīng)答[19]，TRG-AS1作為多個(gè)miRNA的海綿體影響多個(gè)基因的表達(dá)，以此構(gòu)成的ceRNA網(wǎng)絡(luò)促進(jìn)RIF的發(fā)生。

2.1.3 SMIM25 SMIM25又被稱為L(zhǎng)INC01272/GCRL1，位于20號(hào)染色體上。最近的證據(jù)表明它參與了腫瘤細(xì)胞的增殖和轉(zhuǎn)移。有研究證明SMIM25在疾病中具有促炎作用[21-22]。XU等[19]首次在RIF患者的子宮內(nèi)膜的研究中發(fā)現(xiàn)SMIM25作為海綿吸收miR-424-5p，參與調(diào)節(jié)P3H2，CES1和MYD88的轉(zhuǎn)錄或表達(dá)，促進(jìn)子宮內(nèi)膜炎癥的發(fā)生，因此在ceRNA網(wǎng)絡(luò)中 SMIM25/miR-424-5p/P3H2、SMIM25/miR-424-5p/CES1、SMIM25/miR-424-5p/MYD88調(diào)節(jié)軸在RIF發(fā)生及發(fā)展的炎癥學(xué)機(jī)制中具有重要的作用。SUBHASH等[23]對(duì)SMIM25的分子功能進(jìn)行進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)其參與氧化應(yīng)激、細(xì)胞黏附、整合素信號(hào)傳導(dǎo)等多種分子生物過(guò)程。然而SMIM25在RIF中是否也參與了類似的生物學(xué)過(guò)程需進(jìn)一步的研究。

2.1.4 NEAT1 核富集轉(zhuǎn)錄體1(Nuclear Enriched Abundant Transcript 1，NEAT1)位 于 染 色 體11q13.1，由RNA聚合酶Ⅱ(polⅡ)轉(zhuǎn)錄，廣泛表達(dá)于各種哺乳動(dòng)物細(xì)胞中[24]。NEAT1是旁斑(Paraspeckles)的重要結(jié)構(gòu)成分。旁斑作為細(xì)胞核亞結(jié)構(gòu)被置于細(xì)胞核染色質(zhì)區(qū)域，通過(guò)各種機(jī)制參與基因表達(dá)的調(diào)節(jié)，包括mRNA保留、mRNA斷裂、A到I編輯和蛋白質(zhì)捕獲[25-26]。WEST等[27]已經(jīng)表明NEAT1附著于人類細(xì)胞中的多個(gè)基因組位點(diǎn)，主要在活性轉(zhuǎn)錄位點(diǎn)附近。那也就意味著NEAT1參與了基因表達(dá)的調(diào)控。IMAMURA團(tuán)隊(duì)[28]發(fā)現(xiàn)NEAT1通過(guò)與富含脯氨酸/谷氨酰胺的剪接因子結(jié)合來(lái)調(diào)節(jié)先天性免疫反應(yīng)來(lái)調(diào)節(jié)IL8轉(zhuǎn)錄。ZHANG等[29]發(fā)現(xiàn)NEAT1促進(jìn)巨噬細(xì)胞中炎癥小體的活化，最終促進(jìn)炎癥的發(fā)生。XU等[19]的研究發(fā)現(xiàn)NEAT1通過(guò) miR-488-3p、miR-211-5p、miR-345-3p等作用于mRNA LCP1、mRNA CSF1、mRNA ELK4等多種免疫相關(guān)基因調(diào)節(jié)子宮內(nèi)膜容受性而發(fā)揮重要作用，上述研究再次驗(yàn)證了ceRNA網(wǎng)絡(luò)在RIF疾病的作用。

2.1.5 LncRNA ENST00000433673 LncRNA ENST00000433673首次被HUANG等[30]發(fā)現(xiàn)在多囊卵巢綜合征(PCOS)患者的濾泡顆粒細(xì)胞中異常(高)表達(dá)。生信分析發(fā)現(xiàn)LncRNA ENST00000433673的靶mRNAs與生物黏附有關(guān)[31]。大量研究報(bào)道細(xì)胞間黏附分子1(ICAM1)是靶mRNA整合素亞基αL(ITGAL)相互作用的mRNA，是胚胎植入的重要調(diào)節(jié)劑[32-33]。進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)靶標(biāo)mRNA ITGAL和相互作用的mRNA ICAM1在RIF患者的子宮內(nèi)膜組織和子宮內(nèi)膜上皮細(xì)胞(endometrial epithelial cells，EECs)中低表達(dá)[31]。表明lncRNA ENST00000433673的低表達(dá)介導(dǎo)靶mRNA ITGAL的低表達(dá)，從而促進(jìn)相互作用的mRNA ICAM1的表達(dá)抑制和EECs的黏附下降，從而降低胚胎與母體之間的黏附和植入。在LI等[34]的研究中發(fā)現(xiàn)hsa-miR-125a-3p的表達(dá)將促進(jìn)mRNA ITGAL的表達(dá)，而調(diào)控hsa-miR-125a-3p表達(dá)的lncRNA有多種。hsa-miR-125a-3p在子宮內(nèi)膜細(xì)胞的表達(dá)情況尚無(wú)報(bào)道。故lncRNA ENST00000433673是否通過(guò)hsa-miR-125a-3p來(lái)調(diào)控靶mRNA ITGAL的表達(dá)，尚需進(jìn)一步的研究確認(rèn)。

2.2 CircRNA作為ceRNA在RIF中的作用 LIU等[35]通過(guò)對(duì)3個(gè)RIF及3個(gè)對(duì)照組的子宮內(nèi)膜組織活檢進(jìn)行circRNA微陣列分析，并利用qRT-PCR進(jìn)一步驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)在RIF的子宮內(nèi)膜組織中hsa_circRNA_070616、hsa_circRNA_103716，hsa_circRNA_104001、hsa_circRNA_104854的表達(dá)較對(duì)照組明顯上調(diào)，hsa_circRNA_004183、hsa_circRNA_044353、hsa_circRNA_404686的表達(dá)下調(diào)。Hsa_circRNA_070616通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合miR-4786-3p作用于3'-磷酸腺苷5'-磷酸硫酸合成酶1(3'-phosphoadenosine 5'-phosphosulfate synthase 1，PAPSS1)；hsa_circRNA_103716通過(guò)miR-769-5p作用于PAPSS1發(fā)揮作用[36]。在ceRNA網(wǎng)絡(luò)中hsa_circRNA_070616/miR-4786-3p/PAPSS1和hsa_circRNA_103716/miR-769-5p/PAPSS1調(diào)節(jié)軸作用的靶基因均為PAPSS1，PAPSS1是一種合成通用硫酸鹽供體PAPS的雙功能酶[37-38]，由NH2末端的APS激酶結(jié)構(gòu)域和COOH末端的ATP硫化酶結(jié)構(gòu)域組成[37]，主要位于細(xì)胞核中，是哺乳動(dòng)物硫酸鹽代謝的基礎(chǔ)，最近臨床發(fā)現(xiàn)其與越來(lái)越多的人類疾病有關(guān)。然而PAPSS1在RIF中的具體作用機(jī)制尚不完全清楚。然而其他幾個(gè)差異表達(dá)的circRNA具體競(jìng)爭(zhēng)的miRNA及作用的mRNA尚不清楚。

3 展望

RIF一直是困擾生殖科醫(yī)師及科研工作者的難題，近年來(lái)隨著生物信息技術(shù)的應(yīng)用，ceRNA逐漸進(jìn)入了人們的視野，本課題組前期已利用生物信息技術(shù)從GEO數(shù)據(jù)庫(kù)提取數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析，最終獲得了6circRNA，7miRNA，56mRNA 并已構(gòu)建 circRNA-miRNA-mRNA網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)cytoscape軟件的cytohubba插件發(fā)現(xiàn)了4個(gè)核心基因(hub gene)，分別為YWHAZ、JAK2、MYH9、RAP2C基因，并提出了相關(guān)的circRNA-miRNA-核心基因亞網(wǎng)絡(luò)假說(shuō)。課題組將在試驗(yàn)基礎(chǔ)上進(jìn)一步研究其在RIF的作用。總體而言，對(duì)于ceRNA在RIF患者中的研究相對(duì)匱乏，尚需更多研究深入探討ceRNA假說(shuō)在RIF的存在及具體作用機(jī)制，為RIF的病因、診斷、治療、預(yù)后等方面提供新的思路。