環(huán)狀RNA對房顫患者的影響及其作用機(jī)制研究

盧潔，張芯，王濤，楊寧

近20年來，隨著中國人口老齡化，心房顫動（房顫）發(fā)病率呈上升趨勢［1］。房顫的主要癥狀為心悸、乏力、胸悶氣短、頭暈或暈厥等，也有很多房顫患者無臨床癥狀，但發(fā)生血栓栓塞性疾病和心力衰竭等并發(fā)癥的風(fēng)險依然存在［2］。目前，已被證實的房顫的發(fā)病機(jī)制主要有心房的結(jié)構(gòu)重構(gòu)和電重構(gòu)過程、自主神經(jīng)功能紊亂及離子通道的異常，另外還有心肌電傳導(dǎo)的折返學(xué)說、異位局灶觸發(fā)機(jī)制假說等［3-4］。

環(huán)狀RNA（circRNA）為一種非編碼RNA，通過反向剪接共價結(jié)合的方式形成具有特征性的環(huán)狀閉合結(jié)構(gòu)，具有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、表達(dá)豐度高及存在組織或細(xì)胞特異性等特征［5-6］。circRNA在多種疾病的病理和生理過程中發(fā)揮重要作用，如circRNA 可通過與轉(zhuǎn)錄因子和生長因子相互作用，參與腫瘤發(fā)生的生物學(xué)過程［7］。circRNA可以通過“微小RNA（miRNA）海綿機(jī)制”靶向結(jié)合特定的miRNA等參與部分基因的表達(dá)和調(diào)控，進(jìn)而發(fā)揮部分生物學(xué)功能，促進(jìn)或抑制靶基因的表達(dá)［8］。circRNA 可與RNA 結(jié)合蛋白相互作用，在疾病的進(jìn)展或分子信號通路傳遞過程中發(fā)揮作用［9］。circRNA 可與真核生物PolⅡ相互作用，參與其親本基因的轉(zhuǎn)錄或調(diào)節(jié)剪接過程［10］。另有研究證實，circRNA 還具有蛋白質(zhì)編碼功能，如circRNA 的m6A 修飾可以促進(jìn)其自身的翻譯，說明circRNA 在外部刺激下可以編碼蛋白質(zhì)或多肽［11］。circRNA 具有特殊的閉合結(jié)構(gòu)以及多種生物學(xué)功能，這些特性賦予其成為疾病的診斷、預(yù)測及治療新靶點(diǎn)的潛能。

1 circRNA參與調(diào)控心房的結(jié)構(gòu)和電重構(gòu)

心房肌細(xì)胞纖維化是房顫患者發(fā)生心房結(jié)構(gòu)重構(gòu)的基礎(chǔ)，主要表現(xiàn)為細(xì)胞增大、線粒體形狀和功能改變、肌漿網(wǎng)斷裂、膠原蛋白和糖原積聚等超微結(jié)構(gòu)改變，致使心房肌細(xì)胞結(jié)構(gòu)和功能發(fā)生改變，細(xì)胞外基質(zhì)沉積，進(jìn)而引起心肌纖維化，最終導(dǎo)致心肌細(xì)胞間傳導(dǎo)減慢、電壓降低而出現(xiàn)電傳導(dǎo)異常，發(fā)生房顫［12］。既往研究證實，circRNA 參與調(diào)控心肌纖維化過程［13］。比如心肌細(xì)胞中高表達(dá)的circRNA_000203 通過靶向結(jié)合miR-26b-5p 和miR-140-3p導(dǎo)致GATA4表達(dá)上調(diào)而促進(jìn)心肌細(xì)胞肥大［14］；房顫患者血漿中低表達(dá)的hsa_circ_0004104 可以激活轉(zhuǎn)化生長因子（transforming growth factor，TGF）-β信號通路，TGF-β已被證實能夠促進(jìn)心肌細(xì)胞纖維化，故低水平的hsa_circ_0004104 能夠作為房顫持續(xù)性的潛在調(diào)節(jié)劑和生物標(biāo)志物［15］。circRNA POSTN通過特異性結(jié)合miR-96-5p 來調(diào)控BNIP3，進(jìn)而影響心肌細(xì)胞的纖維化過程［16］。不同的circRNA分子通過直接或間接調(diào)控心肌細(xì)胞、成纖維細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞以及平滑肌細(xì)胞等細(xì)胞間相互作用的信號通路，使心臟微環(huán)境穩(wěn)態(tài)失衡，造成細(xì)胞和分子水平上的心臟結(jié)構(gòu)重塑［17］。敲低的mmu_circ_0005019 通過“海綿機(jī)制”靶定結(jié)合miR-499-5 而抑制其靶基因KCNN3的表達(dá)，而抑制KCNN3后能夠抑制編碼小電導(dǎo)鈣活化鉀通道3，延長動作電位持續(xù)時間，從而抑制房顫的發(fā)生，因此，下調(diào)mmu_circ_0005019 能夠抑制心肌細(xì)胞的電重構(gòu)［18］。另有研究認(rèn)為，circRNA 能夠參與房顫的發(fā)病過程，并強(qiáng)調(diào)circRNA 可以作為房顫診療及預(yù)后評估的潛在靶點(diǎn)［19］。因此，circRNA可以通過多條信號通路參與調(diào)控心房的結(jié)構(gòu)和電重構(gòu)過程。

2 circRNA調(diào)控自主神經(jīng)紊亂

心臟的自主神經(jīng)系統(tǒng)包括交感神經(jīng)和副交感神經(jīng)，由一系列嵌套式相互作用的反饋回路中的復(fù)雜神經(jīng)層次結(jié)構(gòu)組成，可控制心臟的傳導(dǎo)系統(tǒng)和心肌收縮組織、調(diào)節(jié)心房組織的自主性及觸發(fā)電生理活動。心臟的自主神經(jīng)系統(tǒng)與房顫的發(fā)生及維持關(guān)系密切，并且其異?；顒涌赡軙T導(dǎo)心房重構(gòu)［20］。心臟自主神經(jīng)功能紊亂將會導(dǎo)致心房組織的興奮性增強(qiáng)，既而發(fā)生房顫。研究證實，房顫發(fā)作時亦會造成心房自主神經(jīng)的不均勻分布，使心房自主神經(jīng)發(fā)生重構(gòu)，而自主神經(jīng)重構(gòu)可增加房顫的發(fā)生率和持續(xù)時間，因此自主神經(jīng)功能紊亂與房顫的發(fā)生及維持互為因果［21］。研究顯示，采取針對心房電活動的自主神經(jīng)干預(yù)治療可以降低房顫的發(fā)生率［22］。心房神經(jīng)節(jié)中存在神經(jīng)調(diào)節(jié)蛋白-1（Neuregulin-1，NRG1）∕紅細(xì)胞白血病病毒癌基因同源物（erythroblastic leukemia viral oncogene homolog，ErbB4）通路，該通路的激活可通過抑制心房神經(jīng)節(jié)活動，延長心房不應(yīng)期而減慢心房電傳導(dǎo)能力，延緩心房電重構(gòu)過程，從而降低房顫的發(fā)生率，提示通過干預(yù)心房神經(jīng)節(jié)中NRG1∕ErbB4 通路的活性有益于房顫的治療［23］。心臟內(nèi)皮細(xì)胞自分泌NRG1∕ErbB4 信號能夠減弱心房肌細(xì)胞的肥大和纖維化，從而抑制心房結(jié)構(gòu)重構(gòu)過程，避免房顫的發(fā)生［24］。circ_ZNF609 可通過miR-615-5p∕MEF2A 通路參與調(diào)節(jié)內(nèi)皮細(xì)胞功能［25］。circHIPK3 可通過miR-29a∕VEGFA 信號通路影響心臟內(nèi)皮細(xì)胞的增殖、遷移及細(xì)胞周期，從而造成內(nèi)皮細(xì)胞功能障礙，進(jìn)而影響內(nèi)皮細(xì)胞自分泌過程，間接影響房顫的發(fā)生［26］。越來越多的研究表明，circRNA 能夠通過多條信號通路調(diào)控心臟內(nèi)皮細(xì)胞的功能，推測某些特定的circRNA 分子能夠間接參與房顫發(fā)病過程中自主神經(jīng)功能的調(diào)控［27］。

3 circRNA與離子通道異常

心臟離子通道的正常開閉對于維持正常的心臟節(jié)律和功能至關(guān)重要，心肌細(xì)胞動作電位與其相應(yīng)的離子通道間的正常生理活動障礙與房顫所導(dǎo)致的嚴(yán)重心臟惡性事件的發(fā)生有關(guān)［28］。離子通道結(jié)構(gòu)和功能的異?？稍斐尚姆考〖?xì)胞電流紊亂，降低心房肌動作電位時程，增加心房異位灶的興奮性，最終導(dǎo)致房顫的發(fā)生［29］。心臟蘭尼堿受體2（ryanodine receptor 2，RYR2）Ca2+釋放通道是心臟興奮-收縮耦聯(lián)所必需的，心房肌細(xì)胞舒張期RYR2的Ca2+泄露會導(dǎo)致房顫的發(fā)生，所以通過穩(wěn)定靶向作用于RYR2的藥物來抑制Ca2+泄露能夠降低房顫的發(fā)生率［30］。研究發(fā)現(xiàn)，房顫患者中circ_7571 和miR-328 表達(dá)呈負(fù)相關(guān)，低表達(dá)的circ_7571 使其對miR-328 靶向結(jié)合作用減弱，而miR_328能夠減弱L型鈣電流，縮短心房動作電位持續(xù)時間，增加房顫的發(fā)生概率［31］。另有研究顯示，circRNA_1000053 表達(dá)下調(diào)，circRNA_1000052通過同時靶定結(jié)合miR_455_5p和瞬時受體電位香草樣蛋白1（TRPV1：一種非選擇性離子通道），進(jìn)而促進(jìn)房顫離子通道功能的改變，間接促使房顫的發(fā)生［32］。絲裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）信號通路具有電壓依賴性，MAPK L 型和α1C 亞基鈣通道（CACNA1C）可能通過阻止心房副交感神經(jīng)重構(gòu)，從而參與房顫的發(fā)生［33］。已有研究表明，hsa_circ_0004872（circMAPK1）可通過其編碼的蛋白質(zhì)circMAPK1-109a 競爭性結(jié)合絲裂原活化蛋白激酶激酶-1（mitogen-activated protein kinase kinase-1，MEK1）來抑制MAPK1 的磷酸化，進(jìn)而抑制MAPK1及其下游因子在MAPK通路中的激活，可見circRNA能夠參與調(diào)控MAPK 信號通路，間接參與調(diào)控房顫發(fā)病過程中離子通道功能的異常變化過程［34］。

4 總結(jié)與展望

circRNA 在房顫的病理生理過程、電生理改變中的作用機(jī)制復(fù)雜多樣，各種因素及環(huán)節(jié)相輔相成，共同促成了房顫的發(fā)生，且部分circRNA 能夠分別參與房顫電離子通道異常、心房的重構(gòu)以及神經(jīng)內(nèi)分泌紊亂的調(diào)控。通過匯總circRNA在房顫患者中的作用機(jī)制，并結(jié)合circRNA 特異性的分子結(jié)構(gòu)及生物學(xué)特性，可見特異性circRNA 分子能同時參與房顫上述發(fā)病機(jī)制中的病生理及電生理變化的可能調(diào)控過程，見圖1。通過測序研究和（或）處于房顫發(fā)病的核心位置的某個關(guān)鍵性的circRNA 分子，該circRNA 分子能同時參與房顫發(fā)病及進(jìn)展的病理生理及電生理過程，可以作為早期預(yù)測和篩查房顫患者的生物標(biāo)志物，為早期篩查房顫患者的高危人群提供依據(jù)，并提供新的分子治療靶點(diǎn)。

Fig.1 Central role of specific circRNAs in patients with atrial fibrillation圖1 房顫患者中特異性circRNA的核心作用