環(huán)狀RNA 的代謝和功能及其在急性心肌梗死診治中的研究進(jìn)展

邢晶波

（山東大學(xué)齊魯醫(yī)學(xué)院 山東 濟(jì)南 250000）

環(huán)狀RNA（Circular RNA, circRNA）是一類具有共價(jià)閉合連續(xù)環(huán)狀結(jié)構(gòu)的非編碼RNA（noncoding RNAs,ncRNAs），主要由宿主基因的外顯子或內(nèi)含子編碼產(chǎn)生。閉合的環(huán)狀結(jié)構(gòu)形態(tài)使環(huán)狀RNA 更具穩(wěn)定性，不易被核糖核酸酶R（ribonuclease R, RNaseR）分解。此外，環(huán)狀RNA 還具有較高的進(jìn)化保守性、組織及發(fā)育階段特異性，具有成為疾病診斷標(biāo)志物及治療靶點(diǎn)的潛力。環(huán)狀RNA可作為微小RNA（micro RNA, miRNA）海綿、參與轉(zhuǎn)錄調(diào)控、承擔(dān)蛋白質(zhì)翻譯模板等發(fā)揮其生物學(xué)作用。急性心肌梗死（acute myocardial infarction, AMI）指由于冠狀動(dòng)脈粥樣斑塊破裂或侵蝕，導(dǎo)致受累冠狀動(dòng)脈完全或近乎完全閉塞，進(jìn)而引發(fā)心肌細(xì)胞缺血缺氧損傷的綜合征，近年來(lái)，我國(guó)AMI 病死率呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。如何進(jìn)一步明確AMI 發(fā)病機(jī)制，發(fā)現(xiàn)有效診療靶點(diǎn)是當(dāng)前相關(guān)研究的重點(diǎn)。本綜述對(duì)環(huán)狀RNA 生物代謝特征及生物學(xué)功能進(jìn)行總結(jié)，著重探討環(huán)狀RNA 在診治AMI 中的研究進(jìn)展，以期為后續(xù)研究提供思路。

1.環(huán)狀RNA 的代謝

1.1 環(huán)狀RNA 的合成

在細(xì)胞轉(zhuǎn)錄過(guò)程中，RNA 聚合酶Ⅱ（RNA polymeraseⅡ，RNA Pol II）結(jié)合染色體DNA 轉(zhuǎn)錄獲得信使RNA（messenger RNA, mRNA）前體。mRNA 前體包含內(nèi)含子及外顯子序列，具有5’-端的7-甲基鳥(niǎo)苷酸帽和3’-端的多聚核苷酸尾結(jié)構(gòu)。在剪切體的參與下，mRNA 前體成為可翻譯的成熟mRNA。不同于常規(guī)前體RNA 的剪切，環(huán)狀RNA 是通過(guò)一種稱為反向剪接的特殊選擇性剪接方式產(chǎn)生。環(huán)狀RNA 前體的3'-端通過(guò)3',5'-磷酸二酯鍵連接到其自身或上游外顯子的5'-末端，形成具有反向剪接連接位點(diǎn)的封閉結(jié)構(gòu)。

1.2 環(huán)狀RNA 的定位

環(huán)狀RNA 的定位與其來(lái)源相關(guān)，外顯子來(lái)源的環(huán)狀RNA 通常定位于細(xì)胞質(zhì)中，而某些內(nèi)含子來(lái)源的環(huán)狀RNA多定位于細(xì)胞核內(nèi)。環(huán)狀RNA 出細(xì)胞核的具體機(jī)制尚不明確，HUANG 等認(rèn)為，可能與環(huán)狀RNA 長(zhǎng)度及m6A 甲基化修飾相關(guān)。定位于細(xì)胞核內(nèi)的環(huán)狀RNA 可募集蛋白質(zhì)至染色質(zhì)，調(diào)節(jié)親本基因的表達(dá)。定位于細(xì)胞質(zhì)中的環(huán)狀RNA 多發(fā)揮miRNA 海綿作用，參與基因轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)過(guò)程。此外，一些環(huán)狀RNA 可以以細(xì)胞外囊泡（extracellular vesicle, EV）的形式，分泌到循環(huán)系統(tǒng)或體液中發(fā)揮作用。

1.3 環(huán)狀RNA 的調(diào)節(jié)

環(huán)狀RNA 的生物合成依賴剪切體參與的反向剪切，針對(duì)環(huán)狀RNA生物合成調(diào)節(jié)的相關(guān)機(jī)制尚處于探索階段。LIANG 等研究表明，抑制mRNA 前體的加工修飾會(huì)促使基因的輸出轉(zhuǎn)移為環(huán)狀RNA，說(shuō)明環(huán)狀RNA 與其對(duì)應(yīng)線性RNA 之間存在合成競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系。此外，順式原件內(nèi)含子互補(bǔ)序列（Intron complementary sequence, ICS）和反式因子RNA 結(jié)合蛋白（RNA-Binding Proteins, RBP）也參與環(huán)狀RNA 的合成調(diào)節(jié)。

1.4 環(huán)狀RNA 的降解

環(huán)狀RNA 的細(xì)胞內(nèi)降解機(jī)制尚未完全明確。PARK 等研究表明，m6A 甲基化修飾的環(huán)狀RNA 可以被YT521-B 同源性結(jié)構(gòu)域蛋白2（YT521-B homology-domain-containing proteins 2, YTHDF2）識(shí)別，在人熱反應(yīng)蛋白12（human heat-responsive protein 12, HRSP12）參與下，被核糖核酸酶P/MRP（ribonuclease P/MRP, RNase P/MRP）切割降解。FISCHER 等研究表明，上移碼1 因子（Up-frameshift 1,UPF1）通過(guò)結(jié)合Ras-GTP 酶激活蛋白結(jié)合蛋白1（Ras-GTPase-activating protein-binding protein 1, G3BP1），形成可與mRNA 和環(huán)狀RNA 高度結(jié)構(gòu)化的堿基配對(duì)區(qū)域結(jié)合的結(jié)構(gòu)因子，參與RNA 分子降解過(guò)程。

2.環(huán)狀RNA 的功能

2.1 調(diào)控轉(zhuǎn)錄

環(huán)狀RNA 調(diào)控轉(zhuǎn)錄主要涉及其親本基因，部分環(huán)狀RNA 可暫?；蚪K止上游親本基因的轉(zhuǎn)錄，部分環(huán)狀RNA 發(fā)揮促進(jìn)親本基因轉(zhuǎn)錄的作用。首先，環(huán)狀RNA 可與親本基因特異位點(diǎn)結(jié)合，形成RNA-DNA 雜合體或R-環(huán)（R-loop structure）結(jié)構(gòu)，募集剪切體，終止或暫停親本基因轉(zhuǎn)錄。同時(shí)，包含親本基因內(nèi)含子與外顯子轉(zhuǎn)錄序列的環(huán)狀RNA（exon-intron circRNAs, EIciRNAs）可與細(xì)胞內(nèi)小核RNA（small nuclear RNA, snRNA）相互作用，結(jié)合U1 小核核糖蛋白（U1 small nuclear ribonucleoprotein），進(jìn)而結(jié)合親本基因啟動(dòng)子處RNA 聚合酶Ⅱ（RNA Polymerase II, Pol II），從而發(fā)揮促進(jìn)基因轉(zhuǎn)錄的作用。

2.2 海綿吸附miRNA

史圣甲等研究表明，環(huán)狀RNA 可通過(guò)海綿樣吸附miRNA，進(jìn)而調(diào)節(jié)上游mRNA 表達(dá)水平，從而發(fā)揮生物學(xué)作用。環(huán)狀RNA 單酰甘油酯酶（Circular RNA monoglyceride lipase, circ MGLL）可結(jié)合miR-1228/miR-1233/miR-149/miR-924，促進(jìn)睪丸支持細(xì)胞增殖而抑制細(xì)胞凋亡。環(huán)狀RNA TCF25 可海綿樣吸附miR-128，降低miR-128 表達(dá)豐度，增加miR-128 下游靶向因子血管內(nèi)皮細(xì)胞生長(zhǎng)因子C（vascular endothelial growth factor C,VEGF-C）的表達(dá)，從而起到促進(jìn)膀胱癌細(xì)胞生長(zhǎng)增殖、遷移侵襲的作用。目前關(guān)于環(huán)狀RNA 海綿吸附miRNA的研究是探究其生物學(xué)機(jī)制的熱點(diǎn)，但由于環(huán)狀RNA 的豐度較低，且與miRNA 結(jié)合位點(diǎn)有限，故其實(shí)際生物學(xué)效應(yīng)仍待進(jìn)一步驗(yàn)證。

2.3 翻譯合成蛋白質(zhì)

由于環(huán)狀RNA 缺乏5’-端帽狀結(jié)構(gòu)和3’-端尾狀結(jié)構(gòu)，故其翻譯不同于真核生物常規(guī)mRNA 的翻譯方式，只能通過(guò)獨(dú)立于帽結(jié)構(gòu)的方式進(jìn)行。參與環(huán)狀RNA 翻譯的機(jī)制包括：（1）m6A 甲基化修飾。在真核翻譯起始因子4γ2（eukaryotic translation initiation factor 4 gamma 2,eIF4G2）、YTH 結(jié)構(gòu)域家族蛋白3（YTH domain family protein 3, YTHDF3）參與下，單個(gè)m6A 甲基化修飾位點(diǎn)足以驅(qū)動(dòng)環(huán)狀RNA 翻譯，該過(guò)程同時(shí)受到甲基轉(zhuǎn)移酶樣因子3/14（methyltransferase-like 3/14）、去甲基化酶FTO（demethylase fat mass and obesity-associated, FTO）以及熱休克蛋白的影響。（2）一些人工合成和天然存在的內(nèi)源性環(huán)狀RNA 含有核糖體進(jìn)入序列（internal ribosome entry site, IRES），可以直接募集核糖體進(jìn)行翻譯。2 種機(jī)制相輔相成，共同參與環(huán)狀RNA 的翻譯進(jìn)程。

2.4 與蛋白質(zhì)相互作用

環(huán)狀RNA 與蛋白質(zhì)的直接相互作用主要體現(xiàn)在改變結(jié)合蛋白質(zhì)之間的相互作用、參與RNA 轉(zhuǎn)錄后調(diào)節(jié)、募集蛋白質(zhì)到染色體、調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)的核質(zhì)分布4 個(gè)方面。目前關(guān)于環(huán)狀RNA 與蛋白質(zhì)直接相互作用的研究尚處于開(kāi)端階段，具體調(diào)控機(jī)制尚不明確，有待進(jìn)一步研究證實(shí)。

3.環(huán)狀RNA 在ST 段抬高型心肌梗死中的研究進(jìn)展

AMI 是冠心病疾病進(jìn)程中高致死率的急性加重階段，是針對(duì)其表觀遺傳學(xué)的發(fā)病機(jī)制研究的研究熱點(diǎn)。環(huán)狀RNA 作為當(dāng)下表觀遺傳學(xué)研究方向之一，其與AMI的相關(guān)性也受到人們的關(guān)注。關(guān)于環(huán)狀RNA 對(duì)AMI 發(fā)病機(jī)制的研究，主要集中于環(huán)狀RNA 參與的梗死后心肌修復(fù)方面。2021 年，CHENG 等研究證實(shí)抑制環(huán)狀RNA Postn 表達(dá)可減少梗死心肌組織中膠原蛋白表達(dá)，抑制心肌重構(gòu)，減少梗死面積。這與環(huán)狀RNA Postn 海綿樣吸附miR-96-5p，上調(diào)下游B 細(xì)胞白血病/淋巴瘤凋亡調(diào)節(jié)因子相互作用蛋白3（B-Cell Leukemia/Lymphoma 2 Apoptosis Regulator Interacting Protein 3, BNIP3）表達(dá)，加重miR-96-5p/BNIP3 軸誘導(dǎo)的心肌細(xì)胞損傷有關(guān)。遵義醫(yī)科大學(xué)學(xué)者仇治梅同樣證實(shí)環(huán)狀RNA ERBB2IP 可以靶向結(jié)合miR-145a-5p，調(diào)節(jié)Smad5 的表達(dá)能夠促進(jìn)心臟微血管內(nèi)皮細(xì)胞（cardiac micro vascular endothelial cells, CMECs）的增殖、遷移和新生微血管形成，對(duì)梗死心肌血供恢復(fù)起到促進(jìn)作用。

綜上所述，環(huán)狀RNA 既可促進(jìn)梗死心肌細(xì)胞的凋亡，又可促進(jìn)梗死心肌修復(fù)，為心肌梗死后治療提供了全新的治療靶點(diǎn)。關(guān)于環(huán)狀RNA 在AMI 中的診斷價(jià)值方面，YIN 等通過(guò)基因芯片方式分析了3 例AMI 和3 例對(duì)照組環(huán)狀RNA 表達(dá)差異，共篩選出650 個(gè)差異表達(dá)環(huán)狀RNA，涉及多種細(xì)胞生物進(jìn)程，同時(shí)也為環(huán)狀RNA 在AMI中的診斷價(jià)值提供了思路。