環(huán)狀RNA 在心力衰竭中作用的研究進(jìn)展

李琳，周蕾

心力衰竭是由于各種原因?qū)е滦氖疑溲统溆δ苁軗p，心排血量無法滿足機(jī)體需求，靜脈系統(tǒng)血液淤積，從而出現(xiàn)心功能不全的臨床綜合征。調(diào)查顯示，2000年中國35～74歲人群慢性心力衰竭患病率為0.9%，據(jù)此保守估計，中國約有400萬例慢性心力衰竭患者［1］。研究顯示，心力衰竭住院患者的病死率為2.8%［2］。有研究者于2011年1月至2012年9月對北京地區(qū)14家醫(yī)院收治的因急性心力衰竭而急診就診的3 335例患者進(jìn)行長達(dá)5年的隨訪發(fā)現(xiàn)，急性心力衰竭患者5年全因死亡率為55.4%，心血管疾?。╟ardiovascular disease，CVD）死亡率為49.6%，中位生存時間為34個月［3］。心力衰竭是多種心臟疾病發(fā)展的終末階段，對人類的生存和健康造成了嚴(yán)重威脅。因此，發(fā)現(xiàn)可以早期診斷和靶向治療心力衰竭的生物標(biāo)志物具有重要意義。

1976年，SANGER等［4］最先提出環(huán)狀RNA（circular RNA，circRNA）的概念，其發(fā)現(xiàn)這是一種植物類病毒，表現(xiàn)為單鏈共價閉合結(jié)構(gòu)。起初，人們認(rèn)為circRNA是異常的RNA剪接產(chǎn)物，但是隨著高通量測序技術(shù)和生物信息學(xué)的進(jìn)步，2013年MEMCZAK等［5］發(fā)現(xiàn)，針對小腦變性相關(guān)蛋白1反義轉(zhuǎn)錄物（cerebellar degeneration-related protein 1 transcript，CDR1as）的人類circRNA在神經(jīng)發(fā)育中發(fā)揮著作用。不同于線性RNA，circRNA沒有5'帽或3'尾結(jié)構(gòu)，因而不易被細(xì)胞中的核酸外切酶降解，其生物學(xué)特征包括在不同器官中高度表達(dá)、在體內(nèi)穩(wěn)定存在、進(jìn)化過程中高度保守、表達(dá)具有組織特異性［6-7］。作為一種單鏈共價閉合的非編碼RNA，circRNA在體內(nèi)穩(wěn)定存在，具有“海綿效應(yīng)”，能夠調(diào)節(jié)基因表達(dá)，參與轉(zhuǎn)錄，編碼蛋白質(zhì)［7］。目前已知circRNA的合成方式主要有3種，分別是“套索驅(qū)動環(huán)化”模型、“內(nèi)含子配對驅(qū)動環(huán)化”模型以及“RNA結(jié)合蛋白驅(qū)動的環(huán)化”模型［8］。依據(jù)剪接機(jī)制和外顯子/內(nèi)含子的存在情況，circRNA可分為內(nèi)含子環(huán)狀RNA（circular intronic RNA，ciRNA）、外顯子-內(nèi)含子環(huán)狀RNA（exon-intron circular RNA，EIciRNA）和外顯子環(huán)狀RNA（exonic circular RNA，EcircRNA）［9］。心力衰竭的發(fā)生、發(fā)展與心肌肥大、心肌纖維化、心肌細(xì)胞凋亡有關(guān)，而circRNA在其中扮演著不可或缺的角色。本文主要綜述了circRNA在心力衰竭中的作用，以期為早期診斷和治療心力衰竭提供科學(xué)依據(jù)。

1 circRNA對心肌肥大的影響

心功能受損時，心腔擴(kuò)大、心肌肥厚，可導(dǎo)致心肌細(xì)胞、細(xì)胞外基質(zhì)、膠原纖維網(wǎng)等發(fā)生改變，即心室重塑，這是心力衰竭發(fā)生發(fā)展的基本病理機(jī)制。而不同circRNA在心肌肥大中扮演著不同的角色，其可通過調(diào)控下游靶基因而參與心肌肥大過程，從而加重或緩解心力衰竭。因此，circRNA可能成為心肌肥大和心力衰竭的治療靶標(biāo)。

1.1 促進(jìn)心肌肥大 LI等［10］研究發(fā)現(xiàn)，在血管緊張素Ⅱ（AngiotensinⅡ，AngⅡ）處理的新生小鼠心室心肌細(xì)胞（neonatal mouse ventricular cardiomyocyte，NMVC）的細(xì)胞質(zhì)中circRNA_000203表達(dá)升高；雙熒光素酶報告基因分析顯示，circRNA_000203通過阻斷miR-26b-5p、miR-140-3p與Gata4基因的3'尾隨序列的相互作用而上調(diào)Gata4表達(dá)，從而發(fā)揮促心肌肥大作用。circRNA circSlc8a1是心肌細(xì)胞中miR-133a的內(nèi)源性“海綿”，其可競爭性地吸附miR-133a，從而抑制miR-133a活性。LIM等［11］利用9型腺相關(guān)病毒（adenoassociated virus serotype 9，AAV9）載體使小鼠強(qiáng)制表達(dá)circSlc8a1，結(jié)果顯示，其miR-133a靶標(biāo)血清反應(yīng)因子（serum response factor，SRF）、結(jié)締組織生長因子（connective tissue growth factor，CTGF）、腎上腺素能受體β1（adrenoceptor beta 1，ADRβ1）和腺苷酸環(huán)化酶6（adenylate cyclase 6，ADCY6）的表達(dá)增加，小鼠發(fā)生了心肌肥大；而敲除circSlc8a1后，小鼠的左心室內(nèi)徑、室間隔厚度、心肌細(xì)胞寬度減小，心功能明顯改善，心臟壓力超負(fù)荷引起的心肌肥大有所減輕。LIN等［12］研究發(fā)現(xiàn)，circ_0001006在心肌肥厚小鼠和AngⅡ處理的心肌細(xì)胞中表達(dá)上調(diào)，雙熒光素酶報告基因分析證實，其通過抑制靶向P21活化激酶6（P21-activated kinase 6，PAK6）的miR-214-3p而促進(jìn)心肌肥大；而敲除circ_0001006后miR-214-3p表達(dá)增加，PAK6表達(dá)下調(diào)，從而可以緩解心肌肥大。

1.2 抑制心肌肥大 WANG等［13］通過敲除miR-223及轉(zhuǎn)基因miR-223小鼠模型發(fā)現(xiàn)，心臟相關(guān)環(huán)狀RNA（heart-related circRNA，HRCR）作為一種內(nèi)源性miR-223“海綿”，可吸附于miRNA-223而抑制miRNA-223的活性，進(jìn)而促進(jìn)miR-223下游靶標(biāo)含胱冬肽酶富集功能域的凋亡抑制因子（apoptosis repressor with caspase recruitment domain，ARC）的表達(dá)增加，從而抑制心肌肥大和心力衰竭，提示由HRCR、miR-223和ARC組成的抑制心肌肥大的調(diào)節(jié)通路具有保護(hù)心肌的作用。另一方面，PAN等［14］在用AngⅡ處理的心肌細(xì)胞及橫向主動脈縮窄（transverse aortic constriction，TAC）手術(shù)誘導(dǎo)小鼠心肌肥大的實驗中發(fā)現(xiàn)，circNfix在心肌細(xì)胞中表達(dá)下調(diào)，而circNfix過表達(dá)可阻止心肌肥大進(jìn)展，其可作為“分子海綿”吸附miR-145-5p，進(jìn)而靶向激活轉(zhuǎn)錄因子3（activating transcription factor 3，ATF3）而抑制壓力超負(fù)荷誘導(dǎo)的心肌肥大。

2 circRNA對心肌纖維化的影響

circRNA可以通過參與心肌纖維化的進(jìn)程而調(diào)節(jié)心力衰竭的發(fā)生發(fā)展，這提示circRNA可能是防治心肌纖維化的潛在靶點。

2.1 促進(jìn)心肌纖維化 ZHOU 等［15］研究發(fā)現(xiàn)，circRNA_010567在用AngⅡ處理的糖尿病小鼠心肌細(xì)胞和心臟成纖維細(xì)胞（cardiac fibroblast，CF）中表達(dá)升高；而沉默circRNA_010567可以上調(diào)miR-141和下調(diào)轉(zhuǎn)化生長因子（transforming growth factor，TGF）-β1的表達(dá)，導(dǎo)致纖維相關(guān)蛋白表達(dá)減少，從而延緩心肌纖維化。NI等［16］研究發(fā)現(xiàn)，circHIPK3可作為“海綿”吸附miR-29b-3p而增加靶基因α-平滑肌肌動蛋白（alpha-smooth muscle actin，α-SMA）的表達(dá)，促進(jìn)CF增殖和遷移；其進(jìn)一步研究證實，沉默circHIPK3和過表達(dá)miR-29b-3p均能夠預(yù)防AngⅡ誘導(dǎo)的心肌纖維化。

2.2 抑制心肌纖維化 ZHU等［17］研究發(fā)現(xiàn)，心肌梗死小鼠心臟樣本及用TGF-β處理的原代成人CF中circNFIB表達(dá)減少，指出circNFIB作為miR-433的內(nèi)源性“海綿”，可抑制miR-433模擬物誘導(dǎo)的促CF增殖作用，從而降低原代成人CF增殖率。已有研究表明，miR-125b可促進(jìn)心肌纖維化［18］；SUN等［19］進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，circ_LAS1L具有多個miR-125b結(jié)合位點，并證實circ_LAS1L過度表達(dá)可促進(jìn)下游靶基因分泌卷曲相關(guān)蛋白5（secreted frizzled-related protein 5，SFRP5）的表達(dá)，抑制α-SMA、膠原蛋白Ⅰ和膠原蛋白Ⅲ的表達(dá)及CF的增殖和遷移。GUO等［20］研究表明，circ_0036176及其翻譯的MYO9A-208蛋白可能是預(yù)防心肌纖維化的潛在靶標(biāo)，其可通過抑制細(xì)胞周期蛋白/抑癌基因Rb途徑而抑制CF增殖；然而miR-218-5p與circ_0036176結(jié)合后，可在轉(zhuǎn)錄水平上抑制circ_0036176表達(dá)MYO9A-208蛋白，消除circ_0036176抑制心肌纖維化的作用。

3 circRNA對心肌細(xì)胞凋亡的影響

心肌細(xì)胞凋亡是心肌細(xì)胞的一種程序性死亡方式，心肌細(xì)胞減少可使心肌整體收縮力下降，心臟射血能力降低，從而加速心力衰竭進(jìn)展。目前已經(jīng)有很多研究發(fā)現(xiàn)，circRNA在心肌細(xì)胞凋亡的病理生理過程中扮演了重要角色［21-22］。

3.1 促進(jìn)心肌細(xì)胞凋亡 WANG等［23］通過建立小鼠原代心肌細(xì)胞模型和小鼠肝臟缺血再灌注損傷模型發(fā)現(xiàn)，線粒體裂變和凋亡相關(guān)環(huán)狀RNA（mitochondrial fission and apoptosis-related circRNA，MFACR）可通過下調(diào)miR-652-3p而增加MTP18表達(dá)水平，促進(jìn)線粒體分裂及心肌細(xì)胞凋亡。FENG等［24］研究發(fā)現(xiàn)，慢性心力衰竭（chronic heart failure，CHF）患者外周血中circ_0040414表達(dá)水平明顯高于健康對照者，進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，circ_004041可作為“海綿”吸附miR-186-5p而抑制AKT信號通路，上調(diào)磷酸酶和張力蛋白同源物（phosphatase and tensin homolog，PTEN）的表達(dá)，還可通過miR-186-5p/PTEN/AKT軸增加促凋亡蛋白Bax、Cleaved Caspase-3的表達(dá)水平，并降低抗凋亡蛋白Bcl-2的表達(dá)水平；而敲低circ_0040414可以抑制炎癥、細(xì)胞凋亡并促進(jìn)心肌細(xì)胞增殖。ZHANG等［25］研究發(fā)現(xiàn)，心力衰竭大鼠心肌組織中circ_0062389的表達(dá)水平明顯高于正常大鼠，而沉默circ_0062389可以通過調(diào)節(jié)TGF-1/Smad3信號通路而降低TGF-1、Smad3蛋白表達(dá)水平，從而減少心力衰竭大鼠心肌細(xì)胞凋亡。

3.2 抑制心肌細(xì)胞凋亡 mmu_circ_000338是一種心臟壞死性凋亡相關(guān)環(huán)狀RNA（cardiac-necroptosis-associated circRNA，CNEACR），GAO等［26］研究發(fā)現(xiàn)，缺氧復(fù)氧（hypoxiareoxygenation，H/R）暴露的心肌細(xì)胞和心肌缺血/再灌注（ischemia/reperfusion，I/R）損傷模型小鼠心臟中mmu_circ_000338表達(dá)水平降低，CNEACR可減少由H/R引起的心肌細(xì)胞凋亡，抑制I/R損傷模型小鼠的心肌壞死，縮小心肌梗死面積，改善小鼠心臟功能。分析其機(jī)制，CNEACR可直接與細(xì)胞質(zhì)中的組蛋白去乙?；?（histone deacetylase 7，HDAC7）結(jié)合，并對其進(jìn)入細(xì)胞核造成干擾，這減弱了HDAC7依賴性抑制叉頭框蛋白A2（forkhead box protein A2，F(xiàn)OXA2）的轉(zhuǎn)錄，抑制了受體相互作用蛋白激酶3（receptorinteracting protein kinase 3，RIPK3）基因的表達(dá)；此外，CNEACR介導(dǎo)的FOXA2上調(diào)可抑制RIPK3依賴性心肌細(xì)胞壞死/壞死性凋亡。

4 circRNA可作為心力衰竭的生物標(biāo)志物

超聲心動圖、胸部X線檢查及腦鈉肽（brain natriuretic peptide，BNP）、N末端腦鈉肽前體（N-terminal pro-brain natriuretic peptide，NT-proBNP）等實驗室檢查結(jié)果異常的患者可能不會出現(xiàn)心力衰竭的典型癥狀，這可能會影響診斷結(jié)果，因此開發(fā)新的心力衰竭生物標(biāo)志物尤為重要［27］。SUN等［28］對心力衰竭患者和健康對照者的血漿樣本進(jìn)行了circRNA微陣列分析并加以驗證，結(jié)果顯示，與健康對照者相比，心力衰竭患者血漿hsa_circ_0062960表達(dá)水平明顯升高；相關(guān)性分析結(jié)果顯示，hsa_circ_0062960表達(dá)水平與BNP水平呈高度正相關(guān)，指出hsa_circ_0062960有潛力作為心力衰竭的新型生物標(biāo)志物。同樣，HAN等［29］研究顯示，心力衰竭患者h(yuǎn)sa_circ_0097435表達(dá)水平明顯升高；RNA下拉實驗和AGO2免疫沉淀實驗表明，hsa_circ_0097435可能作為“海綿”吸附多個miRNA而在心力衰竭發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮作用；指出hsa_circ_0097435可以作為一種心力衰竭生物標(biāo)志物。盡管需要進(jìn)一步研究論證，但目前許多研究結(jié)果支持將circRNA作為心力衰竭的生物標(biāo)志物［30-31］。

5 小結(jié)及展望

綜上所述，circRNA可以通過影響心肌肥大、心肌纖維化、心肌細(xì)胞凋亡等病理機(jī)制而參與心力衰竭的發(fā)生、發(fā)展，其有望成為心力衰竭新的治療靶點。目前關(guān)于circRNA在心力衰竭中作用機(jī)制的研究尚處于起步階段，還有許多問題亟待解決，如大部分研究集中在細(xì)胞和動物水平，尚缺乏相關(guān)臨床試驗；關(guān)于circRNA與舒張性心力衰竭關(guān)系的研究甚少，主要集中在circRNA對心臟收縮功能的影響；因而circRNA是否可以作為心力衰竭標(biāo)志物尚需要進(jìn)一步的臨床研究進(jìn)行驗證。相信隨著對circRNA的進(jìn)一步研究以及實驗檢測手段的不斷發(fā)展，未來能夠利用circRNA早期診斷及治療心力衰竭。

作者貢獻(xiàn)：周蕾進(jìn)行文章的構(gòu)思與設(shè)計、可行性分析，負(fù)責(zé)文章的質(zhì)量控制及審校，對文章整體負(fù)責(zé)、監(jiān)督管理；李琳進(jìn)行文獻(xiàn)/資料收集、整理，撰寫論文；李琳、周蕾進(jìn)行論文的修訂。

本文無利益沖突。