環(huán)狀RNA在調(diào)控腸道炎癥中的研究進展

蔣志，蔣麗霞，周元，馮歡怡，陳其城，彭志軍，肖英超，陳志強，唐海林，曹立幸

1.廣州中醫(yī)藥大學第二附屬醫(yī)院，廣東 廣州 510120；

2.暨南大學附屬口腔醫(yī)院(佛山市順德區(qū)大良醫(yī)院)，廣東 佛山 528000；

3.廣東藥科大學，廣東 廣州 510000；

4.中山大學腫瘤防治中心，廣東 廣州 510060

環(huán)狀RNA(circular RNA，circRNA)是一種具有環(huán)狀閉合結(jié)構(gòu)的非編碼RNA，廣泛存在于各種類型的細胞和組織中，20世紀70年代circRNA被首次發(fā)現(xiàn)后[1]，隨著生物信息學和高通量測序技術(shù)的快速發(fā)展與不斷革新，科學家研究發(fā)現(xiàn)此circRNA 具有基因調(diào)控作用，能參與蛋白質(zhì)的轉(zhuǎn)錄與表達[2-3]。深入研究發(fā)現(xiàn)，circRNA 通過基因調(diào)控作用影響炎癥因子、細胞因子和趨化因子，參與多種胃腸道炎癥疾病的發(fā)生與發(fā)展[4]。

胃腸道是機體吸收營養(yǎng)和免疫屏障的重要器官，當機體胃腸道出現(xiàn)異常，腸壁組織中的巨噬細胞就會發(fā)生極化，釋放大量細胞因子和趨化因子，引起炎癥反應，嚴重炎癥反應會影響胃腸道平滑肌收縮，使得胃腸道運動功能出現(xiàn)紊亂[5-6]。有相關(guān)研究表明，circRNA 能靶向作用于巨噬細胞，參與調(diào)控巨噬細胞的極化過程，影響機體的免疫調(diào)節(jié)，因此認為circRNA在胃腸道炎癥疾病中發(fā)揮著不可忽視的作用[7-8]。本文對circRNA與胃腸道炎癥相關(guān)疾病之間的聯(lián)系進行綜述。

1 circRNA的生物學特征

circRNA 具有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、高度保守和豐富性高等特性。(1)穩(wěn)定性：circRNA是一種不具有5’端帽子和3’端poly(A)尾的共價閉環(huán)結(jié)構(gòu)的非編碼RNA，由于其共價閉環(huán)結(jié)構(gòu)使得circRNA具有更高的穩(wěn)定性，與其他線性RNA相比更能抵抗核酸外切酶或核糖核酸酶的降解作用，能在細胞中能穩(wěn)定存在[9-10]。(2)保守性：大部分的circRNA序列為高度相似的重復序列[11]。經(jīng)歷漫長的進化過程，多種生物的真核細胞中仍能發(fā)現(xiàn)許多同源的circRNA 序列，同一物種甚至不同物種之間仍能發(fā)現(xiàn)高度相似的circRNA 序列，這些足以證明circRNA具有高度保守性[12]。(3)豐富性：通過RNA測序Memczak 等[13]在人類白細胞中發(fā)現(xiàn)了1 950 種circRNA，在小鼠中發(fā)現(xiàn)了1 903種circRNA，在線蟲中發(fā)現(xiàn)724 種circRNA。由此可見，circRNA 種類繁多，在自然界中有豐富的基因序列。

2 circRNA的生物學功能

circRNA 最主要的生物學功能是作為miRNA 的海綿體。miRNA是調(diào)控mRNA表達的重要基因序列，當mRNA 翻譯時，miRNA 是通過堿基互補配對與mRNA上游的3'-UTR 結(jié)合調(diào)控下游mRNA的轉(zhuǎn)錄功能，起到抑制mRNA 翻譯的作用[14]。circRNA 的海綿效應主要體現(xiàn)在其序列中含有大量能特異性結(jié)合并吸附miRNA 的響應元件，與miRNA 的特異性結(jié)合可抑制miRNA 對mRNA 翻譯活動的啟動作用，使得mRNA 不能正常進行基因表達。也就是說外顯子來源的circRNA的海綿效應作用使其可在某種程度上可作為miRNA 的抑制劑，在基因表達過程，circRNA 能像海綿樣吸附miRNA，阻止miRNA 與mRNA 的非翻譯區(qū)特異性結(jié)合間接抑制mRNA 下游靶基因的表達。有研究發(fā)現(xiàn)，環(huán)狀RNA circHIPK3 通過降低microRNA 29b活性增強腸上皮修復并促進黏膜生長，但其在有腸道炎癥患者中的水平降低[15]。另發(fā)現(xiàn)，circRNA_103765可以通過海綿化miR-30家族在克羅恩病中充當促炎因子，阻斷circRNA_10376，可作為一種新的治療方法[16]。這些提示circRNA家族在炎癥反應及保護細胞抵抗微生物感染的應答反應中扮演重要角色。

circRNA除了作為miRNA的海綿，還有其他基因調(diào)控功能。circRNA在各種生命活動中不同程度參與了RNA 的轉(zhuǎn)錄表達，外顯子-內(nèi)含子circRNA 可存在于細胞核內(nèi)，與U1 小細胞核RNA 相互作用結(jié)合到核糖體蛋白質(zhì)上，促進基因序列上親本基因的轉(zhuǎn)錄，對mRNA轉(zhuǎn)錄起到一定作用[17]。circRNA還能作為結(jié)合蛋白(RNA binding proteins，RΒP)的海綿，與RΒP 結(jié)合形成RNA-蛋白復合體，進而影響mRNA 轉(zhuǎn)錄[18]。除此之外，還能直接參與蛋白質(zhì)翻譯，進行基因表達[18]。

3 胃腸道炎癥

近年來，隨著對非編碼RNA生物學功能研究的不斷深入，circRNA 在胃腸疾病領(lǐng)域的作用正受到廣泛關(guān)注，在腸道炎癥疾病發(fā)生發(fā)展過程中發(fā)揮著關(guān)鍵作用[19]。circRNA 是一類新型的內(nèi)源性非編碼RNA，其呈閉合的環(huán)狀單鏈結(jié)構(gòu)。circRNA 分子含有大量的miRNA結(jié)合位點，它可與miRNA相互作用，影響著炎癥細胞的生長、凋亡等多種生物學行為。有研究發(fā)現(xiàn)，與健康對照相比，circRNA 在腸道炎癥患者的結(jié)腸組織中存在差異表達，circRNA 表達改變可能在腸道炎癥的發(fā)病機制中發(fā)揮重要作用，提示circRNA 可能作為該疾病診斷和治療的新靶點[20]。某些circRNA(如circ_103516)的表達增加，被認為是腸道炎癥診斷的新型生物標志物，它還與炎癥細胞因子如TNF-α和IFN-γ呈正相關(guān)，與抗炎細胞因子IL-10 呈負相關(guān)[19]。研究發(fā)現(xiàn)，circEZH2/miR-22/HK2 軸、circEZH2/miR-22/IL-6/NF-κΒ軸參與細胞因子風暴[21]。在腸道炎癥疾病鑒別中，個體circRNA 的表達可作為分子診斷和靶向治療的新思路。腸道炎癥期間[22]，誘導的circRNA-circKcnt2 可抑制3 型天然淋巴細胞(group 3 innate lymphoid cell，ILC3)激活以促進結(jié)腸炎的消退。Liu 等[23]研究發(fā)現(xiàn)在膿毒血癥細胞因子風暴時，上調(diào)circRNA_0001105，血清TNF-α、IL-1β及IL-6 水平升高，胃腸道結(jié)構(gòu)進一步受損，繼而引起胃腸動力障礙。深入研究環(huán)狀RNA為治療腸道細胞因子風暴、腸道慢性炎癥疾病提供了新視野和手段。以上結(jié)果表明，circRNA在腸道炎癥進展過程中起著關(guān)鍵作用，但circRNA在術(shù)后腸麻痹細胞因子風暴中的作用以及分子機制尚不明確。對目前學者的觀點進行總結(jié)梳理，可能涉及以下機制。

3.1 miRNA促進巨噬細胞極化 miRNA在機體中廣泛表達，可通過基因調(diào)控參與巨噬細胞極化過程，在腸道炎癥中發(fā)揮重要作用。巨噬細胞是促進炎癥反應過程中的重要組成部分[24]，巨噬細胞密集分布在腸黏膜層、黏膜下層及肌層外，當其收到刺激時會發(fā)生活化，使機體進入免疫應答狀態(tài)。在炎癥反應中，巨噬細胞通過極化轉(zhuǎn)化成兩種類型，分別為“促炎和殺傷”的M1 型極化與“抗炎和修復”的M2 型極化。巨噬細胞極化有多種信號通路：(1)酪氨酸激酶(janus kinase，JAK)-信號轉(zhuǎn)導和轉(zhuǎn)錄激活因子(signal transducer and activator of transcription，STAT)通路，在機體的炎癥反應中起到重要的傳導調(diào)控作用。不同炎癥因子激活不同類型的STAT，STAT1 活化促進M1 型巨噬細胞極化；STAT6 活化促進M2 型巨噬細胞極化[25]。(2) Notch 信號通路被證實參與巨噬細胞的免疫應答并促進炎癥反應，Notch 可通過其配體4(delta-like ligand 4，Dll4)促使巨噬細胞活化從而加重炎癥反應，當阻斷Dll4 時，炎癥反應明顯減輕[26]。(3) JNK 信號通路的主要作用是促進M2 表型巨噬細胞極化[27]。(4)TLRs/NF-κΒ 信號通路，Toll 樣受體(Toll-like receptors，TLRs)是Ⅰ型跨膜受體，能識別不同的信號分子，并作用于核轉(zhuǎn)錄因子NF-κΒ，調(diào)節(jié)巨噬細胞對炎癥細胞的因子及應激信號的激活[28]。(5)PI3K/Akt 信號通路在巨噬細胞激活和基因表達中起著重要作用。磷脂酰肌醇-3-激酶(phosphatidylin-ositol-3-kinase，PI3K)催化第二信使，激活蛋白激酶Β(protein kinase Β，Akt)2，促進M1型巨噬細胞極化。巨噬細胞的多種信號通路是巨噬細胞活化及炎癥反應中關(guān)鍵環(huán)節(jié)。巨噬細胞極化的多種信號通路受到miRNA的調(diào)控影響，影響炎癥反應的發(fā)生與發(fā)展。有研究表明，miR-155 能靶向抑制IL-13受體α1信號通路的信號轉(zhuǎn)導因子的表達或抑制Toll 樣受體通路的分子蛋白，影響TLRs/NF-κΒ信號通路，從而起到調(diào)控巨噬細胞極化過程。miR-155在炎癥反應中起到關(guān)鍵作用，可以靶向控制多個基因，抑制巨噬細胞向M2型極化，促進M1型巨噬細胞極化[29]。還有不少miRNA通過抑制TLR/NF-κΒ等多種信號通路來抑制巨噬細胞引起的炎癥反應。這些研究證據(jù)均提示miRNA 能通過調(diào)控巨噬細胞極化信號通路對其活化進行調(diào)控，以調(diào)控巨噬細胞在胃腸道炎癥反應的集聚程度，加重胃腸道的免疫應答作用。

3.2 巨噬細胞極化與腸道炎癥 M1 型和M2型巨噬細胞在正常情況下保持動態(tài)平衡，M1 型可促進炎癥反應，M2 型能調(diào)節(jié)免疫，兩者之間能相互轉(zhuǎn)化。在正常的腸道環(huán)境中，巨噬細胞主要以M2 型形式存在，在炎癥性腸黏膜中巨噬細胞多以M1 型形式存在。如若促進巨噬細胞向M1 型極化，機體的胃腸道功能及結(jié)構(gòu)將出現(xiàn)異常狀態(tài)[30]，腸壁細胞分布著密集的巨噬細胞，當巨噬細胞極化后，會釋放多種細胞因子和炎癥介質(zhì)，特異性激活腸壁黏膜組織中CD4+T細胞、T 細胞、Β 細胞等免疫細胞參與到炎癥反應，造成大量炎癥細胞集聚在胃腸道黏膜下層及肌層引起大面積的炎癥反應，使得胃腸道出現(xiàn)免疫反應過度激活而出現(xiàn)腸道炎癥[31]。一旦當炎癥反應出現(xiàn)“瀑布級聯(lián)反應”，平滑肌細胞的收縮力會出現(xiàn)損傷，同時炎癥介質(zhì)會引起腸壁充血水腫，蠕動減弱消失等，還可能會使腸腔內(nèi)容物排出受阻，形成炎性腸道梗阻[32]。

腸道炎癥的發(fā)病原因復雜，目前還沒有明確的發(fā)病機制能解釋其起因。但是有研究表明，miRNA基因的表達與潰瘍性結(jié)腸炎有緊密的聯(lián)系，miRNA過度表達可能會誘發(fā)或促進潰瘍性結(jié)腸炎的發(fā)生[33]。有學者在實驗結(jié)腸炎小鼠和人結(jié)腸上皮細胞系細胞中探索了miR-29c-3p/白血病抑制因子(leukemia inhibitory factor，LIF)軸在腸道炎癥中的作用，發(fā)現(xiàn)miR-29c-3p的過表達通過抑制LIF加重小鼠結(jié)腸炎[34]。這提示著miRNA 的表達水平與潰瘍性結(jié)腸炎活動度有關(guān)。通過這些證據(jù)表明，miRNA 通過基因表達作用，可直接調(diào)控胃腸道內(nèi)的免疫應答作用，間接引起嚴重的炎癥反應，使得胃腸道無法維持正常的功能，所以可認為，miRNA在將來有望成為腸道炎癥的重要治療靶點。

3.3 circRNA與胃腸道運動、炎癥疾病的聯(lián)系 circRNA 在人體中廣泛表達，部分circRNA 通過miRNA海綿效應，間接調(diào)控巨噬細胞極化引起的炎癥反應。有研究確定了circHIPK3在維持腸上皮完整性的新作用，增加細胞circHIPK3 的水平可增強急性損傷后的上皮修復和腸上皮的持續(xù)更新[15，35]。Yi等[7]研究發(fā)現(xiàn)，circPCLE1 作為競爭性內(nèi)源性RNA 吸附miR-485-5p以介導γ-肌動蛋白基因，敲除circPCLE1會限制M2型巨噬細胞的極化，認為circPCLE1可通過調(diào)節(jié)M2型巨噬細胞的極化起到抗炎作用。上述研究表明，circRNA在腸道炎癥中巨噬細胞極化起到重要的基因調(diào)控作用。circRNA 減少炎癥因子對巨噬細胞的刺激，減輕炎癥反應，被認為是調(diào)控炎癥反應的重要參與者。circRNA與腸道炎癥相關(guān)的miRNA的相互作用，表明circRNA對疾病的發(fā)生發(fā)展與治療具有重要的調(diào)控作用。miRNA 能靶向調(diào)控巨噬細胞極化過程中的多個基因從而影響巨噬細胞極化狀態(tài)。M1型巨噬細胞極化，會誘導胃腸道引發(fā)炎癥反應，持續(xù)炎癥反應會使得胃腸道運動紊亂，出現(xiàn)胃腸道功能障礙等多種疾病。所以在腸道炎癥發(fā)生時，會更加傾向發(fā)生M2型巨噬細胞的極化，希望起到抗炎和組織修復的作用。所以認為，circRNA 作為miRNA 海綿，能靶向性的與炎性有關(guān)的miRNA 結(jié)合，抑制miRNA 對mRNA的表達調(diào)控，從而減輕M1型巨噬細胞極化，減少產(chǎn)生炎癥反應，促進M2型巨噬細胞極化，增強胃腸上皮修復，緩解胃腸道運動障礙。

4 結(jié)語

circRNA 主要在細胞胞質(zhì)內(nèi)表達，其作為競爭性內(nèi)源RNA 是通過自身的miRNA 應答元件競爭結(jié)合miRNA，從而調(diào)控基因表達水平。這些研究結(jié)果表明：circRNA作為關(guān)鍵調(diào)節(jié)分子影響腸道急、慢性炎癥多種生物學行為，在腸道炎癥方面發(fā)揮了重要的調(diào)控功能。因此，利用circRNA的海綿效應，在臨床治療胃腸道運動或炎癥上，將circRNA作為日后疾病發(fā)生發(fā)展、治療及預后的重要指標。

術(shù)后腸麻痹與炎癥因子浸潤密切相關(guān)，是國際外科醫(yī)生關(guān)注的焦點和難點問題，目前缺乏有效治療手段。深入探討circRNA 在術(shù)后腸麻痹炎癥反應及炎癥遷延中的作用及分子機制，并探討circRNA 下游的調(diào)控機制及臨床預后，為術(shù)后炎性腸麻痹的發(fā)生發(fā)展和預后判斷提供了理論基礎(chǔ)與實驗依據(jù)，并為其臨床防治提供新的思路與新的手段，具有重要的臨床指導價值。