環(huán)狀RNA在大腦功能調(diào)控及藥物成癮中的作用研究進(jìn)展

楊茜茜，高菲菲，楊瀟宇，高靖麒，張玉向，閻春霞

（1.西安交通大學(xué)醫(yī)學(xué)部法醫(yī)學(xué)院，陜西西安 710061；2.國(guó)家衛(wèi)健委法醫(yī)學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西西安 710061；3.西安交通大學(xué)中國(guó)西部科技創(chuàng)新港生物證據(jù)研究院，陜西西安 710100）

在人類(lèi)基因組中約2%的基因編碼蛋白質(zhì)，絕大部分DNA 序列轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生的是非編碼RNA［1］。環(huán)狀RNA（circular RNA，circRNA）是一類(lèi)特殊的非編碼RNA，由稱(chēng)為反向剪接（back-splicing）的非規(guī)范剪接事件產(chǎn)生。20世紀(jì)70年代后期，借助電子顯微鏡的高分辨率成像，circRNA 在真核生物的細(xì)胞質(zhì)中首次被發(fā)現(xiàn)［2］。然而，circRNA 在當(dāng)時(shí)被認(rèn)為是異常剪接產(chǎn)生的副產(chǎn)物，并沒(méi)有受到關(guān)注［3］。近年來(lái)，核糖體RNA 耗盡的高通量RNA 測(cè)序和高靈敏circRNA 芯片技術(shù)的發(fā)展為circRNA 的檢測(cè)提供高效平臺(tái)。借助circRNA注釋的特異性生物信息學(xué)算法，研究人員已在哺乳動(dòng)物中鑒定出豐富的circRNA。circRNA 在中樞神經(jīng)系統(tǒng)大量表達(dá)，尤其在神經(jīng)元突觸中顯著富集，且在神經(jīng)發(fā)育和神經(jīng)發(fā)生過(guò)程中動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)［4］。circRNA 在神經(jīng)系統(tǒng)生理功能及神經(jīng)精神疾病的發(fā)生機(jī)制中具有重要的調(diào)控作用，如阿爾茨海默?。ˋlzheimer disease，AD）［5］、藥物成癮［6］和重度抑郁癥［7］等。藥物成癮是一種以強(qiáng)迫性覓藥和用藥為特征的慢性復(fù)發(fā)性腦疾病，涉及前額葉皮質(zhì)（prefrontal cortex，PFC）、腹側(cè)被蓋區(qū)（ventral tegmental area，VTA）和伏隔核（nucleus accumben，NAc）等構(gòu)成腦獎(jiǎng)賞環(huán)路的多個(gè)相關(guān)腦區(qū)的神經(jīng)適應(yīng)性變化。有研究發(fā)現(xiàn)，腦內(nèi)circRNA參與調(diào)控藥物成癮，為研究毒品的作用機(jī)制開(kāi)辟了新思路。本文綜述了circRNA的生物發(fā)生和功能機(jī)制，探討circRNA 在大腦功能調(diào)控和藥物成癮中的潛在作用和研究進(jìn)展，以期為藥物成癮防治提供新靶點(diǎn)。

1 環(huán)狀RNA的生物合成和功能

1.1 生物合成

circRNA 在哺乳動(dòng)物真核轉(zhuǎn)錄組中廣泛表達(dá)，并顯示出細(xì)胞或組織類(lèi)型的特異性［8］。根據(jù)來(lái)源基因組序列，circRNA 通常被分為3 種亞型，分別是外顯子circRNA、內(nèi)含子circRNA 和外顯子-內(nèi)含子circRNA［9］。除胞核基因組外，線粒體基因組也產(chǎn)生一類(lèi)circRNA，即線粒體circRNA［10］。目前認(rèn)為，除內(nèi)含子circRNA 以標(biāo)準(zhǔn)線性剪接方式形成內(nèi)含子套索外，大部分外顯子來(lái)源circRNA通過(guò)前體mRNA的反向剪接產(chǎn)生［11］。反向剪接是一種特殊形式的剪接方式，主要用于circRNA 環(huán)化。在反向剪接過(guò)程中，前體mRNA下游外顯子3′端受體剪接位點(diǎn)與上游外顯子5′端供體剪接位點(diǎn)共價(jià)結(jié)合形成單鏈閉合環(huán)狀結(jié)構(gòu)。因此，circRNA 不具有5′端帽子結(jié)構(gòu)與3′端多聚腺苷酸尾巴，其結(jié)構(gòu)比mRNA分子更穩(wěn)定并耐受核酸外切酶介導(dǎo)的降解［12］。

研究表明，在反向剪接過(guò)程中，內(nèi)含子配對(duì)驅(qū)動(dòng)的環(huán)化受順式作用元件和反式作用因子的共同調(diào)節(jié)［12］。位于側(cè)翼內(nèi)含子內(nèi)的反向重復(fù)序列負(fù)責(zé)順式調(diào)節(jié)。反向重復(fù)Alu 序列（Alu sequence）可使上、下游外顯子的剪接位點(diǎn)彼此靠近并促進(jìn)反向剪接。側(cè)翼長(zhǎng)內(nèi)含子和豐富的互補(bǔ)序列為反式作用因子提供更多潛在結(jié)合位點(diǎn)。反式因子通?？梢源龠M(jìn)circRNA 表達(dá)，多種RNA 結(jié)合蛋白如信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)與RNA 激活家族成員Quaking（QKI）、肉瘤融合蛋白（fused in sarcoma，F(xiàn)US）和核不均一核糖核蛋白等，可與側(cè)翼內(nèi)含子中的特定基序結(jié)合，在circRNA 生物合成的反式調(diào)節(jié)中起重要作用。此外，白細(xì)胞介素增強(qiáng)子結(jié)合因子3的蛋白異構(gòu)體核因子90 和核因子110 可通過(guò)穩(wěn)定內(nèi)含子促進(jìn)circRNA產(chǎn)生［13］。相反，RNA 特異性腺苷脫氨酶及ATP 依賴(lài)性RNA 解旋酶A 可抑制內(nèi)含子序列環(huán)化，阻止circRNA 生物合成［14-15］?；虮碛^遺傳修飾也能對(duì)circRNA 合成產(chǎn)生直接影響，如敲低DNA 甲基轉(zhuǎn)移酶3B 引起獨(dú)立于宿主基因線性轉(zhuǎn)錄本的circRNA表達(dá)改變［16］。此外，circRNA兩側(cè)的同源序列、剪接位點(diǎn)和功能元件與circRNA跨物種的高保守性也密切相關(guān)［17］。

1.2 功能

circRNA 可通過(guò)多種機(jī)制發(fā)揮功能調(diào)控作用。位于細(xì)胞質(zhì)的circRNA 可作為競(jìng)爭(zhēng)性?xún)?nèi)源性RNA（competitive endogenous RNA，ceRNA），通過(guò)海綿吸附微RNA（microRNA，miRNA）調(diào)節(jié)下游靶基因的表達(dá)［18］。位于細(xì)胞核的circRNA 可調(diào)節(jié)宿主基因或其他基因的轉(zhuǎn)錄［19-20］。circRNA 還可作為吸附蛋白質(zhì)的海綿或誘餌［5，21-23］、酶-底物反應(yīng)的支架［24-25］或?qū)⒌鞍踪|(zhì)募集到特定位置發(fā)揮作用［26］，部分circRNA 還具有翻譯多肽的潛力［27-28］?？傊琧ircRNA 可在轉(zhuǎn)錄、轉(zhuǎn)錄后和蛋白質(zhì)翻譯等水平調(diào)控基因表達(dá)，廣泛參與機(jī)體重要生命過(guò)程。

在神經(jīng)系統(tǒng)中，部分circRNA 展現(xiàn)出典型的miRNA 海綿活性［18］。小腦變性相關(guān)蛋白1 反義轉(zhuǎn)錄物（cerebellar degeneration-related protein 1 antisense，CDR1as）是發(fā)揮miRNA 分子海綿作用的經(jīng)典circRNA，具有70 多個(gè)miR-7 保守結(jié)合位點(diǎn)。在AD 患者的海馬中，CDR1as 的下調(diào)將釋放出游離的miR-7 抑制泛素結(jié)合酶E2 A（ubiquitin conjugating enzyme E2 A，UBE2A）表達(dá)，從而調(diào)節(jié)神經(jīng)組織淀粉樣變病理過(guò)程［29］。CDR1as/miR-7軸也參與調(diào)控帕金森病（Pakinson disease，PD）患者大腦黑質(zhì)中α-突觸核蛋白的積累和聚集［30］。circRNA 與蛋白質(zhì)相互作用的首次報(bào)道是黑腹果蠅編碼肌盲樣蛋白1（muscle blind-like protein 1，Mbnl1）的反饋調(diào)節(jié)研究［21］。Mbnl1通過(guò)結(jié)合circMbl的側(cè)翼內(nèi)含子可促進(jìn)circMbl 的生成。過(guò)表達(dá)的circMbl 導(dǎo)致Mbnl1的線性剪接減少，同時(shí)circMbl會(huì)與過(guò)量的Mbnl1結(jié)合，反而抑制Mbnl1參與功能調(diào)控。部分神經(jīng)系統(tǒng)circRNA 還可以作為RNA 結(jié)合蛋白的調(diào)控因子，如circHomer1a 與一種高度保守的神經(jīng)元特異性RNA 結(jié)合蛋白Hu 抗原D（Hu antigen D，HuD）結(jié)合，影響HuD 在額葉皮質(zhì)神經(jīng)元突觸中的表達(dá)［23］，circSTAG1 可捕獲N6-甲基腺嘌呤（N6-methyladenosine，m6A）去甲基化酶烷基化修復(fù)同源物5 并減少其向細(xì)胞核的易位［22］，circ-Cwc27 與富含嘌呤元件結(jié)合蛋白α（purine-rich element binding protein alpha，PUR-α）結(jié)合，增加PUR-α 在細(xì)胞質(zhì)中的保留，并抑制其募集到AD 相關(guān)基因的啟動(dòng)子［5］。

此外，部分circRNA 與蛋白質(zhì)的相互作用不會(huì)抑制蛋白質(zhì)功能，而是形成參與基因調(diào)控的復(fù)合物，如circFOXO3通過(guò)與細(xì)胞周期蛋白依賴(lài)性激酶2（cyclin-dependent kinase 2，CDK2）和CDK 抑制劑1A相互作用，通過(guò)影響CDK2功能來(lái)促進(jìn)細(xì)胞周期進(jìn)程［24］；circACC1 充當(dāng)AMP 活化蛋白激酶（AMP-activated protein kinase，AMPK）全酶的RNA 成分，通過(guò)與調(diào)節(jié)性AMPK 的β 和γ 亞基形成三元復(fù)合物來(lái)穩(wěn)定和促進(jìn)AMPK 酶活性［25］。細(xì)胞核內(nèi)circKcnt2通過(guò)將核小體重塑及組蛋白去乙酰化酶復(fù)合物募集到堿性亮氨酸拉鏈轉(zhuǎn)錄激活因子的啟動(dòng)子上來(lái)抑制其基因表達(dá)，從而促進(jìn)結(jié)腸炎消退［26］。研究表明，定位于人類(lèi)細(xì)胞核的circRNA，如源自錨蛋白重復(fù)結(jié)構(gòu)域52（ankyrin repeat domain 52，ANKRD52）的ci-ankrd52、源自真核翻譯起始因子3亞基J（eukaryotic translation initiation factor 3 subunit J，EIF3J）的circEIF3J 和源自多聚腺苷酸結(jié)合蛋白相互作用蛋白2〔poly（A）binding protein interacting protein 2，PAIP2A〕的circPAIP2，主要通過(guò)與RNA 聚合酶Ⅱ和U1 小核糖核蛋白復(fù)合物相互作用分別調(diào)控親本基因ANKRD52，EIF3J和PAIP2A的轉(zhuǎn)錄［19-20］。

最近研究表明，circRNA 除可發(fā)揮多種非編碼作用外，部分外顯子衍生的circRNA 具有內(nèi)部核糖體進(jìn)入位點(diǎn)和開(kāi)放閱讀框，可被翻譯成蛋白質(zhì)或多肽［28］。然而，核糖體結(jié)合并不總能促使circRNA 自身的翻譯，如源自多聚腺苷酸結(jié)合蛋白1〔poly（A）binding protein nuclear 1，PABPN1〕的環(huán)狀RNA circPABPN1［31］可調(diào)節(jié)其同源線性PABPN1mRNA的翻譯而非自身翻譯。此外，m6A是RNA修飾最豐富的類(lèi)型，除具有調(diào)節(jié)circRNA穩(wěn)定性的經(jīng)典功能，還可使用m6A修飾位點(diǎn)的短序列作為內(nèi)部核糖體進(jìn)入位點(diǎn)，以不依賴(lài)帽的方式驅(qū)動(dòng)circRNA翻譯［27］。

2 環(huán)狀RNA 參與調(diào)控大腦生理功能及神經(jīng)系統(tǒng)疾病

相對(duì)于其他組織，circRNA 在腦中顯著富集，表現(xiàn)出高豐度、動(dòng)態(tài)表達(dá)和時(shí)空調(diào)節(jié)等特征［32］，在小腦、海馬、PFC 和嗅球區(qū)域大量表達(dá)［8］。在哺乳動(dòng)物大腦中，已知約20%蛋白質(zhì)編碼基因可產(chǎn)生circRNA［21］。在人腦背外側(cè)PFC（dorsolateral PFC，dlPFC）中已鑒定出超過(guò)9 萬(wàn)種circRNA［33］，根據(jù)序列同源性和反向剪接位點(diǎn)特征，中樞神經(jīng)系統(tǒng)circRNA 被認(rèn)為在哺乳動(dòng)物間有較高的保守性［8，34］。盡管大多數(shù)circRNA 的生物學(xué)功能尚未明確，但越來(lái)越多的證據(jù)表明，circRNA 對(duì)于大腦生理功能至關(guān)重要，并通過(guò)多種機(jī)制廣泛參與神經(jīng)精神類(lèi)疾病的調(diào)控。

2.1 參與調(diào)控神經(jīng)發(fā)育

Rybak-Wolf 等［8］發(fā)現(xiàn)，在人類(lèi)和小鼠等哺乳動(dòng)物大腦，以及人源和鼠源的體外神經(jīng)元中，都有大量高度保守的同源circRNA 表達(dá)。部分circRNA在小鼠畸胎瘤細(xì)胞P19、人神經(jīng)母細(xì)胞瘤細(xì)胞SH-SY5Y 的分化階段差異表達(dá)，表明突觸富集的circRNA 在大腦發(fā)育和神經(jīng)元分化中具有重要作用。大腦富含的多種circRNA 與神經(jīng)遞質(zhì)功能、神經(jīng)元成熟和突觸活動(dòng)有關(guān)，如人類(lèi)妊娠中期胎兒大腦中circRNA 表達(dá)上調(diào)與其大腦發(fā)育呈現(xiàn)同步變化［35］，并且大量circRNA 在突觸發(fā)生期間表達(dá)豐度改變，宿主基因的GO 功能注釋結(jié)果與突觸功能顯著相關(guān)等。此外，Maass 等［36］鑒定了339個(gè)源自大腦皮質(zhì)的circRNA，其中141個(gè)僅在皮質(zhì)中表達(dá)。值得注意的是，這些大腦皮質(zhì)特異circRNA 通常來(lái)自神經(jīng)疾病相關(guān)基因。總之，腦中circRNA 參與神經(jīng)分化和突觸可塑性的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，在腦生理功能調(diào)節(jié)中發(fā)揮重要作用。

2.2 參與大腦衰老進(jìn)程

大腦衰老機(jī)制復(fù)雜，受多重因素共同調(diào)控，其中隨年齡和環(huán)境變化的表觀遺傳被認(rèn)為是重要的調(diào)控環(huán)節(jié)。研究表明，部分circRNA 在老年小鼠突觸體中表達(dá)豐度增加，表現(xiàn)出年齡依賴(lài)的獨(dú)特表達(dá)模式［37］。衰老是人認(rèn)知能力下降的主要原因，通常與PFC 和海馬中突觸可塑性的改變有關(guān)［38］。有研究揭示circRNA在衰老進(jìn)程中顯示出年齡偏倚的動(dòng)態(tài)變化，并且衰老相關(guān)circRNA 與其宿主mRNA 表達(dá)水平存在負(fù)性調(diào)節(jié)［39-40］。例如，circGRIA1 是一種靈長(zhǎng)類(lèi)動(dòng)物保守的circRNA，由谷氨酸離子型受體α-氨基-3-羥基-5-甲基-4-異惡唑丙酸亞基1（GRIA1）衍生，在老年雄性獼猴的PFC 和海馬中表達(dá)增加。功能上，circGRIA1 通過(guò)順式作用于宿主基因啟動(dòng)子，負(fù)向調(diào)節(jié)GRIA1 mRNA 和蛋白質(zhì)表達(dá)，從而介導(dǎo)年齡誘導(dǎo)的鈣穩(wěn)態(tài)失衡、突觸發(fā)生減少和突觸可塑性缺陷［40］。電壓門(mén)控鈣通道在維持鈣穩(wěn)態(tài)和神經(jīng)元細(xì)胞信號(hào)傳遞中有重要作用。circ-CACNA1E 和circCACNA2D1 是年齡相關(guān)鈣通道基因衍生的circRNA，在衰老恒河猴大腦中顯著增加，并且與宿主基因線性mRNA 表達(dá)呈負(fù)相關(guān)。敲低circCACNA2D1 和circCACNA1E 可逆轉(zhuǎn)衰老導(dǎo)致的鈣通道基因表達(dá)水平下降。因此，circRNA 表達(dá)變化可能對(duì)衰老過(guò)程中大腦功能失調(diào)極為重要。隨著越來(lái)越多的神經(jīng)系統(tǒng)功能性circRNA 被鑒定，進(jìn)一步證實(shí)circRNA 的時(shí)空動(dòng)態(tài)表達(dá)對(duì)于大腦生理穩(wěn)態(tài)的維持至關(guān)重要。

2.3 參與調(diào)控神經(jīng)退行性疾病

大腦中circRNA表達(dá)失調(diào)被認(rèn)為在神經(jīng)退行性疾病的發(fā)病機(jī)制中發(fā)揮重要作用。CDR1as在健康的人腦中表達(dá)量豐富，在AD 患者的大腦中表達(dá)量顯著下調(diào)［41］。CDR1as 除可通過(guò)miR-7/UBE2A 調(diào)控軸介導(dǎo)β-淀粉樣蛋白的水解外［29］，還可抑制NF-κB的翻譯并誘導(dǎo)其細(xì)胞質(zhì)定位，以下調(diào)泛素C 端水解酶L1 的方式促進(jìn)β-淀粉樣前體蛋白（β-amyloid precursor protein，APP）和APP 裂解酶1 的降解［42］。此外，Mo 等［43］研究表明，源自APP基因β-淀粉樣蛋白編碼區(qū)的circRNA通過(guò)調(diào)節(jié)糖原合酶激酶3β 的表達(dá)促使tau 蛋白磷酸化，并促進(jìn)其聚集成神經(jīng)纖維纏結(jié)，在AD 發(fā)病機(jī)制中發(fā)揮重要作用。PD 是發(fā)病率僅次于AD 的第二大神經(jīng)退行性疾病。Jia 等［44］發(fā)現(xiàn)，PD 模型小鼠多腦區(qū)circRNA 表達(dá)譜顯著改變。源自盤(pán)狀大同源相關(guān)蛋白4（discs large homologous affinity protein 4，DLGAP4）的circDLGAP4 在PD 患者大腦中顯著下調(diào)，circDLGAP4 可通過(guò)miR-134-5p/CREB 軸激活下游靶基因，發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)作用［45］。源自溶質(zhì)載體家族8 成員a1（solute carrier family 8 member a1，SLC8A1）的circSLC8A1 在PD 患者大腦黑質(zhì)中表達(dá)上調(diào)，circSLC8A1 可通過(guò)miR-128/AGO2 軸在氧化應(yīng)激中發(fā)揮作用，參與調(diào)節(jié)PD 發(fā)病機(jī)制［46］。肌萎縮性側(cè)索硬化癥可導(dǎo)致腦干和脊髓選擇性運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元（motor neurons，MN）的喪失。D′ambra 等［47］在MN 中檢測(cè)到源自肝癌衍生生長(zhǎng)因子相關(guān)蛋白3（hepatoma-derived growth factor-related protein 3，HDGFRP3）的circHDGFRP3。研究結(jié)果顯示，在攜帶突變型FUS的MN 中，circHDGFRP3 沿神經(jīng)突的運(yùn)輸被阻滯在FUS 聚集體中［47］，豐富肌萎縮性側(cè)索硬化癥的發(fā)病機(jī)制假說(shuō)。總之，多種circRNA 通過(guò)調(diào)節(jié)疾病相關(guān)肽的產(chǎn)生和降解、神經(jīng)自噬、神經(jīng)炎癥和氧化應(yīng)激等生物功能，在神經(jīng)退行性疾病的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮重要作用，為疾病提供診療靶點(diǎn)。

2.4 參與調(diào)控精神疾病

非編碼RNA 在精神類(lèi)疾病的發(fā)病機(jī)制中起重要作用，包括重度抑郁癥、雙相情感障礙（bipolar disorder，BD）和精神分裂癥（schizophrenia，SCZ）等［48］。Mahmoudi 等［33］對(duì)SCZ 患者尸檢腦組織的RNA 測(cè)序分析顯示，circRNA 表達(dá)在dlPFC 中具有多樣性，但SCZ 患者的表達(dá)譜復(fù)雜程度降低，circRNA 總體呈現(xiàn)下調(diào)趨勢(shì)。全基因組關(guān)聯(lián)分析（genome-wide association studies，GWAS）通過(guò)在人類(lèi)基因組范圍內(nèi)篩選與精神類(lèi)疾病顯著相關(guān)的單核苷酸多態(tài)性（single nucleotide polymorphism，SNP）位點(diǎn)，推動(dòng)了對(duì)精神類(lèi)疾病的病因關(guān)聯(lián)機(jī)制的研究。Liu等［49］開(kāi)展的關(guān)聯(lián)研究結(jié)果顯示，將dlPFC中circRNA 的表達(dá)水平與SNP 相結(jié)合，可鑒定出豐富的受遺傳變異調(diào)節(jié)的circRNA數(shù)量性狀位點(diǎn)（circRNA quantitative trait loci，circQTL）。研究發(fā)現(xiàn)，circQTL SNP 可通過(guò)改變規(guī)范剪接位點(diǎn)或反向互補(bǔ)序列的匹配來(lái)調(diào)控circRNA 的產(chǎn)生。此外，circQTL SNP 顯著富集與各種復(fù)雜疾病相關(guān)的GWAS 變異，其中circQTL SNP 的一個(gè)子集與精神分裂癥的GWAS 信號(hào)高度相關(guān)。起源自荷馬支架蛋白1（homer scaffold protein 1，HOMER1）的circHomer1a是一種顯著富集于神經(jīng)元并在物種間進(jìn)化保守的circRNA。circHomer1a 在健康人額葉皮質(zhì)中大量表達(dá)，而在SCZ 和BD 患者額葉皮質(zhì)中顯著下調(diào)，且其表達(dá)變化與SCZ 的發(fā)病年齡呈正相關(guān)。進(jìn)一步分析表明，circHomer1a 通過(guò)與神經(jīng)元RNA 結(jié)合蛋白HuD 相互作用可調(diào)節(jié)突觸可塑性以及和重度抑郁癥等精神疾病相關(guān)基因mRNA 異構(gòu)體的表達(dá)。BD 或SCZ 患者臨床上表現(xiàn)出與眶額皮質(zhì)（orbitofrontal cortex，OFC）功能密切相關(guān)的認(rèn)知功能障礙，而敲低OFC 腦區(qū)circHomer1a 可損害OFC 介導(dǎo)的對(duì)認(rèn)知和行為靈活性的調(diào)節(jié)［23］。自閉癥譜系障礙（autism spectrum disorder，ASD）患者大腦內(nèi)也存在疾病相關(guān)的基因表達(dá)失調(diào)。一項(xiàng)關(guān)于ASD 的circRNA 表達(dá)譜研究揭示，源自腺嘌呤-胸腺嘧啶豐富結(jié)構(gòu)域1A（AT-rich interactive domain 1A，ARID1A）的circARID1A 在患者尸檢大腦皮質(zhì)中顯著上調(diào)。circARID1A 可通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合miR-204-3p 間接調(diào)節(jié)ASD 風(fēng)險(xiǎn)基因的表達(dá)，從而影響記憶鞏固和加強(qiáng)的動(dòng)態(tài)過(guò)程［50］。此外，采用慢性不可預(yù)見(jiàn)性應(yīng)激誘導(dǎo)小鼠抑郁模型研究顯示，小鼠海馬內(nèi)過(guò)表達(dá)源自基質(zhì)抗原1 的circRNA（stromal antigen 1 circRNA，circSTAG1）可顯著改善小鼠抑郁樣行為，其機(jī)制為過(guò)表達(dá)circSTAG1 可捕獲胞漿內(nèi)m6A 去甲基化酶AlkB 同源物5，抑制其胞核轉(zhuǎn)運(yùn)，由此引發(fā)胞核內(nèi)脂肪酸酰胺水解酶的甲基化修飾，脂肪酸酰胺水解酶mRNA 上的m6A 修飾增多并誘導(dǎo)其降解，從而緩解小鼠抑郁樣行為［22］。值得注意的是，外周血circRNA 表達(dá)異常也參與中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病的調(diào)控。研究發(fā)現(xiàn)，源自迪格弗-梅爾基奧爾-克勞森綜合征蛋白（Dymeclin，DYM）編碼基因的circRNA（circDYM）在重度抑郁癥患者血液中表達(dá)顯著降低，過(guò)表達(dá)circDYM可抑制miR-9活性，導(dǎo)致下游靶標(biāo)同源E6-AP 羧基末端結(jié)構(gòu)域E3 泛素蛋白連接酶1 表達(dá)增加，促進(jìn)熱休克蛋白90 泛素化，導(dǎo)致小膠質(zhì)細(xì)胞活化減少，從而改善抑郁樣行為［7］。以上研究表明，circRNA 可作為精神類(lèi)疾病潛在的分子標(biāo)記和治療靶點(diǎn)。

3 環(huán)狀RNA在藥物成癮中的作用

藥物成癮是由藥物濫用所引起的慢性、復(fù)發(fā)性腦疾病，主要表現(xiàn)為不計(jì)后果地覓藥、強(qiáng)迫性用藥及撤藥后出現(xiàn)強(qiáng)烈的戒斷癥狀，導(dǎo)致長(zhǎng)久的軀體和精神依賴(lài)［51］。近來(lái)研究表明，長(zhǎng)期藥物濫用誘導(dǎo)的突觸可塑性改變導(dǎo)致牢固的病理性成癮記憶和與成癮相關(guān)的持久行為異常［52］。大腦中富集的circRNA 對(duì)成癮過(guò)程中神經(jīng)適應(yīng)性改變有重要調(diào)節(jié)作用。盡管circRNA在神經(jīng)退行性疾病中被廣泛研究，但其在藥物成癮中的生物學(xué)功能最近才被部分揭示（表1）。

表1 環(huán)狀RNA在藥物成癮中的調(diào)控作用

3.1 環(huán)狀RNA與阿片類(lèi)藥物成癮

采用條件性位置偏愛(ài)（conditioned place pref-erence，CPP）范式建立環(huán)境線索相關(guān)獎(jiǎng)賞記憶模型，Zhang 等［53］首次檢測(cè)電針治療對(duì)嗎啡依賴(lài)小鼠NAc 中circRNA 表達(dá)譜的改變，并預(yù)測(cè)了關(guān)鍵差異circRNA 的潛在結(jié)合miRNA。Irie 等［54］在嚙齒動(dòng)物和人類(lèi)的大腦、脊髓和神經(jīng)母細(xì)胞瘤細(xì)胞中均檢測(cè)到來(lái)源于μ 阿片受體基因Oprm1的circRNA（circOprm1）。在小鼠慢性嗎啡暴露后，circOprm1表達(dá)水平顯著增加?；蛐蛄蟹治霰砻?，circOprm1具有潛在的miRNA結(jié)合位點(diǎn)，可通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)性?xún)?nèi)源性RNA 網(wǎng)絡(luò)發(fā)揮調(diào)控作用。此外，其他阿片受體基因，如δ 阿片受體基因Oprd1，κ 阿片受體基因Oprk1和阿片類(lèi)藥物相關(guān)傷害感受素受體基因Oprl1均產(chǎn)生類(lèi)似的circRNA。Floris 等［55］從大鼠的OFC 中鑒定出海洛因相關(guān)的差異表達(dá)circRNA，其中circGrin2b，circUbe2cp，circAnks1a，circAdcy5和circSlc24A2 差異最為顯著，且不受其他精神興奮劑的調(diào)節(jié)，表現(xiàn)出對(duì)阿片類(lèi)藥物的特異性反應(yīng)。GO 分析和KEGG 通路富集分析表明，失調(diào)circRNA 的宿主基因主要富集到突觸可塑性相關(guān)通路，如內(nèi)吞循環(huán)、長(zhǎng)時(shí)程增強(qiáng)和谷氨酸能突觸傳遞等。Yu 等［6］發(fā)現(xiàn)，circTmeff-1 在嗎啡誘導(dǎo)CPP 戒斷后的NAc 核心中高表達(dá)，且與條件線索誘導(dǎo)的嗎啡潛伏心理渴求密切相關(guān)。在嗎啡長(zhǎng)期戒斷后，circTmeff-1可作為miRNA的分子海綿，吸附NAc核心中的miR-541-5p和miR-6934-3p，促進(jìn)下游靶分子囊泡相關(guān)膜蛋白1（vesicle associated membrane protein 1，VAMP1）和神經(jīng)成束蛋白（neurofascin，NFASC）的表達(dá)，從而促進(jìn)線索誘導(dǎo)的嗎啡潛伏心理渴求。

3.2 環(huán)狀RNA與可卡因成癮

Bu 等［56］利用circRNA 芯片研究可卡因自身給藥小鼠紋狀體circRNA 表達(dá)譜的變化，結(jié)果顯示，mmu_circRNA_002381 和mmu_circRNA_003834在給藥組中顯著上調(diào)，而mmu_circRNA_002520顯著下調(diào)。預(yù)測(cè)結(jié)合miRNA 進(jìn)一步揭示，上述circRNA 均包含豐富的miRNA 應(yīng)答元件，能夠與多種突觸可塑性和成癮相關(guān)的miRNA 結(jié)合，其中mmu_circRNA_002381 包含10 個(gè)miR-138 的miRNA應(yīng)答元件，功能驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)mmu_circRNA_002381參與調(diào)節(jié)LIM 結(jié)構(gòu)域激酶1 和腦源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子（brain-derived neurotrophic factor，BDNF）的轉(zhuǎn)錄，有助于可卡因誘導(dǎo)的神經(jīng)可塑性的調(diào)節(jié)。Chen等［57］探究circRNA 在可卡因使用障礙患者dlPFC中的功能作用和調(diào)節(jié)機(jī)制。富集分析表明，可卡因誘導(dǎo)的差異circRNA主要在細(xì)胞反應(yīng)、受體信號(hào)、蛋白修飾和軸突發(fā)生等相關(guān)通路富集。circRNAmiRNA-hub 基因調(diào)控子網(wǎng)絡(luò)進(jìn)一步揭示了關(guān)鍵差異表達(dá)circRNA 的ceRNA 調(diào)控機(jī)制，為可卡因使用障礙的發(fā)病機(jī)制提供新見(jiàn)解。Shen 等［58］使用可卡因誘導(dǎo)的CPP 范式建立環(huán)境線索相關(guān)記憶再鞏固小鼠模型，可卡因誘導(dǎo)的記憶提取顯著增加NAc核心circTmeff-1 水平；進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)證明，敲低circTmeff-1 通過(guò)釋放miR-206，抑制下游靶分子BDNF的表達(dá)，從而抑制可卡因相關(guān)記憶的再鞏固。

3.3 環(huán)狀RNA與甲基苯丙胺成癮

Li 等［25］揭示甲基苯丙胺（methamphetamine，METH）處理初級(jí)皮質(zhì)神經(jīng)元后的差異circRNA 表達(dá)譜，并在METH 誘導(dǎo)的成癮小鼠模型中篩選驗(yàn)證了circHomer1 和circTlk1，首次揭示circRNA 在METH 誘導(dǎo)的神經(jīng)元損傷和成癮中的作用。circHomer1 的宿主基因Homer1是中樞神經(jīng)系統(tǒng)即刻早期基因編碼的突觸后致密物主要支架蛋白，廣泛表達(dá)于中樞神經(jīng)系統(tǒng)。在METH 依賴(lài)小鼠腦內(nèi)，circHomer1 表達(dá)顯著上調(diào)，且與CPP 分?jǐn)?shù)密切相關(guān)，敲低circHomer1 可下調(diào)靶基因Bcl-2 綁定組件3（Bcl-2-binding component 3，Bbc3）表達(dá)，減輕METH 誘導(dǎo)的神經(jīng)元損傷［59］。此外，Boroujeni等［60］發(fā)現(xiàn)，暴露于METH 會(huì)影響大鼠運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)性并顯著改變小腦的circRNA 表達(dá)譜，基于宿主基因的功能分析揭示了差異circRNA 參與METH 誘導(dǎo)的神經(jīng)毒性和運(yùn)動(dòng)活動(dòng)缺陷。此外，Huang 等［61］研究發(fā)現(xiàn)源自同源結(jié)構(gòu)域相互作用蛋白激酶2 的circHIPK2 與METH 誘導(dǎo)的星形膠質(zhì)細(xì)胞活化密切相關(guān)。實(shí)驗(yàn)證明circHIPK2 通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合miR-124促進(jìn)下游靶標(biāo)Sigma非阿片細(xì)胞內(nèi)受體1（sigma non-opioid intracellular receptor 1，SIGMAR1）的表達(dá)。特異性敲低海馬circHIPK2，通過(guò)靶向miR-124/SIGMAR1 軸調(diào)節(jié)自噬和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激，明顯抑制METH 誘導(dǎo)的星形膠質(zhì)細(xì)胞活化，為藥物濫用背景下神經(jīng)炎癥的治療提供潛在靶點(diǎn)。在自噬相關(guān)蛋白5（autophagy related 5，ATG5）的研究中發(fā)現(xiàn)，circHECW2 與miR-30 的結(jié)合導(dǎo)致ATG5 的表達(dá)增加，以非自噬的作用途徑促進(jìn)內(nèi)皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化中的神經(jīng)炎癥［62］。上述結(jié)果表明，circRNA 參與調(diào)控精神興奮劑誘導(dǎo)的神經(jīng)病理學(xué)改變和介導(dǎo)成癮行為表型。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著高通量測(cè)序技術(shù)的迅速發(fā)展和生物信息學(xué)分析的不斷創(chuàng)新，circRNA被揭示可通過(guò)ceRNA、結(jié)合蛋白質(zhì)和翻譯多肽等多種功能機(jī)制廣泛參與神經(jīng)系統(tǒng)疾病的調(diào)控。circRNA 的組織特異性、時(shí)空特異性、疾病特異性、及相對(duì)穩(wěn)定性等特征，使其有望成為藥物成癮等神經(jīng)精神類(lèi)疾病診療的重要靶點(diǎn)。未來(lái)的研究方向包括對(duì)circRNA在各類(lèi)疾病中的特殊定位、運(yùn)輸、在活細(xì)胞中的降解以及在單細(xì)胞水平上的時(shí)空表達(dá)模式進(jìn)行探究。在治療應(yīng)用方面，隨著體外環(huán)化工藝的不斷提升，circRNA 作為核酸藥物開(kāi)發(fā)領(lǐng)域的新興分子，有望克服mRNA 面臨的諸多挑戰(zhàn)，實(shí)現(xiàn)基因治療的精準(zhǔn)遞送和特異調(diào)控。

目前，藥物成癮領(lǐng)域的circRNA 研究主要集中于不同成癮性藥物誘導(dǎo)的腦區(qū)差異表達(dá)譜分型，針對(duì)調(diào)控成癮機(jī)制的深入研究較少。借助于日趨成熟的體內(nèi)外circRNA 表達(dá)調(diào)節(jié)手段，建立動(dòng)物模型以探究circRNA 在成癮行為中的具體調(diào)控作用，并開(kāi)發(fā)基于circRNA的治療策略是未來(lái)研究的重要方向。通過(guò)深入研究藥物成癮誘導(dǎo)的circRNA失調(diào)如何介導(dǎo)強(qiáng)迫性覓藥和戒斷后復(fù)吸等行為，可以更好地為藥物成癮的診療提供新思路和新方法。