環狀RNA與疾病的關系

張淑霞，霍文博，蘇 瑩，李 禛，高 英，于曉艷

(吉林大學藥學院 實驗藥理與毒理學教研室，吉林 長春130021)

環狀RNA(circRNA)是一類由特殊剪接機制形成的共價閉合內源性RNA分子，廣泛存在于植物和哺乳動物等各種生命形式[1]。近年研究發現，circRNA有 miRNA海綿的作用，即能競爭性地吸附結合miRNA，繼而參與基因的表達與調控。大量研究已證實miRNA與疾病的關聯性，提示circRNA在一定程度上可作為疾病診斷、治療的靶點。

1 circRNA的分類

根據circRNA來源及其構成序列的不同，可將circRNA分為三類：外顯子來源的circRNA分子、內含子來源的circRNA分子及由外顯子和內含子共同組成的circRNA分子[2]。

2 circRNA的研究方法

circRNA沒有自由的3’和5’末端，不被核酸外切酶RNase R消化，具有高度的穩定性，可利用核酸外切酶初步消化總RNA樣品后再對circRNA 進行定性或定量檢測。circRNA沒有3'端，在凝膠中的移動速度比普通線性RNA的移動速度慢，此外增強型交聯凝膠法可以放大這種效應。還可將circRNA水解為線性單一產物，之后通過雙向或瓊脂凝膠電泳方法進一步確定為環化的RNA。近年，Gla?ar等通過對已發表的circRNA信息進行統一整合，建立了circRNA專用數據庫“circ Base”，為科學工作者們提供了一個較好的研究circRNA的平臺[3]。隨著對circRNA研究的深入，已知的circRNA數據信息在快速增長，多個數據庫也被建立并使用，如Circ2Traits、circNet、CircInteractome等。而針對circRNA進行的定量研究目前主要采用基因芯片，高通量篩選測序及實時熒光定量PCR等手段。

3 環狀RNA的生物功能

3.1 circRNA的miRNA海綿作用

研究表明circRNA的miRNA海綿作用是一種普遍的現象。circRNA可以競爭性結合miRNA調控基因表達。與其它競爭性內源RNA相比，circRNA具有更多更穩定的miRNA應答元件，且在胞內表達量高，可更快的結合更多的miRNA。

3.2 circRNA順式調控親本基因的表達

circRNA通過與RNA結合蛋白相互結合，從而調控親本基因mRNA的表達，此外內含子間的競爭性互補配對在circRNA形成過程中可以與線性RNA之間達成某種平衡，從而調控親本基因mRNA的表達。

3.3 調控RNA結合蛋白

外顯子來源的circRNA可以穩定地與細胞內某些蛋白質分子特異性結合，形成RNA-蛋白復合物，再基于堿基互補配對原理與RNA或DNA結合，這為RNA結合蛋白與RNA、DNA之間相互作用提供了平臺。另外環化后的circRNA分子具有與其線性轉錄本不同的三級結構并產生新的蛋白結合位點，從而結合不同的RNA結合蛋白。

3.4 作為翻譯模板

在某些特殊條件下，circRNA具有被翻譯成蛋白質的功能。

4 circRNA與疾病的關系

4.1 circRNA與腫瘤

circRNA具備穩定性高，組織特異性等優勢，有成為腫瘤檢測標志物的潛力。2013年，Hansen等研究者最早提出了miRNA為circRNA靶點的觀點[4]。Ghosal S等[5]利用基因聚類分析疾病過程中miRNA-circRNA相互作用的基因富集，發現miRNA的基因富集在90多種疾病中出現，其中有43個基因與乳腺癌細胞相關，有68個基因與胃癌相關，有194個基因與宮頸癌相關。

Lai Z等[6]通過生物信息學分析，觀察到三種在胃癌中表達上調的新型胃癌鑒定工具circRNA：hsa_circ_0047905，hsa_circ_0138960和has-circRNA7690-15。敲除這三種circRNA均可導致親本基因表達的下調。體外功能測定顯示，抑制這三種circRNA可抑制胃癌細胞增殖和侵襲。Xu Y等[7]研究結果顯示，膽管癌組織和細胞中hsa_circ_0001649表達下調，且下調程度與腫瘤大小和細胞分化等級相關。體外過表達hsa_circ_0001649可抑制膽管癌細胞增殖、遷移和侵襲，沉默則導致相反的表型。Li G等[8]發現hsa_circ_0046701在神經膠質瘤組織和細胞系中顯著上調，敲除hsa_circ_0046701可抑制膠質瘤細胞增殖和侵襲。Xuan L等[9]通過基因芯片分析研究了喉鱗狀細胞癌組織和癌旁組織中circRNA的表達，結果表明喉鱗癌組織中302個circRNA顯著上調，396個circRNA顯著下調，RT-PCR驗證hsa_circrna_100855上調最為明顯，hsa_circrna_104912下調最為明顯。

miR-7與多個引起腫瘤相關通路致癌因子表達下調的蛋白存在關聯，而circRNAs可通過抑制miR-7的活性來上調miR-7靶基因的表達。Pan H等[10]發現胃癌組織中環狀RNA ciRS-7的表達顯著上調，此外，ciRS-7的過表達可阻斷MGC-803和HGC-27細胞中miR-7誘導的腫瘤抑制，并且通過拮抗miR-7介導的PTEN / PI3K / AKT途徑導致更具侵襲性的致癌表型。

總之，關于circRNAs與腫瘤的研究逐年增加，諸多研究提示circRNAs在腫瘤的診斷和治療中具有廣闊前景。

4.2 circRNA與糖尿病

Zhang SJ等[11]利用circRNA微陣列芯片檢測糖尿病視網膜和非糖尿病人視網膜之間的circRNA表達譜的差異，鑒定了529個差異表達的circRNA。該研究進一步顯示，來自HAS2基因位點的一個環狀RNA(circ_0005015)在糖尿病視網膜中顯著上調，并且circ_0005015的表達在糖尿病視網膜病變患者的玻璃體樣品、血漿、視網膜前纖維血管膜(FVM)中也明顯上調。

miR-7在胰腺的發育和分化過程中具有重要作用，miR-7過表達可能促進胰腺β細胞凋亡，有研究表明CDR1as可能通過調控miR-7的表達來調控miR-7-mTOR-增殖軸，進而參與糖尿病的發展進程[12]。

4.3 circRNA與心血管疾病

miR-223是心臟肥大的正調節劑，miR-223轉基因小鼠發生心臟肥大和心力衰竭，而miR-223缺陷小鼠免受肥厚刺激。Wang k等[13]將ARC鑒定為miR-223的下游靶基因以介導miR-223在心臟肥大中的作用，深入研究發現circRNA HRCR作為內源性miR-223海綿起到隔離和抑制miR-223活性的作用，導致ARC表達增加，在心肌細胞和小鼠中過表達或注射circRNA HRCR，均表現出對心臟肥大的抑制作用。

Zhou B[14]等發現circRNA_010567敲低可顯著抑制心肌纖維化相關蛋白的表達，經Ang II(血管緊張素II)處理的心肌成纖維細胞circRNA_010567表達水平增加。該實驗還證實干擾circRNA_010567的表達能部分緩解心肌成纖維細胞中被降低的miR-141表達水平，提示circRNA_010567直接作用miR-141并負向介導它的表達可能是circRNA_010567在小鼠心肌纖維化中的潛在機制。Tang CM[15]等研究發現circrna_000203在糖尿病小鼠心肌與AngⅡ處理的小鼠心肌成纖維細胞中表達上調，且過表達circrna_000203可以上調小鼠心臟成纖維細胞中I型膠原，Ⅲ型膠原和α平滑肌蛋白的表達水平，雙熒光素酶報告基因分析顯示，miR-26b-5p可以結合I型膠原、結締組織生長因子和circ_000203的3'UTRs，且circrna_000203可作為miR-26b-5p的特異性海綿阻斷mir-26b-5p和I型膠原、結締組織生長因子基因的相互作用。

4.4 circRNA與其它疾病

Jin X等[16]通過芯片篩查發現，與對照組比較，NASH(非酒精性脂肪性肝炎)組小鼠中分別有69個circRNA上調和63個circRNA下調，與其相關的mRNA有2760個上調和2465個下調。

Wu Y等[17]發現用IL-1β刺激軟骨細胞后，hsa_circ_0005105表達明顯上調，而miR-26a轉錄活性受到明顯抑制。Qian D等[18]研究發現circ-19142和circ-5846與成骨細胞分化有關，且BMP2(骨形態發生蛋白2)誘導成骨細胞分化的過程有可能是通過circ19142 / circ5846靶向miRNA表達軸來實現的。

5 結論及展望

目前關于circRNA與疾病的研究還不系統，相信隨著研究的深入，其在各個疾病中的作用機制會越來越清晰。由于circRNA性質穩定、具有較強的組織表達特異性，疾病狀態下在外泌體中大量富集，有望在未來成為一種高效的臨床診斷標志物。