環狀RNA與糖尿病關系的研究進展

寧利俐，燕 艷，付希英，李 沫，蔡寒青

(吉林大學第二醫院 內分泌科,吉林 長春130041)

研究發現人類基因組可以被廣泛轉錄成大量與疾病發生發展密切相關的非編碼RNA(ncRNA)，其中環狀RNA是一種內源性非編碼RNA，參與人體病理生理過程調控，目前已有多項研究證明環狀RNA(circRNA)在糖尿病的發生和發展過程中起著重要的調控作用。

1 環狀RNA

真核生物信息的傳遞過程主要為DNA轉錄成RNA并翻譯成蛋白質。研究表明，人類基因組中至少有90%的DNA 序列是被轉錄成RNA的，但僅有1.5% 的DNA序列用于編碼蛋白質，大部分的DNA序列則被轉錄成了非編碼RNA。環狀RNA 是一種內源性非編碼RNA，circRNA沒有終端結構,如5′端帽和3′端聚(a)的尾巴,是共價閉合形成一個圓形結構。與線性非編碼RNA不同，circRNA是由不同的序列和域組合而成，可以分為外顯子環狀RNA、內顯子環狀RNA和外顯子-內含子環狀RNA[1]。外顯子環狀RNA被認為具有協同轉錄調控效力，目前主要在神經組織中進行研究[2]，而內含子環狀RNA可以在血漿中復制，并通過有絲分裂直接傳遞到后代，這提示了內含子環狀RNA在表觀遺傳和RNA介導遺傳中的潛在作用[3]。與其他非編碼RNA相似，circRNA的序列和結構決定了其生物學功能。環狀RNA的五個主要功能：(A)調節選擇性剪接或轉錄:穩定的環狀RNA和EIciRNAs位于細胞核內，與RNA聚合酶結合促進轉錄；circRNA與pre-mRNA剪接競爭，降低了線性mRNA的水平，通過改變處理后的mRNA的組成，排除了pre-mRNA的特異性；(B)與RNA結合蛋白(RBPs)的相互作用:circRNA與RBPs和核糖核酸蛋白復合物結合并干擾其功能。由于一個環狀RNA可以與多個單位的RBPs結合，因此可以作為RBPs的存儲庫；(C) miRNA海綿化活性：circRNA與miRNA結合，影響miRNA依賴性靶基因的抑制；(D)滾動循環轉譯：一些環狀RNA可以通過滾動循環放大機制轉化為蛋白質；(E)假基因的產生：一些環狀RNA被逆轉錄成cDNA并整合到基因組中；然而，整合的機制尚不清楚[4]。circRNA主要位于細胞質中，具有良好的保守序列，與其他非編碼RNA相比具有較高的穩定性[5]，因而可能成為許多疾病新的臨床標志物或治療手段。已有相關文獻報道circDDX17在結腸直腸癌中起到重要調控作用[6],circRNA ciRS-7參與調節胰腺癌的增殖和轉移[7]。已有研究表明circRNA參與很多疾病病理狀況的發展，如糖尿病、心血管疾病、神經系統疾病、癌癥[8]。

2 環狀RNA與2型糖尿病

近年來，全球糖尿病的患病率呈快速增長趨勢，根據國際糖尿病聯盟糖尿病地圖集，全球約有4億人患有2型糖尿病，每年有1000萬人被診斷為糖尿病[9]，然而，在糖尿病的早期階段，大多數患者是無癥狀的，他們很少去醫院尋求診斷和治療，如果能夠在早期階段強化血糖，就可以減少大血管和微血管并發癥的發生率。

2型糖尿病的基本特征是β細胞增殖減少導致胰島素分泌不足,而細胞的增殖是受細胞周期調控的，因此我們可以推斷，細胞周期、有絲分裂等生物過程都可能與胰島細胞的增殖有關，如果環狀RNA能影響這些生物學過程，那么可能就是研究糖尿病發生的新切入點。Zhengzhou Zhao[10]等人發現外周血中環狀RNA hsa_circ_0054633可能通過影響細胞代謝和細胞周期的方式參與了T2DM的發病機制。而這種外周血中的circRNA如果能進一步研究，成為診斷糖尿病的生物標志物，也將為后續的糖尿病的治療、治愈帶來新的研究希望。

早在2005年就有人提出糖尿病發病學說的“炎癥學說”，目前也得到了廣泛的認可，這種炎癥不像我們平時遇到的感冒、發熱或腹瀉等急性感染，而是慢性、低度的炎癥反應，多數僅表現為血液中某些炎癥因子水平的升高。炎癥在2型糖尿病發病的作用主要表現在：炎癥可能通過多種途徑導致胰島β細胞的凋亡，或內皮細胞結構和功能的異常，使得胰島素量減少或者胰島素在人體內不能發揮正常作用。進一步研究表明，在肥胖人群中，腫瘤壞死因子-α(TNF-α)在脂肪組織中過表達，TNF-α在胰島素抵抗和糖尿病的發生起著重要作用[11]。Yuan Fang[12]等人發現T2DM患者circANKRD36較對照組顯著上調，且IL- 6、TNF-α等炎癥因子與circANKRD36呈正相關,表明circANKRD36和炎癥因子在2型糖尿病之間存在著關聯。炎癥因子在2型糖尿病的并發癥中也起到了重要作用，比如糖尿病大血管病變的病理基礎是動脈粥樣硬化，而動脈粥樣硬化正是內皮系統異常的動脈壁炎癥疾病，同樣也有其他并發癥也是和2型糖尿病相關，未來也會有更多的臨床研究取得進展。

3 環狀RNA與1型糖尿病

T1DM 以胰島β細胞永久性破壞為特征，病因迄今尚未明確，目前認為自身免疫異常是其最主要的致病因素。一般來說，抗原呈遞細胞與MHC II類分子相關的CD4+輔助T細胞呈遞β細胞特異性自身抗原后，巨噬細胞分泌白細胞介素，刺激CD4+T細胞分泌干擾素，接下來，干擾素會刺激其他靜息巨噬細胞釋放其他細胞因子如IL-1β，腫瘤壞死因子(TNF-α)和自由基，它們對胰腺β細胞會產生毒害作用。β細胞的持續破壞最終導致糖尿病的臨床發作。目前有研究表明，部分miRNA可參與到包括T、B 淋巴細胞的激活、炎癥因子和趨化因子的產生等自身免疫過程當中[13]，由于circRNA 在功能上可作為miRNA “海綿”， 即circRNAs的表達變化可能影響miRNA的螯合能力，進而導致miRNA 基因靶點的改變，達到調控基因表達的目的。因此circRNA很可能通過調控miRNA進一步影響自身免疫過程，從而影響1型糖尿病的發生發展。

4 環狀RNA與糖尿病并發癥、相關疾病

在糖尿病并發癥中，circRNA 也起到了舉足輕重的作用。眾所周知，糖尿病的血管病變是常見的糖尿病并發癥之一，這也是導致糖尿病病人死亡的主要原因之一，最常見的血管病變有心血管病變，腦血管病變，腎臟、視網膜及皮膚的微血管病變等。其中，視網膜微血管病變多見于青年起病型的糖尿病病人，是造成以后失明的主要原因。糖尿病性視網膜病變主要是由于血糖升高后，小血管管壁增厚，滲透性增大，使小血管更易變形和滲漏。相關糖尿病性視網膜病變的研究發現，circHIPK3的沉默可減輕視網膜血管功能障礙，為環狀RNA在糖尿病引起的微血管功能障礙中發揮關鍵作用提供了證據，并促進了環狀RNA定向診斷和治療新生血管疾病的發展[14]。

同時，在糖尿病與其他相關疾病中，circRNA也有著極好的研究前景。有研究表明，在糖尿病相關精神疾病中，2型糖尿病(T2DM)與抑郁癥密切相關，大約10%的T2DM患者表現出抑郁癥狀，大約五分之二的T2DM患者有述情障礙[15,16]。因此，T2DM患者患抑郁癥的風險較高。此外，伴有抑郁障礙的T2DM患者預后也普遍惡化。Guangjian Jiang[17]等人首次對伴有或不伴有抑郁的T2DM患者進行了自然表達的circRNA譜的功能分析和預測，發現hsa-circRNA_003251、hsa-circRNA_015115、hsa-circRNA_100918、hsa-circRNA_005019可能作為未來干預研究、診斷和治療T2DM合并抑郁的生物標志物和潛在治療靶點。此外，隨著中國人口老齡化，心血管疾病死亡人數迅速增加，Xuejie Li[19]等人首次證實某些circRNA與T2DM合并CAD相關,其中Hsa-circRNA11783-2與T2DM合并CAD的相關性最強，為T2DM與CAD的研究做出了很大的貢獻。

隨著近年來大量circRNA 的發現，其重要性逐漸引起了學者們的高度重視。已有眾多研究表明環狀RNA與糖尿病有著緊密的關聯。環狀RNA作為非侵入性標記物可以很容易地通過外周血進行檢測，特異性和敏感性較高，因此很可能成為診斷糖尿病和糖尿病前期的一個非常有用的潛在工具，但更多研究結果需要在更大更多樣化的人群中進一步地驗證，未來，我們也將持續關注這一領域。