環狀RNAs在心肌纖維化中的作用機制研究進展

吉東妮，張明宇，張 榮，王曉涵，金賽迪，官曉翔，許超千

(哈爾濱醫科大學藥學院藥理學教研室，省部共建生物醫藥國家重點實驗室，黑龍江 哈爾濱 150081)

1 CircRNAs簡介

1.1 CircRNAs的生物起源CircRNAs是一種新的非編碼環狀RNA，其長度從100堿基到幾千堿基，存在于許多物種中，例如：古生菌、真菌、動植物等。CircRNAs是由部分蛋白質編碼基因或其它轉錄本反向剪接或環化而產生的。在不同的剪接形式下，單個基因位點可以通過選擇性的反向剪接位點選擇產生不同的circRNAs[1-2]。共價閉合的外顯子circRNAs是由外顯子的3’端與同一外顯子或上游外顯子的5’端連接產生的，形成一個封閉的RNA環，區別于其他線性RNA分子[3]。CircRNAs的共價閉環結構，也稱為“反向剪接”[4]。盡管circRNAs的轉錄效率低于線性RNA，但由于其具有較高的穩定性和較長的半衰期，circRNA的數量仍然很多[5]。CircRNAs包括3種類型：外顯子環狀RNAs(EcircRNAs)、內含子環狀RNAs(CiRNAs)和外顯子-內含子環狀RNAs(EIciRNAs)。外顯子環狀RNAs為大多數circRNAs類型，占已知circRNAs的80%以上，其主要位于細胞質中，有三種形成模式：套索驅動環化、內含子配對驅動環化和復制驅動環化。由于它們都是由外顯子剪接而形成，因此外顯子環狀RNAs只由外顯子序列組成。內含子環狀RNAs主要定位于細胞核，其形成則主要依賴于一致的RNA基序和分支點，并且只由內含子序列組成。外顯子-內含子環狀RNAs主要存在于細胞核，由外顯子序列和內含子序列組成。由于外顯子-內含子環狀RNAs與RNA聚合酶Ⅱ有關，因而其通常被認作是轉錄調控因子[4,6]。

1.2 CircRNAs的作用方式大量研究表明，circRNAs功能較為復雜。其可以作為吸附海綿，競爭性吸附內源RNAs、miRNA或者蛋白質，也可以翻譯產生多肽，還可以參加轉錄調節和剪接過程。環狀RNA主要具有以下作用方式：(1)吸附miRNA:CircRNAs通過吸附miRNA，阻斷miRNA和其靶基因相互結合，因而在轉錄調控中產生重要的影響[7]。Liu等[8]發現在葡萄膜黑色素瘤細胞系和組織中，circ_0119872表達升高，過表達circ_0119872可促進葡萄膜黑色素瘤細胞的惡性轉化，但沉默circ_0119872則可抑制其惡性轉化；進一步研究發現，circ_0119872通過調節miR-622/G3BP1軸以及其下游Wnt/β-catenin和mTOR信號通路促進葡萄膜黑色素瘤的發展。(2)與蛋白結合：鑒于保守的基因組區域含有許多circRNAs，并且這些區域富含蛋白質結合位點，因而，circRNAs也有可能作為蛋白質海綿，起到抑制蛋白質功能的作用。Xu等[9]證實circRNA-SORE在對索拉非尼耐藥的肝癌細胞中表達升高，而circRNA-SORE的缺失提高索拉非尼對細胞的殺傷力。進一步機制研究表明，circRNA-SORE與細胞質中的主要致癌蛋白YBX1結合，從而阻止YBX1移位到細胞核與PRP19相互作用，最終阻斷PRP19介導的YBX1降解。(3)編碼多肽：環狀RNAs是一種具有共價閉合環的圓形RNA，因而最開始被分類為非編碼RNA。然而，近年研究發現，有些細胞質中的circRNAs可以翻譯多肽。具有翻譯功能的circRNAs分子，其具有內部核糖體進入位點(IRES)元件或原核核糖體結合位點。Jiang等[10]證實circMAPK1在胃癌組織中表達降低。進一步研究發現，circMAPK1可編碼一個全長為109個氨基酸的新蛋白MAPK1-109aa。MAPK1-109aa通過抑制MAPK信號通路的激活，從而抑制胃癌的進展。(4)影響宿主基因的轉錄調控：研究發現，定位于細胞核中的circRNAs可能具有調控其宿主基因轉錄的功能。Santer等[3]發現circPAIP2可以與U1小核糖核蛋白相互作用，從而增強RNA聚合酶Ⅱ的活性，促進親本基因轉錄。

1.3 CircRNAs與多種疾病相關目前，對circRNAs的研究還不是特別深入，但其表現出的穩定性好、保守性高等特性說明其在生物體的病理生理過程中發揮重要的作用，并且很有可能作為一種新型生物標志物應用于臨床。大量研究發現，circRNAs參與調控多種疾病的發生發展。例如癌癥、神經發育、骨相關疾病、糖尿病、心血管疾病等。尤其在心血管疾病方面，Zhai等[11]發現下調circ_0060745基因可能通過抑制NF-κB活化來抑制心肌細胞凋亡和炎癥以減輕急性心肌梗死。

2 CircRNAs在心肌纖維化中的作用及機制

心肌纖維化是許多心血管疾病如心肌梗死、高血壓和冠心病等的重要病理表現，其主要特征是心臟成纖維細胞的活性增強，心臟成纖維細胞向收縮性和分泌性的肌成纖維細胞轉分化，引起ECM蛋白增多。然而，實驗結果證明，過多的產生膠原蛋白可能會減少心臟順應性，最后導致收縮和舒張功能降低。在心血管疾病中，心肌纖維化可以劃分為3個階段：輕度彌漫性纖維化、重度彌漫性纖維化和節段性纖維化[12-13]。鑒于circRNAs可以抵抗核糖核酸外切酶R，具有較高的穩定性，及其具有器官特異性高表達等特性[7]。Jiao等[13]提供心肌纖維化中差異表達的circRNA表達譜,并進一步通過預測的circRNAs相關ceRNA網絡和生物信息學分析，揭示circRNAs在心臟纖維化中發揮重要的潛在作用。本文對circRNAs在心肌纖維化過程中的最新研究進展進行了詳細闡述，以更好的闡述circRNAs在心血管疾病中的潛在治療作用。

2.1 CircRNAs通過吸附miRNA參與調控心肌纖維化Tang 等[14]發現circRNA_000203通過吸附miR-26b-5p上調Col1a2和CTGF的表達，從而增強心臟成纖維細胞的纖維化表型，最終導致心肌纖維化。Zhu等[15]證實在TGF-β誘導的心肌纖維化模型中，circNFIB表達下調，過表達circNFIB可減輕纖維化程度。進一步研究發現，circNFIB通過海綿吸附miR-433，從而減輕其促進成纖維細胞增殖的作用。Sun等[16]發現過表達circ_LAS1L可促進SFRP5表達，抑制α-平滑肌肌動蛋白、Ⅰ型膠原和Ⅲ型膠原的表達，從而抑制心臟成纖維細胞的增殖和遷移。進一步機制研究發現，circ_LAS1L通過靶向miR-125b/SFRP5軸調控心臟成纖維細胞的生物學特性。Zhang等[17]發現circ_BMP2K通過海綿吸附miR-455-3p，從而解除其對SUMO1抑制作用，最終抑制心臟成纖維細胞的活化、生長和遷移。Li等[18]證實在心肌缺血/再灌注(I/R)的小鼠模型中，敲減circNCX1明顯減少膠原面積，改善心臟功能，進一步機制研究發現，circNCX1通過海綿吸附miR-133a-3p來調節心肌纖維化。

2.2 CircRNAs通過與蛋白相互作用參與調控心肌纖維化研究發現，circRNAs可通過RNA結合蛋白作為蛋白質海綿、誘餌、支架或招募者等。CircRNAs與蛋白質之間的相互作用可改變蛋白質之間的相互作用、系留或隔離蛋白質、招募蛋白質到染色質、形成circRNA-蛋白質-mRNA三元復合物以及影響蛋白質的移位或重新分配[19-22]。CircRNAs-蛋白質相互作用是與心肌纖維化相關的另一個分子機制。Garikipati 等[23]發現在心肌梗死后小鼠心臟和缺血性心肌病患者的心臟組織中，circFndc3b表達降低，過表達circFndc3b可通過促進心肌梗死區新生血管和減輕梗死區纖維化而發揮心臟保護作用。進一步的研究發現circFndc3b與FUS蛋白相互作用，調節VEGF的表達和信號轉導，從而減少心肌梗死后的心肌纖維化。Zeng 等[24]證實circ-Amotl1在新生兒心臟組織中高表達，異位表達circ-Amotl1可逆轉阿霉素誘導所致的左心室增大及膠原染色增加等。這些結果表明circ-Amotl1可能在阿霉素誘導的心肌病中起到心肌保護作用。進一步機制研究發現，circ-Amotl1與PDK1和AKT1相互作用，促進AKP和PDK1的核轉位，減輕纖維化。Wu等[25]通過環狀測序，發現hsa_cic_0002320為circYap的一種亞型并且其在人心臟組織中高表達。進一步研究發現，心肌肥厚患者心臟中該亞型水平明顯降低。在壓力超負荷的小鼠模型中，橫斷性主動脈縮窄(TAC)小鼠心臟的circYap水平降低。注射circYap質粒后，TAC小鼠心肌纖維化減輕，心功能改善，心臟circYap水平升高。原肌球蛋白-4(TMP4)和γ-肌動蛋白(ACTG)在心肌細胞和小鼠心臟組織中與circYap結合。這種結合導致TPM4與ACTG的相互作用增加，從而抑制肌動蛋白聚合和隨后的纖維化。

2.3 CircRNAs通過其他作用方式參與調控心肌纖維化Si等[26]證實在心肌梗死后，過表達circHipk3可減輕心功能障礙及纖維化面積，顯著恢復心功能。進一步研究發現，Gata4與circHipk3啟動子中的特定位點結合，并可正向調控circHipk3的表達。CircHipk3分別通過激活Notch1信號和抑制miR-133a活性來促進心肌細胞增殖和血管生成。Huang等[27]發現circNfix在人類、大鼠和小鼠的成年心臟中高表達。進一步研究發現，敲除circNfix可減輕心肌梗死后的纖維化程度及心功能不全，進一步的機制研究發現，circNfix增強YBX1與Ned4l的相互作用，促進YBX1降解以及circNfix還可作為miR-214的海綿，從而抑制miR-214活性。

Fig 1 CircRNAs regulated mode of action of myocardial fibrosisA:CircRNAs participate in the regulation of myocardial fibrosis by adsorbing miRNAs;B:CircRNAs participate in the regulation of myocardial fibrosis by interacting with proteins;C:CircRNAs participate in the regulation of myocardial fibrosis through other modes of action.

3 總結與展望

鑒于目前對纖維化病理生理學和成纖維細胞生物學的了解尚不夠全面，當前還缺乏治療心肌纖維化有效的臨床手段與措施。CircRNAs最初被證明是異常剪接的副產品，但隨著circRNAs的研究不斷深入，逐步發現circRNAs具有多種生物學功能。研究發現，在基因的表達調控，翻譯和mRNA競爭中，circRNAs被證實是發揮著重要的調控作用，有可能是疾病的潛在治療靶點和生物標志物[28]。在非編碼RNAs中，由于circRNAs具有保守性好、穩定性高等特征，使circRNAs比其他ncRNAs在診斷和治療疾病方面更有效[7]。總之，盡管對于circRNAs的了解仍處于早期階段，包括circRNAs的表達模式、它們在疾病狀態中的調控、病理生理作用以及用于治療或診斷目的的潛在用途。但研究發現，環狀RNA參與調控心肌纖維化，在心肌纖維化中發揮重要的作用[29]。如上所述，雖然circRNAs在心肌纖維化中的研究成果并不多，但現有研究結果充分表明circRNAs在心肌纖維化中發揮重要的調控作用，circRNAs極有可能成為心肌纖維化治療和預防的潛在靶點。