環狀RNA 的代謝和功能及其在急性心肌梗死診治中的研究進展

邢晶波

（山東大學齊魯醫學院 山東 濟南 250000）

環狀RNA（Circular RNA, circRNA）是一類具有共價閉合連續環狀結構的非編碼RNA（noncoding RNAs,ncRNAs），主要由宿主基因的外顯子或內含子編碼產生。閉合的環狀結構形態使環狀RNA 更具穩定性，不易被核糖核酸酶R（ribonuclease R, RNaseR）分解。此外，環狀RNA 還具有較高的進化保守性、組織及發育階段特異性，具有成為疾病診斷標志物及治療靶點的潛力。環狀RNA可作為微小RNA（micro RNA, miRNA）海綿、參與轉錄調控、承擔蛋白質翻譯模板等發揮其生物學作用。急性心肌梗死（acute myocardial infarction, AMI）指由于冠狀動脈粥樣斑塊破裂或侵蝕，導致受累冠狀動脈完全或近乎完全閉塞，進而引發心肌細胞缺血缺氧損傷的綜合征，近年來，我國AMI 病死率呈現上升趨勢。如何進一步明確AMI 發病機制，發現有效診療靶點是當前相關研究的重點。本綜述對環狀RNA 生物代謝特征及生物學功能進行總結，著重探討環狀RNA 在診治AMI 中的研究進展，以期為后續研究提供思路。

1.環狀RNA 的代謝

1.1 環狀RNA 的合成

在細胞轉錄過程中，RNA 聚合酶Ⅱ（RNA polymeraseⅡ，RNA Pol II）結合染色體DNA 轉錄獲得信使RNA（messenger RNA, mRNA）前體。mRNA 前體包含內含子及外顯子序列，具有5’-端的7-甲基鳥苷酸帽和3’-端的多聚核苷酸尾結構。在剪切體的參與下，mRNA 前體成為可翻譯的成熟mRNA。不同于常規前體RNA 的剪切，環狀RNA 是通過一種稱為反向剪接的特殊選擇性剪接方式產生。環狀RNA 前體的3'-端通過3',5'-磷酸二酯鍵連接到其自身或上游外顯子的5'-末端，形成具有反向剪接連接位點的封閉結構。

1.2 環狀RNA 的定位

環狀RNA 的定位與其來源相關，外顯子來源的環狀RNA 通常定位于細胞質中，而某些內含子來源的環狀RNA多定位于細胞核內。環狀RNA 出細胞核的具體機制尚不明確，HUANG 等認為，可能與環狀RNA 長度及m6A 甲基化修飾相關。定位于細胞核內的環狀RNA 可募集蛋白質至染色質，調節親本基因的表達。定位于細胞質中的環狀RNA 多發揮miRNA 海綿作用，參與基因轉錄調節過程。此外，一些環狀RNA 可以以細胞外囊泡（extracellular vesicle, EV）的形式，分泌到循環系統或體液中發揮作用。

1.3 環狀RNA 的調節

環狀RNA 的生物合成依賴剪切體參與的反向剪切，針對環狀RNA生物合成調節的相關機制尚處于探索階段。LIANG 等研究表明，抑制mRNA 前體的加工修飾會促使基因的輸出轉移為環狀RNA，說明環狀RNA 與其對應線性RNA 之間存在合成競爭關系。此外，順式原件內含子互補序列（Intron complementary sequence, ICS）和反式因子RNA 結合蛋白（RNA-Binding Proteins, RBP）也參與環狀RNA 的合成調節。

1.4 環狀RNA 的降解

環狀RNA 的細胞內降解機制尚未完全明確。PARK 等研究表明，m6A 甲基化修飾的環狀RNA 可以被YT521-B 同源性結構域蛋白2（YT521-B homology-domain-containing proteins 2, YTHDF2）識別，在人熱反應蛋白12（human heat-responsive protein 12, HRSP12）參與下，被核糖核酸酶P/MRP（ribonuclease P/MRP, RNase P/MRP）切割降解。FISCHER 等研究表明，上移碼1 因子（Up-frameshift 1,UPF1）通過結合Ras-GTP 酶激活蛋白結合蛋白1（Ras-GTPase-activating protein-binding protein 1, G3BP1），形成可與mRNA 和環狀RNA 高度結構化的堿基配對區域結合的結構因子，參與RNA 分子降解過程。

2.環狀RNA 的功能

2.1 調控轉錄

環狀RNA 調控轉錄主要涉及其親本基因，部分環狀RNA 可暫停或終止上游親本基因的轉錄，部分環狀RNA 發揮促進親本基因轉錄的作用。首先，環狀RNA 可與親本基因特異位點結合，形成RNA-DNA 雜合體或R-環（R-loop structure）結構，募集剪切體，終止或暫停親本基因轉錄。同時，包含親本基因內含子與外顯子轉錄序列的環狀RNA（exon-intron circRNAs, EIciRNAs）可與細胞內小核RNA（small nuclear RNA, snRNA）相互作用，結合U1 小核核糖蛋白（U1 small nuclear ribonucleoprotein），進而結合親本基因啟動子處RNA 聚合酶Ⅱ（RNA Polymerase II, Pol II），從而發揮促進基因轉錄的作用。

2.2 海綿吸附miRNA

史圣甲等研究表明，環狀RNA 可通過海綿樣吸附miRNA，進而調節上游mRNA 表達水平，從而發揮生物學作用。環狀RNA 單酰甘油酯酶（Circular RNA monoglyceride lipase, circ MGLL）可結合miR-1228/miR-1233/miR-149/miR-924，促進睪丸支持細胞增殖而抑制細胞凋亡。環狀RNA TCF25 可海綿樣吸附miR-128，降低miR-128 表達豐度，增加miR-128 下游靶向因子血管內皮細胞生長因子C（vascular endothelial growth factor C,VEGF-C）的表達，從而起到促進膀胱癌細胞生長增殖、遷移侵襲的作用。目前關于環狀RNA 海綿吸附miRNA的研究是探究其生物學機制的熱點，但由于環狀RNA 的豐度較低，且與miRNA 結合位點有限，故其實際生物學效應仍待進一步驗證。

2.3 翻譯合成蛋白質

由于環狀RNA 缺乏5’-端帽狀結構和3’-端尾狀結構，故其翻譯不同于真核生物常規mRNA 的翻譯方式，只能通過獨立于帽結構的方式進行。參與環狀RNA 翻譯的機制包括：（1）m6A 甲基化修飾。在真核翻譯起始因子4γ2（eukaryotic translation initiation factor 4 gamma 2,eIF4G2）、YTH 結構域家族蛋白3（YTH domain family protein 3, YTHDF3）參與下，單個m6A 甲基化修飾位點足以驅動環狀RNA 翻譯，該過程同時受到甲基轉移酶樣因子3/14（methyltransferase-like 3/14）、去甲基化酶FTO（demethylase fat mass and obesity-associated, FTO）以及熱休克蛋白的影響。（2）一些人工合成和天然存在的內源性環狀RNA 含有核糖體進入序列（internal ribosome entry site, IRES），可以直接募集核糖體進行翻譯。2 種機制相輔相成，共同參與環狀RNA 的翻譯進程。

2.4 與蛋白質相互作用

環狀RNA 與蛋白質的直接相互作用主要體現在改變結合蛋白質之間的相互作用、參與RNA 轉錄后調節、募集蛋白質到染色體、調節蛋白質的核質分布4 個方面。目前關于環狀RNA 與蛋白質直接相互作用的研究尚處于開端階段，具體調控機制尚不明確，有待進一步研究證實。

3.環狀RNA 在ST 段抬高型心肌梗死中的研究進展

AMI 是冠心病疾病進程中高致死率的急性加重階段，是針對其表觀遺傳學的發病機制研究的研究熱點。環狀RNA 作為當下表觀遺傳學研究方向之一，其與AMI的相關性也受到人們的關注。關于環狀RNA 對AMI 發病機制的研究，主要集中于環狀RNA 參與的梗死后心肌修復方面。2021 年，CHENG 等研究證實抑制環狀RNA Postn 表達可減少梗死心肌組織中膠原蛋白表達，抑制心肌重構，減少梗死面積。這與環狀RNA Postn 海綿樣吸附miR-96-5p，上調下游B 細胞白血病/淋巴瘤凋亡調節因子相互作用蛋白3（B-Cell Leukemia/Lymphoma 2 Apoptosis Regulator Interacting Protein 3, BNIP3）表達，加重miR-96-5p/BNIP3 軸誘導的心肌細胞損傷有關。遵義醫科大學學者仇治梅同樣證實環狀RNA ERBB2IP 可以靶向結合miR-145a-5p，調節Smad5 的表達能夠促進心臟微血管內皮細胞（cardiac micro vascular endothelial cells, CMECs）的增殖、遷移和新生微血管形成，對梗死心肌血供恢復起到促進作用。

綜上所述，環狀RNA 既可促進梗死心肌細胞的凋亡，又可促進梗死心肌修復，為心肌梗死后治療提供了全新的治療靶點。關于環狀RNA 在AMI 中的診斷價值方面，YIN 等通過基因芯片方式分析了3 例AMI 和3 例對照組環狀RNA 表達差異，共篩選出650 個差異表達環狀RNA，涉及多種細胞生物進程，同時也為環狀RNA 在AMI中的診斷價值提供了思路。