環狀RNA 在2 型糖尿病和非酒精性脂肪性肝病中的作用研究進展

胡丹怡，蘇鋇，嚴海燕，麥一峰

研究表明，非酒精性脂肪性肝病（non-alcoholic fatty liver disease，NAFLD）在糖尿病（DM）患者人群中的患病率是非DM 患者的5 倍，2 型糖尿病（T2DM）作為最常見的DM，顯示出與NAFLD 極強的相關性[1]。環狀RNA（circRNA）作為一類具有共價閉環結構的新型RNA，已被證實參與了多種代謝性疾病的發生發展，這意味著circRNA具有成為此類疾病新型生物標志物和治療工具的潛在作用[2]。本綜述擬簡要介紹circRNA 特征和功能，并總結部分circRNA在T2DM以及NAFLD病程中的作用研究進展。

1 circRNA 概述

1.1 circRNA 的生源論 最早在1976 年通過電子顯微鏡在真核細胞中觀察到了circRNA 的存在[3]。起初被認為是一類轉錄廢料，直到30 年后在小鼠中發現了Sry 基因的環狀轉錄本[4]，證據表明circRNA是多種生物過程中重要的調節因子[5]。根據原始序列，circRNA 可分為3 種：外顯子環狀RNA（ecircRNA）、內含子環狀RNA（ciRNA）和外顯子-內含子環狀RNA（EIcircRNA），并主要通過直接反向剪接機制和套索參與的反向剪接機制驅動成環[2]。

1.2 circRNA 的生物學功能（1）circRNA 的miRNA 海綿樣作用。該作用與它含有許多miRNA 結合位點密切相關，circRNA 通過特異性地結合一個或多個miRNA，發揮競爭性內源性RNA的功能，影響miRNA 對下游mRNA 的調控。首個被報道miRNA 海綿是CDR1as，它含有70 多個miR-7 保守結合位點，并作為miR-7 分子海綿阻斷miR-7 對下游基因的表達抑制，從而間接調節轉錄后水平的基因表達[6]。（2）circRNA 和蛋白質的相互作用。①具有蛋白質海綿的作用。如circANRIL 與魚素同系物1結合，破壞前體核糖體RNA的加工及核糖體的生物發生，誘導細胞凋亡[7]。②可以充當蛋白支架。如circAmotl1 通過與3-磷酸肌醇依賴蛋白激酶1（3-phosphoinositide dependent kinase-1，PDK1）和蛋白激酶B（Protein kinase B，PKB/AKT）物理性結合，激活PDK1 依賴的AKT1 磷酸化，從而觸發pAKT 心臟保護性的核易位[2]。③circRNA 還具有招募蛋白質作用。如FECR1 可以招募TET1 以調節CpG 位點的去甲基化和轉錄活性，進一步增強癌細胞的侵襲性[8]。（3）circRNA 調節基因表達。研究證明，細胞核中的EIcircRNA 和ciRNA 可以通過與上游啟動子、RNA 聚合酶II（RNA polymerase II，Pol II）和其他轉錄相關蛋白相互作用來調節基因的表達。一項研究報道了circEIF3J 和circPAIP2 通過U1 snRNA的結合位點與U1 snRNP 和Pol II相互作用，從而增強其親本基因的表達[2]。（4）circRNA 的翻譯能力。研究發現，circRNA 可以通過其內部核糖體進入位點（internal ribosome entry site，IRES）或N6-甲基腺苷修飾進行“無帽”翻譯。目前盡管只有少數內源性circRNA（如circFAM188B、circMbl）被證明可以作為蛋白模板，數千種circRNA 被預測包含一個假定存在的開放閱讀框和上游IRES[9]，但大部分circRNA翻譯成多肽或蛋白質的功能相關性仍不十分清楚，也有可能因為“無帽”翻譯的特殊性，在缺乏必要功能域的情況下，它們可能作為顯性負蛋白變異、誘餌或替代蛋白復合物的調節劑存在[10]。

2 circRNA 與T2DM

2.1 circRNA 在調節胰島素抵抗（IR）和細胞功能中的作用 傳統認為T2DM 以IR和細胞缺陷作為病理生理基礎，在與高血糖和IR 的長期對抗中，胰島素的代償性增加也是有限的，最終將會出現細胞功能障礙、衰竭和高血糖共存的局面。現有證據表明，circRNA 積極參與調節細胞功能和T2DM 的發展。如circLRP6 在高糖處理的系膜細胞中上調，并通過海綿miR-205 介導細胞損傷，沉默circLRP6后，細胞凋亡減少，胰島素分泌改善[11]。另外，circANKRD36 被發現在T2DM 大鼠模型中大量表達，沉默circANKRD36 可通過靶向miR-145-XBP1 降低血糖并抑制IR和炎癥[12]。此外，研究表明circGlis3的表達上調可以降低細胞活力和增殖，同時加重胰島內皮細胞功能障礙。敲除circGlis3 后，上述癥狀得到改善[13]。

2.2 circRNA在緩解內皮細胞受損中的作用 微血管內皮細胞是高血糖損害的主要靶點。Shi 等[14]在研究DM 小鼠傷口愈合情況時發現，circSnhg11 在內皮祖細胞（endothelial progenitor cells，EPCs）中的表達降低，circSnhg11 過表達可以通過miR-144-3p/HIF-1 軸抑制高糖誘導的內皮細胞損傷，緩解血管分化異常和炎癥因子分泌增加。同樣還發現，含有高濃度circ_0000250 的外泌體在高糖條件下通過促進自噬活化對恢復EPCs功能具有更大的治療效果。過表達circ_0000250 通過海綿化miR-1-128p 來上調沉默信息調節因子1（Silent Information Regulator 1，SIRT1）的表達，影響傷口愈合[15]。因此，可以將circ_0000250/miR-128-3p/SIRT1 軸靶向內皮細胞功能障礙，作為糖尿病潰瘍的候選治療方案。T2DM病程中發揮作用的circRNA 見表1。

表1 在T2DM 病程中發揮作用的部分circRNA

3 circRNA 與NAFLD

3.1 circRNA 在脂質代謝中的作用 研究證明circScd1 可以通過激活JAK2/STAT5 途徑，抑制脂滴形，降低三酰甘油（TG）水平，改善肝脂肪變性，抑制NAFLD 進展[16]。一項新的研究在NAFLD 嚙齒動物模型的circRNA 表達譜中發現有28 個circRNA 顯著下調，其中 circ_0001452、circ_0001453 和circ_0001454 通過靶向miR-466i-3p 和miR-669c-3p恢復AMP 依賴的蛋白激酶（adenosine 5’-monophosphate-activated protein kinase，AMPK）信號通路活性，從而抑制脂肪生成基因的轉錄和翻譯[17]。類似的實驗在游離脂肪酸（free fatty acids，FFA）處理的HepG2 細胞中發現circ_0048179 表達水平明顯降低。過表達circ_0048179 后，細胞中谷胱甘肽過氧化物酶4（Glutathione Peroxidase 4，GPX4）的水平顯著增加，miR-188-3p 受到抑制，細胞的氧化損傷得到改善[18]。

3.2 circRNA 通過調節自噬通量在NAFLD 中發揮作用 自噬是通過降解錯誤折疊的蛋白質、受損的細胞器和脂滴來保持細胞和組織穩態的重要過程，恢復自噬能力可以改善NAFLD 癥狀[19]。研究表明，哺乳動物的線粒體自噬亦是由PTEN誘導的假定蛋白激酶1（PTEN-induced putative kinase 1，PINK1）組成的通路介導的，該通路是目前與線粒體自噬相關的最受關注的信號通路之一[20]。相關性實驗中，在受損肝細胞內過表達 circ_0000608 可以通過miR222/PINK1 軸增加線粒體自噬通量，抑制肝星狀細胞增殖來改善肝纖維化，從而達到防止肝纖維化進一步惡化或治療的目的[21]。同年，Yuan 等[22]發現NAFLD模型的自噬信號通路在上調circLDLR表達時被激活，脂質沉積程度減輕。加入miR-667-5p 模擬物可以逆轉上述過程，并直接靶向SIRT1抑制自噬信號通路。在NAFLD病程中發揮作用的circRNA見表2。

表2 在NAFLD 病程中發揮作用的部分circRNA

4 DM 與NAFLD 共享的部分circRNA

Li 等[24]通過差異分析得到circ_0004535 和CASP8 在NAFLD 及T2DM 患者中的表達水平低于對照組，在T2DM 合并NAFLD 的患者中甚至更低，而miR-1827 在合并組中的表達卻遠高于其他患者。過表達circ_0004535 和CASP8 導致miR-1827表達降低，同時改善了葡萄糖處理的LO2 細胞中脂肪變性的現象。另外，經生物功能富集分析，ceRNA網絡中的特異性miRNA 主要富集在Toll 樣受體（toll-like receptor，TLR）信號通路和細胞凋亡中。TLR 作為炎癥反應關鍵的參與者，除了驅動炎癥細胞因子的產生，還會導致胰島細胞功能障礙，加速胰島細胞凋亡，增強IR[25]。結合上述研究表明，circ_0004535 可以靶向結合miR-1827 調節CASP8以及TLR 信號通路和細胞凋亡相關功能，參與DM合并NAFLD 的發展。在另一研究中，相比于對照組，NAFLD 患者血清中的circHIPK3 和miR-34a 水平上調，circ_0046367、miR-29a水平以及Wnt/ -連環蛋白通路下調，并且檢出TG、TC、低密度脂蛋白以及空腹和餐后2 h 血糖、糖尿病患病率均明顯升高[26]。其中，-連環蛋白已被證實具有調節糖脂質代謝基因表達的作用[27]。經相關性分析，可以假設c irc_0046367/miR-34a 軸和circHIPK3/miR-29a 通過靶向Wnt/ -連環蛋白通路來調節DM和NAFLD發展過程中葡萄糖耐量、胰島素敏感性以及脂質代謝過程。雖然該假設涉及的具體機制尚不十分明確，但給予的前期思路依舊有助于DM 合并NAFLD 患者的治療。

此外，近年有研究團隊確定了一種線粒體特異性circDNA，即脂肪性肝炎相關的circRNA ATP5B調節因子（steatohepatitis-associated circRNA ATP5B regulator，SCAR），經實驗發現在小鼠體內可以靶向circSCAR 來緩解高脂飲食引起的肝硬化和IR[28]，另有研究在糖尿病視網膜微血管病變的模型中發現circSCAR 表達顯著下調，其靶向的線粒體功能相關蛋白（Drp1 和Fis1）上調和細胞通透性相關蛋白（claudin-5、occludin 和ZO-1）下調，抑制了細胞增殖。因此，circSCAR 不僅可以改善高脂引起的肝纖維化和IR，還可以緩解高糖誘導的氧化應激，緩解高濃度葡萄糖下人視網膜微血管內皮細胞的增殖抑制，改善線粒體功能和通透性損傷。在DM 和NAFLD 病程中均發揮作用的circRNA 見表3。

表3 在DM 和NAFLD 病程中均發揮作用的部分circRNA

5 總結

證據表明，circRNA 與DM、NAFLD 及其并發癥的發展密切相關，主要表現為病理狀態下circRNA的表達上調、下調或與正常生理狀態下出現的差異表達。借此，可以將circRNA 在疾病中的作用初步分為3 種：參與疾病的發病機制，作為發現疾病的生物標記物，以及作為疾病的治療靶點。通過糾正這些在疾病期間表達異常的circRNA 來扭轉代謝紊亂的局面或許可以為臨床治療應用提供啟示。并且這種基于circRNA 的基因療法旨在通過影響circRNA/miRNA/下游基因信號轉導軸來恢復糖脂代謝穩態，進一步說明了特定的circRNA 有望成為預防或挽救疾病進展以及惡化的治療靶點。

利益沖突 所有作者聲明無利益沖突