脑血管病环状RNA的转录后调控及展望*

刘燕芳， 逯 丹， 徐安定

(暨南大学附属第一医院神经内科， 广东 广州 510630)

环状RNA(circular RNAs，circRNAs)是一类存在于多种生物体内通过共价键结合的闭合环状非编码RNA。circRNAs性质稳定，不易被核酸酶水解，广泛存在于不同器官组织中并呈现出时空特异性和组织特异性[1]。近年来，随着现代生物信息学技术的发展，circRNAs的生成机制及生物学特性已为越来越多的学者所熟知，但其对靶基因表达的调控作用还不甚明朗。根据基因来源的不同，circRNAs可以分为3种：外显子来源的circRNAs，外显子内含子共同来源的circRNAs(exon-intron circRNAs，ElciRNAs)和内含子来源的[2]。研究表明，circRNAs广泛存在于神经系统组织中[3]，参与并影响包括炎症、氧化应激、线粒体功能紊乱和细胞调亡等多种卒中后病理生理过程[4]，毫无疑问，卒中相关circRNAs的出现为卒中后发生发展机制提供了理论基础，为脑血管疾病的诊断和治疗提供了新的思路。

1 circRNAs在神经系统疾病中的调控作用

1.1海绵吸附微小RNAs(microRNAs，miRNAs)和RNA结合蛋白(RNA-binding proteins，RBPs)参与转录后调控 circRNAs广泛存在于哺乳动物神经系统组织，特别是突触中含量最高[3]，而突触活性与神经元mRNA的翻译和神经系统疾病等密切相关[5-7]。Westholm等[8]和Gruner等[9]均证实circRNAs的含量会随着神经系统的发育和老化而增多，提示circ-RNAs可能参与了神经元的发育分化，并在多种神经系统疾病病理生理过程中扮演了重要角色。

miRNAs是基因转录的重要调节因子，通过与安格蛋白(argonaute，AGO)结合于mRNA非转录区域调控mRNA表达[10]。circRNAs作为内源性RNA可以与其它内源性RNA竞争结合miRNAs从而影响靶基因的表达。现今研究最为深入的当属ciRS-7(circRNA sponges of miRNA-7)/miRNA-7，Memczak等[11]发现在海斑鱼体内过表达ciRS-7与miRNA-7基因敲除作用类似，证实了circRNAs对miRNAs的海绵吸附作用。

Hanse等[10]发现在小鼠神经元和海马组织中ciRS-7有超过70个miRNA-7结合位点。泛素蛋白连接酶A(ubiquitin protein ligase A，UBE2A)是一种与自噬吞噬有关的泛素化连接酶，它可以吞噬阿尔茨海默症(Alzheimer’s disease，AD)和中枢系统退行性疾病产生的淀粉样蛋白，阻碍AD患者疾病的进展，Lukiw等[12]发现在AD病人脑组织中ciRS-7的缺损可以上调miRNA-7的量，从而抑制了miRNA-7靶标UBE2A的生成，影响AD疾病进展。α-突触核蛋白是介导帕金森病的重要病理生理学机制，miRNA-7能够减缓α-突触核蛋白的毒性蓄积作用[10]，延缓帕金森病进程。miRNA-7还能够靶向调节下游胶质瘤相关Akt通路，抑制胶质瘤细胞的生长[13]。ciRS-7含有多个miRNA海绵吸附位点，不仅可以与miRNA-7结合，也可与miRNA-671结合从而调节miRNA-7的活性[10]，同时miRNA-671还可以作为lncRpa和circRar1的靶标介导铅引起的神经元凋亡[14]，提示ciRS-7可直接或间接影响多种神经系统疾病相应病理生理过程。

不仅如此，circRNAs亦能与AGO，RNA聚合酶Ⅱ[15]和MBL(musclebind )[16]等RBPs相互作用，与RBPs底物竞争其结合位点干扰靶基因的转录。TAR DNA结合蛋白(TDP-43)是泛素化的重要组成元件， 肌萎缩侧索硬化的发生与TDP-43的积累密切相关，一些ciRNAs可减缓TDP-43蓄积产生的毒性[17]，提示ciRNAs可以通过结合相关蛋白干扰基因表达，甚至能够延缓肌萎缩侧索硬化进展。研究表明，生成circRNAs的环化过程和经典剪接是相互竞争的[16]，circMBL的侧翼内含子可以结合MBL蛋白，MBL蛋白又可以影响mRNA的剪接，最终circRNAs通过结合MBL蛋白影响经典剪接。

circ-Foxo3是由转录因子Foxo3编码而来，能够捕获细胞周期蛋白2和周期蛋白依赖性激酶抑制物 p21从而抑制细胞增殖[18]。此外，Du等[19]发现circ-Foxo3与抗衰老蛋白ID-1及应激相关蛋白FAK和缺氧诱导因子1α结合，能够抑制细胞衰老，抵抗压力应激，均表明circRNAs与蛋白结合参与多种重要病理生理过程。

1.2调控基因表达 研究发现ElciRNAs多位于细胞核内，可顺式调节基因转录，如circEIF3J和circPAIP2通过结合核内小核糖核蛋白U1和RNA聚合酶Ⅱ直接影响亲本基因的转录[15]。

circRNAs既能影响亲本基因转录，同时，研究表明它也能编码蛋白质。Abouhaidar等[20]发现一种220 nt的circRNA上有核糖体插入位点，能够编码一种分子量为16 kD的蛋白质。circMBL是由基因的第二个外显子转录而来；近期，Koch等[21]发现在转基因果蝇内，circMBL可编码10 kD的蛋白质，同时，Legnini等[22]发现成肌差异表达的circ-ZNF609上有开放阅读框架，能够影响肌细胞增殖并能翻译生成蛋白质，均提示circRNAs具有能够编码蛋白质的功能。

1.3其它潜在功能 circRNAs可以与多种miRNAs结合干扰下游靶标，与AGO，RNA聚合酶Ⅱ，MBL等RBPs结合，与mRNA，lncRNAs等内源性RNA 竞争结合位点，从而在相应基因的转录和转录后水平发挥了重要调控作用，此类相互作用向我们展示了一个庞大的错综复杂的网络结构，为神经系统疾病的诊断和治疗提供了全新的思路。

2 circRNAs作为脑血管疾病的潜在治疗靶点和分子标记物

circRNAs广泛存在于脑组织中，随着神经系统的发育、老化而蓄积，研究表明circRNAs与多种神经系统疾病病理生理过程相关，脑血管疾病作为神经系统疾病中的一大类，已成为中国居民的主要死因和首位致残原因[23]，脑血管疾病相关circRNAs的发现为卒中后脑损伤的发生发展提供了理论依据，的发现为卒中后脑保护治疗提供了潜在的药物靶点。

近期Mehta等[4]研究通过建立小鼠大脑中动脉闭塞模型，芯片检测观察不同复灌时点发现circRNAs的表达量发生显著改变，并预测与之相结合的miRNAs及其下游生物学过程，提示circRNAs参与卒中后的病理生理过程，包括卒中后炎症、氧化应激、线粒体功能紊乱、凋亡及自噬等。

富含半胱氨酸运动神经元蛋白1(cysteinerich motor neuron 1 protein，CRIM1)基因生成的circ-006839在卒中后不同复灌时点均差异表达，并影响了卒中后多种病理生理过程[4]，CRIM1是一种跨膜蛋白，能与包括转化生长因子β和血管内皮生长因子等多种生长因子结合[24]，并能与β连环蛋白和钙黏素形成复合物，影响细胞连接和神经系统的发育[25]，CRIM1基因缺陷影响血管内皮细胞的增殖、促进内皮细胞凋亡[26]，提示CRIM1相关circ-006839与卒中后血管功能紊乱有联系。

核受体共激活剂2(nuclear receptor coactivator 2，NcoA2)基因生成的circ-015350与卒中后凋亡，氧化应激等多种生物学过程相关[4]，NcoA2是一种转录因子共激活剂，可调节转录因子的活性，同时也能抑制包括缺氧诱导因子1α和芳香烃受体蛋白等的活性，影响小管生成，进而影响血管内皮细胞的增殖发育[27]，NcoA2相关circ-015350调节转录因子活性，为卒中后脑保护治疗提供了潜在的药物靶点。

蛋白激酶A结合支架分子( protein kinase A-binding scaffolding molecule，AKAP7)基因生成的circ-000741影响卒中后多种转录因子和凋亡相关蛋白的表达[4]，AKAP7主要表达于淋巴细胞中，在卒中后外周血中表达升高，与血脑屏障的完整性密切相关，AKAP7相关circ-000741有望成为卒中后提示病情进展的外周血潜在分子标记物[28]。

研究表明染色体9p21邻近基因INK4A-ARF核苷酸多态性与动脉粥样硬化相关[29-30]，circANRIL是INK4A-ARF基因位点上的反义转录物，核苷酸多态性可以通过调节ANRIL的剪接和circANRIL的生成影响ANRIL的转录，circANRIL可以与PES1(pescadillo homologue 1)结合，干扰血管平滑肌细胞内mRNA前体的加工，同时，Holdt等[31]研究也发现circANRIL可以影响血管内皮细胞的凋亡和炎症因子的生成，降低动脉粥样硬化的风险，减少脑血管病发率。

Boeckel等[32]发现人脐静脉内皮细胞低氧处理后通过深度测序，筛选得到目标circZNF292，低氧诱导使circZNF292表达量升高，沉默circZNF292可影响球体发芽和管腔形成，抑制内皮细胞的增殖，进一步影响低氧状态下血管内皮细胞的新生。同时，对高糖诱导的人脐静脉内皮细胞行二代测序，筛选得到差异表达的circZNF609，证实circZNF609海绵吸附miR-615-5p，沉默circZNF609促进球体发芽，小管生成以及视网膜血管内皮细胞的增殖[33]， circRNAs可干扰血管内皮细胞的增殖发育，进而影响血管功能。

Lin等[34]通过对海马神经元细胞行糖氧剥夺后，深度测序筛选目标circRNAs，发现目标circRNAs能够通过海绵吸附miRNAs影响凋亡和免疫炎症相关过程，提示参与了脑缺血再灌注损伤病理生理过程。细胞凋亡相关蛋白PARP存在于细胞核中，与DNA损伤修复密切相关，研究发现上调miRNA-7可通过作用下游靶标PARP，影响细胞凋亡，抵抗缺血再灌注损伤[35]，提示ciRS-7/miRNA-7参与血管损伤的分子调控，这些都为 circRNAs靶向治疗脑血管疾病提供了潜在的思路。

3 展望

circRNAs作为非编码RNA的一种，因其高稳定性及组织特异性，已成为近年来研究的热点，研究表明circRNAs 与多种疾病的病理生理过程相关，通过调控基因转录影响了多种疾病的发生发展。然而，circRNAs 对疾病的具体调节方式，及其组织特异性，与细胞内各种分子间的相互作用还有待进一步探索。但circRNAs在神经系统组织中含量丰富，其对转录及转录后的调控提示了 circRNAs对神经系统疾病潜在的调控机制，同时，脑血管病相关circRNAs的研究为卒中后脑保护治疗开辟了一个新的视角，为脑血管病的发生发展提供了新的理论基础，有望成为卒中后脑保护的药物治疗靶点和潜在分子标记物[36]，circRNAs为脑血管疾病的诊治提供了全新的方向。

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