环状RNA与心血管疾病关系的研究进展

袁近松，石蓓

(遵义医学院第一附属医院，贵州遵义563000)

环状RNA(circRNAs)是一类新型的非编码RNA，最初在真核细胞中被发现[1]。随着生物信息学分析和高通量测序技术的迅速发展，研究发现circRNAs在真核生物细胞中高度表达，并发现了其新特性。近年来circRNAs已成为非编码RNA研究邻域的热点。研究[2～4]发现，circRNAs与肿瘤、阿尔茨海默病、肺纤维化及类风湿关节炎等多种疾病有关。circRNAs可作为多种疾病潜在的生物标志物，为疾病的诊断和治疗提供新思路，改善疾病的远期预后。circRNAs在心血管疾病的临床应用为心血管疾病领域研究的热点。现就circRNAs与心血管疾病关系的研究进展进行综述。

1 circRNAs

和传统线性RNA不同，circRNAs是通过前体RNA反向地首尾剪接形成。circRNAs包括外显子circRNAs(ecircRNAs)、内含子circRNAs(ciRNAs)、外显子-内含子circRNAs(EIciRNAs)和基因间circRNAs等[5]。Jeck等[6]研究发现ecircRNAs的形成机制有两种：套索驱动的环化和内含子配对驱动的环化。套索驱动的环化与外显子跳跃有关，由其中一个或多个外显子转录物发生跳跃形成。套索本身通过剪切体结合形成外显子环状结构。内含子配对驱动的环化最主要与内含子之间的碱基配对有关。越来越多的研究发现内含子之间的碱基互补配对可诱导环化形成circRNAs。EIciRNAs的形成机制和ecircRNA形成相似，但保留着结构中的内含子[6,7]。ciRNAs来源于内含子5′端剪切位点富含的7nt GU和3，端剪切位点富含的11nt C，两者共同作用使得内含子首尾相连，形成ciRNAs[8]。基因间circRNAs包含有GT-AC剪接信号侧翼片段的两个ciRNAs，其由片段的受体和供体首尾结合形成[9]。研究发现circRNAs可来自于内含子，但大多数circRNAs来源于蛋白编码基因的外显子，其通过下游的5′端剪切位点和上游的3′端剪切位点反向结合形成。

研究发现大部分circRNAs可作为miRNAs海绵，从而发挥生物学作用。circRNAs是一类竞争性内源RNAs，可以与miRNAs结合，影响miRNAs的活性，导致miRNAs靶基因表达水平发生改变[10]。同时circRNAs通过多种途径参与调节基因的剪切和转录。circRNAs形成参与基因的转录与剪切，部分线性RNA翻译起始点包含有circRNAs序列。circRNAs形成后，线性RNA因为缺少翻译起始点而无法进行翻译。另外circRNA可以调节亲代基因表达而发挥作用。部分circRNAs大量存在于细胞核并与RNA聚合酶Ⅱ相互作用，调节宿主基因转录活性。ecircRNAs在细胞质中发挥调节功能，而保留ciRNAs在细胞核内对转录调节发挥有效的作用。

2 circRNAs与心血管疾病

2.1 心力衰竭 心力衰竭是全世界人类死亡的主要原因之一，心脏肥厚的终末期阶段会发展为心力衰竭，然而它的发病机制尚不明确。研究[11]发现，miRNA-233是一种可诱导心脏肥厚和心力衰竭的内源性调节因子。CARD域的细胞凋亡抑制因子(ARC)是miRNA-223的下游靶基因，miRNA-223通过调节ARC发挥其作用。circRNAs可作为miRNAs海绵与miRNAs相互作用，从而影响miRNAs的表达水平。Wang等[12]进一步研究发现，心脏相关circRNAs(HRCR)可作为内源性miRNA-223海绵，直接与miRNA-223结合，抑制其活性，导致ARC表达升高。因此，过表达HRCR能促进ARC的表达，从而抑制心脏肥厚和心力衰竭的发生发展。

2.2 冠状动脉疾病(CAD) CAD是导致心血管疾病死亡的主要原因，目前已成为威胁人类健康的重要疾病之一。Pan等[13]通过基因芯片在CAD患者血浆中发现24个差异表达的circRNAs，其中有18个上调和6个下调，生物信息学分析发现，hsa_circ_0089378、hsa_circ_0083357、hsa_circ_0082824、hsa_circ_0068942、hsa_circ_0057576、hsa_circ_0054537、hsa_circ_0051172、hsa_circ_0032970和hsa_circ_0006323可作为hsa-miR-130a-3p海绵调节其靶基因TRPM3表达。Zhao等[14]通过RNA芯片测序在CAD患者外周血中发现22个差异表达的circRNAs，通过定量PCR验证发现CAD患者中circRNAs的表达水平明显升高，进一步研究发现circRNAs可作为CAD诊断的潜在生物标志物。circRNAs可为CAD的诊断和治疗提供新的思路。

2.3 心肌梗死 心肌梗死是导致全球高病死率和致残率的主要原因之一，在心肌梗死的发病过程中，持续心肌缺血促进心肌细胞凋亡和坏死。近来研究发现Cdr1as是circRNAs家族的成员之一，可作为miRNA-7海绵，抑制miRNA-7的活性。miRNA-7a/b在心肌细胞中通过负性调节聚腺苷二磷酸-核糖聚合酶(PARP)和减少细胞凋亡而具有保护作用[15]。SP1和PARP是miRNA-7的靶基因，在缺氧微环境中可减少细胞凋亡，从而抑制miRNA-7a活性，但在心肌梗死的发展过程中具有促细胞凋亡的作用[16,17]。因此，Cdr1as可作为miRNA-7a海绵，通过抑制miRNA-7a的活性而上调miRNA-7a靶基因的表达，从而促进心肌细胞损伤，这表明Cdr1as/miRNA-7a在心肌梗死后诱导心肌细胞凋亡中起关键性作用。

2.4 高血压 高血压是全球心血管疾病的主要危险因素，大约占冠状动脉粥样硬化性心脏病的1/2和脑血管疾病的2/3[18]，给人类和医疗卫生服务带来巨大的经济负担。circRNAs在高血压中的作用尚不清楚。Wu等[19]通过circRNAs基因芯片在高血压患者血浆中发现59个差异表达的circRNAs，其中46个上调和13个下调，进一步通过荧光实时定量PCR验证发现hsa-circ-0005870在高血压患者血浆中显著下调。

2.5 心肌病 circRNAs参与心肌病的发生发展，可作为心肌病研究的分子标志物。但心肌病的发病机制目前仍不清楚。研究[20]发现，异丙肾上腺素诱导及主动脉狭窄手术诱导的心肌病小鼠模型心脏组织中HRCR表达显著下调。Khan等[21]发现心肌病中有异常表达的circRNAs剪接。通过RNA基因芯片发现肥厚型心肌病和扩张型心肌病患者心脏组织中可检测到反向剪切结合点，进一步行实时荧光定量PCR验证CAMK2D和Titin基因中有10个circRNAs与心肌病的发生发展有关。在肥厚型心肌病和扩张型心肌病中CAMK2D基因circRNAs表达减少，而在扩张型心肌病中Titin基因circRNAs表达明显减少。研究[22]发现，RNA结合模体蛋白20(RBM20)参与Titin基因的调控过程，敲除RBM20可导致Titin基因突变。RBM20是心脏相关剪切基因所必需的，Titin基因和RBM20基因突变可引起扩张型心肌病。RBM20在心肌病的发病机制中起重要作用。

糖尿病也可引起糖尿病心肌病，其中心肌纤维化是糖尿病心肌病最严重的病理表现之一。小鼠myo9a基因转染circRNA_000203与心肌纤维化有关[23]。糖尿病心肌病小鼠中circRNA_000203表达上调。circRNA_000203与抗纤维化的miR-26b-5p相互作用促进Col1a2和CTGF基因的表达，同时具有促进心肌纤维化的作用。circRNAs通过调节心肌纤维化参与心肌病的发生发展。

2.6 动脉粥样硬化 动脉粥样硬化是心肌梗死和其他冠状动脉粥样硬化性心脏病的主要原因。多基因组分析发现动脉粥样硬化与人类染色体9p21靠近INK4/ARF结合位点有关，可转录相应的肿瘤抑制因子和反义非编码RNA(ANRIL)。ANRIL基因的环状转录物表达水平与动脉粥样硬化风险相关[24]。环状ANRIL通过结合雌激素受体共调节因子抗体同源体1影响核糖体的生成，导致核仁压力并激活p53基因，从而促进细胞凋亡并抑制细胞增殖，这些与动脉粥样硬化的发生发展密切相关。

2.7 心脏衰老 心肌损伤可促进心肌细胞凋亡和早衰，而哺乳动物分化成熟的心肌细胞寿命与个体的寿命大致相等。因此抗心肌细胞衰老对延长人类寿命具有重要意义。circ-Foxo3是一种来自叉形头转录因子家族成员(Foxo3)的circRNA，在老年患者和小鼠心脏组织细胞质中高表达。circ-Foxo3的表达可以促进心肌细胞衰老[25]。外源性circ-Foxo3促进心肌细胞衰老和阿霉素诱导心肌病，而内源性circ-Foxo3沉默可抑制心肌细胞衰老和凋亡。研究[25]表明，高表达的circ-Foxo3与处于G1期而不能进入S期的细胞同时存在。Du等[26]进一步研究发现，高表达的circ-Foxo3抑制细胞增殖和细胞周期进程。细胞核内转录因子ID-1、E2F1、FAK和HIF1α有抗衰老作用，但circ-Foxo3通过阻止转录因子转染细胞核而促进细胞衰老。

综上所述，circRNAs具有多种生物学功能，主要作为miRNAs海绵，通过与miRNAs结合相互作用，从而与多种疾病的发生发展密切相关。越来越多的研究发现，circRNAs与心血管疾病的病理生理机制密切相关。随着高通量测序技术和生物信息学分析的发展，越来越多的HRCR被发现，其与心血管疾病的发病机制有待进一步研究。circRNAs在心血管疾病应用和靶向干预有广泛的研究前景，将为心血管疾病的诊断和治疗提供新的思路。

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