环状RNA在心血管疾病中的研究现状及展望

郭 欣，范春雨

环状RNA(circRNA)是近些年非编码RNA领域的研究热点，它最早发现于20世纪70年代[1-2]，但一直以来，circRNA被认为是线性RNA剪接的产物[3]。随着RNA测序技术的发展，人们发现有大量的circRNA在多种哺乳动物组织中表达，仅在人体组织中，就有3万多种不同的circRNA被确定[4]。近年来，科学家们着眼于寻找疾病新的生物标志物，以方便疾病的早期诊断，目前已有研究发现某些circRNA在心力衰竭、心肌梗死、动脉粥样硬化、高血压等临床常见心血管疾病中与正常个体存在表达差异，因此，特定的circRNA有望成为这些疾病的新型生物标志物，并用于临床检测。现对circRNA在心血管疾病方面的研究进展综述如下。

1 circRNA的一般特征及作用

circRNA是一类特殊的非编码RNA分子，与传统的线性RNA(linear RNA)不同，circRNA分子呈封闭环状结构，不含5′末端帽子结构和3′末端多聚腺苷酸尾巴结构[5]，不受RNA外切酶影响，因此，表达更稳定，不易降解，在组织和体液中可以稳定存在。circRNA的序列高度保守，具有一定的组织特异性和时序性[6]。

与大多数非编码RNA一样，绝大多数circRNA不编码蛋白质，但在转录和转录后基因表达调控中起着关键作用：①内源性circRNA可以作为miRNA的“海绵”，与特定的miRNA结合，从而影响mRNA的翻译[7]；②circRNA通过与RBP(RNA结合蛋白)结合参与转录过程，进而改变剪接模式或影响mRNA稳定性[8]；③circRNA虽然属于非编码RNA，缺乏翻译起始所需的典型5′帽和3′多聚尾结构，但也有部分circRNA可与IRES(内部核糖体进入位点序列)结合而被翻译并编码多肽，进而行使调控功能[9]；④一些circRNA在转录水平上是活性元件，通过在转录位点的积累，使RNA聚合酶Ⅱ(PolⅡ)转录延长，可作为PolⅡ转录的正调控因子调节转录[10]。

2 circRNA与心脏衰老

心脏衰老是心脏功能下降的主要危险因素，也是心脏相关疾病的危险分层因素。Du等[11]研究发现circFoxO3在人和小鼠的老年心脏中均表达上调，为了证实circFoxO3在心脏功能中的作用，采用阿霉素诱发的心肌病小鼠模型，在这些小鼠中，circFoxO3的过表达会加剧心肌病的恶化，而circFoxO3表达沉默会降低阿霉素诱导作用，同时发挥心脏保护作用。从机制上讲，circFoxO3可能与细胞质中的抗衰老蛋白ID1、E2F1及抗应激蛋白FAK、HIF1a相互作用，阻止其核转运，从而抑制其抗应激和抗衰老功能。

3 circRNA与心肌纤维化

心肌纤维化是心肌细胞外基质过量沉积引起的病理改变，会使心肌弹性下降，并引起心肌功能、心肌细胞代谢及传导功能的异常，从而导致心室重塑、心律失常、心力衰竭等心脏疾病发生。针对心力衰竭病人，人们猜想可进行抗纤维化治疗缓解病情，但目前尚无关于抗纤维化治疗的大量报道，因此，了解心肌纤维化的潜在机制，对于预防和治疗心肌纤维化具有重要意义。最近，Tang等[12]研究发现，circRNA-000203在糖尿病心肌细胞和血管紧张素Ⅱ诱导的心肌成纤维细胞中表达上调。从机制上讲，circRNA-000203中有两个miR-26b-5p的结合位点，它可以使miR-26b-5p海绵化，从而减弱miR-26b-5p对心肌成纤维细胞中 Col1a2、Col3a1、α-SMA 和 CTGF等纤维化相关基因的抑制作用，促进心脏成纤维细胞的纤维化表型转化，发挥促心肌纤维化作用。另外，Zhou等[13]研究发现，心肌纤维化病人心肌细胞内circRNA-010567表达上调，同时证实了circRNA-010567使miR-141海绵化，上调心肌细胞转化生长因子β1(TGF-β1)靶基因及纤维化相关蛋白的表达，从而促进心肌纤维化。以上研究表明circRNA能够调控心肌纤维化的发生发展过程，这提示circRNA可能是心肌纤维化防治的潜在靶点。

4 circRNA与心血管疾病

4.1 circRNA与心力衰竭 心力衰竭是一种高死亡率和高发病率的多因素疾病，通常与心室充盈或射血能力受损有关，但它并不是一种独立的疾病，而是心脏疾病发展的终末阶段[14]，几乎所有类型的心血管疾病最终都可能导致心力衰竭的发生(如心肌梗死、心肌病、心肌损伤等)。在目前的指南中，利钠肽[如脑钠肽(BNP)和氨基末端脑钠肽前体(NT-proBNP)等]的血浆水平是急性心力衰竭的重要诊断指标[15]，但血浆利钠肽水平在疾病的不同阶段会有显著的差别，因此，这些生物标记物不能用于有复杂病史的心力衰竭病人的诊断。Wang等[16]最早鉴定出与心脏有关的circRNA (称为HRCR)，HRCR可以发挥分子海绵作用“吸附”miR-223，通过HRCR/ miR-223/ARC信号通路机制，起到保护心脏的作用，并参与心肌肥大和心力衰竭的调节。研究发现miR-223转基因小鼠可自发性发生心肌肥大和心力衰竭，敲除了miR-223基因的小鼠不发生心脏病理性肥大。从机制上讲，miR-223能够通过与靶基因非编码区的结合抑制抗凋亡蛋白ARC的表达，HRCR可以与之“吸附”，从而下调它的功能，使下游抗凋亡蛋白ARC表达量增加，抑制病理性心肌肥大和心力衰竭[16]。因此，进一步研究circRNA的作用机制，在防治心肌肥大和心力衰竭方面具有重要意义。

4.2 circRNA与心肌梗死 circRNA CDR1as是小脑变性相关蛋白-1转录本的反义序列，具有miR-7a“海绵作用”，即通过调控miR-7a导致细胞死亡并加快心肌梗死的发展[17]。miR-7a的过表达可以起到保护心肌细胞的作用，它通过直接抑制凋亡过程相关的靶基因(PARP和SP1)来使心肌细胞免受缺氧诱导的细胞凋亡[18]。体外和体内实验均表明CDR1as的过表达会通过使miR-7a海绵化而加重心肌梗死，导致PARP和SP1表达上调，因此，CDR1as可以充当心肌梗死的生物标志物[17]。Geng等[18]在对小鼠心肌梗死模型中CDR1as/miR-7通路功能的研究中发现，在心肌梗死后的小鼠心肌细胞和体外低氧处理的心肌细胞中，CDR1as表达明显上调。

Vausort等[19]最近研究发现，在心肌梗死病人外周血样本中，与心肌梗死相关的circRNA(MICRA)被下调，而MICRA水平低的病人会发生左心功能不全，提示MICRA水平可被用作心肌梗死病人左心功能不全发展的预测指标。Salgado-Somoza等[20]在随后的研究中支持了上述发现，在该研究中，低血MICRA水平的病人在经皮介入后再灌注时，左心室功能丧失的风险更高。这些研究共同提示circRNA对心肌梗死的诊断具有预测价值。

4.3 circRNA与动脉粥样硬化 Burd等[21]研究发现动脉粥样硬化性血管疾病与9p21.3号染色体INK4/ARF基因附近单核苷酸的多态性有关，突变的核苷酸可以通过改变circANRIL水平进而调节INK4/ARF基因的表达。Holdt等[22]发现，在健康及患病人群中，circANRIL在血管组织以及平滑肌细胞和单核/巨噬细胞中均高表达，而这些组织细胞在动脉粥样硬化形成中发挥重要作用。最近，在一项关于动脉粥样硬化大鼠模型的研究中发现，circANRIL的降低可以改善冠状动脉粥样硬化、减少细胞凋亡及炎性因子表达、降低内皮损伤，因此，circANRIL与动脉粥样硬化性血管疾病的发生密切相关[23]。另外，Liu等[24]研究证实miR-221可通过下调P27KipI刺激内膜增厚，P27KipI是一种细胞周期蛋白依赖性激酶抑制剂，它可以减少血管平滑肌细胞(VSMC)的增殖。最近Bazan等[25]研究表明，在颈动脉斑块破裂的病人中，血清circR-284水平显著上调，同时血清miR-221水平下调，并且在颈动脉斑块破裂的早期阶段，circR-284与miR-221的比值增高，这提示其可能成为早期诊断颈动脉斑块破裂的生物标志物。

4.4 circRNA与高血压 高血压是最常见的慢性病，也是心血管疾病最重要的危险因素。最近，Wu等[26]通过生物信息学手段，分析了高血压病人血液中的circRNA，与正常人相比发现了13个下调的circRNA和46个上调的circRNA，其中有4种circRNA含量(hsa-circ-0000437、hsa-circ-0008139，hsa-circ-0005870和hsa-circ-0040809)在高血压病人体内存在显著差异，进一步分析证实，49例高血压病人[血压超过150/90 mmHg(1 mmHg=0.133 kPa) ]和49名健康者(血压低于140/90 mmHg)相比，hsa-circ-0005870在血浆中明显下调，差异具有显著性，此外，他们还发现hsa-circ-0005870与许多生物学过程有关，例如细胞的应激反应，因此，hsa-circ-0005870这种新型的circRNA可能成为一种诊断高血压疾病的新型生物标志物。

5 展 望

circRNA是新型非编码RNA分子，具有高度保守性、时序性及组织特异性等生物特征，随着人们对circRNA调节基因转录过程的研究，circRNA与人类疾病的相关性逐步得到认识，同时也发现了一些与心血管疾病发生发展密切相关的circRNA，但是目前circRNA与心血管疾病关系的研究还不够深入，相信随着对circRNA的进一步研究以及实验检测手段的不断发展，未来circRNA可能成为心血管疾病早期的血清学诊断标志物。