环状RNA：银屑病研究治疗的新希望

王亚杰，陈雪，严炯，王峥嵘，刘青，赵珩，魏跃钢，施建新(通信作者*)

(1.南京中医药大学附属医院，江苏 南京 210029；2.东部战区总医院，江苏 南京 210002)

1 环状RNA的背景

最初发现circRNA是在植物类病毒、酵母线粒体及乙型肝炎病毒中[1]，但是由于结构特殊(结构中不存在5′帽子结构或3′聚(A)尾巴结构)，当时的RNA测序技术及生物信息分析技术有限，环状RNA一直被认为是异常剪切后错误拼接的副产物[2]。伴随着高通量RNA测序(RNA-seq)技术和生物信息学分析的快速发展，在人组织中已经检测出数以万计的circRNA[3]，因此在很多研究领域中，科学家们都发现其参与了多种疾病的发生及发展。

2 环状RNA的类型及成环机制

circRNA根据来源可以分为四类：全外显子型的circRNA、内含子和外显子组合的EIcircRNA、内含子组成的套索型circRNA、由病毒RNA基因tRNA、rRNA、snRNA等环化产生的circRNA。不过就目前的情况来说，circRNA的成环机制有四种主流推测。第一种是依赖于剪切体进行的索尾接环化，第二种是RNA结合蛋白(RBPs)调控的环化。第三种是内含子逆转互补配对驱动的环化。第四种是前体基因剪接中内含子去除或外环子的套索环化[4]。

3 环状RNA的特点

circRNA大多数是由外显子环化而成的，外显子circRNA主要细胞质或储存于外泌体中，而较少部分内含子和外显子组合的EIcircRNA和内含子circRNA则大多数存在于细胞核中[5]。目前研究表明circRNA有以下特点:(1)高稳定性：circRNA的结构中没有5′帽子结构或3′聚(A)尾巴结构，可抵抗RNA核酸外切酶或RNaseR降解，相比传统的线性RNA稳定性更高。(2)高特异性：主要体现在细胞类型特异性及发育不同阶段的组织特异性。(3)高丰度性：circRNA广泛存在于多种真核生物的体内，并且表达丰度差异很大，甚至是其对应的线性mRNA的10倍以上。(4)高保守性：在不同物种中高度保守[6]。

4 环状RNA的生物学功能

大量研究发现，circRNA在肿瘤，皮肤病，心血管，精神分裂等疾病的发生和发展环节密切相关，并且还预测到在疾病诊断标志物的潜力，但对其生物学功能的研究尚欠，目前较受认可的生物学功能，归类如下：

4.1 充当miRNA海绵或ceRNA

首先人类普遍认为：circRNA可以通过其miRNA反应元件(MRE)作为microRNA(MiRNA)的竞争性内源RNA，通过将miRNA从亲本mRNA中隔离出来，竞争性地与miRNA结合，从而缓解了miRNAs对其靶基因的抑制作用，最终提高靶基因的功能活性，从而在疾病调控中发挥重要作用[7]。QIAO等研究发现：在差异表达的circRNA中鉴定出4405个异常的circRNAs都有miRNAs结合位点，因此可以预测它们通过CERNA机制发挥调节作用[8]。有研究发现，在人和鼠脑组织中，存在着一类名为小脑变性相关蛋白1反义转录物的circRNA，包含74个miR-7结合位点，充当miR-7a/b的海绵样作用，对miR-7起负调控作用。若CDR1as过表达，则与miR-7结合，提升miR-7靶基因表达水平；如CDR1as表达受到抑制，则miR-7靶基因表达水平下降[9]。此外，一个环状RNA不仅可以扮演同一个miRNA海绵的不同角色，还可以扮演多个不同的miRNA的相同角色，这与自身的某些特性不谋而合。

4.2 与RNA结合蛋白(RBPs)结合

环状RNA与RNA结合蛋白(RBPs)的结合，是通过与某些蛋白竞争性相互作用以及作为蛋白质支架调节蛋白质-蛋白质的相互作用，进而抑制相应功能蛋白的活性，从而发挥生物调控功能[10,11]。比如circFOXO3与CDK2和p21的相互作用，产生抑制CDK2功能并抑制G1细胞周期进程的三元复合物，非但如此，它还可以调节抗衰老蛋白ID-1、转录因子E2F1、抗应激蛋白FAK等，促进这些因子参与细胞衰老过程以及在细胞质中的保留[6]。

4.3 编码翻译蛋白

近年还发现部分circRNA可以编码蛋白，由于circRNA缺乏5′的帽子结构、3′末端的尾巴结构，所以到目前为止，环状RNA是以非帽近年依赖的方式来翻译蛋白质的，这种翻译方式主要是通过内部的核糖体进入位点促进核糖体与环状RNA的结合，从而实现了蛋白质的翻译功能[6]。Perriman和Ares在大肠杆菌中构建了一个环状RNA，其包含GFP序列，它可以表达GFP。但从目前情况来看，有关circRNA的翻译功能机制还有待进一步研究[12]。

5 环状RNA与银屑病

银屑病(psoriasis)是一种慢性炎症性皮肤病，易于复发，病程较长，临床上以红斑、白色鳞屑，半透明薄膜，点状出血现象为主要表现。其皮损特征主要以角质形成细胞(KCs)的异常增殖和角化，是由多基因背景下的T细胞介导的。参与的因素很多，如炎症、免疫、细胞增殖和凋亡，以及神经递质和细胞内信号转导途径。免疫因子介导的炎症反应可以促进KCs的异常增殖，最终发展成了银屑病。在发病时期可影响到患者的身心健康，让患者承受很大的精神压力，同时也伴随多种严重的并发症，比如心血管疾病、恶性肿瘤以及其他自身免疫性疾病等等，截止到目前，国内外对它的病因及发病机理研究尚未完全清楚，但已经了解到它是一种复杂的、多因素的疾病，受到遗传、环境因素的影响。虽然已经出现了一些治疗手段，但只能对症状进行缓解，所以很需要寻找一些具有高特异性及敏感性显著的早期诊断生物标志物以及新的治疗手段。幸运的是，许多研究表明银屑病中存在着许多表达异常circRNA，并且调控着银屑病的发生发展，再加上circRNA具有高特异性和高稳定性的特点，都表明了circRNA在不久的将来有机会成为一种新的诊断生物标志物及新的治疗靶点。

5.1 促进银屑病发生发展的环状RNA

银屑病可在患者的皮损部位、血液中、毛细胞和血管内皮细胞中表现出特异的miRNA表达，参与到皮肤组织的发育和再生，并通过分泌细胞因子对皮肤微环境产生重要影响。此外，银屑病的主要病理特征是表皮细胞异常增殖，真皮内T细胞介导的扩张和炎症反应，真皮乳头血管扭曲。在银屑病中，发现有一部分circRNA参与调节炎症、免疫和细胞增殖等等，而银屑病的发生与发展正是与这些因素息息相关。然而，目前对circRNAs在银屑病中的作用知之甚少。QIAO等研究发现：共鉴定出4956个环状RNA在银屑病中有差异表达，其中上调的有3016个，下调的有1940个；此外，与正常健康皮肤组织相比，银屑病皮损中发现了1156个上调的mRNA和569个下调的mRNA，同时也在差异表达的circRNA中鉴定出4405个miRNA反应元件，恰好证明了环状RNA可以充当miRNA的功能。其中HSA_CIRC_0061012在银屑病患者的皮损中表达上调最为明显，该环状RNA包含的前五位对应miRNA反应元件分别是hsa_miR_7157_5p、hsa_miR_miR_4769_3p、hsa_miR_6817_5p、hsa_miR_4310以 及 hsa_miR_6882_3p[8]。经过GO分析这5种miRNAs的靶基因，得知GO富集的前30位中的大多数与银屑病有关，例如T细胞的选择，对白细胞介素4的反应，以及NF_κB转运到核内的调节[8,11,13-15]。辅助性T淋巴细胞1(T helper lymphocytes 1，Th1)/Th2平衡向Th1显性免疫的转变是银屑病发病的重要环节，IL-4可逆转银屑病Th1/Th2平衡紊乱。NF-κB作为转录因子，被视为银屑病炎症和免疫级联反应的“调控阀门”[14]。提示circ0061012的异常表达可能通过上述方式参与了银屑病的发病机制，因而可推测hsa_circ_0061012很有可能成为银屑病新的生物标志物，为银屑病的诊疗提供了一个新的视角，也为进一步深入研究银屑病奠定了基础。

5.2 抑制银屑病发生发展的环状RNA

在银屑病中还同样存在着可以抑制银屑病发生发展的circRNA，有研究发现CIRC_0003738成为miR-562的分子海绵，释放靶基因IL-17RA(IL-17受体A)的抑制作用，从而促进银屑病树突状细胞的IL-17A信号转导。同时，CIRC_0003738还可作为miR-490-5p的海绵，解除对靶基因IFNGR2的抑制，从而促进银屑病树突起干扰素-γ信号转导。circRNAs可能是miRNA活性的有效抑制剂，所以上调的CIRC_0003738通过miR-562/IL17RA和miR-490-5p/IFN-g受体2轴抑制银屑病Tres的功能[16]。

在这项研究中，YANG等研究人员通过分析circRNA在银屑病Tres中的表达谱，并与正常Tres进行了比较，发现CIRC_0003738在银屑病Tres中表达上调。CIRC_0003738基因敲除银屑病患者皮损后，可通过抑制IL-17A和干扰素-g的产生，部分恢复银屑病患者的抑制功能。此外，我们还发现CIRC_0003738的靶点为miR-562和miR-490-5p，分别靶向IL-17受体A(IL17RA)和干扰素-γ受体2(IFNGR2)。我们的发现确立了circRNAs在调节银屑病Treg抑制功能中的新作用。CIRC_0003738可能是治疗银屑病的潜在靶点[3,17,18]。

YANG等研究人员对CIRC_0003738在正常树突和银屑病患者树突中的表达模式进行了环形微阵列分析，分析显示，在银屑病Tregs中发现了4个上调的circRNA和4个下调的circRNA，这些上调的circRNA可能参与炎症相关通路，如磷脂酰肌醇3-激酶(PI3K)-Akt信号通路、AMPK通路和泛素介导的蛋白水解。CIRC_0003738的异常上调可能通过促进Th1和Th17相关的促炎细胞因子IL-17A和IFN-γ的分泌而降低银屑病Tres的抑制功能。Cic_0003738与miR-562和miR-490-5p结合，circRNA最重要的作用是作为海绵隔离miRNA，miR-562和miR-4905p可能是Tregs中CIRC_0003738的靶点。这些结果表明IL-17RA是miR-562的直接靶点，IFNGR2是miR-490-5p的直接靶点。CIRC_0003738通过与miR-562竞争性结合，正向调节IL-17A的产生和IL-17信号；通过与miR-490-5p的竞争结合，调节IFN-g的产生和IFN-g信号。HAS_CIRC_0003738在银屑病树突中的表达上调可能会削弱其抑制功能。我们还发现，CIRC_0003738作为miR-562和miR-4905p的海绵，释放了miR-562介导的IL-17A信号抑制和miR-490-5p介导的干扰素-γ信号抑制[19,20,21]。

因此，CIRC_0003738/miR-562和miR-490-5p轴有利于Tregs向Th1型和Th17型Tregs的转化，这可能是银屑病Tregs抑制功能降低的原因之一。Tregs抑制功能障碍在T细胞免疫失衡和银屑病的发生发展中起重要作用。值得注意的是，我们发现CIRC_0003738表达上调可能是银屑病中Treg抑制功能降低的另一个机制。然而，还需要进一步的研究来阐明其他circRNA在疾病发病机制中调节Treg功能的作用。除已报道的IL-23等细胞因子外，CIRC_0003738还可促进银屑病患者T细胞分泌IL-17A和IFN-γ，促进炎症过程，干扰T细胞稳态。一种可能是HAS_CIRC_0003738可以促进Th1型和Th17型细胞的分化，导致干扰素-γ和IL-17A的表达增加。一方面，TargetScan预测影响Th17细胞分化的转录因子和辅助因子，包括RORA、RUNX1和MINA，将成为miR-562的靶基因。另一方面，Th1细胞转录因子T-bet的辅助因子Ets-1被预测为miR-490-5p的潜在靶基因。另一种可能的机制是HAS_CIRC_0003738的两个靶点miR-490-5p或miR-562可能直接与IFN-g或IL-17A的30UTR结合，从而抑制其翻译。也就是说，circRNA，如CIRC_0003738，可能通过刺激Tregs向Th1样和Th17样Tregs的转化来抑制Tregs的抑制功能。通过这种机制，circRNAs可以调节银屑病中Tregs功能受损[22-24]。

5.3 激活信号通路的银屑病相关环状RNA

circRNAs主要通过与miRNA结合参与miRNA的吸附，从而解除miRNA靶向抑制，导致靶基因上调。此外，我们根据起源于银屑病相关MAP3K4的染色体位点鉴定了上调的circRNA。上调的circRNA可能通过结合相关的miRNAs来促进MAP3K4的靶向表达。MAPK信号通路调节细胞的生长、分化、对环境应激的适应、炎症反应和其他重要的细胞生理/病理过程以及银屑病的发病机制。先前的研究报道银屑病皮损表皮中的整合素上调并诱导多种MAPK通路，导致细胞因子和生长因子的异常产生。因此，我们推测circRNA可能参与了MAPK相关银屑病的发病机制[25]。

6 小结

环状RNA从一开始被人看做异常剪切后错误拼接的副产物，到今日成为很多医学疾病领域研究的热点，尤其是在皮肤病中发挥了重大的作用并引起了相关研究人员的关注。目前的研究存在严重的趋同现象，大部分的功能机制聚焦在竞争性结合miRNA模型，大部分的功能机制围绕细胞增殖，迁移侵袭，细胞凋亡，细胞周期等非常宏观的表型。circRNA的生理病理功能和机制依然没有非常深入的了解。环状RNA表达水平与临床病理参数分析，发现其表达水平可与性别、皮损程度、疾病分期等相关。但是这些推测仍然需要在更多的研究中得到证实。研究环状RNA更重要的目的是为了早诊断，早治疗。

目前针对银屑病的治疗主要包含口服、外用及生物制剂治疗。银屑病最让人困扰的问题就是容易受环境、季节、饮食、感染、外伤等因素的影响，从而导致病情的复发或加重，而且银屑病患者的生活质量以及身心健康很容易受到影响，临床上发现已经有很多患者已经患有抑郁症。部分患者因为自卑、歧视、异样眼光等原因，很少参与社交活动。所以寻求治疗银屑病的新方式也是重中之重。目前已经有一些环状RNA被发现研究者发现可以预测银屑病复发，从而改善耐药性。但是环状RNA的研究还是处于初步阶段中，要想运用到临床中，仍需要大量的实验、时间来进行验证。

7 展望

环状RNA的发现让很多临床医生、研究者、和银屑病患者重新燃起了希望，为银屑病的临床治疗提供了新的思路和视角。虽然现在对环状RNA的研究还不够彻底，随着科技的快速发展以及科学家的不懈努力，在不久的将来环状RNA这团迷雾最终会被拨开，未来可期。