lncRNA和circRNA调控多囊卵巢综合征的研究进展

刘 恒综述 殷 樱审校

多囊卵巢综合征(Polycystic Ovary Syndrome，PCOS)是育龄期女性中最常见的内分泌和代谢性疾病之一。根据鹿特丹共识标准[1]，PCOS的诊断需要符合以下三项特征中的两项：寡排卵/无排卵；临床和/或生化高雄激素血症；在没有其它内分泌或妇科疾病的情况下超声检查发现多囊卵巢。PCOS通常与腹部肥胖、胰岛素抵抗、代谢紊乱和心血管疾病等危险因素有关。尽管PCOS影响高达17%的育龄妇女，严重危害女性生殖健康，但人们对PCOS的病因却知之甚少，并且缺少针对性的诊治方法[2]。

大约80%的哺乳动物基因组以细胞特异性方式转录，尤其是非编码区。哺乳动物基因组中只有一小部分被转录为编码蛋白质的mRNA，而绝大多数会被转录为非编码RNA，如小RNA(microRNA，miRNA)长非编码RNA(Long Non-coding RNA，lncRNA)和环状RNA(Circular RNA，circRNA)[3]。自2000年代初以来，随着新一代测序技术的问世，人们已经将非编码RNA评估为多种疾病的潜在治疗靶标[4]。越来越多的研究表明lncRNA和circRNA在PCOS患者高雄激素血症、胰岛素抵抗以及卵泡发育等过程中发挥重要作用。本文对近年lncRNA和circRNA在PCOS中的研究进展作一综述，以期能够进一步揭示PCOS的发病机制，为PCOS的诊断与治疗提供新的视角。

1 lncRNA

ENCODE(Encyclopedia of DNA Elements)项目的研究成果显示，编码序列仅占人类基因组的2%，而绝大多数基因组被转录为非编码RNA。在非编码RNA中，lncRNA是高度异质的基因，在非编码转录组占比例最大[5]。lncRNA可以通过多样化的模式发挥作用，如充当染色质修饰和转录机制的诱饵或向导，直接影响基因表达；影响mRNA剪接、核质穿梭以及翻译或影响翻译后蛋白质的修饰[6]。简而言之，lncRNA可以在表观遗传、转录和转录后水平上调节基因表达，并且在细胞和胚胎发育以及维持体内稳态过程中起重要作用[7]。近年来lncRNA在PCOS中的作用逐渐得到关注，研究表明，与对照组相比，PCOS患者血清、卵泡液、卵巢颗粒细胞、卵丘细胞中lncRNA的表达均具有差异[8-11]，这提示lncRNA可能广泛参与了PCOS的发生发展。

1.1 lncRNA基因多态性与PCOS发病风险

PCOS可能是由于多种遗传和环境因素相互作用而产生的复杂综合征。一项双胞胎研究的结果表明单卵双生双胞胎发生PCOS的风险比双卵双生双胞胎高70%，证明了遗传因素对PCOS发病机制有巨大影响[12]。基因组印迹是指由于在种系中获得表观遗传标记而仅从一个亲本等位基因表达的基因。H19是位于染色体11p15.5上的印迹基因，该基因编码一个2.3kb的带帽，剪接和多腺苷酸化的lncRNA H19[13]。H19是第一个被发现的lncRNA，PCOS患者外周血H19的表达水平显著高于对照组，并且高表达H19的人具有更高的PCOS患病风险[14]。此外，一项针对伊朗PCOS患者的研究表明，H19基因第一个外显子的rs2067051的A等位基因与PCOS风险增加相关，rs3741219多态性在PCOS中起保护作用[15]。PCOS是一种高度异质性的疾病，H19基因多态性是否与中国女性PCOS发生风险相关仍需进一步研究。

PCOS最重要的临床表现是雄激素过多，过量的雄激素通过导致肥胖和胰岛素抵抗的复杂机制深刻影响颗粒细胞功能和卵泡发育。大多数雄激素水平升高的PCOS患者存在类固醇分泌缺陷[16]。一项针对lncRNA SRA1(Steroid Receptor RNA Activator 1)单核苷酸多态性与PCOS易感性之间联系的研究表明，PCOS患者外周血中lncRNA SRA1表达水平显著高于对照组，并且lncRNA SRA1基因rs10463297单核苷酸多态性与外周血中lncRNA SRA1的表达水平相关。rs10463297位点的T等位基因比C等位基因具有更低的PCOS风险[7]。lncRNA SRA1最早被发现可以通过核糖蛋白复合物增强类固醇激素受体的激活，但越来越多的研究表明lncRNA SRA1可广泛参与许多核受体(如转录因子和非类固醇受体)的激活和抑制，并参与类固醇受体信号传导途径、类固醇合成和胰岛素敏感性等多种生理过程[17]。lncRNA SRA1这种广泛的功能提示其可能在PCOS雄激素过多以及胰岛素抵抗的发生发展中发挥作用。这些研究表明lncRNA基因多态性可能是PCOS发生的重要因素，外周血中lncRNA H19和lncRNA SRA1的表达水平对PCOS的发生具有预估价值。

1.2 lncRNA与PCOS患者妊娠结局

PCOS是女性无排卵性不孕最常见的原因。越来越多的证据表明，PCOS的内分泌和代谢紊乱可能会对子宫内膜产生复杂的作用，导致该疾病女性患有不孕症和子宫内膜疾病。由于大多数PCOS患者通常以持续排卵障碍为特征，因此子宫内膜会在缺乏孕激素调节作用的情况下持续受到雌激素的刺激，长期会导致子宫内膜容受性降低，这可能是PCOS患者不孕、流产率增加以及子宫内膜增生的重要原因[18]。Zhang等[19]研究表明， PCOS大鼠模型子宫lncRNA CD36-005明显上调，并且使用大鼠原代子宫内膜基质细胞作为体外模型进行的研究发现，lncRNA CD36-005过表达可以增强基质细胞的增殖活性，这表明lncRNA CD36-005可能通过调节子宫内膜基质细胞生物学功能，从而影响子宫内膜容受性，参与PCOS的发生发展，具体的分子机制仍有待进一步研究。

经过适当的治疗，PCOS患者可能会怀孕，但是由这种疾病引起的不良妊娠结局会严重影响孕妇和胎儿的健康。Xist是最早发现的lncRNA之一，它可以在雌性的一个X染色体上募集抑制性复合物，诱导X染色体失活，维持性别之间基因染色体剂量的平衡，并参与细胞分化与增殖[20]。Liu等[21]研究发现与健康对照组相比，Xist在PCOS患者外周血中的表达明显下调。此外，根据血清中Xist的表达水平将两组患者分为高表达组和低表达组，分析Xist与不良妊娠结局的相关性，结果显示在PCOS组中，Xist的低表达水平与妊娠糖尿病、先兆子痫、剖腹产以及早产等不良妊娠结局显著相关，而对照组Xist表达水平与不良妊娠结局之间没有明显的相关性。这些结果表明Xist表达下调可能与PCOS密切相关，因此Xist可能是防治PCOS患者不良妊娠结局的潜在治疗靶点。

1.3 lncRNA与卵巢颗粒细胞功能

PCOS的一个显著特征是窦前卵泡和窦卵泡以超过正常卵巢2-3倍的数量积聚，这可能是由于卵泡在直径达到5-8mm时发生了生长停滞。卵母细胞质量是女性生育能力的核心，在整个卵泡发育过程中，卵母细胞和其周围的颗粒细胞之间存在相互依赖性，这种依赖性对于为卵母细胞发育提供合适的微环境(例如营养物质和生长调节剂)至关重要。越来越多的证据表明，PCOS中卵巢颗粒细胞功能异常(从增殖减少和凋亡增加到激素生成障碍)与异常的卵泡发育密切相关[22, 23]。

Lnc-OC1(lncRNA Ovarian Cancer Associated 1)对卵巢癌发生发展以及预后具有一定的作用[24]。最近的研究发现Lnc-OC1在PCOS患者卵巢颗粒细胞中高表达，并且在人卵巢颗粒细胞(KGN)中敲低Lnc-OC1可以抑制颗粒细胞增殖，促进颗粒细胞凋亡，促进芳香化酶和雌二醇激素的表达。在PCOS小鼠中，Lnc-OC1可以促进血清胰岛素释放、血管生成相关因子产生和NF-κB途径的活化，而敲低Lnc-OC1可以部分恢复上述改变。这些研究结果表明，Lnc-OC1在调控PCOS卵巢颗粒细胞存活与激素合成，以及胰岛素抵抗中发挥重要作用[25]。

竞争性内源RNA(Competing Endogenous RNA，ceRNA)调控机制是lncRNA/circRNA发挥作用的重要方式。lncRNA/circRNA与编码蛋白质的mRNA竞争性结合miRNA，充当miRNA“海绵”并间接调控mRNA的表达，从而通过lncRNA/circRNA/miRNA/mRNA轴广泛参与疾病的发生发展[26, 27]。ZFAS1(ZNFX1 Antisense RNA 1)位于20q13.13染色体上，是从ZNFX1(Zinc Finger NFX1-type Containing 1)的反义方向转录而来的一种新型lncRNA。研究表明lncRNA ZFAS1可以在癌症、急性心肌梗死和风湿性关节炎等多种疾病中充当调控因子[28]。Zhu等[29]研究发现PCOS患者卵巢颗粒细胞中lncRNA ZFAS1表达升高，并且lncRNA ZFAS1可以通过海绵化miR-129调控与细胞活化和凋亡密切相关的HMGB1(High Mobility Group Box-1)的表达，从而抑制颗粒细胞增殖，促进颗粒细胞凋亡，同时抑制雌二醇和孕激素的分泌。

lncRNA PVT1(Plasmacytoma Variant Translocation 1)是一种新发现的致癌基因，已被证实在多种癌细胞中过表达。PVT1可以充当miRNA的“海绵”以调控miRNA下游靶基因的表达，从而影响癌症的增殖、侵袭和血管生成[30]。近年来，PVT1在非肿瘤性疾病中的作用也逐渐引起关注，研究发现PCOS患者卵泡液和卵巢颗粒细胞中PVT1均高表达，并且PVT1可以通过海绵化miR-17-5p来抑制颗粒细胞增殖，促进细胞凋亡并抑制雌孕激素的表达[31]。这些研究表明PCOS患者卵泡液、颗粒细胞中lncRNA表达失调可能是颗粒细胞功能障碍的重要因素。

2 circRNA

circRNA是一类新的丰富而稳定的内源性非编码RNA，已经被证明在调控基因表达中起着多种生物学作用。与线性RNA不同的是，circRNA的特征是共价闭环而无5′或3′极性，这种特殊的共价闭环结构使其比传统的线性RNA更加稳定，可长时间抵抗RNase和核酸外切酶的生物学功能[32]。随着微阵列、高通量测序以及相关的生物信息学分析的发展，越来越多的circRNA被证明参与多种疾病的发生发展。目前，使用微阵列或RNA测序已在PCOS卵丘细胞、颗粒细胞等组织中发现了差异表达的circRNA，这些差异表达的circRNA可能参与卵母细胞减数分裂、细胞周期、细胞增殖等过程[33-35]，提示circRNA可能在PCOS的发生发展中发挥重要作用。

2.1 circRNA与卵巢颗粒细胞功能

circRNA是由前体mRNA通过反向剪接机制产生的具有特定闭环结构的内源性RNA，可通过充当miRNA海绵、与RNA结合蛋白相互作用以及调节宿主基因表达在转录和转录后水平参与基因表达的调控[36]。其中，circRNA大部分的分子特征是作为circRNA-miRNA轴的miRNA海绵。研究表明，circPUM1(Pumilio RNA Binding Family Member 1)在PCOS患者颗粒细胞中高表达，并且circPUM1可通过海绵化miR-760调节颗粒细胞增殖和凋亡，参与PCOS的发生发展[37]。

越来越多的证据表明子宫内环境可能是PCOS发病机制的关键因素，尤其是胎儿过度暴露于雄激素。研究表明，怀孕期间母体血清中高浓度的睾丸激素会影响后代儿童时期的行为、自闭症的患病率以及青春期抗苗勒管激素的浓度，孕期高雄激素暴露还被认为可以重新编程女性生殖轴，从而在以后的生活中诱发PCOS特征：寡无排卵、多囊卵巢形态、雄激素过多和胰岛素抵抗[38]。一项针对PCOS患者和健康妊娠妇女的胎盘组织测序研究表明，PCOS患者胎盘组织中具有明显的差异circRNA表达，并且circ-0023942可通过调节细胞周期蛋白CDK4的表达而影响卵巢颗粒细胞增殖，最终影响卵泡发育[36]。这提示PCOS患者妊娠子宫内circRNA差异表达可能参与后代PCOS的发病机理，但仍需要开展更多的相关研究来进一步阐明其作用机制。

2.2 卵泡液外泌体circRNA与PCOS

卵泡液为卵泡发育和卵母细胞成熟提供了重要的微环境，它是卵母细胞与周围细胞之间双向通讯的媒介。卵泡液的主要成分是由颗粒细胞、卵泡膜细胞和卵母细胞分泌的或者是从毛细血管扩散而来的蛋白质、类固醇、代谢物和多糖[39]。外泌体是直径约为30-200nm的小膜状囊泡，在人体发育、免疫、组织稳态、癌症以及神经退行性疾病等多种生理病理状态下发挥重要作用[40]。越来越多的证据表明卵泡液中存在外泌体，并且外泌体通过转运多种蛋白、脂质、miRNA和circRNA在细胞间通讯中扮演重要角色[32]。

PCOS的长期代谢影响可能部分归因于慢性低度炎症。患有PCOS的女性具有更高水平的炎症标志物，如高敏C反应蛋白、白细胞介素6和肿瘤坏死因子α等[41]。研究引起PCOS发生和发展的慢性低度炎症过程和炎症介质可能是了解疾病病理生理学的关键步骤。一项针对PCOS患者和对照组卵泡液中外泌体circRNA的测序研究发现，PCOS患者卵泡液外泌体中的circRNA具有显著的差异表达，并且这些circRNA主要富集在慢性炎症相关的信号通路中[42]，提示卵泡液外泌体中的circRNA可能在PCOS慢性低度炎症状态的形成中发挥重要调节作用。Hsa_circ_0006877(circLDLR)是由其亲本LDLR(Low Density Lipoprotein Receptor)转录加工而成。PCOS与非PCOS患者卵泡液外泌体中circLDLR具有差异表达，过表达circLDLR的外泌体可以通过降低颗粒细胞中miR-1294表达，增加CYP19A1表达来促进颗粒细胞雌二醇的分泌，低表达circLDLR的外泌体则对颗粒细胞具有相反的作用，这表明circLDLR-miR-1294-CYP19A1网络可能通过影响颗粒细胞功能来调节PCOS卵泡发育[32]。

3 总结与展望

PCOS是一种高度异质性的疾病，其发病机制尚不明确，遗传、环境等多种因素在其发生发展中起重要作用。以上研究已经初步表明了lncRNA与PCOS发病风险、卵巢颗粒细胞功能以及妊娠结局之间的关系，但是其具体的作用机制仍有待于更为深入的探索。circRNA是一种新型的非编码RNA，许多证据表明circRNA在多种病理生理条件下发挥重要调节作用，并且卵泡液中外泌体circRNA似乎在PCOS卵巢颗粒细胞增殖以及激素合成中扮演关键角色。目前，lncRNA和circRNA在PCOS中的研究尚处于起步阶段，相信更多关于lncRNA和circRNA在PCOS发生发展中作用机制的研究将为揭示PCOS发病机制提供新的视角与观点，为PCOS的诊治手段提供更多的理论依据。

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