circRNAs在心血管疾病中的应用研究进展*

郭 宁，葛良清 综述，黄素兰 审校

(常德市第一人民医院心血管内科,湖南 常德 415000)

心血管疾病是多种危险因素综合作用的结果，不仅与遗传、环境因素密切相关，还与生活习惯有很大关系。随着分子生物学技术的不断发展和进步，基因、RNA等在心血管疾病中的作用日益被重视。有研究表明，微小RNA(miRNA)在心血管系统中表达丰富，在许多心血管疾病(如动脉粥样硬化、高血压、冠心病、心力衰竭、心律失常等)的发生、发展中均发现miRNA 表达水平的变化[1]。该研究还发现，circRNAs对很多心血管疾病的发生、发展可能有重要的调控作用。circRNAs与动脉粥样硬化、心肌梗死、心肌肥厚、心肌纤维化、心脏功能衰退等密切相关。本文旨在探讨circRNAs作为潜在的生物标志物和治疗靶点在心血管疾病中的应用，为研究心血管疾病的分子机制提供一定参考。

1 非编码RNAs(ncRNA)

ncRNAs是由DNA转录而不是翻译成蛋白质的RNA类型，由特定的选择性剪接产生，通常在转录、转录后和翻译上调节基因的表达[1-3]。ncRNA包括miRNA、长非编码RNA(lncRNA)和circRNA(环状RNA)，其在心血管疾病的发生、发展中起着重要作用[4]。

microRNA与心血管疾病的关系 miRNAs是一种内源性的非编码RNA，具有高度保守、单链、相对分子质量小(约22个核苷酸)、稳定等特征，包括在机体循环、血浆和血清中均有表达[5]。miRNAs通过与靶mRNAs的3‘-非翻译区结合，在转录后调节基因表达[6]。每个miRNA潜在地靶向许多独特的mRNA，根据Int的不同抑制翻译和(或)诱导目标mRNA的降解。miRNA表达差异与心血管疾病相关，包括高血压、动脉粥样硬化、冠心病、心肌梗死、心力衰竭和心律失常，因此miRNA可以作为治疗靶点及诊断和预后生物标志物的潜在用途[7]。

最近的研究已经提出大约50个与原发性高血压相关的miRNAs及超过30个与心力衰竭和心肌梗死相关的miRNAs，其中许多miRNAs可以作为有前景的生物标志物[8-10]。肾素-血管紧张素-醛固酮作为调节血压的一种机制，其中就有多种miRNAs参与。其中下调的miRNAs有miR-34b、miR-361-5p、miR-362-5p和miR-181a，上调的miRNAs有miR-34c-5p、miR-449b、miR-571、miR-765、miR-483-3p、miR-143/145、miR-126、miR-196a、miR-132、miR-212、miR-451和miR-21。miR-21在许多与心血管系统相关的细胞类型中都有表达，包括血管平滑肌细胞(VSMC)、血管内皮细胞、心肌细胞、心脏成纤维细胞和血液[11]。miR-21的表达与高血压的发生、发展密切相关，且与靶器官损伤也有相关性，其机制包括对肾素-血管紧张素-醛固酮系统、炎症因子和血管内皮功能的调节[12]。此外，心肌梗死后心功能障碍的研究表明，miR-21在高血压导致心肌成纤维细胞的活化中至关重要,可通过TGF-β/smad7信号通路参与高血压的发生和心肌纤维化[13]。

急性心肌梗死患者血浆miR-1、miR-133a、miR-499和miR-208a水平升高，突出了其作为早期诊断生物标志物的潜在用途[13]。此外，miR-19a/19b在心肌梗死后心力衰竭患者中表达上调，如果将miR-19a/19b作用于心脏，则会增加心脏的增殖和再生，表明可能存在一种应激反应的代偿机制[14]。

尽管对miRNAs和心血管疾病的研究仍在进行中，尚未将其纳入临床实践。这主要是因为缺乏一种易于操作、快速、可靠和廉价的方法来确定miRNAs水平。然而，许多miRNAs正作为临床试验的一部分，这可能有助于早期诊断、预防和治疗。

lncRNA的长度大于200个核苷酸，具有组织特异性，并且在物种间的保守性很差，其在转录和转录后的基因调控和mRNA翻译中发挥作用，参与表观遗传修饰、选择性剪接和转录的调节，或者与细胞质中的mRNA和蛋白质相互作用来调节基因的表达[9]。

与miRNAs相似，大量的lncRNAs参与多种心脏疾病的关键调节，突出了其在心血管疾病的发生和发展中的作用[9]。ACE2等基因的表达不仅受miRNAs的调控，而且受lncRNAs的调控。ALT1是一种在缺氧诱导、生长受阻的人脐静脉内皮细胞中下调的lncRNA，也是ACE2的直接靶点[15]。

WANG等[16]的一项研究表明了lncRNA心肌肥大相关表观遗传调节因子(CHER)在压力超负荷诱导的心力衰竭小鼠心肌肥厚发展过程中是必不可少的。有趣的是，Chaer基因敲除显著抑制了肾上腺素引起的化学诱导的肥大，但在基础水平上并没有干扰心肌细胞的形态。CHEER和PRC2之间的相互作用是激素或应激刺激后短暂诱导的，这种相互作用是激活心肌肥大相关基因的表观遗传学重编程的必要条件。在压力超负荷开始之前抑制心脏中Chaer的表达可减少心肌肥大和功能障碍，但在应激后的心脏中不受影响[16]。

2 circRNAs

2.1circRNA概述 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、内含子circRNAs、外显子-内含子circRNAs和基因间circRNAs等。circRNA是丰富的、未被开发的ncRNA。最近的研究表明，大量的circRNA是内源性的，在哺乳动物细胞中高度保守和稳定，在疾病状态下普遍存在[7]。虽然mRNA和circRNA都起源于前体mRNA，但其形成方式不同，赋予了其独特特征。mRNA是通过RNA剪接形成的，其中内含子被移除，某些外显子被纳入其中或排除，以产生替代编码的成熟mRNA，这一过程产生了带有暴露的聚(A)尾巴的线性mRNA。这一特性使其容易被RNA酶(RNase)降解[17]。同时，circRNA是通过反向剪接形成的，促进了外显子和(或)内含子相互汇聚的环化过程，潜在地保护它们不被降解，并提供约48 h的半衰期，大约是线性mRNA的5倍[18]。

目前，circRNA的确切功能仍不清楚。已有报道认为，circRNAs通过与剪接机制的竞争直接调控线性mRNA转录本的表达[19]；由于存在多个结合位点，circRNAs间接充当miRNAs的辅助工具，使其能够与细胞miRNAs相互作用并隔离，从而阻止其在转录后调控中发挥作用[20-21]。circRNA占总RNA的1%，在不同类型的细胞中广泛表达，可能在人类疾病中具有调节功能，在各种类型生物过程的启动和发展中发挥关键作用[20]，可能作为发现和研究疾病进展的生物标志物。尽管前景看好，识别和表征circRNA的研究大多是利用生物信息学和电子计算方法进行的，少数研究已经在原位或体内调查了其功能，以确定其与疾病的关系。

2.2circRNAs在心血管疾病中的应用

2.2.1circRNAs与高血压 有研究探索了circRNAs与高血压发展之间的联系。WU等[22]应用基因芯片技术对54例高血压患者和54例健康对照者的血液样本中的circRNA进行研究，发现13个下调的circRNAs和46个上调的circRNAs。在更大的队列中对这些发现进行验证，结果表明，高血压患者血液中hsA_CIRC_0005870的表达显著下调。circRNA-miRNA网络预测了hSA_CIRC_0005870与包括hSA-miR-619-5p在内的多个miRNA的结合位点。这种相互作用的KEGG通路分析表明转化生长因子β信号通路可能在高血压中起病理作用[22]。

另外一个病例对照研究发现，2个独特的circRNA，hSA_CIRC_0037909和hSA_CIRC_0037911，与血压大于140/90 mm Hg(1 mm Hg=0.133 kPa)的高血压表型密切相关[23]。circRNA-miRNA网络发现了与miR-637的潜在相互作用，miR-637已被提出通过激活高血压患者的炎症途径来降低C反应蛋白水平[24]。进一步分析还发现，hSA_CIRC_0037911与血肌酐呈正相关。然而，血清肌酐和C反应蛋白水平升高的潜在机制与circRNA-miRNA相互作用和这种变化之间可能的相互作用尚未确定[25]。

最后，2个独特的circRNA，hSA_CIRC_0126991和hSA_CIRC_0014243，在高血压患者中上调，并被预测与miR-10a-5p[23]结合。这种miRNA在高血压、冠心病和导致高血压发展的血管内皮功能障碍中下调[26]。上述研究不足之处是研究的对象数量很少，需更大队列进一步研究。

2.2.2circRNAs与心肌梗死、心力衰竭 一项微阵列研究在心肌梗死后导致心力衰竭的小鼠模型中发现了29个上调和34个下调的circRNA，并预测了大量的circRNA-miRNA相互作用。这是对心肌梗死中circRNAs的最早研究之一，提高了我们对circRNAs和心血管疾病潜在失调的认识[27]。心肌梗死损伤和缺氧处理的小鼠心肌细胞circRNA Cdr1as表达上调。其过表达可加重在体小鼠心肌梗死面积，并导致心肌细胞凋亡。重要的是，Cdr1as充当miR-7a的海绵，并影响其下游目标。此前，miR-7a的上调在心肌梗死损伤期间被描述为保护性的[28]。因此，降低Cdr1as的表达水平可能会增加miR-7a的水平，这可能成为治疗心肌梗死的一种新的治疗策略。

circRNAs作为生物标记物的潜在价值已在心肌梗死患者的全血样本中得到证实。已经证明，血液中MICRA或心肌梗死相关circRNA水平较低的患者在急性心肌梗死后发生心力衰竭的风险更大[29]。与健康对照组相比，心肌梗死患者血液中这种circRNA表达下调，并被预测为左心室功能障碍的有力指标[30]。这突出了MICRA可作为评估心力衰竭风险的预后工具。

2.2.3circRNAs与动脉粥样硬化、冠心病相关性 Chr9p21区域是动脉粥样硬化的危险位点。位于该区域的INK4位点的反义非编码RNA(ANRIL)与动脉粥样硬化有关，调节分子通路和细胞功能[31-32]。研究表明，周围ANIL-ANRIL比率高的个体没有动脉粥样硬化的迹象[33]。最近的研究表明，某些circRNAs海绵miRNAs的上调影响了参与CAD细胞的增殖和侵袭[21]。

有研究发现，环状RNA hsa_cic_0003575在受损的内皮细胞中表达上调，内皮损伤是动脉粥样硬化发展的关键部分，并与氧化后低密度脂蛋白治疗有关[34]。这种circRNA的敲除减少了人脐静脉内皮细胞(HUVEC)的凋亡[34]。RNA测序的使用在CAD中识别了数以千计的circRNA。PAN等[35]描述了动脉粥样硬化病变中的1 259个注释的和381个新的circRNA。结合这些结果和组织学检查，发现54个circRNA上调，12个下调，提示可能参与了CAD的病理过程。在另一项研究，YU等[36]在冠心病患者中有2 283例circRNA下调，85例上调。前100个差异调控circRNA来源于与新陈代谢和蛋白质修饰相关的基因。此外，6个circRNA在动脉粥样硬化的冠状动脉和外周血单个核细胞之间的表达谱得到验证，这为进一步研究它们作为潜在生物标志物的用途提供了依据。HSA_CIRC_0001879、HSA_CIRC_0004104和HSA_CIRC_0001445已被认为是冠心病新的生物标志物，因为实验验证表明，与对照组相比，其表达上调[37]。

2.2.4circRNAs与心肌病 肌动蛋白基因负责编码心肌部分蛋白质，中间需经历复杂的选择性剪接，包括背部剪接，可产生大约80个circRNAs。其中一些circRNAs在扩张性心肌病中差异表达，但在肥厚型心肌病中并不表达。另一项研究发现了82个新circRNAs，与对照组比较，在扩张性心肌病患者中取活检发现CircATXN10、CircCHD7、CircDNAJC6和CircSLC8A1的差异表达[38]。同时研究还发现，CircSLC8A1在扩张性心肌病和肥厚型心肌病患者的心脏组织中表达上调[39]。在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Colla2和CTGF基因的表达，同时具有促进心肌纤维化的作用[40]。circRNAs通过调节心肌纤维化参与心肌病的发生、发展。

3 结语与展望

虽然较长的ncRNA和miRNAs的作用已得到较好的证实，但circRNAs在心血管疾病和高血压中的研究仍处于初级阶段。该文总结了circRNA在心血管疾病和高血压中的应用。但是，在未来仍然需要更多的研究来确定circRNA在心血管疾病中的作用和意义。无论是直接靶向还是由miRNAs介导，均需要更好地理解circRNAs是如何影响基因表达及其特异性的。如果circRNA以miRNA为靶标，那么其作用可能是非特异性的，因此有必要了解这些分子是如何针对特定基因或miRNAs的发挥作用的。circRNA在心血管发育和疾病产生的过程中如何发挥作用目前仍不清楚；进一步的研究结果如果能阐明这个问题，circRNA则有望成为新的疾病预测因子和治疗靶点。