ceRNA网络在反复种植失败中的研究进展

罗加欢综述 张若鹏审校

1.大理大学临床医学院，云南 大理 671000；2.大理大学第一附属医院生殖医学科，云南 大理 671000；3.大理大学生殖医学研究所，云南 大理 671000

反复种植失败(recurrent implantation failure，RIF)是指年龄小于40岁的不孕症患者经历至少3个体外受精(in vitrofertilization，IVF)(包括新鲜胚胎移植和冻融胚胎移植)或胞浆内单精子注射(intracytoplasmic sperm injection，ICSI)周期并移植了4个及以上优质胚胎而未发生胚胎着床或临床妊娠[1-2]。然而胚胎植入率在新鲜胚胎移植中为53.6%，在冷冻胚胎移植中仅为40.2%[2]，其中RIF占IVF的10%左右[3]。RIF一直是ART中尚未攻克的难题。RIF的病因尚未阐释明了，近年来随着对基因组学研究的不断深入发现竞争性内源性 RNA(competing endogenous RNAs，ceRNA)参与了RIF广泛的生物学过程，现就ceRNA在RIF的研究进展予以综述。

1 CeRNA及CeRNA网络

竞争性内源性RNA(competing endogenous RNAs，ceRNA)网络是指一类通过与信使RNA(messenger RNA，mRNA)竞争性结合微小RNA(microRNA，miRNA)来调控mRNA的水平，由CeRNA-miRNA-mRNA构成的网络系统[4]。ceRNA通过miRNA反应元件(miRNA response elements，MRE)与miRNA结合来调节miRNA活性，达到减弱miRNA对靶向mRNA的抑制作用的目的[4]。ceRNA包括蛋白质编码RNA、转运RNA、核糖体RNA、人工合成miRNA抑制剂及病毒miRNA抑制剂、长链非编码RNA(long non-coding RNA，lncRNA)、假基因(pseudogene)及环状RNA(circular RNA，circRNA)[5]。其中，lncRNA及circRNA在疾病中的研究较多。

1.1LncRNA LncRNA是一类长度大于200个核苷酸的RNA片段，主要位于细胞核中[6]，也有少部分lncRNA位于细胞质[7]。LncRNA除通过自分泌作用于自身外，一些lncRNA还可以通过外泌体运输传递到相邻的细胞或血清[8]。尽管lncRNA不具有编码蛋白质或肽的功能，但lncRNA独特的二级和三级结构，使其既具有RNA功能又具有蛋白质样功能[9]。LncRNA通过控制细胞核结构和细胞核中的转录以及调节细胞质中的mRNA稳定性，翻译和翻译后修饰而成为基因表达网络中的重要调节因子[10]。在多种疾病的发生发展中起着重要的作用。

1.2 CircRNA CircRNA是一类几乎存在于生物体所有细胞的非编码RNA。CircRNA的3'和5'末端共价连接形成闭合环状单链结构，使其能够抵抗核酸外切酶的水解作用，维持circRNA的相对稳定性及保守性[11]。CircRNA可以作为miRNA海绵来抑制miRNA功能，参与靶基因的剪接，将基因翻译成蛋白质并与RNA结合蛋白(RNA binding protein，RBP)相互作用，包括靶基因的发生、翻译、转录调控和细胞外运输等生物学过程[12]。

2 CeRNA网络与反复种植失败

近年来，对ceRNA的研究发现lncRNA及circRNA在多种疾病的发生发展中发挥着作用，对于ceRNA在RIF中的研究进展尚无文献报道。现就lncRNA及circRNA作为ceRNA在反复种植失败患者的作用及机制进行综述。

2.1 LncRNA作为ceRNA在RIF中的作用

2.1.1 H19 H19是最先发现其能转录成lncRNA的基因之一；H19由母体等位基因表达[13]。它主要位于细胞质中，长度为2.3 kb，不产生蛋白质。H19在胚胎发育和生长控制中高度表达，但在出生后显著下调，除了心脏组织和骨骼肌。研究人员发现，H19充当结合let-7并抑制其功能的“分子海绵”[14-16]。let-7调控整合素β3基因的表达(let-7的过表达将抑制整合素β3基因的表达)[17]，以此调节子宫内膜容受性和胚胎的植入，意味着在ceRNA网络中H19/let-7/整合素β3调节轴对子宫内膜容受性及胚胎植入产生了影响。ZENG等[18]的研究发现在RIF中H19的下调降低整合素β3蛋白的表达，随后造成了子宫内膜容受性的损害，最终导致植入失败。也有研究发现H19作为miR-3187-3p的分子海绵作用于mRNA MGAT3、mRNA INF2、mRNA MYO9B、mRNA CEP170B、mRNA PIP5K1C的表达，来调节子宫内膜代谢过程以影响子宫内膜容受性[19]，即通过H19/miR-3187-3p/MGAT3，H19/miR-3187-3p/INF2，H19/miR-3187-3p/MYO9B和H19/miR-3187-3p/PIP5K1C调节轴来发挥作用。

2.1.2 TRG-AS1 T细胞受体γ基因座反义RNA 1(T cell receptor gamma locus antisense RNA 1，TRG-AS1)与疾病的不良预后呈正相关[20]。XU等的研究发现TRG-AS1竞争性结合miR-424-5p，miR-488-3p和miR-5480-3p促进RIF患者子宫内膜的mRNA FASLG、mRNA FGL2、mRNA ITGAL等免疫相关基因的表达，促进免疫应答[19]，TRG-AS1作为多个miRNA的海绵体影响多个基因的表达，以此构成的ceRNA网络促进RIF的发生。

2.1.3 SMIM25 SMIM25又被称为LINC01272/GCRL1，位于20号染色体上。最近的证据表明它参与了肿瘤细胞的增殖和转移。有研究证明SMIM25在疾病中具有促炎作用[21-22]。XU等[19]首次在RIF患者的子宫内膜的研究中发现SMIM25作为海绵吸收miR-424-5p，参与调节P3H2，CES1和MYD88的转录或表达，促进子宫内膜炎症的发生，因此在ceRNA网络中 SMIM25/miR-424-5p/P3H2、SMIM25/miR-424-5p/CES1、SMIM25/miR-424-5p/MYD88调节轴在RIF发生及发展的炎症学机制中具有重要的作用。SUBHASH等[23]对SMIM25的分子功能进行进一步研究发现其参与氧化应激、细胞黏附、整合素信号传导等多种分子生物过程。然而SMIM25在RIF中是否也参与了类似的生物学过程需进一步的研究。

2.1.4 NEAT1 核富集转录体1(Nuclear Enriched Abundant Transcript 1，NEAT1)位 于 染 色 体11q13.1，由RNA聚合酶Ⅱ(polⅡ)转录，广泛表达于各种哺乳动物细胞中[24]。NEAT1是旁斑(Paraspeckles)的重要结构成分。旁斑作为细胞核亚结构被置于细胞核染色质区域，通过各种机制参与基因表达的调节，包括mRNA保留、mRNA断裂、A到I编辑和蛋白质捕获[25-26]。WEST等[27]已经表明NEAT1附着于人类细胞中的多个基因组位点，主要在活性转录位点附近。那也就意味着NEAT1参与了基因表达的调控。IMAMURA团队[28]发现NEAT1通过与富含脯氨酸/谷氨酰胺的剪接因子结合来调节先天性免疫反应来调节IL8转录。ZHANG等[29]发现NEAT1促进巨噬细胞中炎症小体的活化，最终促进炎症的发生。XU等[19]的研究发现NEAT1通过 miR-488-3p、miR-211-5p、miR-345-3p等作用于mRNA LCP1、mRNA CSF1、mRNA ELK4等多种免疫相关基因调节子宫内膜容受性而发挥重要作用，上述研究再次验证了ceRNA网络在RIF疾病的作用。

2.1.5 LncRNA ENST00000433673 LncRNA ENST00000433673首次被HUANG等[30]发现在多囊卵巢综合征(PCOS)患者的滤泡颗粒细胞中异常(高)表达。生信分析发现LncRNA ENST00000433673的靶mRNAs与生物黏附有关[31]。大量研究报道细胞间黏附分子1(ICAM1)是靶mRNA整合素亚基αL(ITGAL)相互作用的mRNA，是胚胎植入的重要调节剂[32-33]。进一步的研究发现靶标mRNA ITGAL和相互作用的mRNA ICAM1在RIF患者的子宫内膜组织和子宫内膜上皮细胞(endometrial epithelial cells，EECs)中低表达[31]。表明lncRNA ENST00000433673的低表达介导靶mRNA ITGAL的低表达，从而促进相互作用的mRNA ICAM1的表达抑制和EECs的黏附下降，从而降低胚胎与母体之间的黏附和植入。在LI等[34]的研究中发现hsa-miR-125a-3p的表达将促进mRNA ITGAL的表达，而调控hsa-miR-125a-3p表达的lncRNA有多种。hsa-miR-125a-3p在子宫内膜细胞的表达情况尚无报道。故lncRNA ENST00000433673是否通过hsa-miR-125a-3p来调控靶mRNA ITGAL的表达，尚需进一步的研究确认。

2.2 CircRNA作为ceRNA在RIF中的作用 LIU等[35]通过对3个RIF及3个对照组的子宫内膜组织活检进行circRNA微阵列分析，并利用qRT-PCR进一步验证发现在RIF的子宫内膜组织中hsa_circRNA_070616、hsa_circRNA_103716，hsa_circRNA_104001、hsa_circRNA_104854的表达较对照组明显上调，hsa_circRNA_004183、hsa_circRNA_044353、hsa_circRNA_404686的表达下调。Hsa_circRNA_070616通过竞争性结合miR-4786-3p作用于3'-磷酸腺苷5'-磷酸硫酸合成酶1(3'-phosphoadenosine 5'-phosphosulfate synthase 1，PAPSS1)；hsa_circRNA_103716通过miR-769-5p作用于PAPSS1发挥作用[36]。在ceRNA网络中hsa_circRNA_070616/miR-4786-3p/PAPSS1和hsa_circRNA_103716/miR-769-5p/PAPSS1调节轴作用的靶基因均为PAPSS1，PAPSS1是一种合成通用硫酸盐供体PAPS的双功能酶[37-38]，由NH2末端的APS激酶结构域和COOH末端的ATP硫化酶结构域组成[37]，主要位于细胞核中，是哺乳动物硫酸盐代谢的基础，最近临床发现其与越来越多的人类疾病有关。然而PAPSS1在RIF中的具体作用机制尚不完全清楚。然而其他几个差异表达的circRNA具体竞争的miRNA及作用的mRNA尚不清楚。

3 展望

RIF一直是困扰生殖科医师及科研工作者的难题，近年来随着生物信息技术的应用，ceRNA逐渐进入了人们的视野，本课题组前期已利用生物信息技术从GEO数据库提取数据并进行分析，最终获得了6circRNA，7miRNA，56mRNA 并已构建 circRNA-miRNA-mRNA网络，通过cytoscape软件的cytohubba插件发现了4个核心基因(hub gene)，分别为YWHAZ、JAK2、MYH9、RAP2C基因，并提出了相关的circRNA-miRNA-核心基因亚网络假说。课题组将在试验基础上进一步研究其在RIF的作用。总体而言，对于ceRNA在RIF患者中的研究相对匮乏，尚需更多研究深入探讨ceRNA假说在RIF的存在及具体作用机制，为RIF的病因、诊断、治疗、预后等方面提供新的思路。