环状RNA在非创伤性股骨头坏死中的作用研究进展

梁江丽，董 元，梁 亭，彭 昭

(1.张家口市生产力促进中心，河北 张家口 075000；2.河北北方学院附属第一医院，河北 张家口 075000；3.河北北方学院，河北 张家口075000)

股骨头坏死是一种破坏性退行性疾病,由于血流量不足引起骨细胞及骨髓成分死亡[1]，继而导致股骨头结构改变、股骨头塌陷、关节功能障碍，严重影响患者生活质量[2]。该病多发生于青壮年,平均发病年龄38岁，美国每年新增10 000～20 000例患者[3]，中国每年报告100 000～200 000例新增患者[4]，其中由酒精中毒和糖皮质激素引起的非创伤股骨头坏死(osteonecrosis of femoral head，ONFH)占很大比例。在非创伤性股骨头坏死的初始阶段，常因X射线无法检测到骨骼损伤而未能及时诊断，以致错过最佳治疗时期，绝大多数患者最终需要行全髋关节置换。因此，寻找非创伤性股骨头坏死早期诊断的生物标志物，实施早期临床干预，将有效改善非创伤性股骨头坏死预后，最终达到保留患者股骨头或延缓行人工关节置换的时间。环状RNA(circRNA)是一类新型内源性非编码RNA，具有重要的生物学功能，在人体中广泛表达，越来越多的研究表明circRNA与包括神经系统疾病、肿瘤及糖尿病等多种疾病的发生存在关联，成为RNA研究领域的热点。研究发现circRNA与非创伤性股骨头坏死的发生发展密切相关[5]，现综述circRNA的结构特点、生物学功能及与非创伤性股骨头坏死的关联，以期为非创伤性股骨头坏死的诊断和治疗提供参考。

1 circRNA

circRNA是一类内源性非编码RNA，在原核生物和真核生物中都广泛表达。不含5′端帽子与3′端多聚A尾巴结构，是由共价键首尾相连形成的闭合环状结构，不易被核酸外切酶降解，比线性RNA稳定[6-7]。大量研究表明circRNA的表达具有组织和发育阶段特异性，并且大多数circRNA在不同物种间具有高度保守的序列[8]，可用作诊断疾病的重要生物标记[9]。已有文献报道circRNAs用作多种疾病诊断和预后的潜在生物标志物，如癌症[10-11]、原发性高血压[12]、糖尿病[13]及肌萎缩性侧索硬化症[14]等。

circRNA可以作为miRNA海绵，通过自身miRNA结合位点有效结合miRNA，进而影响miRNA对靶标的作用。与其他竞争性内源RNA相比，circRNA具有更好的miRNA结合能力，也被称为“超级海绵”[15]。circRNA具有单个或多个蛋白质结合位点，可充当蛋白质诱饵，调节基因表达；由于其固有的稳定性，circRNA还可作为RNA结合蛋白的“支架”，以调节其活性或定位。例如，circFoxo3与细胞周期调节因子p21和细胞周期蛋白依赖性激酶2(CDK2)结合，形成三元复合物circFoxo3-p21-CDK2，抑制CDK2的生物学效应及细胞周期进展[16]。circRNA包含大量转录后调节因子，参与宿主基因的转录或转录后基因表达调控。此外，有些circRNA和mRNA一样，具有开放阅读框，可以被翻译成多肽，许多circRNA的表达量甚至比相关的线性mRNA表达量还要高。circRNA在组织和发育阶段选择性表达[9]，该功能如何与非创伤性股骨头坏死进展相关，引起了广泛关注。

2 circRNA在非创伤性股骨头坏死中的作用

circRNA 0003575在氧化型低密度脂蛋白诱导的人脐静脉血管内皮细胞(human umbilical vein endothelial cell，HUVEC)中表达上调，并促进HUVEC增殖和血管生成[17]。circRNA 0010729通过靶向miR-186/缺氧诱导因子1α介导血管内皮细胞的凋亡和增殖[18]。Kuang等[19]研究发现circRNA泛素特异性蛋白酶45可以通过海绵化miR-127-5p增强PTEN表达，抑制蛋白激酶B通路并调节类固醇诱导的大鼠股骨头坏死的骨量。上述研究表明circRNA或可作为miRNA海绵在股骨头坏死的病理生理过程中发挥重要作用。

小脑变性相关蛋白1反义转录物(cerebellar degeneration-related protein 1 antisense，CDR1as)是最著名的circRNA，通过多种途径影响疾病的发生发展[20]。circCDR1as异常表达可能是多种疾病的原因，如癌症[21]、神经退行性疾病[22]和自身免疫性疾病[23]等。Kyei等[24]研究表明circCDR1as在肌肉骨骼系统中起到重要作用，Chen等[25]也发现在类固醇诱导的股骨头坏死中circCDR1as可以促进骨髓间充质干细胞(bone marrow stromal cells，BMSC)的成脂并抑制其成骨分化。上述研究表明circCDR1as可能参与了非创伤性股骨头坏死的发生发展。

2020年，Jiang等[5]通过实时定量PCR(RT-qPCR)检测发现非创伤性股骨头坏死患者血浆中circCDR1as表达量显著高于健康对照组，局部坏死组织中的circCDR1as表达量显著高于邻近未受影响的组织。股骨头坏死国际分期(ARCO分期)、视觉模拟评分法(VAS)和Harris髋关节评分(HHS)都是用于评估股骨头坏死严重程度的指标。研究发现血浆和局部circCDR1as表达量增加与ACRO分期和VAS评分显著正相关，与HHS评分负相关，表明circCDR1as的血浆表达和局部表达均与非创伤性股骨头坏死患者的疾病严重程度相关。

3 小结与展望

早期诊断是改善非创伤性股骨头坏死患者预后的重要举措。多数circRNA在整个物种中具有高度保守的序列，并且在血清和组织中稳定表达，circRNA表达与非创伤性股骨头坏死的发生发展有着密切联系，如CircCDR1as在非创伤性股骨头坏死患者血浆中表达量显著升高。circRNA可用作反映非创伤性股骨头坏死严重程度和预测预后的潜在生物标志物。

随着分子生物学技术的不断发展与成熟，越来越多的circRNA陆续被发现，其作用机制也被不断挖掘，以circRNA为靶点开发新药也将有望实现。Jiang等[5]的研究表明circCDR1as可能在非创伤性股骨头坏死发病机制的调控路径中发挥关键作用，靶向circCDR1as及调控相关信号传导途径可作为非创伤性股骨头坏死的潜在干预方法。随着研究的不断深入，与非创伤性股骨头坏死相关的其他circRNA也会被陆续发现。进一步研究circRNA在非创伤性股骨头坏死中的作用机制，可能将为该病的临床治疗提供新方向。