环状RNA与妊娠相关疾病

高倩倩，冯晓玲

环状RNA（circular RNA，circRNA）是真核生物中具有组织特异性和细胞特异性表达模式的共价闭合的内源性生物分子，其生物发生受特定的顺式作用元件和反式作用因子调控。circRNA是一类无5'帽子和3'PolyA尾巴的非编码RNA，此种结构使其难以被RNA外切酶和分支酶降解[1]。circRNA可作为微小RNA（microRNA，miRNA）海绵调节miRNA的功能，作为转录或翻译调节因子影响蛋白质表达，并与蛋白质相互作用调节基因表达，一些circRNA还具有编码蛋白质的潜力[2]。近年研究发现circRNA在子宫内膜和胎盘中大量表达，并且与子痫前期、复发性流产（recurrent spontaneous abortion，RSA）、妊娠期糖尿病（gestational diabetes mellitus，GDM）和妊娠期高血压等关系密切。综述circRNA在妊娠期疾病中的研究进展，以期为临床诊断、治疗及未来研究提供参考。

1 circRNA概述

1.1 起源1976年Sanger等[3]首次在植物病毒中发现了单链共价闭合circRNA分子，此后其一直被认为是异常剪接的产物[4]。然而，随着高通量测序技术的发展，越来越多的研究发现circRNA在生命活动中发挥重要作用。根据基因组来源和序列组成的不同，circRNA分为4种类型：由外显子衍生的外显子circRNA、由内含子衍生的内含子circRNA、同时包含外显子和内含子的外显子-内含子circRNA和基因间circRNA[5]。

1.2 作用机制①竞争性内源性RNA（competing endogenous RNA，ceRNA）机 制：circRNA可 作 为ceRNA借助碱基互补配对与miRNA竞争性结合，同时削弱miRNA对靶基因表达的抑制作用，因此也称为miRNA海绵[6]，这种ceRNA机制是目前研究的热点，circRNA可通过该机制参与炎症、自噬和脂肪形成等过程，如肥胖者内脏组织中显著表达的circRNA SAMD4A（circSAMD4A）可充当miR-138-5p海绵，上调果蝇zeste基因增强子的表达，从而促进脂肪形成；ciRS-133/miR-133/PR结构域蛋白16机制参与脂肪细胞褐变[7]；circ-0004904/miR-570/人类泛素蛋白12分子网络参与子痫前期自噬等[8]。这一复杂网络在疾病过程中起关键作用，未来需要更多研究揭示更多靶点。②参与基因转录：研究发现，circRNA在细胞核中通过与上游启动子、RNA聚合酶Ⅱ和其他转录机制蛋白相互作用来调节亲本基因的转录[7]。③参与细胞活动：circRNA可与RNA结合蛋白结合调控细胞增殖、分化、运动、凋亡和衰老等。研究证明circRNA和RNA结合蛋白的相互作用在多种疾病中发挥重要的作用，如自身免疫性疾病[9]和膀胱癌[10]等。在膀胱癌中，circRNA可影响肿瘤相关因子P53的表达[10]。④参与蛋白质翻译：有学者通过核糖体印迹法发现circRNA能与核糖体相结合，证实circRNA具有翻译潜能[11]。由于circRNA没有5'帽子结构，不能进行帽依赖性翻译，只能依赖非帽性翻译（capindependent）。研究发现circRNA的翻译可通过两种方式驱动，即核糖体内部入口位点和借助N6-甲基腺嘌呤修饰，然而当核糖体内部进入位点突变后，部分可翻译的circRNA失去编码功能[4]。⑤参与DNA甲基化：甲基胞嘧啶双加氧酶1（ten-eleventranslocation 1，TET1）是DNA羟化酶家族成员；白血病病毒整合基因1（Friend leukaemia integration-1，FLI1）是ETS（E26 transformation specific proto-oncogene）转录因子家族的一员，FLI1的主要功能是识别靶启动子上的特异性DNA序列。有研究发现，外显子circRNA FECR1可顺式结合FLI1启动子，招募TET1去甲基化酶，从而参与DNA甲基化[12]。

2 circRNA与妊娠相关疾病

2.1 circRNA与子痫前期子痫前期常表现为滋养层细胞功能障碍和炎症，甚至导致妊娠丢失。研究表明，circRNA与子痫前期密切相关。有研究发现子痫前期患者脐带血中存在差异表达的circRNA，其中143个显著上调、161个显著下调[13]。研究还发现hsa_circ_0004904和hsa_circ_0001855联合妊娠相关血浆蛋白A可能是子痫前期有前景的生物标志物[14]。

2.1.1 调控上皮间质转化（epithelial-mesenchymal transition，EMT）Zhang等[15]比较了70例子痫前期患者和43例健康妊娠者的胎盘组织，发现来源于同源结构域相互作用蛋白激酶3（homeodomaininteracting protein kinases3，HIPK3）的circHIPK3在子痫前期患者胎盘组织中表达下调，进一步沉默其表达后发现滋养层细胞的迁移、侵袭和增殖能力受到抑制，提示circHIPK3可参与滋养细胞侵袭过程。另有学者发现，与正常妊娠胎盘相比，子痫前期患者胎盘中hsa_circ_0026552表达上调，上调的hsa_circ_0026552通过携带miR-331-3p缓解其对转化生长因子β受体1（transforming growth factorβ receptor 1，TGFβR1）的抑制，从而调控EMT相关下游基因表达，调控人绒毛外滋养细胞（HTR-8/SVneo）的增殖、迁移和侵袭能力，影响子痫前期的进展，提示hsa_circ_0026552/miR-331-3p/TGFβR1分子网络机制在子痫前期中发挥重要作用[16]。另有研究通过微阵列技术发现了一种在子痫前期患者胎盘组织中高度表达的circRNA，即来源于丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶的circVRK1（vaccinia-related kinase 1），其作为miR-221-3p海绵调控磷酸酶蛋白和张力蛋白同系物的表达，进而抑制滋养层细胞迁移、侵袭和EMT，该研究还发现下调circVRK1抑制磷脂酰肌醇3激酶/蛋白激酶B信号通路的激活，推测circVRK1/miR-221-3p/磷酸酶及张力蛋白同源物基因轴可通过抑制磷脂酰肌醇3激酶/蛋白激酶B信号通路调控滋养细胞侵袭[17]。可见，circRNA通过充当miRNA海绵参与子痫前期的发生发展，为其治疗提供了新靶点。

2.1.2 调控胎盘微血管形成形成正常的胎盘血管是胎盘血液灌注充足的前提，否则会导致胎盘缺血缺氧，引发子痫前期等不良结局。可溶性血管内皮生长因子受体1（soluble vascular endothelial growth factor receptor 1，sVEGFR-1）是一种血管新生抑制因子，可诱导血管生成障碍。有研究发现，子痫前期患者胎盘中来源于三羧基携带蛋白1（sideroflexin 1，SFXN1）高表达的circSFXN1可与sFlt-1相互作用，调控滋养细胞行为，如血管生成和滋养细胞侵袭[18]。但由于该研究样本量较少，未来需要进一步研究发掘circSFXN1/sFlt-1在子痫前期中的分子网络机制及治疗潜力。此外，miR-576-5p过表达可促进胎盘滋养细胞血管生成。Zou等[19]通过研究正常妊娠孕妇（30例）和子痫前期患者（30例）的胎盘组织发现，子痫前期患者胎盘组织中miR-576-5p低表达和circ_0037078高表达，同时敲低circ_0037078基因可通过海绵化miR-576-5p降低白细胞介素1受体辅助蛋白（interleukin-1 receptor accessory protein，IL1RAP）的表达，从而促进滋养细胞侵袭、迁移和血管生成。另有研究发现，下调circ_0111277基因可促进滋养细胞的血管生成和细胞活力、迁移和侵袭等，下调circ_0111277可部分调节miR-424-5p和T细胞活化核因子5表达，促进滋养细胞的细胞生长和转移，这为子痫前期临床治疗提供了潜在的circRNA靶向方式[20]。

2.1.3 调节自噬细胞自噬与滋养细胞功能、内质网应激、蛋白质平衡及炎症反应密切相关，胎盘自噬失调可导致子痫前期的发生。作为自噬相关蛋白，人类泛素蛋白12可影响自噬体形成及功能。有研究发现，circ_0004904在子痫前期患者胎盘组织中高表达，其与miR-570相互作用调节人类泛素蛋白12的水平，从而影响胎盘自噬稳态，导致子痫前期的发生[8]。但目前关于circRNA参与子痫前期自噬的相关研究较少，未来需要进一步的探索。

2.2 circRNA与RSA目前研究已证明circRNA与RSA关系密切。有研究使用circRNA芯片检测RSA患者（35例）和正常妊娠妇女（35例）绒毛组织中circRNA的表达水平，发现与正常对照组相比，RSA患者存在8种差异显著的circRNA，分别为hsa_circRNA_104948、104547、101319、104938、102116、100709、102424和103102。这些差异表达基因可能导致miR-520f低表达，从而引起下游靶基因如白血病抑制因子（Leukemia inhibitory factor，LIF）和人类白细胞抗原-DPB1（human leukocyte antigen-DPB1，HLA-DPB1）高表达，抑制细胞黏附等免疫通路，在RSA中发挥重要作用[21]。另有研究分析了早期RSA患者蜕膜组织中circRNA的表达谱，与正常妊娠妇女相比，早期RSA患者存在123个差异表达的circRNA，其中78个上调，45个下调[22]。

2.2.1 抑制炎症短小杆菌同源物1（pumilio homolog 1，PUM1）相关circPUM1是circRNA的一种，Zhu等[23]的体外研究发现，circPUM1可抑制RSA的发生，其主要通过3种途径保护滋养层细胞功能，同时抑制炎症的发生。一是抑制肿瘤坏死因子α、白细胞介素6（interleukin-6，IL-6）和IL-8等促炎症因子的表达，促炎症因子下调可缓解RSA滋养细胞的炎症反应，抑制RSA的发生；二是circPUM1与miR-30a-5p相互作用抑制滋养细胞促炎分泌；三是通过miR-30a-5p调控炎症抑制因子JUNB原癌基因（Jun B proto oncogene）的表达，抑制RSA中的滋养细胞功能障碍和炎症，从而保护妊娠进程。

2.2.2 调控滋养细胞EMTRSA的重要病理生理机制包括胎盘植入过浅、滋养细胞迁移和侵袭受损、胎盘微血管形成障碍等。已知滋养细胞EMT异常参与RSA的进程[23]。S100A11与细胞凋亡、迁移、侵袭和EMT密切相关。有研究发现，miR-143-3p通过负向调节S100A11损害滋养细胞功能，而circRNA叉头盒P1（circFOXP1）通过与miR-143-3p竞争性结合促进S100A11的表达，进而促进EMT相关的侵袭，由此提示circFOXP1/miR-143-3p/S100A11轴在滋养细胞的迁移和EMT中起重要作用[24]。与此相似，鹳头框1（storkhead box 1，STOX1）通过调控滋养层细胞功能参与RSA进程。Li等[25]研究发现，RSA小鼠胎盘组织中circ-ZUFSP和STOX1低表达，而miR-203高表达，进一步用靶程序预测发现circ-ZUFSP可与miR-203竞争性结合，调控STOX1的表达，进而影响滋养层细胞增殖和迁移，提示circ-ZUFSP/miR-203/STOX1轴参与RSA的发生发展。随着研究不断深入，研究者发现circRNA-0050703在不明原因RSA胎盘绒毛中表达下调，抑制滋养细胞凋亡，其作用的发挥主要是通过ceRNA机 制 实 现 的：circRNA-0050703可 作 为miR-760海绵，作用于HIST1H2BE mRNA的3'非翻译区，消除miR-760对HIST1H2BE的抑制，进而保护滋养层细胞免于凋亡[26]。以上研究结果可能为RSA的临床诊断和潜在的临床治疗方式提供了新的方向。

2.3 circRNA与GDMGDM是一种在妊娠期发生的葡萄糖耐量异常的疾病，目前研究已发现GDM患者胎盘存在异常表达的circRNA。Tang等[27]分析GDM患者胎盘样本中的全转录表达谱发现了114个差异表达的circRNA，其中55个表达上调，59个表达下调。另有研究比较了孕早、孕中及孕晚期GDM患者（n分别为24、58、46）与正常糖耐量孕妇（n分别为43、56、47）血浆外泌体中hsa_circRNA_0039480的表达，发现hsa_circRNA_0039480在不同分期GDM患者中均高表达，且在孕中期与口服葡萄糖耐量试验后0，1，2 h葡萄糖水平呈正相关；同时在妊娠前三个月，hsa_circRNA_0039480有显著诊断价值（曲线下面积分别为0.704、0.898和0.698），提示hsa_circRNA_0039480可作为妊娠早期GDM的诊断标志物。

该研究还分析了3例GDM患者分娩前后48 h的血浆外泌体表达谱，发现分娩前GDM组hsa_circRNA_0039480表达显著高于分娩后，提示hsa_circRNA_0039480在GDM不同妊娠阶段的潜在作用[28]。因此，未来有必要进一步实验探索hsa_circRNA_0039480在GDM发病机制中的具体生物学作用。

2.3.1 参与调控胰岛素抵抗和β细胞功能障碍近年研究发现，circRNA参与胰岛素抵抗和β细胞功能障碍。研究证明来源于人类乙酰辅酶A羧化酶1（acetyl-CoA carboxylase 1，ACC1）的circRNA，即circACC1，可在代谢应激条件下激活维持能量稳态的信号通路——磷酸腺苷依赖的蛋白激酶信号通路，以促进细胞脂肪酸β氧化和糖酵解[29]。另有研究发现，hsa_circ_0054633可能参与了胰岛素抵抗中葡萄糖的摄取和利用[30]。这些结果说明，circRNA与GDM的病理生理密切相关，然而目前的研究只说明circRNA在GDM中异常表达，需要进一步的基础研究揭示circRNA参与GDM的分子机制。

2.3.2 介导炎症研究表明，炎症与GDM的发生发展密切相关。核因子κB（nuclear factor-κB，NF-κB）参与免疫调控和炎症细胞增殖等过程。Wang等[31]在体外实验中敲低hsa_circ_0005243发现，一方面TGF-α和IL-6水平升高，且随妊娠时间增加，hsa_circ_0005243下调促进了巨噬细胞增长，进一步加重炎症；另一方面，hsa_circ_0005243下调使β-连环蛋白表达下调，NF-κB表达上调，从而干预GDM的发展，为GDM治疗提供了新的靶点。另有研究发现circ_0001578在GDM孕妇胎盘绒毛组织中异常表达，下调的circ_0001578通过NF-κB和c-Jun氨基末端激酶（c-Jun N-terminal kinase，JNK）通路参与胎盘滋养层细胞炎症反应，诱发细胞炎症因子释放，参与GDM的发生发展[32]。

2.3.3 介导滋养细胞生长迁移胎盘是GDM的靶器官，母亲GDM状态会影响胎盘结构，导致其功能改变，进而导致流产或胎儿畸形。滋养细胞的正常功能对胎盘发育至关重要。有研究发现，circRNA参与介导GDM胎盘组织滋养细胞的生长和迁移，该研究揭示circRNA-多核糖核苷酸核苷转移酶1（circRNA polyribonucleotide nucleotidyltransferase 1，circ-PNPT1）通过充当miR-889-3p海绵上调p21活化激酶1（p21-Activated kinase 1，PAK1），逆转高糖诱导的滋养细胞生长和转移抑制，抑制miR-889-3p表达后，circ-PNPT1对高糖诱导的滋养细胞功能障碍的抑制作用被降低[33]，即circ-PNPT1通过miR-889-3p/PAK1调节高糖诱导的滋养细胞增殖迁移，从而影响胎盘发育，参与GDM的进展。

2.4 circRNA与妊娠期高血压妊娠20周后，收缩压和（或）舒张压≥140/90 mmHg（1 mmHg=0.133 kPa）即可定义为妊娠期高血压，是妊娠期严重的并发症之一，可引起母婴的不良结局。已知胎盘滋养层细胞具有交换、内分泌和屏障功能，研究证明circRNA与滋养层细胞功能障碍密切相关，推测circRNA可能与妊娠期高血压有关。王健等[34]收集了6例妊娠期高血压和6例健康孕产妇的胎盘组织样本，通过高通量测序检测circRNA的表达水平，发现较正常妊娠组，妊娠期高血压组发现43个差异表达的circRNA，其中20个下调，23个上调；富集分析显示，酪氨酸激酶-信号转导与转录激活子信号通路的富集存在显著差异，提示circRNA可能通过该信号通路参与妊娠期高血压的发生发展。另有研究发现，酪氨酸激酶-信号转导与转录激活子信号通路能够调节血管内皮生长因子、血管紧张素Ⅱ的局部合成[35]。推测circRNA可通过该信号通路影响血管内皮生长因子、血管紧张素Ⅱ表达，进而参与调控妊娠期高血压的发生发展。

3 结语

circRNA作为一种特殊结构的非编码RNA，通过调节滋养细胞EMT、介导炎症、调控胎盘微血管形成参与调控多种妊娠期疾病，其中circRNA-miRNA-RNA网络发挥重要作用。目前多项研究揭示circRNA可作为子痫前期和GDM诊断的血清标志物，部分研究揭示circRNA参与妊娠期疾病的相关途径，但较多研究只揭示了circRNA在病理妊娠中的异常表达，研究尚表浅，还需进一步基础实验探究circRNA参与妊娠期疾病的分子机制。另外，通过干预circRNA的表达治疗妊娠相关疾病的临床试验较少，未来需要进一步探索验证circRNA对妊娠期疾病的治疗作用。总之，circRNA为妊娠期疾病的病理机制、早期诊断、预后和治疗的进一步研究提供了新思路，也为开发临床药物提供了新方向，随着未来研究的深入，circRNA也将在生殖领域有着更广泛的应用。