ciRS-7在心血管類疾病中的研究進展

羅文浩，張培東

(南方醫(yī)科大學第二臨床醫(yī)學院珠江醫(yī)院，廣州 510282)

環(huán)狀RNA(circular RNA，circRNA)是一類廣泛存在于真核生物細胞內的非編碼RNA，具有一定的保守性、時序性和組織特異性，呈閉合環(huán)狀結構，因其不含3’或5’末端，不受RNA外切酶影響，不易被降解，因此表達更穩(wěn)定。環(huán)狀RNA通過參與調控基因的表達，在心血管系統(tǒng)疾病的發(fā)生與進展過程中發(fā)揮重要作用。

最近研究證明[1]，ciRS-7(circular RNA sponge for miR-7，ciRS-7)/miR-7 (micro RNA-7,miR-7)可以影響靶基因胰島素樣生長因子1受體 (insulin-like growth factor 1 receptor，IGF1R)、表皮生長因子受體(epidermal growth factor receptor，EGFR)、mTOR的表達，因此與心血管疾病的發(fā)生發(fā)展密切相關。ciRS-7 與miR-7有超過70個結合位點。ciRS-7 可作為miR-7的抑制劑，結合后使miR-7的靶基因如EGFR、IGF1R和mTOR等的表達水平增高[2]。這些被調控的基因及表達分子可以進一步調控心血管疾病的發(fā)展。

1 環(huán)狀RNA的生成機制

真核生物存在一種反向的可變剪接機制，其能使基因的外顯子序列反向首尾連接，形成一個環(huán)形，稱circRNA[3]。目前發(fā)現(xiàn)的circRNA來源于外顯子或內含子。有文獻證實，circRNA不是mRNA 成熟過程中的副產(chǎn)物，而與mRNA一樣，是mRNA前體加工后的一個重要產(chǎn)物[4],并且生成circRNA的加工機制與生成mRNA的加工機制形成競爭[5]。

2 環(huán)狀RNA的功能

2.1 競爭性內源RNA(competitive endogenous RNA，ceRNA)

circRNA可調節(jié)宿主基因表達，其與RNA 結合蛋白相互作用來調控翻譯過程，發(fā)揮順式轉錄調控的作用，其還能夠調控可變剪接。研究相對比較成熟的是其發(fā)揮微小RNA分子“海綿”作用，即吸附與競爭作用：circRNA 上存在多個miRNA 的互補結合位點，從而circRNA作為miRNA 的“海綿”吸附到miRNA上，通過競爭性地結合miRNAs位點來調節(jié)miRNAs 活性。其功能是使miRNAs功能減弱或消失，繼而影響miRNAs下游靶基因的表達，最終減少miRNA 對靶基因的負性調控。具有代表性的circRNA 如小腦退化相關蛋白1反義轉錄物(antisense to the cerebellar degeneration related protein 1 transcript，Cdr1as) 和Y染色體上性別決定區(qū)(sex-determining region on the Y chromosome，SRY)反義鏈。2013年Hansen等[6]研究發(fā)現(xiàn),Cdr1as作為miRNA的“海綿”能夠負向調控miR-7的活性，又稱為ciRS-7(circular RNA sponge for miR-7，ciRS-7)。

2.2 疾病生物標志物

circRNA穩(wěn)定性高，容易進入體液(全血、血清、血漿、腦脊液、尿液等)，并且其表達模式具有組織、時空和疾病特異性，使得circRNA成為有潛力的疾病生物標志物。目前,已有研究在人類唾液中發(fā)現(xiàn)circRNA[7]。Kino等[8]對人類外周全血中的RNA進行測序,結果顯示超過百種circ RNA的表達量明顯高于對應的miRNA,這提示circRNA亦可能具有細胞外功能,甚至可以作為此類樣本中的生物標記物。

2.3 調控來源基因的轉錄

調控來源基因的表達是指circRNA可以與RNA結合蛋白相互結合，特別是轉錄相關因子，如RNA聚合酶II，轉錄因子等，將其募集到親本基因，從而影響親本基因的表達[5]。另有研究表明，環(huán)狀RNA和線性RNA在轉錄后加工中存在競爭關系，環(huán)狀RNA通過競爭影響mRNA的表達[9]。

近年來隨著circRNA參與包括腫瘤在內的多類疾病發(fā)生機制的報告甚多，人們對circRNA有了越來越深入的理解，circRNA的功能也不斷有更多的發(fā)現(xiàn)。除了上述功能外，最新研究發(fā)現(xiàn)，circRNA還具有調控RNA結合蛋白[10]以及參與蛋白質翻譯[11]的作用，這些發(fā)現(xiàn)為更好地探索circRNA在心血管疾病的發(fā)生機制的作用關系上打下堅實的基礎。

3 ciRS-7與心血管疾病

大量研究表明，miRNA在心臟相關疾病的發(fā)生發(fā)展過程中起著重要作用。近幾年，出現(xiàn)越來越多有關ciRS-7作用于miRNA在心血管疾病方面的報道。

3.1 ciRS-7與高血壓

Hansen 等[12]觀測到，ciRS-7 和miR-7 在小鼠腦中共定位，并證明了兩者在胞內發(fā)生相互作用。ciRS-7可與miR-7相互作用，捕獲胞質中大量miR-7，進而抑制了miR-7的生物活性，從而上調miR-7靶基因的表達水平。

高血壓的發(fā)生發(fā)展與血管內皮細胞病理學變化密不可分，其介導微血管重構是常見的高血壓病理機制，而影響血管發(fā)生和凋亡的ciRS-7/miRNA 勢必參與血壓的調節(jié)。有關文獻顯示，作為ciRS-7/miR-7的靶基因配體IGF1R通過誘導促炎介質的生成、改變基質成分、促進血管平滑肌增殖、細胞遷移和血管重構，從而促進高血壓病的進展[13]。ciRS-7/miR-7的靶基因配體IGF-1作為腸促胰島素家族的一員，具有重要舒張血管作用，在高血壓發(fā)病機制中起重要作用。有試驗證實，在自發(fā)性高血壓大鼠中IGF-1的表達明顯下調[14]。靶基因EGFR通過參與誘導促炎介質的生成，改變基質成分，增強血管平滑肌增殖和細胞遷移及血管重構，參于高血壓的形成；靶基因mTOR對壓力負荷增加所導致的心功能不全有保護作用。因此，circRNA通過調控miR-7并影響靶基因EGFR、IGF1R與mTOR的作用及表達，從而調節(jié)高血壓的進程。

此外，血管平滑肌細胞在調節(jié)血壓等方面發(fā)揮重要作用，而α平滑肌肌動蛋白(α-smooth muscle actin,α-SMA)是最重要的血管平滑肌細胞的骨架成分。2017年Sun等[15]發(fā)現(xiàn)，表皮生長因子家族成員NRG-1的可溶剪切變體形式NRG-1-ICD可影響α-SMA的表達：NRG-1-ICD通過結合到α-SMA的第一內含子上面，募集轉錄因子IKZF1，促進α-SMA基因來源的circACTA2的形成。circACTA2通過競爭性結合miR-548f-5p抑制后者對α-SMA的表達抑制作用，最終產(chǎn)生促進α-SMA表達的作用，使血管內皮細胞與細胞基質發(fā)生重構，從而促進高血壓的形成。

3.2 ciRS-7與心肌梗死

ciRS-7 可以作用于miR-7并抑制其活性[2, 12]。研究發(fā)現(xiàn)ciRS-7/miR-7 a/b對心肌有保護作用，其通過負調節(jié)靶基因多聚ADP-核糖聚合酶(poly ADP-ribose polymerase，PARP)減少心肌凋亡[16]。Sp1和PARP 都是miR-7的靶基因，在誘導心肌凋亡引發(fā)心肌梗死的ciRS-7 /miR-7 a機制過程起到重要作用，miR-7 a通過下調PARP和Sp1發(fā)揮抗細胞凋亡作用，進而減輕心肌梗死程度。因此，ciRS-7 通過抑制miR-7 a的激活過程并提高miR-7 a靶基因如PARP和SP1的表達從而促進心肌梗死的發(fā)展。

miR-7的靶基因IGF1R的表達與心肌梗死的發(fā)生發(fā)展密切相關：血清中低IGF-1水平與心絞痛、心肌梗死和復發(fā)性心肌缺血相關[17]。IGF-1有增強心肌收縮力、改善心功能的作用，可用于治療缺血性心臟病。此外，IGF-1可抑制心肌細胞凋亡，能減少缺血再灌注引發(fā)的心肌細胞凋亡。因此，ciRS-7 可以通過調控miR-7并影響基因IGF1R表達，從而調節(jié)心肌梗死的發(fā)展進程。

3.3 ciRS-7與心力衰竭

已知ciRS-7可以抑制miR-7對下游靶基因如IGF-1的抑制作用。Lee等[18]研究了34例缺血性心臟病患者急性期血IGF-1水平與左室收縮末直徑(left ventricular end-systolic diameter，LVSD)、左室射血分數(shù)(left ventricular ejection fraction，LVEF) 及舒張末直徑(left ventricular end-diastolic diameter，LVDD) 的關系，發(fā)現(xiàn)血液中IGF-1水平與LVSD和LVDD呈負相關，與LVEF呈正相關。IGF-1可以降低心室重構率，減弱心衰的發(fā)生發(fā)展，從而證實IGF-1R低表達與心力衰竭密切相關：IGF-1R低表達是心力衰竭的危險因素。因此，ciRS-7通過抑制miR-7對IGF1R的抑制作用，從而促進基因IGF1R表達，最終抑制心力衰竭的發(fā)展進程。

此外，Wang等[19]研究發(fā)現(xiàn)，HRCR(heart- related circRNA，HRCR)/ microRNA- 223(miR-223)在轉基因小鼠中相互作用可導致小鼠心臟肥大和心力衰竭，進一步研究發(fā)現(xiàn)存在一類與心臟相關的circRNA即HRCR。HRCR對miR-223具有海綿吸附作用并抑制其活性，抑制其對靶基因ARC (apoptosis repressor with CARD domain，ARC)的調控作用，從而增加ARC的表達。由于ARC基因對心肌肥厚和凋亡具有保護作用[20]，因此，在HRCR的作用下機體可以延緩心肌肥大和心衰。

3.4 ciRS-7與心肌纖維化

ciRS-7能夠抑制miR-7對靶基因mTOR的下調作用。mTOR能與TGF-β和αvβ3整合素信號通路相互作用,影響細胞外基質的產(chǎn)生，通過調控膠原蛋白的合成從而起到促進心肌纖維化的作用。因此，ciRS-7 控制miR-7從而影響mTOR基因表達，從而達到影響心肌纖維化的發(fā)展[21]，但其具體的作用機制還有待進一步研究。

3.5 ciRS-7與心臟衰老

研究證實在轉基因小鼠模型中，miR-7的靶基因IGF-1R過表達可改善心肌細胞衰老，減少由缺血導致的心肌細胞萎縮。因此IGF-1被認為是在心臟生長和損傷時能影響肌細胞增殖和再生的多效性生長因子，IGF-1R過表達可以減弱心肌細胞壞死和凋亡，并且在擴張性心肌病中可以使心肌細胞免于凋亡[22]。因此，ciRS-7 控制miR-7從而影響IGF-1基因表達，從而達到延緩心臟衰老的發(fā)展過程。

4 展望

最新研究表明，circRNA動態(tài)表達于參與心臟發(fā)育與應激反應的人誘導多能干細胞來源的心肌細胞(human induced pluripotent stem cell derived cardiomyocytes, hiPSC-CM)模型。一些circRNA在患者心肌樣品中顯示出類似的宿主基因獨立表達動力學，并且可能與核糖體和RNA誘導沉默復合體相互作用。總之，hiPSC-CM揭示了circRNA可能作為新型治療靶點的潛在疾病新特征。

近年來，關于miRNA對心血管類疾病的研究已相對完善[23-24]。而circRNA能通過調控miRNA的表達并控制心血管疾病的發(fā)生和發(fā)展，這為心血管疾病的診治提供了一個新方向。而以ciRS-7為主的circRNA研究手段也日趨成熟，目前多個數(shù)據(jù)庫已收錄了多種環(huán)狀RNA測序結果，并能預測ciRS-7與miRNA的相互作用，為研究circRNA通過作用于miRNA間接地調控心血管疾病的發(fā)生發(fā)展提供了方便。此外，心血管疾病的發(fā)生與進展同circRNA表達水平密切相關，circRNA組織的特異性和穩(wěn)定性使其有可能成為一種新的生物標志物并有助于疾病的診斷，預后以及病程、藥物療效的監(jiān)測。但circRNA的研究還處于初始階段，其靶基因種類繁多，有關作用機制尚不研究透徹，需要更多的研究。目前，臨床診斷心血管類疾病主要通過介入影像學及心電圖予以確診，是否可以通過檢測circRNA的水平來判斷心血管類疾病的嚴重程度還有待于深入研究。circRNA的研究還處于初始階段，其靶基因種類繁多，有關作用機制尚不研究透徹。但circRNA與疾病的相關研究正向“實踐證明”轉變，circRNA運用于臨床診療工作將成為轉化醫(yī)學與精準醫(yī)療的新方向。相信隨著circRNA研究的發(fā)展與深入，circRNA將帶給醫(yī)學界更多的驚喜與突破。

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