環狀RNA在人類生殖妊娠方面的研究進展

趙一燕 鞠捷 孔祥

[摘要]環狀RNA（circRNA）是一種自然存在于生物體內，呈共價閉合環狀結構的內源性非編碼RNA（ncRNA），具有調控基因表達的重要生物學作用。其通過作為微小RNA（miRNA）在環狀RNA-miRNA-mRNA軸中發揮作用，調節可變剪接以及親本基因表達。近年來隨著技術的發展，人們逐漸發現了具有獨特生物學特性的環狀RNA在臨床疾病預測、早期干預及診斷治療等方面具有廣闊的發展空間，成為近年的研究熱點。但環狀RNA在婦產科非腫瘤方面研究相對較少，故本文簡要介紹環狀RNA并對其在人類生殖與妊娠方面非腫瘤相關疾病的研究進展進行概述。

[關鍵詞]環狀RNA;生殖;妊娠;復發性流產;產前診斷

[中圖分類號] R714? ? ? ? ? [文獻標識碼] A? ? ? ? ? [文章編號] 1674-4721（2020）7（a）-0022-05

Research progress of circular RNA in the area of reproduction and pregnancy

ZHAO Yi-yan1，2? ?JU Jie1，3? ?KONG Xiang1，3▲

1. Department of Obstetrics and Gynecology， Northern Jiangsu People′s Hospital， Jiangsu Province， Yangzhou? ?225001， China; 2. School of Graduate， Dalian Medical University， Liaoning Province， Dalian? ?116044， China; 3. Yangzhou University Medical College， Jiangsu Province， Yangzhou? ?225001， China

[Abstract] Circular RNA is an endogenous no-coding RNA （ncRNA） that naturally exists in living organisms and has a covalently closed loop structure. It plays an important role in the regulation of gene expression. It acts as microRNA （miRNA） in the circular RNA-miRNA-mRNA axis， regulating alternative splicing and parental gene expression. With the development of technology in recent years， people have gradually discovered that circular RNA with unique biological characteristics has broad development and application space in clinical disease prediction， early intervention and diagnosis and treatment， and has become a research focus in recent years. However， circular RNA is relatively rare in non-tumor obstetrics and gynecology diseases. Therefore， circular RNA is briefly introduced and its research progress in non-tumor related diseases in human reproduction and pregnancy is briefly summary in this article.

[Key words] Circular RNA; Reproduction; Pregnancy; Recurrent spontaneous abortion; Prenatal diagnosis

新進入人們視野的環狀RNA廣泛存在于真核細胞質中，是具有調控基因表達作用的內源性非編碼RNA分子。不同于以線性拼接方式形成的RNA，環狀RNA呈閉合環狀結構，無5′端帽子和3′端尾巴。人們最早從病毒及類病毒中得到對環狀RNA認知[1]，但早期的研究者認為環狀RNA是RNA產生過程中發生了錯誤的剪接而形成的，無明確的生物學功能，從而使其未得到重視和充分的研究[2]。隨著近年來高通量測序技術的發展，環狀RNA不斷從各種真核生物細胞中被發現[3-4]，使人們不斷對其功能進行深入研究。因其特殊的生物學特性，環狀RNA在疾病的發生發展機制及早期診斷方面成為近年來的熱點研究項目[5]。目前環狀RNA在人類生殖與妊娠方面的相關研究較腫瘤相關疾病要少的多，因此本文將簡要介紹環狀RNA的形成、特性及生物學功能，并重點著眼于環狀RNA在不孕癥輔助生殖、復發性流產（recurrent spontaneous abortion，RSA）、妊娠合并癥及產前診斷中的相關研究及應用前景。

1環狀RNA簡介

1.1環狀RNA的形成

環狀RNA的產生機制及過程尚未徹底明確，其目前主要可分為五類，包括外顯子來源的環狀RNA（ecircRNAs）、內含子來源的環狀RNA（ElciRNAs）、環狀基因組間RNA（包括類病毒和丁型肝炎病毒）、RNA加工過程中的環狀RNA中間產物（tRNA或rRNA加工過程中的中間體）、具有持家基因功能的環狀RNA（ciRNAs）（RnaseP或某些snoRNA）[6]。在環狀RNA的形成機制上，最早由Jeck等[7]提出RNA成環模型，即套索驅動環化和固有配對環化。環狀RNA分子主要是由反向拼接形成，即下游外顯子與上游外顯子反方向拼接在一起形成環狀轉錄物。此外，環狀RNA還有另一種形成模式，即依賴于RNA結合蛋白。剪接因子Quaking（QKI）[8]和Muscleblind（MBL）[9]，作為連接2個側翼內含子相互靠近的橋梁促進環狀RNA形成。因此推測RNA結合蛋白在RNA環化過程中起重要作用，通過互補序列橋梁和抑制典型拼接促進環化。以上為可能性較大的學說，環狀RNA具體形成機制仍需進一步研究證實。

2.3環狀RNA與RSA

RSA是生殖醫學研究中的重要課題之一，美國生殖醫學學會將≥2次的妊娠失敗定義為RSA[30]。導致RSA的因素并不完全明確，基因表達異常是發生RSA的重要因素，故環狀RNA在RSA的病因及發病機制的深入研究中有著重要的作用。Qian等[31]對RSA孕婦與正常孕婦的絨毛膜組織中的環狀RNA表達進行差異性分析，結果顯示，hsa_circ_104948、hsa_circ_ 104547等8種環狀RNA在兩組之間有顯著的差異性表達，進一步分析表明，絨毛中環狀RNA的差異性表達可能與其充當miRNA調節靶基因的表達水平的功能相關。目前對與RSA相關的環狀RNA的研究較少，未來仍有廣闊的研究空間。

3環狀RNA與妊娠

3.1妊娠合并癥

臨床產科常見的妊娠合并癥有妊娠期糖尿?。╣estation diabetes mellitus，GDM）、妊娠合并高血壓疾病、胎盤異常等，嚴重的妊娠合并癥可導致不良的妊娠結局，甚至威脅母兒生命。以環狀RNA的生物學特性在未來有可能用于早期預測妊娠合并癥的發生，從而指導臨床工作者得以提前預防或干預。子癇前期（preeclampsia，PE）具有發病迅速、病情進展快等特點，在妊娠合并高血壓疾病中是造成不良母兒結局較多的一種[32]，有多項研究[33-35]從患有PE孕婦的血細胞或胎盤組織中篩選與正常孕婦組表達差異較大的環狀RNA，而Zhang等[34]發現12種環狀RNA呈現明顯的差異性表達，其中hsa_circ_101222的表達差異更是高達10倍左右，提示其可能作為PE的診斷標志物以輔助臨床，但Prefumo[36]也提出距離環狀RNA正式進入臨床作為檢測指標還有很多的困難需要克服。

GDM是指妊娠期首次發生任何程度的由糖耐量異常引起的高血糖，在中國的發病率高達14.8%[37]，其具體原因及發病機制尚未明確，可能與遺傳、胰島素分泌等因素有關。近年有研究[38]通過檢測孕婦外周血中環狀RNA豐度表達發現，GDM孕婦和正常孕婦有2678個差異表達倍數>2.0的環狀RNA，其中hsa_circ_0042852、hsa_circ_0004001兩種環狀RNA及其參與的調控網絡與調節能量代謝的信號通路相關，提示了環狀RNA可能參與調控GDM發病機制的某些代謝環節。Yan等[39]發現GDM孕婦胎盤絨毛中227種環狀RNA表達顯著增高，255種明顯降低，并存在大量的GDM發病相關的miRNA結合位點，提示環狀RNA的異常表達可能與GDM的發生相關。還有研究[40]檢測出GDM孕婦胎盤組織中有46個環狀RNA差異表達明顯，分析結果提示這些環狀RNA的來源基因與內分泌抵抗以及晚期糖基化終產物受體通路（AGE-RAGE）有關，在多種糖尿病并發癥中發揮重要作用，并與GDM的不良妊娠結局密切相關。

3.2產前診斷

胚胎發育是一個復雜的過程，環狀RNA在胚胎發育過程中可能具有獨特而重要的功能，可作為研究胚胎發育不同階段的標志物。Xu等[41]的研究系統檢測出了胎兒與成人各類組織中含有的環狀RNA表達水平并不相同。而在人類胎兒腦部的發育期間，環狀RNA在某些特殊區域富集較為明顯[42]。在臨床應用中，隨著轉錄組測序（RNA-seq）技術的發展，以體液中的環狀RNA作為檢測指標具有較強的發展潛力及可操作性。目前應用廣泛的產前篩查主要使用全基因組測序學方法來研究人類三體征（包括13-三體、18-三體和21-三體綜合征），以鑒定這些特定非整倍性染色體中的每一個基因表達特征。林南新等[43-44]研究得到了13-三體綜合征患者臍帶血或母血中差異表達的環狀RNA，并推測hsa_circ_0002473、hsa_circ_0005 651等環狀RNA及其靶基因可能成為13-三體綜合征無創性產前篩查診斷的新生物標志物;而hsa_circ_0001649可能成為18-三體綜合征潛在的新標志物[45]。常燕[46]的研究顯示hsa_circ_103112在21-三體綜合征患兒的臍帶血及其母體外周血均有顯著差異性表達，其靶基因USP25也與臨床癥狀的產生有關，可能成為21-三體綜合征的臨床標志物。

4小結與展望

因環狀RNA擁有廣泛性、穩定性、特異性等生物學特性且具有調控基因表達的重要功能，近年來逐漸成為生物醫學領域的研究熱點，但目前僅少量研究環狀RNA與人類生殖及妊娠相關。隨著生物信息及測序技術的發展，環狀RNA在人類繁衍、優生優育方面具有廣闊的研究價值及發展前景。

環狀RNA可以被分泌至細胞外環境中，可通過臨床普遍檢測標本如血液、尿液、分泌物等檢測出來，用于臨床診斷或研究較為方便。目前的相關研究主要流程為找出患病組較正常組獨特上調或下降表達的某些環狀RNA，構建環狀RNA-miRNA-mRNA相關網絡，并分析其與某些蛋白或信號通路的關聯，從而揭示疾病的病理發病機制并期望以之作為生物標志物應用于臨床早期預測干預以及治療。但如何從大量差異表達的環狀RNA中較為準確地篩選出與目標疾病相關聯的某一個或幾個還是目前亟待改善的問題，實驗室的研究成果距離臨床應用亦有很長的一段路要走，尚需生物技術與器材的繼續發展和對基因調控研究的繼續深入。研究人員對已知的差異調控的環狀RNA進行深入挖掘及大數據分析可能促進環狀RNA與疾病關系的進一步確定，從而加快臨床應用的步伐，這需要研究者們的共同努力。

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（收稿日期：2020-01-02）