circRNA在心血管疾病中的研究進展

李格格 綜述，陳運清 審校

(重慶醫(yī)科大學(xué)附屬第二醫(yī)院心血管內(nèi)科，重慶 400010)

心血管疾病包括冠心病、心臟瓣膜病、心肌病、心律失常、心力衰竭等，在中國是導(dǎo)致死亡和過早死亡的主要病因，占中國人死亡原因的40%[1]，所以對于心血管疾病的早期診斷和積極治療是很有必要的。環(huán)狀RNA(circRNA)是前體mRNA成熟過程中形成的一類豐富的內(nèi)源RNA，含有一個共價閉合的連續(xù)環(huán)。circRNA在真核細胞中廣泛表達，在進化上是保守的，并且可以針對特定的細胞類型或發(fā)育階段。此外，在細胞核和線粒體中也發(fā)現(xiàn)了circRNA。與線性RNA不同，circRNA沒有5′帽或3′尾結(jié)構(gòu)，不易被細胞中的核酸外切酶降解[2]。circRNA可以調(diào)節(jié)基因表達，參與多種病理生理過程。目前，許多研究已經(jīng)證實circRNA與動脈粥樣硬化、冠心病、心肌病、心房顫動、心力衰竭、瓣膜鈣化等相關(guān)，且有望被用于疾病的治療。

1 circRNA的生物合成及作用機制

circRNA是由線性前體RNA通過剪接體機制介導(dǎo)的反向剪接環(huán)化而產(chǎn)生的，主要有以下2種環(huán)化方式：內(nèi)含子配對介導(dǎo)的環(huán)化和套索介導(dǎo)的環(huán)化。由此產(chǎn)生了3種類型的circRNA，分別是外顯子circRNA、內(nèi)含子circRNA、外顯子-內(nèi)含子circRNA。絕大多數(shù)circRNA存在于細胞質(zhì)中，少數(shù)存在于細胞核中。目前，有研究認(rèn)為circRNA主要通過以下4種途徑參與調(diào)節(jié)病理生理過程：(1)circRNA作為miRNA海綿來調(diào)節(jié)miRNA的功能；(2)circRNA與RBPs(RNA結(jié)合蛋白)相互作用調(diào)節(jié)相關(guān)蛋白的功能；(3)含有內(nèi)含子序列的circRNA通過與U1 snRNP(剪切子)結(jié)合形成的復(fù)合物與RNA聚合酶Ⅱ相互作用來調(diào)節(jié)親本基因的表達；(4)作為反向剪接的結(jié)果而存在的開放閱讀框(ORF)與內(nèi)部核糖體進入位點(IRES)或m6A-修飾結(jié)合在一起誘導(dǎo)circRNA進行翻譯[3]。

2 circRNA與心血管疾病

2.1circRNA與動脈粥樣硬化 動脈粥樣硬化被認(rèn)為是一種退行性病變，目前被認(rèn)為是多因素(包括血脂異常、高血壓、糖尿病、吸煙、遺傳因素、體力活動減少、年齡和性別、酒精攝入、肥胖等)共同作用的結(jié)果，首先是血管平滑肌細胞、巨噬細胞及T淋巴細胞聚集；其次是膠原、彈力纖維及蛋白多糖等結(jié)締組織基質(zhì)的增生；再者是脂質(zhì)積聚，其主要含膽固醇結(jié)晶及游離膽固醇。粥樣硬化斑塊中脂質(zhì)及結(jié)締組織的含量決定斑塊的穩(wěn)定性及是否易導(dǎo)致急性缺血事件的發(fā)生。我們發(fā)現(xiàn)circRNA通過調(diào)節(jié)內(nèi)皮細胞、血管平滑肌細胞和巨噬細胞的活化，在動脈粥樣硬化的發(fā)生、發(fā)展中起著重要作用。

研究發(fā)現(xiàn)，circANRIL通過與一種重要的核糖體成分PES1的聯(lián)合作用，抑制血管平滑肌細胞和巨噬細胞中核糖體的生成，導(dǎo)致核糖體應(yīng)激和細胞死亡，抑制平滑肌細胞和人誘導(dǎo)多能干細胞來源的巨噬細胞的增殖，從而起到動脈粥樣硬化保護作用，是治療動脈粥樣硬化的潛在治療靶點[4]。CIRC_0003204主要定位于人主動脈內(nèi)皮細胞的細胞質(zhì)，過表達CIRC_0003204抑制氧化低密度脂蛋白(ox-LDL)誘導(dǎo)的內(nèi)皮增生[5]。circHIPK3過表達顯著降低細胞凋亡和氧化應(yīng)激標(biāo)志物[包括活性氧(ROS)、超氧化物歧化酶(SOD)和丙二醛(MDA)的水平]。進一步的研究表明，circHIPK3通過miR-29a/IGF-1軸抑制氧化損傷[6]。

有研究發(fā)現(xiàn)，hSA-CIRC-000595在缺氧的人主動脈平滑肌細胞(HASMC)中表達增加，hSA-CIRC-000595可能通過miR-19a/rhoB/cyclinD1/CDC25A和MMP/α-SMA/SM22α軸誘導(dǎo)細胞凋亡[7-8]。高度保守的circLrp6具有miR-145的多個結(jié)合位點，miR-145與多個靶點相互作用，包括ITGb8、fasin、KLF4、Yes1和lox。沉默circLrp6可防止小鼠頸動脈內(nèi)膜增生[9]。有研究鑒定了缺氧條件下人臍靜脈內(nèi)皮細胞中差異表達的circRNA，發(fā)現(xiàn)cZNF292是缺氧調(diào)控下表達最高的circRNA。有研究表明，cZNF292的沉默顯著抑制了球體萌發(fā)和管狀細胞的形成，并降低了內(nèi)皮細胞的增殖，表明cZNF292在缺氧條件下促進了內(nèi)皮的增殖和管狀細胞的形成[10]。YANG等[11]發(fā)現(xiàn)，在ox-LDL誘導(dǎo)的血管平滑肌細胞(VSMC)中，circCHFR異常過表達。進一步研究發(fā)現(xiàn)，沉默CHFR通過miR-370/FOXO1軸抑制VSMCs的增殖和遷移能力。

2.2circRNA與冠心病 冠心病是指冠狀動脈粥樣硬化使管腔狹窄或阻塞，導(dǎo)致心肌缺血、缺氧而引起的心臟病，是嚴(yán)重威脅人類健康的疾病，在西方發(fā)達國家，其年死亡數(shù)可占到總死亡數(shù)的1/3左右。據(jù)WHO統(tǒng)計，冠心病目前是世界上最常見的死亡原因，超過所有腫瘤的總和。該病多發(fā)生于40歲以上，男性多于女性。

circNfix是由一個與超級增強子結(jié)合的轉(zhuǎn)錄因子介導(dǎo)的，敲除circNfix可促進心肌細胞增殖和血管生成增加，從而阻止心肌梗死后的細胞凋亡，減少心功能不全，改善心肌梗死后的預(yù)后。反之，circFndc3b在心肌梗死后的小鼠心臟和缺血性心肌病患者的人類心肌組織中表達下調(diào)。其過表達減少了心肌細胞的凋亡，改善了血管形成和左心室功能[12]。circNcx1在氧化應(yīng)激時升高，促使心肌細胞凋亡。circNcx1作為miR-133a的海綿，敲除circNcx1后，可通過circNcx1-miR-133a-CDIP1(誘導(dǎo)蛋白)軸減少心肌細胞死亡，進一步減輕小鼠心肌細胞的缺血再灌注損傷[13]。circTtc3通過circTtc3-miR-15b-5p-Arl2(ADP核糖化因子)調(diào)節(jié)心肌細胞的活性。在心肌梗死后，在小鼠體內(nèi)敲除circTtc3可使心臟功能顯著惡化，因此circTtc3在心肌梗死中的上調(diào)具有保護心臟的作用[14]。心肌梗死損傷和缺氧處理的小鼠心肌細胞circRNA Cdr1as表達上調(diào)。其過表達可加重小鼠心肌梗死面積，并導(dǎo)致心肌細胞凋亡。Cdr1as充當(dāng)miR-7a的海綿，并影響其下游目標(biāo)。此前，miR-7a的上調(diào)在心肌梗死損傷期間被描述為保護性的。因此，降低Cdr1as的表達水平可能會增加miR-7a的水平，這可能成為治療冠心病的一種新的治療策略[4]。circRNA ACR可通過調(diào)節(jié)PINK1/FAM65B通路來抑制缺血再灌注損傷，抑制自噬性細胞死亡，從而縮小心肌梗死面積[15]。心肌梗死組circMACF1和EMP1(上皮膜蛋白1)的表達水平隨miR-500b-5p表達水平的升高而降低。circMACF1作為miR-500b-5p的海綿上調(diào)EMP1的表達，circMACF1通過調(diào)節(jié)miR-500b-5p/EMP1軸抑制AMI的進展。circMACF1可能是治療急性心肌梗死的潛在治療靶點[16]。在小鼠心肌缺血再灌注損傷模型中，circPAN3的表達減少。過度表達circPAN3通過circPAN3-miR-421-PINK1軸，顯著抑制了心肌細胞的自噬并減輕了細胞凋亡，這在體內(nèi)通過減少自噬空泡和縮小心肌梗死范圍進一步得到證實[17]。

2.3circRNA與心肌病 心肌病是一組異質(zhì)性的心肌疾病，病因多與遺傳有關(guān)。臨床主要表現(xiàn)為心肌肥厚、心臟擴大、心力衰竭、心律失常與猝死。最早鑒定出來的心臟表達的circRNA之一是抗肥厚型HRCR。在異丙腎上腺素誘導(dǎo)的小鼠心肌肥厚模型中，HRCR水平降低，過表達的HRCR作為miR-223-5p的海綿來減弱心肌肥厚[18]。分析64例肥厚型心肌病患者和53例健康對照者血清中多種circRNA(包括circDNAJC6、circTMEM56和circMBOAT2)的表達模式。結(jié)果表明，在調(diào)整了年齡和性別后，肥厚型心肌病患者的circDNAJC6、circTMEM56和Cir-cMBOAT2基因表達明顯下調(diào)，OR值分別為0.048(0.012～0.198)、0.074(0.017～0.317)和0.135(0.041～0.447)。此外，ROC曲線分析表明，這些環(huán)狀RNA可以作為HCM的生物標(biāo)志物，其AUC在0.738～0.819之間[19]。circAmotl1與PDK1和AKT1結(jié)合，導(dǎo)致AKT1磷酸化，并可能在阿霉素誘導(dǎo)的心肌病中發(fā)揮心臟保護作用[20]。對circRNA在心臟分化過程中的表達和人類心臟在胎兒組織中特異性富集的研究發(fā)現(xiàn)，circSLC8A1、circCACNA1D、circSPHKAP和circALPK2存在差異表達[21]。

2.4circRNA與心房顫動 心房顫動易形成左房附壁血栓。血栓栓塞，尤其是腦栓塞是重要的致殘和致死的原因。circRNA高通量測序顯示房顫組HAS_CIRC_0005643和NEVE_CIRC_0077334表達增加。HAS_CIRC_0005643和NOVICE_CIRC_0077334均被預(yù)測與miR-221-5p結(jié)合，這可能解釋了miR-221-5p在心房顫動病理生理過程中減少的原因，miR-221-5p作為心房顫動的一個新的生物標(biāo)志物值得進一步研究[22]。

2.5circRNA與心力衰竭 心力衰竭是由心臟結(jié)構(gòu)或功能異常所導(dǎo)致的一種臨床綜合征，是心血管疾病的最嚴(yán)重的階段，死亡率高，預(yù)后不良。心力衰竭患者的CDR1as在血漿中表達上調(diào)，miR-135a和miR-135b水平下調(diào)，Hmox1水平明顯高于對照組，且與心功能高度相關(guān)。進一步研究發(fā)現(xiàn)，CDR1as作為miR-135a和miR-135b的海綿，通過miR-135a/Hmox1和miR-135b/Hmox1信號軸調(diào)控人心肌細胞的增殖和凋亡，參與CHF的發(fā)生、發(fā)展[23]。

2.6瓣膜鈣化 過表達的circSamd4a減少了瓣膜鈣化的發(fā)生，而抑制了circSamd4a則促進了瓣膜鈣化，表明circSamd4a具有抗鈣化的特性。進一步研究發(fā)現(xiàn)，circSamd4a是miR-125a-3p和miR-483-5p的miRNA海綿，借此來參與調(diào)節(jié)瓣膜鈣化的過程[24]。

3 結(jié)語與展望

circRNA吸附microRNAs(MiRNAs)并抑制其內(nèi)源活性。ANNADORAY等[25]設(shè)計了人工circRNA海綿(circmiRs)來靶向已知的心肌促肥厚型miR-132和miR-212，實驗證明表達的circmiRs競爭性地抑制miR-132和miR-212的活性，并且表現(xiàn)出比線性海綿更大的穩(wěn)定性。由此我們可以設(shè)想利用人工設(shè)計的circRNA靶向 miRNA來治療心血管疾病[25]。心血管疾病仍然是威脅人類健康的主要疾病，早期診斷和干預(yù)能夠有效改善患者的遠期預(yù)后和生活質(zhì)量。隨著現(xiàn)代分子生物學(xué)技術(shù)的發(fā)展，有關(guān)circRNA在心血管疾病中作用機制的研究將會更加深入，circRNA有望成為新的診斷標(biāo)志物及治療靶點。