circRNAs在心血管疾病中的應用研究進展*

郭 寧，葛良清 綜述，黃素蘭 審校

(常德市第一人民醫院心血管內科,湖南 常德 415000)

心血管疾病是多種危險因素綜合作用的結果，不僅與遺傳、環境因素密切相關，還與生活習慣有很大關系。隨著分子生物學技術的不斷發展和進步，基因、RNA等在心血管疾病中的作用日益被重視。有研究表明，微小RNA(miRNA)在心血管系統中表達豐富，在許多心血管疾病(如動脈粥樣硬化、高血壓、冠心病、心力衰竭、心律失常等)的發生、發展中均發現miRNA 表達水平的變化[1]。該研究還發現，circRNAs對很多心血管疾病的發生、發展可能有重要的調控作用。circRNAs與動脈粥樣硬化、心肌梗死、心肌肥厚、心肌纖維化、心臟功能衰退等密切相關。本文旨在探討circRNAs作為潛在的生物標志物和治療靶點在心血管疾病中的應用，為研究心血管疾病的分子機制提供一定參考。

1 非編碼RNAs(ncRNA)

ncRNAs是由DNA轉錄而不是翻譯成蛋白質的RNA類型，由特定的選擇性剪接產生，通常在轉錄、轉錄后和翻譯上調節基因的表達[1-3]。ncRNA包括miRNA、長非編碼RNA(lncRNA)和circRNA(環狀RNA)，其在心血管疾病的發生、發展中起著重要作用[4]。

microRNA與心血管疾病的關系 miRNAs是一種內源性的非編碼RNA，具有高度保守、單鏈、相對分子質量小(約22個核苷酸)、穩定等特征，包括在機體循環、血漿和血清中均有表達[5]。miRNAs通過與靶mRNAs的3‘-非翻譯區結合，在轉錄后調節基因表達[6]。每個miRNA潛在地靶向許多獨特的mRNA，根據Int的不同抑制翻譯和(或)誘導目標mRNA的降解。miRNA表達差異與心血管疾病相關，包括高血壓、動脈粥樣硬化、冠心病、心肌梗死、心力衰竭和心律失常，因此miRNA可以作為治療靶點及診斷和預后生物標志物的潛在用途[7]。

最近的研究已經提出大約50個與原發性高血壓相關的miRNAs及超過30個與心力衰竭和心肌梗死相關的miRNAs，其中許多miRNAs可以作為有前景的生物標志物[8-10]。腎素-血管緊張素-醛固酮作為調節血壓的一種機制，其中就有多種miRNAs參與。其中下調的miRNAs有miR-34b、miR-361-5p、miR-362-5p和miR-181a，上調的miRNAs有miR-34c-5p、miR-449b、miR-571、miR-765、miR-483-3p、miR-143/145、miR-126、miR-196a、miR-132、miR-212、miR-451和miR-21。miR-21在許多與心血管系統相關的細胞類型中都有表達，包括血管平滑肌細胞(VSMC)、血管內皮細胞、心肌細胞、心臟成纖維細胞和血液[11]。miR-21的表達與高血壓的發生、發展密切相關，且與靶器官損傷也有相關性，其機制包括對腎素-血管緊張素-醛固酮系統、炎癥因子和血管內皮功能的調節[12]。此外，心肌梗死后心功能障礙的研究表明，miR-21在高血壓導致心肌成纖維細胞的活化中至關重要,可通過TGF-β/smad7信號通路參與高血壓的發生和心肌纖維化[13]。

急性心肌梗死患者血漿miR-1、miR-133a、miR-499和miR-208a水平升高，突出了其作為早期診斷生物標志物的潛在用途[13]。此外，miR-19a/19b在心肌梗死后心力衰竭患者中表達上調，如果將miR-19a/19b作用于心臟，則會增加心臟的增殖和再生，表明可能存在一種應激反應的代償機制[14]。

盡管對miRNAs和心血管疾病的研究仍在進行中，尚未將其納入臨床實踐。這主要是因為缺乏一種易于操作、快速、可靠和廉價的方法來確定miRNAs水平。然而，許多miRNAs正作為臨床試驗的一部分，這可能有助于早期診斷、預防和治療。

lncRNA的長度大于200個核苷酸，具有組織特異性，并且在物種間的保守性很差，其在轉錄和轉錄后的基因調控和mRNA翻譯中發揮作用，參與表觀遺傳修飾、選擇性剪接和轉錄的調節，或者與細胞質中的mRNA和蛋白質相互作用來調節基因的表達[9]。

與miRNAs相似，大量的lncRNAs參與多種心臟疾病的關鍵調節，突出了其在心血管疾病的發生和發展中的作用[9]。ACE2等基因的表達不僅受miRNAs的調控，而且受lncRNAs的調控。ALT1是一種在缺氧誘導、生長受阻的人臍靜脈內皮細胞中下調的lncRNA，也是ACE2的直接靶點[15]。

WANG等[16]的一項研究表明了lncRNA心肌肥大相關表觀遺傳調節因子(CHER)在壓力超負荷誘導的心力衰竭小鼠心肌肥厚發展過程中是必不可少的。有趣的是，Chaer基因敲除顯著抑制了腎上腺素引起的化學誘導的肥大，但在基礎水平上并沒有干擾心肌細胞的形態。CHEER和PRC2之間的相互作用是激素或應激刺激后短暫誘導的，這種相互作用是激活心肌肥大相關基因的表觀遺傳學重編程的必要條件。在壓力超負荷開始之前抑制心臟中Chaer的表達可減少心肌肥大和功能障礙，但在應激后的心臟中不受影響[16]。

2 circRNAs

2.1circRNA概述 和傳統線性RNA不同，circRNAs是通過前體RNA反向地首尾剪接形成。circRNAs包括外顯子circRNAs、內含子circRNAs、外顯子-內含子circRNAs和基因間circRNAs等。circRNA是豐富的、未被開發的ncRNA。最近的研究表明，大量的circRNA是內源性的，在哺乳動物細胞中高度保守和穩定，在疾病狀態下普遍存在[7]。雖然mRNA和circRNA都起源于前體mRNA，但其形成方式不同，賦予了其獨特特征。mRNA是通過RNA剪接形成的，其中內含子被移除，某些外顯子被納入其中或排除，以產生替代編碼的成熟mRNA，這一過程產生了帶有暴露的聚(A)尾巴的線性mRNA。這一特性使其容易被RNA酶(RNase)降解[17]。同時，circRNA是通過反向剪接形成的，促進了外顯子和(或)內含子相互匯聚的環化過程，潛在地保護它們不被降解，并提供約48 h的半衰期，大約是線性mRNA的5倍[18]。

目前，circRNA的確切功能仍不清楚。已有報道認為，circRNAs通過與剪接機制的競爭直接調控線性mRNA轉錄本的表達[19]；由于存在多個結合位點，circRNAs間接充當miRNAs的輔助工具，使其能夠與細胞miRNAs相互作用并隔離，從而阻止其在轉錄后調控中發揮作用[20-21]。circRNA占總RNA的1%，在不同類型的細胞中廣泛表達，可能在人類疾病中具有調節功能，在各種類型生物過程的啟動和發展中發揮關鍵作用[20]，可能作為發現和研究疾病進展的生物標志物。盡管前景看好，識別和表征circRNA的研究大多是利用生物信息學和電子計算方法進行的，少數研究已經在原位或體內調查了其功能，以確定其與疾病的關系。

2.2circRNAs在心血管疾病中的應用

2.2.1circRNAs與高血壓 有研究探索了circRNAs與高血壓發展之間的聯系。WU等[22]應用基因芯片技術對54例高血壓患者和54例健康對照者的血液樣本中的circRNA進行研究，發現13個下調的circRNAs和46個上調的circRNAs。在更大的隊列中對這些發現進行驗證，結果表明，高血壓患者血液中hsA_CIRC_0005870的表達顯著下調。circRNA-miRNA網絡預測了hSA_CIRC_0005870與包括hSA-miR-619-5p在內的多個miRNA的結合位點。這種相互作用的KEGG通路分析表明轉化生長因子β信號通路可能在高血壓中起病理作用[22]。

另外一個病例對照研究發現，2個獨特的circRNA，hSA_CIRC_0037909和hSA_CIRC_0037911，與血壓大于140/90 mm Hg(1 mm Hg=0.133 kPa)的高血壓表型密切相關[23]。circRNA-miRNA網絡發現了與miR-637的潛在相互作用，miR-637已被提出通過激活高血壓患者的炎癥途徑來降低C反應蛋白水平[24]。進一步分析還發現，hSA_CIRC_0037911與血肌酐呈正相關。然而，血清肌酐和C反應蛋白水平升高的潛在機制與circRNA-miRNA相互作用和這種變化之間可能的相互作用尚未確定[25]。

最后，2個獨特的circRNA，hSA_CIRC_0126991和hSA_CIRC_0014243，在高血壓患者中上調，并被預測與miR-10a-5p[23]結合。這種miRNA在高血壓、冠心病和導致高血壓發展的血管內皮功能障礙中下調[26]。上述研究不足之處是研究的對象數量很少，需更大隊列進一步研究。

2.2.2circRNAs與心肌梗死、心力衰竭 一項微陣列研究在心肌梗死后導致心力衰竭的小鼠模型中發現了29個上調和34個下調的circRNA，并預測了大量的circRNA-miRNA相互作用。這是對心肌梗死中circRNAs的最早研究之一，提高了我們對circRNAs和心血管疾病潛在失調的認識[27]。心肌梗死損傷和缺氧處理的小鼠心肌細胞circRNA Cdr1as表達上調。其過表達可加重在體小鼠心肌梗死面積，并導致心肌細胞凋亡。重要的是，Cdr1as充當miR-7a的海綿，并影響其下游目標。此前，miR-7a的上調在心肌梗死損傷期間被描述為保護性的[28]。因此，降低Cdr1as的表達水平可能會增加miR-7a的水平，這可能成為治療心肌梗死的一種新的治療策略。

circRNAs作為生物標記物的潛在價值已在心肌梗死患者的全血樣本中得到證實。已經證明，血液中MICRA或心肌梗死相關circRNA水平較低的患者在急性心肌梗死后發生心力衰竭的風險更大[29]。與健康對照組相比，心肌梗死患者血液中這種circRNA表達下調，并被預測為左心室功能障礙的有力指標[30]。這突出了MICRA可作為評估心力衰竭風險的預后工具。

2.2.3circRNAs與動脈粥樣硬化、冠心病相關性 Chr9p21區域是動脈粥樣硬化的危險位點。位于該區域的INK4位點的反義非編碼RNA(ANRIL)與動脈粥樣硬化有關，調節分子通路和細胞功能[31-32]。研究表明，周圍ANIL-ANRIL比率高的個體沒有動脈粥樣硬化的跡象[33]。最近的研究表明，某些circRNAs海綿miRNAs的上調影響了參與CAD細胞的增殖和侵襲[21]。

有研究發現，環狀RNA hsa_cic_0003575在受損的內皮細胞中表達上調，內皮損傷是動脈粥樣硬化發展的關鍵部分，并與氧化后低密度脂蛋白治療有關[34]。這種circRNA的敲除減少了人臍靜脈內皮細胞(HUVEC)的凋亡[34]。RNA測序的使用在CAD中識別了數以千計的circRNA。PAN等[35]描述了動脈粥樣硬化病變中的1 259個注釋的和381個新的circRNA。結合這些結果和組織學檢查，發現54個circRNA上調，12個下調，提示可能參與了CAD的病理過程。在另一項研究，YU等[36]在冠心病患者中有2 283例circRNA下調，85例上調。前100個差異調控circRNA來源于與新陳代謝和蛋白質修飾相關的基因。此外，6個circRNA在動脈粥樣硬化的冠狀動脈和外周血單個核細胞之間的表達譜得到驗證，這為進一步研究它們作為潛在生物標志物的用途提供了依據。HSA_CIRC_0001879、HSA_CIRC_0004104和HSA_CIRC_0001445已被認為是冠心病新的生物標志物，因為實驗驗證表明，與對照組相比，其表達上調[37]。

2.2.4circRNAs與心肌病 肌動蛋白基因負責編碼心肌部分蛋白質，中間需經歷復雜的選擇性剪接，包括背部剪接，可產生大約80個circRNAs。其中一些circRNAs在擴張性心肌病中差異表達，但在肥厚型心肌病中并不表達。另一項研究發現了82個新circRNAs，與對照組比較，在擴張性心肌病患者中取活檢發現CircATXN10、CircCHD7、CircDNAJC6和CircSLC8A1的差異表達[38]。同時研究還發現，CircSLC8A1在擴張性心肌病和肥厚型心肌病患者的心臟組織中表達上調[39]。在糖尿病心肌病小鼠中circRNA_000203表達上調。circRNA_000203與抗纖維化的miR-26b-5p相互作用促進Colla2和CTGF基因的表達，同時具有促進心肌纖維化的作用[40]。circRNAs通過調節心肌纖維化參與心肌病的發生、發展。

3 結語與展望

雖然較長的ncRNA和miRNAs的作用已得到較好的證實，但circRNAs在心血管疾病和高血壓中的研究仍處于初級階段。該文總結了circRNA在心血管疾病和高血壓中的應用。但是，在未來仍然需要更多的研究來確定circRNA在心血管疾病中的作用和意義。無論是直接靶向還是由miRNAs介導，均需要更好地理解circRNAs是如何影響基因表達及其特異性的。如果circRNA以miRNA為靶標，那么其作用可能是非特異性的，因此有必要了解這些分子是如何針對特定基因或miRNAs的發揮作用的。circRNA在心血管發育和疾病產生的過程中如何發揮作用目前仍不清楚；進一步的研究結果如果能闡明這個問題，circRNA則有望成為新的疾病預測因子和治療靶點。