ceRNA網絡在反復種植失敗中的研究進展

羅加歡綜述 張若鵬審校

1.大理大學臨床醫學院，云南 大理 671000；2.大理大學第一附屬醫院生殖醫學科，云南 大理 671000；3.大理大學生殖醫學研究所，云南 大理 671000

反復種植失敗(recurrent implantation failure，RIF)是指年齡小于40歲的不孕癥患者經歷至少3個體外受精(in vitrofertilization，IVF)(包括新鮮胚胎移植和凍融胚胎移植)或胞漿內單精子注射(intracytoplasmic sperm injection，ICSI)周期并移植了4個及以上優質胚胎而未發生胚胎著床或臨床妊娠[1-2]。然而胚胎植入率在新鮮胚胎移植中為53.6%，在冷凍胚胎移植中僅為40.2%[2]，其中RIF占IVF的10%左右[3]。RIF一直是ART中尚未攻克的難題。RIF的病因尚未闡釋明了，近年來隨著對基因組學研究的不斷深入發現競爭性內源性 RNA(competing endogenous RNAs，ceRNA)參與了RIF廣泛的生物學過程，現就ceRNA在RIF的研究進展予以綜述。

1 CeRNA及CeRNA網絡

競爭性內源性RNA(competing endogenous RNAs，ceRNA)網絡是指一類通過與信使RNA(messenger RNA，mRNA)競爭性結合微小RNA(microRNA，miRNA)來調控mRNA的水平，由CeRNA-miRNA-mRNA構成的網絡系統[4]。ceRNA通過miRNA反應元件(miRNA response elements，MRE)與miRNA結合來調節miRNA活性，達到減弱miRNA對靶向mRNA的抑制作用的目的[4]。ceRNA包括蛋白質編碼RNA、轉運RNA、核糖體RNA、人工合成miRNA抑制劑及病毒miRNA抑制劑、長鏈非編碼RNA(long non-coding RNA，lncRNA)、假基因(pseudogene)及環狀RNA(circular RNA，circRNA)[5]。其中，lncRNA及circRNA在疾病中的研究較多。

1.1LncRNA LncRNA是一類長度大于200個核苷酸的RNA片段，主要位于細胞核中[6]，也有少部分lncRNA位于細胞質[7]。LncRNA除通過自分泌作用于自身外，一些lncRNA還可以通過外泌體運輸傳遞到相鄰的細胞或血清[8]。盡管lncRNA不具有編碼蛋白質或肽的功能，但lncRNA獨特的二級和三級結構，使其既具有RNA功能又具有蛋白質樣功能[9]。LncRNA通過控制細胞核結構和細胞核中的轉錄以及調節細胞質中的mRNA穩定性，翻譯和翻譯后修飾而成為基因表達網絡中的重要調節因子[10]。在多種疾病的發生發展中起著重要的作用。

1.2 CircRNA CircRNA是一類幾乎存在于生物體所有細胞的非編碼RNA。CircRNA的3'和5'末端共價連接形成閉合環狀單鏈結構，使其能夠抵抗核酸外切酶的水解作用，維持circRNA的相對穩定性及保守性[11]。CircRNA可以作為miRNA海綿來抑制miRNA功能，參與靶基因的剪接，將基因翻譯成蛋白質并與RNA結合蛋白(RNA binding protein，RBP)相互作用，包括靶基因的發生、翻譯、轉錄調控和細胞外運輸等生物學過程[12]。

2 CeRNA網絡與反復種植失敗

近年來，對ceRNA的研究發現lncRNA及circRNA在多種疾病的發生發展中發揮著作用，對于ceRNA在RIF中的研究進展尚無文獻報道。現就lncRNA及circRNA作為ceRNA在反復種植失敗患者的作用及機制進行綜述。

2.1 LncRNA作為ceRNA在RIF中的作用

2.1.1 H19 H19是最先發現其能轉錄成lncRNA的基因之一；H19由母體等位基因表達[13]。它主要位于細胞質中，長度為2.3 kb，不產生蛋白質。H19在胚胎發育和生長控制中高度表達，但在出生后顯著下調，除了心臟組織和骨骼肌。研究人員發現，H19充當結合let-7并抑制其功能的“分子海綿”[14-16]。let-7調控整合素β3基因的表達(let-7的過表達將抑制整合素β3基因的表達)[17]，以此調節子宮內膜容受性和胚胎的植入，意味著在ceRNA網絡中H19/let-7/整合素β3調節軸對子宮內膜容受性及胚胎植入產生了影響。ZENG等[18]的研究發現在RIF中H19的下調降低整合素β3蛋白的表達，隨后造成了子宮內膜容受性的損害，最終導致植入失敗。也有研究發現H19作為miR-3187-3p的分子海綿作用于mRNA MGAT3、mRNA INF2、mRNA MYO9B、mRNA CEP170B、mRNA PIP5K1C的表達，來調節子宮內膜代謝過程以影響子宮內膜容受性[19]，即通過H19/miR-3187-3p/MGAT3，H19/miR-3187-3p/INF2，H19/miR-3187-3p/MYO9B和H19/miR-3187-3p/PIP5K1C調節軸來發揮作用。

2.1.2 TRG-AS1 T細胞受體γ基因座反義RNA 1(T cell receptor gamma locus antisense RNA 1，TRG-AS1)與疾病的不良預后呈正相關[20]。XU等的研究發現TRG-AS1競爭性結合miR-424-5p，miR-488-3p和miR-5480-3p促進RIF患者子宮內膜的mRNA FASLG、mRNA FGL2、mRNA ITGAL等免疫相關基因的表達，促進免疫應答[19]，TRG-AS1作為多個miRNA的海綿體影響多個基因的表達，以此構成的ceRNA網絡促進RIF的發生。

2.1.3 SMIM25 SMIM25又被稱為LINC01272/GCRL1，位于20號染色體上。最近的證據表明它參與了腫瘤細胞的增殖和轉移。有研究證明SMIM25在疾病中具有促炎作用[21-22]。XU等[19]首次在RIF患者的子宮內膜的研究中發現SMIM25作為海綿吸收miR-424-5p，參與調節P3H2，CES1和MYD88的轉錄或表達，促進子宮內膜炎癥的發生，因此在ceRNA網絡中 SMIM25/miR-424-5p/P3H2、SMIM25/miR-424-5p/CES1、SMIM25/miR-424-5p/MYD88調節軸在RIF發生及發展的炎癥學機制中具有重要的作用。SUBHASH等[23]對SMIM25的分子功能進行進一步研究發現其參與氧化應激、細胞黏附、整合素信號傳導等多種分子生物過程。然而SMIM25在RIF中是否也參與了類似的生物學過程需進一步的研究。

2.1.4 NEAT1 核富集轉錄體1(Nuclear Enriched Abundant Transcript 1，NEAT1)位 于 染 色 體11q13.1，由RNA聚合酶Ⅱ(polⅡ)轉錄，廣泛表達于各種哺乳動物細胞中[24]。NEAT1是旁斑(Paraspeckles)的重要結構成分。旁斑作為細胞核亞結構被置于細胞核染色質區域，通過各種機制參與基因表達的調節，包括mRNA保留、mRNA斷裂、A到I編輯和蛋白質捕獲[25-26]。WEST等[27]已經表明NEAT1附著于人類細胞中的多個基因組位點，主要在活性轉錄位點附近。那也就意味著NEAT1參與了基因表達的調控。IMAMURA團隊[28]發現NEAT1通過與富含脯氨酸/谷氨酰胺的剪接因子結合來調節先天性免疫反應來調節IL8轉錄。ZHANG等[29]發現NEAT1促進巨噬細胞中炎癥小體的活化，最終促進炎癥的發生。XU等[19]的研究發現NEAT1通過 miR-488-3p、miR-211-5p、miR-345-3p等作用于mRNA LCP1、mRNA CSF1、mRNA ELK4等多種免疫相關基因調節子宮內膜容受性而發揮重要作用，上述研究再次驗證了ceRNA網絡在RIF疾病的作用。

2.1.5 LncRNA ENST00000433673 LncRNA ENST00000433673首次被HUANG等[30]發現在多囊卵巢綜合征(PCOS)患者的濾泡顆粒細胞中異常(高)表達。生信分析發現LncRNA ENST00000433673的靶mRNAs與生物黏附有關[31]。大量研究報道細胞間黏附分子1(ICAM1)是靶mRNA整合素亞基αL(ITGAL)相互作用的mRNA，是胚胎植入的重要調節劑[32-33]。進一步的研究發現靶標mRNA ITGAL和相互作用的mRNA ICAM1在RIF患者的子宮內膜組織和子宮內膜上皮細胞(endometrial epithelial cells，EECs)中低表達[31]。表明lncRNA ENST00000433673的低表達介導靶mRNA ITGAL的低表達，從而促進相互作用的mRNA ICAM1的表達抑制和EECs的黏附下降，從而降低胚胎與母體之間的黏附和植入。在LI等[34]的研究中發現hsa-miR-125a-3p的表達將促進mRNA ITGAL的表達，而調控hsa-miR-125a-3p表達的lncRNA有多種。hsa-miR-125a-3p在子宮內膜細胞的表達情況尚無報道。故lncRNA ENST00000433673是否通過hsa-miR-125a-3p來調控靶mRNA ITGAL的表達，尚需進一步的研究確認。

2.2 CircRNA作為ceRNA在RIF中的作用 LIU等[35]通過對3個RIF及3個對照組的子宮內膜組織活檢進行circRNA微陣列分析，并利用qRT-PCR進一步驗證發現在RIF的子宮內膜組織中hsa_circRNA_070616、hsa_circRNA_103716，hsa_circRNA_104001、hsa_circRNA_104854的表達較對照組明顯上調，hsa_circRNA_004183、hsa_circRNA_044353、hsa_circRNA_404686的表達下調。Hsa_circRNA_070616通過競爭性結合miR-4786-3p作用于3'-磷酸腺苷5'-磷酸硫酸合成酶1(3'-phosphoadenosine 5'-phosphosulfate synthase 1，PAPSS1)；hsa_circRNA_103716通過miR-769-5p作用于PAPSS1發揮作用[36]。在ceRNA網絡中hsa_circRNA_070616/miR-4786-3p/PAPSS1和hsa_circRNA_103716/miR-769-5p/PAPSS1調節軸作用的靶基因均為PAPSS1，PAPSS1是一種合成通用硫酸鹽供體PAPS的雙功能酶[37-38]，由NH2末端的APS激酶結構域和COOH末端的ATP硫化酶結構域組成[37]，主要位于細胞核中，是哺乳動物硫酸鹽代謝的基礎，最近臨床發現其與越來越多的人類疾病有關。然而PAPSS1在RIF中的具體作用機制尚不完全清楚。然而其他幾個差異表達的circRNA具體競爭的miRNA及作用的mRNA尚不清楚。

3 展望

RIF一直是困擾生殖科醫師及科研工作者的難題，近年來隨著生物信息技術的應用，ceRNA逐漸進入了人們的視野，本課題組前期已利用生物信息技術從GEO數據庫提取數據并進行分析，最終獲得了6circRNA，7miRNA，56mRNA 并已構建 circRNA-miRNA-mRNA網絡，通過cytoscape軟件的cytohubba插件發現了4個核心基因(hub gene)，分別為YWHAZ、JAK2、MYH9、RAP2C基因，并提出了相關的circRNA-miRNA-核心基因亞網絡假說。課題組將在試驗基礎上進一步研究其在RIF的作用。總體而言，對于ceRNA在RIF患者中的研究相對匱乏，尚需更多研究深入探討ceRNA假說在RIF的存在及具體作用機制，為RIF的病因、診斷、治療、預后等方面提供新的思路。