環(huán)狀RNA在缺血-再灌注損傷中的研究進展

李麗，欒軍軍，周華

（中國醫(yī)科大學附屬盛京醫(yī)院腎內(nèi)科，沈陽 110004）

缺血-再灌注（ischemia/reperfusion，I/R）損傷是組織或器官在缺血缺氧損傷發(fā)生后，由于恢復供血供氧使原有組織損傷加重的過程［1］。臨床上常見于急性冠脈綜合征、休克、腦卒中、急性腎損傷、體外循環(huán)手術與器官移植等［2］。但是其分子生物學發(fā)生機制仍不十分清楚。目前I/R損傷的研究多聚焦于心臟和腦組織，其他器官的I/R損傷研究報道鮮見。環(huán)狀RNA、微RNA（microRNA，miRNA）和mRNA之間的調(diào)控網(wǎng)絡是近年來的研究熱點。利用基因本體（gene ontology，GO）數(shù)據(jù)庫及京都基因和基因組數(shù)據(jù)庫（Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes，KEGG）分析有助于發(fā)現(xiàn)I/R損傷的治療新靶點和新策略。本文對環(huán)狀RNA在I/R中的研究進展進行綜述。

1 心臟與環(huán)狀RNA

I/R損傷是最常見的心血管疾病病理類型，常見于血管成形術、心臟移植、溶栓、體外循環(huán)手術和冠脈搭橋等。目前，環(huán)狀RNA在I/R損傷的機制研究主要集中在調(diào)節(jié)自噬和細胞死亡（凋亡、壞死、焦亡等細胞死亡形式）［3］，例如，環(huán)狀RNA Cdr1as是第1個在心肌梗死中被報告的環(huán)狀RNA，在I/R處理的小鼠心臟組織中circ Cdr1as表達上調(diào)，通過海綿miR-7促進心肌細胞凋亡，增加心肌梗死面積。circ Cdr1as被認為是治療心肌梗死的新靶點［4］。自噬機制在I/R損傷中發(fā)揮重要作用。ZHOU等［5］研究發(fā)現(xiàn)，mmu_circRNA_006636 在I/R損傷中表達下調(diào)，并通過調(diào)節(jié)自噬相關基因Pink1抑制心肌細胞自噬。過表達circPAN3可顯著抑制心肌細胞自噬，減少心肌細胞凋亡［6］。治療性血管生成的目的在于誘導和促進缺血周圍正常組織血管生成或建立側(cè)支循環(huán)［7］，成為缺血性心臟病的治療方法之一，CHANG等［8］在人冠狀動脈內(nèi)皮細胞中發(fā)現(xiàn)circ-100338表達顯著下調(diào)，并通過海綿miR-200a-3p誘導I/R損傷后的血管生成。

2 腦與環(huán)狀RNA

腦I/R損傷也是常見的臨床病理過程，腦組織對I/R特別敏感［9］。研究［10］發(fā)現(xiàn)腦I/R 48 h后，有1 027種環(huán)狀RNA呈顯著差異性表達。其中914種環(huán)狀RNA顯著上調(diào)，113種環(huán)狀RNA顯著下調(diào)。凋亡是腦I/R損傷中神經(jīng)元死亡的一種主要形式，目前所研究的環(huán)狀RNA大多與細胞凋亡相關。circ-HECTD1在腦I/R損傷中研究較多，抑制或敲除circ-HECTD1可以抑制星形膠質(zhì)細胞激活，減小腦梗死面積和神經(jīng)元凋亡［11］。circTLK1通過海綿miR-335-3p 調(diào)節(jié)TIPARP蛋白的表達，促進神經(jīng)元損傷。生信分析在腦I/R損傷中應用廣泛，ZHANG等［12］的研究發(fā)現(xiàn)，circcamk4在小鼠大腦I/R模型處理的神經(jīng)元細胞中表達顯著升高，通過KEGG分析來預測涉及circ-camk4的通路包括谷氨酸能突觸通路、MAPK信號通路和凋亡信號通路，所有這些通路都參與了I/R后的腦損傷。提示circ-camk4可能在腦I/R損傷進展中發(fā)揮關鍵作用。

3 肝臟與環(huán)狀RNA

肝I/R損傷是肝切除、肝移植等手術過程中發(fā)生肝損傷的重要原因，是肝移植后移植物功能障礙和肝衰竭的主要原因［13］。缺血預適應（ischemic preconditioning，IPC）和缺血后處理（ischemic postconditioning，IPO）是目前已知的2種可以減輕肝I/R損傷的干預手段［14-15］，但作用機制尚不明確。2018年，YE等［16］首次在肝I/R小鼠中檢測出環(huán)狀RNA的差異性表達，并通過KEGG分析發(fā)現(xiàn)Hippo信號通路可能與環(huán)狀RNA差異性表達相關，為肝I/R損傷治療提供了新的潛在靶點，但該研究未提及環(huán)狀RNA的作用機制。ZHANG等［17］首次鑒定了環(huán)狀RNA在肝I/R損傷中的表達譜，探討了環(huán)狀RNA在IPO保護機制中的作用。并在體外試驗中證明mmu_circRNA_005186通過“海綿”miR-124-3p調(diào)節(jié)Epha2的表達，減輕炎癥反應。提示該通路可能成為減輕肝I/R損傷的又一新的治療靶點。近期，TIAN等［18］首次系統(tǒng)檢測了肝I/R損傷和IPC干預后差異性表達的環(huán)狀RNA，環(huán)狀RNA的變化和IPC之間的潛在相關性，為IPC對肝I/R損傷的保護作用機制提供了新線索。circRNA_010498是IPC和IPO數(shù)據(jù)的交集，并且在IPC和IPO干預中都顯示了肝保護作用，提示其可能成為具有研究價值的環(huán)狀RNA。

4 腎臟與環(huán)狀RNA

腎I/R損傷是急性腎損傷的主要病理狀態(tài)。在I/R誘導的急性腎損傷中，由于大量的氧氣和營養(yǎng)物質(zhì)輸送到腎小管上皮細胞，引起細胞凋亡、炎癥反應和壞死。在人腎皮質(zhì)近曲小管上皮細胞（human kidney-2，HK-2）缺氧/復氧損傷模型中，circ_0023404表達上調(diào)，并通過海綿miR-136激活IL-6受體，促進炎性細胞因子分泌和氧化應激，誘發(fā)凋亡，加重HK-2細胞損傷［19］。而circ YAP1作為miRNA-21的海綿，可以減少活性氧及炎性細胞因子的產(chǎn)生，保護HK-2細胞免受I/R誘導的損傷［20］。除此之外，在I/R大鼠模型中，circ-AKT3通過海綿miR-144增加Wnt/β-catenin通路蛋白水平，促進細胞凋亡。同時促進氧化應激加重腎I/R損傷［21］。另外，在I/R誘導的AKI大鼠模型的腎組織中，應用血管緊張素轉(zhuǎn)換酶抑制劑氯沙坦進行預處理，可以有效抑制腎小管上皮細胞腫脹、腎間質(zhì)出血、炎癥細胞浸潤和細胞凋亡等急性腎損傷改變。并且在I/R大鼠腎臟中存在廣泛的環(huán)狀RNA差異性表達，其中，circ-Dnmt3a、circ-Akt3、circ-Plekha7和and circ-Me1表達下調(diào)，經(jīng)氯沙坦預處理可逆轉(zhuǎn)這些差異表達［22］。雖然這些研究獲得了一些有價值的結果，但對于I/R導致腎損傷的分子機制及治療靶點的研究仍十分有限。

5 腸與環(huán)狀RNA

腸I/R損傷的作用機制相當復雜，到目前為止尚未完全明確。越來越多的研究［23］證明氧化應激是腸I/R損傷的重要機制。p66Shc蛋白主要存在于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和線粒體中，是活性氧生成的關鍵調(diào)控因子，參與細胞凋亡和氧化應激，在心肌I/R損傷及腦損傷中均有報道［24-25］，但其上游的調(diào)控機制并不清楚。2018年，F(xiàn)ENG等［26］首次全面描述了環(huán)狀RNA在腸I/R損傷小鼠模型中的表達譜，為腸I/R損傷機制提供了新的線索。該研究發(fā)現(xiàn)，腸I/R損傷小鼠模型中上調(diào)的環(huán)狀RNA有4個，下調(diào)的環(huán)狀RNA有58個。近期，該團隊在體內(nèi)和體外實驗中，證實了circ-PRKCB可以通過海綿miR-339-5p調(diào)節(jié)p66Shc蛋白的表達。沉默circ-PRKCB可顯著下調(diào)p66Shc表達，抑制活性氧生成，并顯著降低氧化應激水平，減輕腸I/R損傷。同時，在人缺血腸組織中同樣發(fā)現(xiàn)circ-PRKCB表達上調(diào)，并與p66Shc表達呈正相關，進一步完善了p66Shc在腸I/R損傷中調(diào)節(jié)氧化應激的作用機制［27］。

6 視網(wǎng)膜與環(huán)狀RNA

視網(wǎng)膜I/R損傷是導致視力下降和損害的主要原因。YAO等［28］在近期的研究中首次揭示了環(huán)狀RNA在視網(wǎng)膜I/R損傷中的整體表達譜。在小鼠視網(wǎng)膜I/R損傷模型中鑒定出1 265個差異性表達的環(huán)狀RNA，其中，mmu_circ_0004845表達顯著上調(diào)，沉默mmu_circ_0004845可以減少視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細胞凋亡，增加細胞活性，抑制視網(wǎng)膜神經(jīng)退行性變。該研究為視網(wǎng)膜I/R損傷的發(fā)病機制提供了新的視角，同時也提供了一個潛在的治療靶點。

7 展望

隨著高通量RNA測序和環(huán)狀RNA特異性計算工具方面的進展，環(huán)狀RNA的功能及作用也不斷被發(fā)現(xiàn)。環(huán)狀RNA在體內(nèi)廣泛表達，并呈現(xiàn)特有的生物學功能，使其具有作為疾病的生物標志物和治療靶點的潛力［29］。在治療方面，已有應用細胞外囊泡技術將環(huán)狀RNA運送到器官及組織中治療I/R損傷的報道，并取得一定進展［30］。隨著科技的不斷進步，將更深入地了解環(huán)狀RNA在I/R損傷中的作用機制，為臨床診斷及治療提供依據(jù)。