環狀RNA 在心力衰竭中作用的研究進展

李琳，周蕾

心力衰竭是由于各種原因導致心室射血和充盈功能受損，心排血量無法滿足機體需求，靜脈系統血液淤積，從而出現心功能不全的臨床綜合征。調查顯示，2000年中國35～74歲人群慢性心力衰竭患病率為0.9%，據此保守估計，中國約有400萬例慢性心力衰竭患者［1］。研究顯示，心力衰竭住院患者的病死率為2.8%［2］。有研究者于2011年1月至2012年9月對北京地區14家醫院收治的因急性心力衰竭而急診就診的3 335例患者進行長達5年的隨訪發現，急性心力衰竭患者5年全因死亡率為55.4%，心血管疾病（cardiovascular disease，CVD）死亡率為49.6%，中位生存時間為34個月［3］。心力衰竭是多種心臟疾病發展的終末階段，對人類的生存和健康造成了嚴重威脅。因此，發現可以早期診斷和靶向治療心力衰竭的生物標志物具有重要意義。

1976年，SANGER等［4］最先提出環狀RNA（circular RNA，circRNA）的概念，其發現這是一種植物類病毒，表現為單鏈共價閉合結構。起初，人們認為circRNA是異常的RNA剪接產物，但是隨著高通量測序技術和生物信息學的進步，2013年MEMCZAK等［5］發現，針對小腦變性相關蛋白1反義轉錄物（cerebellar degeneration-related protein 1 transcript，CDR1as）的人類circRNA在神經發育中發揮著作用。不同于線性RNA，circRNA沒有5'帽或3'尾結構，因而不易被細胞中的核酸外切酶降解，其生物學特征包括在不同器官中高度表達、在體內穩定存在、進化過程中高度保守、表達具有組織特異性［6-7］。作為一種單鏈共價閉合的非編碼RNA，circRNA在體內穩定存在，具有“海綿效應”，能夠調節基因表達，參與轉錄，編碼蛋白質［7］。目前已知circRNA的合成方式主要有3種，分別是“套索驅動環化”模型、“內含子配對驅動環化”模型以及“RNA結合蛋白驅動的環化”模型［8］。依據剪接機制和外顯子/內含子的存在情況，circRNA可分為內含子環狀RNA（circular intronic RNA，ciRNA）、外顯子-內含子環狀RNA（exon-intron circular RNA，EIciRNA）和外顯子環狀RNA（exonic circular RNA，EcircRNA）［9］。心力衰竭的發生、發展與心肌肥大、心肌纖維化、心肌細胞凋亡有關，而circRNA在其中扮演著不可或缺的角色。本文主要綜述了circRNA在心力衰竭中的作用，以期為早期診斷和治療心力衰竭提供科學依據。

1 circRNA對心肌肥大的影響

心功能受損時，心腔擴大、心肌肥厚，可導致心肌細胞、細胞外基質、膠原纖維網等發生改變，即心室重塑，這是心力衰竭發生發展的基本病理機制。而不同circRNA在心肌肥大中扮演著不同的角色，其可通過調控下游靶基因而參與心肌肥大過程，從而加重或緩解心力衰竭。因此，circRNA可能成為心肌肥大和心力衰竭的治療靶標。

1.1 促進心肌肥大 LI等［10］研究發現，在血管緊張素Ⅱ（AngiotensinⅡ，AngⅡ）處理的新生小鼠心室心肌細胞（neonatal mouse ventricular cardiomyocyte，NMVC）的細胞質中circRNA_000203表達升高；雙熒光素酶報告基因分析顯示，circRNA_000203通過阻斷miR-26b-5p、miR-140-3p與Gata4基因的3'尾隨序列的相互作用而上調Gata4表達，從而發揮促心肌肥大作用。circRNA circSlc8a1是心肌細胞中miR-133a的內源性“海綿”，其可競爭性地吸附miR-133a，從而抑制miR-133a活性。LIM等［11］利用9型腺相關病毒（adenoassociated virus serotype 9，AAV9）載體使小鼠強制表達circSlc8a1，結果顯示，其miR-133a靶標血清反應因子（serum response factor，SRF）、結締組織生長因子（connective tissue growth factor，CTGF）、腎上腺素能受體β1（adrenoceptor beta 1，ADRβ1）和腺苷酸環化酶6（adenylate cyclase 6，ADCY6）的表達增加，小鼠發生了心肌肥大；而敲除circSlc8a1后，小鼠的左心室內徑、室間隔厚度、心肌細胞寬度減小，心功能明顯改善，心臟壓力超負荷引起的心肌肥大有所減輕。LIN等［12］研究發現，circ_0001006在心肌肥厚小鼠和AngⅡ處理的心肌細胞中表達上調，雙熒光素酶報告基因分析證實，其通過抑制靶向P21活化激酶6（P21-activated kinase 6，PAK6）的miR-214-3p而促進心肌肥大；而敲除circ_0001006后miR-214-3p表達增加，PAK6表達下調，從而可以緩解心肌肥大。

1.2 抑制心肌肥大 WANG等［13］通過敲除miR-223及轉基因miR-223小鼠模型發現，心臟相關環狀RNA（heart-related circRNA，HRCR）作為一種內源性miR-223“海綿”，可吸附于miRNA-223而抑制miRNA-223的活性，進而促進miR-223下游靶標含胱冬肽酶富集功能域的凋亡抑制因子（apoptosis repressor with caspase recruitment domain，ARC）的表達增加，從而抑制心肌肥大和心力衰竭，提示由HRCR、miR-223和ARC組成的抑制心肌肥大的調節通路具有保護心肌的作用。另一方面，PAN等［14］在用AngⅡ處理的心肌細胞及橫向主動脈縮窄（transverse aortic constriction，TAC）手術誘導小鼠心肌肥大的實驗中發現，circNfix在心肌細胞中表達下調，而circNfix過表達可阻止心肌肥大進展，其可作為“分子海綿”吸附miR-145-5p，進而靶向激活轉錄因子3（activating transcription factor 3，ATF3）而抑制壓力超負荷誘導的心肌肥大。

2 circRNA對心肌纖維化的影響

circRNA可以通過參與心肌纖維化的進程而調節心力衰竭的發生發展，這提示circRNA可能是防治心肌纖維化的潛在靶點。

2.1 促進心肌纖維化 ZHOU 等［15］研究發現，circRNA_010567在用AngⅡ處理的糖尿病小鼠心肌細胞和心臟成纖維細胞（cardiac fibroblast，CF）中表達升高；而沉默circRNA_010567可以上調miR-141和下調轉化生長因子（transforming growth factor，TGF）-β1的表達，導致纖維相關蛋白表達減少，從而延緩心肌纖維化。NI等［16］研究發現，circHIPK3可作為“海綿”吸附miR-29b-3p而增加靶基因α-平滑肌肌動蛋白（alpha-smooth muscle actin，α-SMA）的表達，促進CF增殖和遷移；其進一步研究證實，沉默circHIPK3和過表達miR-29b-3p均能夠預防AngⅡ誘導的心肌纖維化。

2.2 抑制心肌纖維化 ZHU等［17］研究發現，心肌梗死小鼠心臟樣本及用TGF-β處理的原代成人CF中circNFIB表達減少，指出circNFIB作為miR-433的內源性“海綿”，可抑制miR-433模擬物誘導的促CF增殖作用，從而降低原代成人CF增殖率。已有研究表明，miR-125b可促進心肌纖維化［18］；SUN等［19］進一步研究發現，circ_LAS1L具有多個miR-125b結合位點，并證實circ_LAS1L過度表達可促進下游靶基因分泌卷曲相關蛋白5（secreted frizzled-related protein 5，SFRP5）的表達，抑制α-SMA、膠原蛋白Ⅰ和膠原蛋白Ⅲ的表達及CF的增殖和遷移。GUO等［20］研究表明，circ_0036176及其翻譯的MYO9A-208蛋白可能是預防心肌纖維化的潛在靶標，其可通過抑制細胞周期蛋白/抑癌基因Rb途徑而抑制CF增殖；然而miR-218-5p與circ_0036176結合后，可在轉錄水平上抑制circ_0036176表達MYO9A-208蛋白，消除circ_0036176抑制心肌纖維化的作用。

3 circRNA對心肌細胞凋亡的影響

心肌細胞凋亡是心肌細胞的一種程序性死亡方式，心肌細胞減少可使心肌整體收縮力下降，心臟射血能力降低，從而加速心力衰竭進展。目前已經有很多研究發現，circRNA在心肌細胞凋亡的病理生理過程中扮演了重要角色［21-22］。

3.1 促進心肌細胞凋亡 WANG等［23］通過建立小鼠原代心肌細胞模型和小鼠肝臟缺血再灌注損傷模型發現，線粒體裂變和凋亡相關環狀RNA（mitochondrial fission and apoptosis-related circRNA，MFACR）可通過下調miR-652-3p而增加MTP18表達水平，促進線粒體分裂及心肌細胞凋亡。FENG等［24］研究發現，慢性心力衰竭（chronic heart failure，CHF）患者外周血中circ_0040414表達水平明顯高于健康對照者，進一步研究發現，circ_004041可作為“海綿”吸附miR-186-5p而抑制AKT信號通路，上調磷酸酶和張力蛋白同源物（phosphatase and tensin homolog，PTEN）的表達，還可通過miR-186-5p/PTEN/AKT軸增加促凋亡蛋白Bax、Cleaved Caspase-3的表達水平，并降低抗凋亡蛋白Bcl-2的表達水平；而敲低circ_0040414可以抑制炎癥、細胞凋亡并促進心肌細胞增殖。ZHANG等［25］研究發現，心力衰竭大鼠心肌組織中circ_0062389的表達水平明顯高于正常大鼠，而沉默circ_0062389可以通過調節TGF-1/Smad3信號通路而降低TGF-1、Smad3蛋白表達水平，從而減少心力衰竭大鼠心肌細胞凋亡。

3.2 抑制心肌細胞凋亡 mmu_circ_000338是一種心臟壞死性凋亡相關環狀RNA（cardiac-necroptosis-associated circRNA，CNEACR），GAO等［26］研究發現，缺氧復氧（hypoxiareoxygenation，H/R）暴露的心肌細胞和心肌缺血/再灌注（ischemia/reperfusion，I/R）損傷模型小鼠心臟中mmu_circ_000338表達水平降低，CNEACR可減少由H/R引起的心肌細胞凋亡，抑制I/R損傷模型小鼠的心肌壞死，縮小心肌梗死面積，改善小鼠心臟功能。分析其機制，CNEACR可直接與細胞質中的組蛋白去乙酰化酶7（histone deacetylase 7，HDAC7）結合，并對其進入細胞核造成干擾，這減弱了HDAC7依賴性抑制叉頭框蛋白A2（forkhead box protein A2，FOXA2）的轉錄，抑制了受體相互作用蛋白激酶3（receptorinteracting protein kinase 3，RIPK3）基因的表達；此外，CNEACR介導的FOXA2上調可抑制RIPK3依賴性心肌細胞壞死/壞死性凋亡。

4 circRNA可作為心力衰竭的生物標志物

超聲心動圖、胸部X線檢查及腦鈉肽（brain natriuretic peptide，BNP）、N末端腦鈉肽前體（N-terminal pro-brain natriuretic peptide，NT-proBNP）等實驗室檢查結果異常的患者可能不會出現心力衰竭的典型癥狀，這可能會影響診斷結果，因此開發新的心力衰竭生物標志物尤為重要［27］。SUN等［28］對心力衰竭患者和健康對照者的血漿樣本進行了circRNA微陣列分析并加以驗證，結果顯示，與健康對照者相比，心力衰竭患者血漿hsa_circ_0062960表達水平明顯升高；相關性分析結果顯示，hsa_circ_0062960表達水平與BNP水平呈高度正相關，指出hsa_circ_0062960有潛力作為心力衰竭的新型生物標志物。同樣，HAN等［29］研究顯示，心力衰竭患者hsa_circ_0097435表達水平明顯升高；RNA下拉實驗和AGO2免疫沉淀實驗表明，hsa_circ_0097435可能作為“海綿”吸附多個miRNA而在心力衰竭發生發展中發揮作用；指出hsa_circ_0097435可以作為一種心力衰竭生物標志物。盡管需要進一步研究論證，但目前許多研究結果支持將circRNA作為心力衰竭的生物標志物［30-31］。

5 小結及展望

綜上所述，circRNA可以通過影響心肌肥大、心肌纖維化、心肌細胞凋亡等病理機制而參與心力衰竭的發生、發展，其有望成為心力衰竭新的治療靶點。目前關于circRNA在心力衰竭中作用機制的研究尚處于起步階段，還有許多問題亟待解決，如大部分研究集中在細胞和動物水平，尚缺乏相關臨床試驗；關于circRNA與舒張性心力衰竭關系的研究甚少，主要集中在circRNA對心臟收縮功能的影響；因而circRNA是否可以作為心力衰竭標志物尚需要進一步的臨床研究進行驗證。相信隨著對circRNA的進一步研究以及實驗檢測手段的不斷發展，未來能夠利用circRNA早期診斷及治療心力衰竭。

作者貢獻：周蕾進行文章的構思與設計、可行性分析，負責文章的質量控制及審校，對文章整體負責、監督管理；李琳進行文獻/資料收集、整理，撰寫論文；李琳、周蕾進行論文的修訂。

本文無利益沖突。