2021年环状RNA在心血管疾病中的研究进展(全文)

2021年环状RNA在心血管疾病中的研究进展（全文）心血管疾病（CVD）在世界上是人类的主要杀手，也是导致我国居民死亡的主要非传染性疾病之一。

我国目前有冠心病患者约1100万人，每年行冠状动脉（冠脉）介入的患者已超过50万例，而且冠心病的发病率和致死率正呈持续上升趋势，给我国经济和社会的持续发展带来沉重负担。

冠心病的发生是环境和遗传因素共同作用的结果，是一系列基因异常表达导致的复杂病理生理过程。

血管发生病变是引起冠心病发生和死亡的主要原因，内皮功能障碍是引起血管疾病的关键因素，而增殖、迁移和平滑肌细胞的表型转换是血管疾病发生的进一步标志。

炎症细胞通过释放分泌的生长因子和细胞因子，以及对损伤永久反应的细胞间的相互作用进而加重血管疾病的发生。

在经典的基因表达模型（中心法则）中，由基因组所编码的基因脚本以RNA 分子的形式表达于每一个细胞中，每一个RNA分子由线性的化学"碱基"串联组成。

人类基因组计划产生的大量数据显示，人体中具有编码蛋白质功能的基因仅占总基因组序列的1％，其余的序列转录产物均为不具有蛋白质编码功能的RNA，经典中心法则中对RNA的定义正逐渐被完善。

近年来，非编码RNA（non－codingRNA，ncRNA）已成为分子生物学领域的研究热点。

最近的研究发现，非编码RNA作为表观遗传学的重要内容，在基因表达调控、细胞生长发育、疾病发生发展中发挥了重要作用。

研究发现，非编码RNA与血脂异常、动脉粥样硬化、血栓形成、心力衰竭等心血管疾病关系密切，不仅可作为疾病的生物学标志，还有可能作为分子靶向药物用于疾病的治疗[1－3]。

非编码RNA包括微小RNA （microRNA，miRNA），长度大于200nt的长链非编码RNA（long non －coding RNA，lncRNA），以及环状RNA（circular RNA，circRNA），一种通过反向剪接形成的环形lncRNA的特殊亚型[4]。

科学家们在装满古怪RNA的匣子中看到最新的玩意：天然生成的环状RNA分子影响了基因表达。

环状RNA是一类广泛且多样地存在于哺乳动物细胞中，具有调控基因表达作用的内源性非编码RNA。

目前研究表明，circRNA在心肌细胞的分化过程，起到十分关键的作用，并在许多心血管疾病中扮演重要的角色[5]。

最近几年关于circRNA的研究有许多进展，本文从以下几方面对circRNA进行综述。

一、环状RNA的发现和特征（一）环状RNA的发现越来越多的研究发现，遗传因素和表观遗传学因素对心血管疾病的进展有着重要影响。

目前，非编码RNA已成为研究心血管疾病及相关异常发生发展机制的新热点，既往普遍认为circRNA表达丰度低，很可能是在剪接中错误表达。

在二十年前，科学家们将从植物类病毒、酵母线粒体以及乙型肝炎病毒中鉴定的circRNA视为异常剪切后产生没有调控功能的副产物。

随着生物信息学新测序方法发展，circRNA逐渐被重新认识，并在几个生物体进行检测和调查，通过高通量测序和新颖的计算方法说明了他们广泛大量的存在于真核细胞转录组内。

circRNA是一类具有闭合环状结构的非编码RNA分子，主要位于细胞质或储存于外泌体中，不受RNA 外切酶影响，表达更稳定且不易降解，已被证明广泛存在于多种真核生物体内，且具有调控基因表达的作用，在各种细胞进程中扮演重要角色。

随着转录组学基因测序技术的发展，近年来的研究表明，circRNA在动物细胞、植物细胞、原生动物、真菌及古生菌中均有大量表达，可能是真核生物基因表达程序进化过程中古老且保守的一部分。

近几年来，多个研究小组发表了有趣的结果，揭示了circRNA的生物发生及其可能的机制。

（二）环状RNA的结构特征circRNA是一类3’端和5’端相接的闭合式非编码RNA，和传统线性RNA含有5’帽子和3’多聚A尾不同，circRNA是通过前体RNA首尾反向剪接形成。

circRNA根据其来源可分为三类：外显子来源的circRNA （exonic circRNAs），内含子来源的circRNA（circular intronic RNAs）以及由外显子和内含子共同组成的circRNA（retained－intron circRNAs）。

环状RNA通过已知RNase P RNA合成，一些sno RNA和16s，23s rRNA通过3´－5´连接环化形成环状的RNA加工中间体[6]。

有了这一发现，circRNA现在被分为许多组，到目前为止所有类别都是通过剪接过程生物合成的。

根据目前研究结果，反向剪接所形成的circRNA具有如下特点：首先，circRNA呈共价闭合环状结构，不具有3’末端和5’poly A尾，因此不易被RNA核酸外切酶或RNase R降解，相对于线性RNA，其具有更高的稳定性；其次，circRNA种类繁多，在一些情况下，circRNA的丰度是相应的线性mRNA的10倍以上，是比mRNA丰度更高的主要转录本[7]；再次，circRNA大部分是由外显子组成的，少数来源于内含子或内含子片段，主要存在于细胞质中。

然后，circRNA的吸附作用预示着miRNA 靶标多态性显著减少，一些来自内含子或具有内含子的外显子的circRNA “保留”于外显子之间并且主要位于真核细胞的细胞核中可以调节基因表达[6]。

外显子来源的circRNA表现出许多作用：比如参与调节线性剪接，过度结合蛋白质并且调节它们的活性，以及作为miRNA海绵结合miRNA 从而抑制miRNA的表达。

大多数circRNA由外显子构成且主要存在于细胞质中，暗示其可以被装载到核糖体中翻译成多肽。

因此，从传统上讲，circRNA不参与翻译，然而仍有很小的一部分有编码蛋白质的潜能，这是众所周知的一小部分circRNA的功能，除此之外，circRNA还具有较强的物种保守性。

总而言之，这些特征提示circRNA具有在转录和转录后水平发挥重要作用并在疾病诊断中成为理想生物标志物的潜能。

二、环状RNA的作用机制过去曾认为环状RNA是剪接异常的产物，本身不具备功能，但近期研究发现，环状RNA主要在miRNA海绵、转录调控、结合蛋白等多个方面发挥作用。

由于circRNA具有丰富的进化保守性，因此已经预测了circRNA的几种潜在功能。

（一）miRNA海绵除了小部分通过内含子环化产生的circRNA位于细胞核中，大部分的circRNA主要定位于细胞质中。

近年来，有大量的研究发现定位于细胞质中的circRNA可以和mRNA竞争miRNA的靶向结合位点，从而调控mRNA的表达。

胞浆中的circRNA包含miRNA结合位点，称作miRNA 的应答元件（MRE），这使得circRNA可作为竞争性、内源性RNA（ceRNA）发挥作用，因此circRNA的存在或不存在会影响miRNA的活性。

circRNA 可以竞争性结合到miRNA上，从而导致miRNA分子的减少，因为miRNA 对它们的靶基因有抑制作用，所以当miRNA被circRNA海绵吸附时，它对靶基因的抑制作用会得到缓解。

circRNA含有多种miRNA的MRE，同时对于单个miRNA也有多个结合位点，因此，circRNA能够瞬间结合大量miRNA，从而高效地发挥其调控作用。

鉴于circRNA调节miRNA的活性并因此影响miRNA的靶标调控，研究circRNA与其配偶miRNA的相互作用为了解某些疾病的发展过程提供了新的方向。

（二）调节细胞转录和翻译circRNA可以释放进入胞浆，甚至可以在细胞外作为生物标记物发挥作用。

然而在很小的程度上，一部分circRNA仍存在于细胞核内，这些核circRNA可以与宿主基因启动子区域的RNAPol II发生反应并调节转录。

circRNA可以通过多种途径调节细胞转录，大多数circRNA和EIcircRNA 存在细胞核中，而且不含有许多miRNA结合位点，这提示circRNA和EIcircRNA有着不同于circRNA的作用机制[8]。

EIcircRNA可以通过RNA －RNA作用招募U1小RNA蛋白复合物（U1 snRNP），EIcircRNA－U1 snRNP复合体能和真核聚合酶II复合体结合，从而促进亲本基因的表达，亲本基因的表达也能够促进EIcircRNA的生成，从而形成正反馈作用。

（三）蛋白质海绵circRNA不仅有miRNA结合位点，同时也可通过RNA介导间接与蛋白质发生关联，作为蛋白质海绵发挥作用，影响蛋白质功能，当circRNA 绑定它们的靶蛋白时，会抑制相应蛋白的功能。

circMBL是由剪接因子muscleblind（MBL）的第二个外显子通过MBL蛋白相互配对环化形成，circMBL序列中包含有许多MBL蛋白结合位点，可以和MBL蛋白结合并发挥作用[9]。

当MBL蛋白表达过多时，可以结合在RNA两侧的内含子上，导致RNA环化形成circMBL，同时线性转录表达的MBL蛋白水平下降，生成的circMBL结合MBL蛋白，又降低MBL蛋白在细胞内的水平，从而抑制MBL蛋白的作用，究其原因可能是形成自身的负反馈系统，从而调节MBL蛋白在细胞中的水平。

（四）蛋白质编码外显子circRNA含有翻译序列即开放阅读窗，所以有潜在的翻译功能。

研究表明，当RNA分子中含有内源核糖体进入位点（IRES）或原核核糖体结合位点时，即可以从circRNA中翻译出多肽，对于要翻译成蛋白质的基因，翻译起始复合物的形成是至关重要的，该复合物的合成需要识别mRNA的5´末端的5´－帽子结构。

由于circRNA没有5´－帽子结构，因此通常不编码蛋白质，然而最近报道表明，人类肌肉细胞中的circZNF609[10]可以编码蛋白质，这种环状RNA都能够与核糖体相互作用，并以不依赖5’－帽子的方式编码蛋白质。

Yang等人解释了5´－帽子非依赖性蛋白质编码的机制，指出这是发生在circRNA起始密码子附近的N6－甲基腺苷（m6A）修饰的结果，这种m6A修饰可以作为内部核糖体进入位点（IRES）并导致翻译起始[11]，另外，还确定了许多circRNA与多核糖体之间的联系。

这些对circRNA蛋白编码能力及其进一步表征的新见解可能最终揭示了大量迄今未被鉴定的蛋白质种类，并揭示它们参与的过程，因此越来越清楚的是，除了最初提出的ncRNA的调控作用外，circRNA还可能代表一种新型的蛋白质编码RNA。

三、环状RNA和心血管疾病的关系随着研究的深入，circRNA在各种生命活动中都显示出其不可忽视的功能，circRNA的表达具有组织细胞以及发展阶段特异性。

已经有大量的研究发现circRNA的表达影响着细胞的发展，包括增值、分化、凋亡、衰老等细胞事件，以下就根据circRNA与心血管系统的关系进行探讨。