刘围围综述，石蓓审校

近几十年以来，心血管疾病已成为导致全球死亡的主要原因之一[1]，心血管疾病也是当今社会危害人类健康和生命最主要的疾病之一，且其发病率在不断上升，发病年龄也有所提前。尽管心血管疾病的治疗手段在不断进步，但仍有部分患者远期获益较小，因此积极探寻有效的预测及治疗的分子靶点对心血管疾病具有重要意义。

1 环状RNA（circRNA）的发现及其形成机制

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（ncRNA）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[2]。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[3-5]。circRNA是既没有5’到3’极性也没有多聚腺苷酸（A）尾的共价闭合环状结构，其长约100个核苷酸[5]，广泛多样地存在于哺乳动物中，尤其是人和小鼠，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。circRNA最早于20世纪70年代在RNA病毒中发现，随后，在多种生物中检测到circRNA，其中，Jeck等[4]在人类成纤维细胞中就检测了大于25 000多种circRNA，其在真核转录组高度表达且在外泌体中含量丰富[6]。circRNA通过非经典剪接方式进行反向剪接形成。2013年，Jeck等[4]提出了circRNA发生的两种模型，即套索驱动的环化和内含子配对驱动的环化，第一种模型认为pre-RNA 的转录过程中由于RNA 发生了部分折叠，拉近了原本非相邻的外显子，从而发生了外显子跳跃，使得被跨越的区域形成了环形RNA 中间体，进一步通过套索剪接形成由外显子构成的环形RNA 分子。另一种模型认为，位于内含子区域的反向互补序列导致了内含子区域配对介导反向剪接从而形成环形RNA分子。大部分的circRNA是由外显子序列构成[4]，在不同的物种中具有保守性，同时存在组织及不同发育阶段的表达特异性，同时也表明了circRNA是丰富、保守的，在某些情况下，circRNA分子的丰度超过其线性mRNA分子的10倍。与

同源的线性RNA相比，其在活体内高度稳定，尤其是在细胞质中，并且能够被外泌体分泌[7]，可能是由于降低了核酸外切酶的敏感性，circRNA比线性RNA分子有更长的半衰期[5]。circRNA其主要分布在细胞质中，并在活体内高度稳定表达，由于circRNA对核酸酶不敏感，所以比同源线性RNA 更为稳定，这使得circRNA在作为新型临床诊断标记物的开发应用以及心血管疾病分子靶向治疗上具有明显优势。

2 环状RNA的作用机制

过去一直认为circRNA无蛋白编码能力，不能通过编码功能性蛋白质实现其生物学功能。然而，2017-03在Cell Research杂志在线发表了一篇论文，该文介绍了circRNA中m6A修饰，并且该修饰能促进circRNA翻译，首次证明了circRNA表达多肽的现象[8]。紧接着，又有两篇circRNA翻译蛋白的文章发表，一篇发现了circ-ZNF609可以直接翻译蛋白，而且该蛋白参与肌肉的发生过程[9]，另一篇介绍了在果蝇大脑中发现大量的circRNA翻译多肽或蛋白的情况[10]。circRNA与长链ncRNA（lncRNA）、mRNA一样，也含有大量的微小RNA（miRNA）结合位点，现较为明确的是circRNA作为竞争性内源RNA（ceRNA），通过碱基互补海绵样吸附miRNA调控miRNA下游靶基因的表达[11]，从而发挥其作用。1990年，Koopman等[12]在小鼠中发现了最具特征的circRNA，即性别决定基因Sry，它含有miR-138的16个结合位点，能与miR-138海绵样结合并抑制其活性，使miR-138靶基因水平升高[13]。

2013年，Memczak等[5]发现另一种充当“海绵”的人类circRNA，即小脑变性相关蛋白1反义转录物（Cdr1as/ciRS-7），来源于Cdr1蛋白编码基因反义转录[14]，它含有miR-7的63个结合位点并能够高强度地与miRNA效应复合物结合[5]，从而抑制miRNA-7的活性。Hansen等[13]的研究也说明了ciRS-7能海绵样吸附miR-7，并以一种依赖miR-7的方式与argonaute（AGO）蛋白高度结合。Zheng等[2]证明了来源于HIPK3 基因 Exon2 的 circRNA（circHIPK3），可以结合 9种miRNA潜在的18个结合位点，且能够直接结合miR-124并抑制其活性。

有文献表明，circRNA同其他RNA一样，可以与某些RNA结合蛋白相互作用，从而直接调控这些蛋白的功能。比如circRNA通过与磷酸化PolⅡ结合影响基因转录[14]，circRNA也能够与AGO蛋白结合。

3 环状RNA与心脏疾病

3.1 环状RNA与动脉粥样硬化

动脉粥样硬化是很多心血管疾病共同的病理基础，是导致人类死亡的主要原因。环状的INK4基因座中反义非编码RNA（circANRIL）在人类血管组织、平滑肌细胞、单核/巨噬细胞都有表达，而这些组织细胞都参与动脉粥样硬化发生发展的过程。2010年，Holdt等[15]的研究结果给位于INK4基因座上的反义ncRNAANRIL与动脉粥样硬化有关提供了强有力的证据。也有研究表明circANRIL可能通过调控细胞周期素依赖性激酶4（CDK4）蛋白/可变阅读框抑制因子（INK4/ARF）的表达参与动脉粥样硬化发生发展的过程[16]。后来，Holdt等又发现了circANRIL能引起核仁压力和P53的激活，通过调节在动脉粥样硬化疾病中起关键作用的血管组织和细胞，发挥保护作用。circANRIL和核糖体RNA（rRNA）属于lncRNA的不同家族，但有序列同源性，都能结合雌激素受体共同调节因子抗体同系物1（PES1），其中circANRIL在动脉粥样硬化心血管疾病相关的染色体9P21位点转录，通过竞争性抑制前核糖体RNA（pre-rRNA）与PES1结合，影响rRNA的生成并诱导核仁压力，从而调控动脉粥样硬化形成通路发挥抗动脉粥样硬化作用。

3.2 环状RNA与心肌梗死

心肌梗死及其并发症是社会与医疗保健体系巨大的经济负担[17]， 虽然大量研究证实心脏干细胞移植到缺血心脏后可改善心功能[18]，但其治疗心肌梗死仍处于初级阶段[19]，因而对心肌梗死发生机制的研究和找到更多的治疗手段极为重要。2016年，Geng等[20]关于circRNA与心肌梗死的研究说明了小脑变性相关蛋白1反义转录物（Cdr1as）与心肌梗死有关。建立心肌梗死的小鼠模型，发现在心肌细胞中存在Cdr1as/ miR-7a通路，且两者的水平都是上调的。过表达的Cdr1as能诱导细胞凋亡，Cdr1as与miR-7a结合后降低miR-7a的活性，从而上调miR-7a靶基因多聚（ADP-核糖）聚合酶（PARP）和转录因子特化蛋白1（SP1），最终加重心肌梗死的发展。其中SP1是转录因子特化蛋白/Kruppel样转录因子（SP/KLF）家族中的一员[21]，已被证明在心肌梗死的发生发展中（包括心肌纤维化、凋亡和血管再生）扮演重要角色[22]，PARP也有着相似的功能。然而，miR-7a的过表达可以显著抑制Cdr1as引起的改变，从而得以保护心肌梗死引起的细胞凋亡。

3.3 环状RNA与心肌肥厚和心力衰竭

心力衰竭是全世界死亡的主要原因之一，心肌肥厚与增加心力衰竭风险之间有着密切的联系。通常，心肌肥厚最终会发展成为心力衰竭[11]。众所周知，影响心功能和参与心肌肥厚的因素有很多，如G蛋白耦联受体、肾上腺素、血管紧张素等。2007年，Carè等[23]发表了关于miRNA-133调控心肌肥厚的文献，说明了miRNA参与心肌肥厚的调节，但对miRNA上下游的调节因子尚不是很清楚，调控其上下游调节因子很有可能阻断心脏发生病理性肥厚的通路，最终抑制心肌肥厚发展成为心力衰竭。2015年，Wang等[11]提出了一种由心脏相关性circRNA（HRCR）、miR-223和细胞凋亡蛋白酶募集域抑制剂（ARC）组成的新的调节心脏肥大和心力衰竭的途径，为心肌肥厚和心力衰竭的治疗提供了一个新靶点。其中，miR-223是心肌肥厚和心力衰竭的内源性调节因子，可以促进心肌细胞肥大。ARC是miR-223下游的靶基因，对病理性心肌肥厚和心力衰竭具有保护作用，由于miR-223能特异性调控ARC，还是会引起心脏的肥大或衰竭。然而，HRCR作为miR-223的内源性因子直接结合miR-223并抑制其活性，使miR-223对ARC的调控作用减弱， ARC的表达增加，最终达到保护心脏的作用。

3.4 环状RNA与心肌纤维化

心肌纤维化是指间质性心肌胶原网络中的多种定量和定性变化，这些变化是针对心脏缺血性损伤，全身疾病，药物或影响循环系统或心脏本身的任何其他有害刺激而发生的。心肌纤维化改变心肌的结构，促进心脏功能障碍的发展，也诱发心律失常，影响心力衰竭患者的临床过程和结果[24]。已有文献报道，circRNA-010567是miR-141的内源性竞争性ceRNA，可抑制miR-141的表达，后者又可通过内皮细胞细胞间黏附分子-1的表达减轻心肌缺血再灌注损伤[25]。而在2017年，Zhou等[26]发现circRNA-010567能促进心肌的纤维化。该团队先利用芯片法分析了糖尿病db/db小鼠模型的心肌中环状RNA，发现circRNA-010567在血管紧张素Ⅱ（AngⅡ）处理的心肌和心脏成纤维细胞中是显著上调的。然后信息学分析发现circRNA-010567可竞争性地结合miR-141，并通过荧光素酶报告基因试验确定了这一预测结果。敲除circRNA-010567后，miR-141升高，转化生长因子β1（TGF-β1）下调，从而抑制纤维化相关蛋白ColⅠ、colⅡ和α-SMA的表达。总之，circRNA-010567通过miR-141/TGF-β1轴促进纤维相关蛋白的表达，进而促进心肌纤维化的这一发现为circRNA在心血管疾病中的研究又提供了新的视野。

3.5 环状RNA与心脏衰老

衰老是身体机能的逐渐退化，可以分为生理性衰老和病理性衰老，可以发生在细胞水平或有机体水平[27]。Du等[28]在2015年的研究发现形成于叉形头转录因子家族中Foxo3的circRNA即circ-Foxo3是通过调节与压力、衰老相关的多重因素促进心脏的衰老。circ-Foxo3在心脏组织中高度表达并且主要分布在细胞质中，在胞质内过表达的circ-Foxo3与抗衰老蛋白DNA结合抑制蛋白-1（ID-1）、转录因子E2F-1（转录因子E2F1是由人类E2F1基因编码的蛋白质，属于转录因子的一种，该蛋白质具有额外的周期蛋白结合结构域）、抗压力蛋白黏着斑激酶（FAK）和缺氧诱导因子1-α（HIF1-α）相互作用，降低这些抗衰老蛋白在胞质中的水平，从而影响它们参与的压力和衰老反应相关通路的调控，最终引起衰老。其中ID-1、E2F1和HIF1-α都是转录因子，正常情况下进入细胞核发挥作用。

4 展望

随着研究者们不断对circRNA的深度研究，才逐渐对circRNA的形成机制、类型、特征和生物学功能得到认识。虽然circRNA的发现已有几十年了，并且在多种人类疾病的发生发展过程中发挥着至关重要的作用，但对其在疾病中的作用机制还需要更进一步的探索。已有研究表明circRNA作为中枢神经系统障碍潜在的临床生物标记物，加上circRNA比线性RNA更为稳定[6]，因此，circRNA有望成为诊断疾病和判断预后的生物学标志，这就可能为人们提供疾病治疗的新靶点。今年，Zhao等[29]研究团队发现冠心病患者外周血中circRNA表达谱与冠脉正常的患者存在显著差异，其中以has-circ-0124644表达变化最明显，被认为是冠心病的分子标记。此外，由于circRNA对核酸酶高度耐受且比线性RNA稳定，那么在胞浆中富集的circRNA是怎样清除的呢？近来，Lasda等[30]提出了一种可能，即细胞可以通过胞外囊泡的释放来清除circRNA从而降解它们，并在研究中证实了这一可能。有文献报告，circRNA含有丰富的miRNA应答元件（MREs），能够与AGO蛋白结合形成RNA诱导沉默复合体（RISC）的催化核心，最终导致circRNA的降解。也可能存在其他降解circRNA的机制，可能是涉及其他囊泡的相互交换，亦可能是由核酸内切酶清除[30]，因此探索与发现circRNA与外泌体的相关性研究在未来显得尤为重要。尽管circRNA有其独特的性质及特点，在心血管疾病中具有重要作用，但目前有关研究仍处于起步阶段，探索与发现更多circRNA的作用机制及调控网络显得任重而道远。

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