環(huán)狀RNA對(duì)心血管疾病的診斷價(jià)值

張?jiān)骑w，陳 晨，趙惠敏*,劉 楊

(1.吉林大學(xué)第二醫(yī)院 a.急診醫(yī)學(xué)科；b.手術(shù)室，吉林 長(zhǎng)春130041;2.吉林大學(xué)中日聯(lián)誼醫(yī)院 急救醫(yī)學(xué)科)

近年來隨著非編碼RNA的不段發(fā)現(xiàn)，越來越多的疾病和非編碼RNA異常改變相關(guān)[1]。非編碼RNA占據(jù)全部基因的99%以上[2]，被認(rèn)為在調(diào)控編碼基因方面起到重要作用。隨著微小RNA(miRNA)，長(zhǎng)鏈非編碼RNA(lncRNA)研究的深入證實(shí)上述2種非編碼RNA參與到包括腫瘤、神經(jīng)、血液、心血管等疾病的發(fā)病和預(yù)后過程[3,4]。隨后人們又發(fā)現(xiàn)更加穩(wěn)定的非編碼RNA-環(huán)狀RNA，其廣泛的存在于有機(jī)體內(nèi)，因?yàn)椴煌诰€性RNA，環(huán)狀結(jié)構(gòu)使其更加穩(wěn)定的存在于體內(nèi)，因此越來越多的研究證實(shí)其在分子標(biāo)志物診斷方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)[5,6]。本文將對(duì)環(huán)狀RNA在心血管疾病中的診斷意義做一綜述。

1 環(huán)狀RNA的基本結(jié)構(gòu)

環(huán)狀RNA作為非編碼RNA的一種，其不具有5′端的帽子結(jié)構(gòu)和3′端的多聚腺苷酸尾巴結(jié)構(gòu)[7]。其由前體mRNA產(chǎn)生借助于內(nèi)部的共價(jià)鍵環(huán)化成為環(huán)形結(jié)構(gòu)。目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)存在3種形式的環(huán)狀RNA，分別為外顯子環(huán)狀RNA、內(nèi)含子環(huán)狀RNA和外顯子-內(nèi)含子環(huán)狀RNA。其中外顯子環(huán)狀RNA是最普遍的一種存在形式，大約占據(jù)全部環(huán)狀RNA的80%，其主要是剪接體聚合后內(nèi)含子切除然后環(huán)化形成。而在切除內(nèi)含子的過程中，部分內(nèi)含子未能完全切除，和外顯子同時(shí)保留下來形成環(huán)狀結(jié)構(gòu)，也就形成外顯子-內(nèi)含子環(huán)狀RNA。內(nèi)含子環(huán)狀RNA的形成多是借助于富含鳥嘌呤尿嘧啶(GU)和胞嘧啶(C)結(jié)構(gòu)的殘?bào)w環(huán)化成環(huán)，再將多余殘?bào)w及外顯子切除后最終形成內(nèi)含子環(huán)狀RNA[8]。

2 環(huán)狀RNA的基本功能

環(huán)狀RNA可間接調(diào)控編碼RNA的翻譯過程，其通常是直接調(diào)節(jié)miRNA的表達(dá)，通過吸附與其相關(guān)的miRNA以競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合的方式發(fā)揮其生物學(xué)功能，因此也被稱為“分子海綿”作用[9]。其中最有代表性的環(huán)狀RNA是ciRS-7/CDR1和 Sry，他們分別具有16個(gè)miR-138和74 個(gè)miR-7 結(jié)合位點(diǎn)。研究發(fā)現(xiàn)過表達(dá)或敲低這兩種環(huán)狀RNA都會(huì)導(dǎo)致其所吸附的miRNA產(chǎn)生相應(yīng)的降低和過表達(dá)。雖然不同的環(huán)狀RNA含有數(shù)量不等的對(duì)應(yīng)miRNA的結(jié)合位點(diǎn)，但是研究發(fā)現(xiàn)，其對(duì)miRNA的吸附功能和結(jié)合位點(diǎn)的多少并無直接的相關(guān)性。但是否多個(gè)結(jié)合位點(diǎn)能更好的使環(huán)狀RNA發(fā)揮其吸附的生物學(xué)功能目前尚無定論。

環(huán)狀RNA的另一個(gè)重要功能是其作為RNA結(jié)合蛋白對(duì)轉(zhuǎn)錄后水平進(jìn)行調(diào)控，包括細(xì)胞的增殖、凋亡、壞死、分化和氧化應(yīng)激。其和相應(yīng)的蛋白結(jié)合后進(jìn)而影響所調(diào)控的蛋白質(zhì)功能，環(huán)狀RNA的這種功能也被稱為“超級(jí)海綿”作用[10]。另外，環(huán)狀RNA也具有轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)功能[11]和蛋白翻譯功能[12]。

3 環(huán)狀RNA在心血管疾病中的診斷價(jià)值

心血管疾病作為世界上第二大致死性疾病，早期診斷和治療能夠明顯減少主要心血管不良事件的發(fā)生，雖然肌鈣蛋白、肌酸激酶同工酶、腦鈉肽已被廣泛應(yīng)用于心肌缺血、心肌梗死以及心衰的診斷中，但更加穩(wěn)定、特異的疾病診斷標(biāo)志物仍需要被廣泛探索。環(huán)狀RNA不但具備診斷心血管疾病的價(jià)值，而且可能成為今后的治療新靶點(diǎn)，兼具診斷和治療的價(jià)值。

3.1 動(dòng)脈粥樣硬化動(dòng)脈粥樣硬化性心臟病是較為普遍的一種老年心臟疾病，多和脂質(zhì)代謝紊亂以及血管內(nèi)皮細(xì)胞受損相關(guān)。嚴(yán)重會(huì)導(dǎo)致心功能衰竭和心肌梗死。CircANRIL是較早發(fā)現(xiàn)和動(dòng)脈粥樣硬化相關(guān)的環(huán)狀RNA,高通量基因芯片測(cè)序結(jié)果發(fā)現(xiàn)，冠心病患者體內(nèi)多呈現(xiàn)高表達(dá)CircANRIL的趨勢(shì)。研究證實(shí)[13]CircANRIL主要通過影響核糖體RNA的功能而發(fā)揮生物學(xué)效應(yīng)，其和核仁蛋白(PES1)相結(jié)合介導(dǎo)平滑肌細(xì)胞的凋亡并阻止平滑肌細(xì)胞的增殖，使拮抗動(dòng)脈粥樣因子降解。其也可通過調(diào)節(jié)細(xì)胞周期蛋白依賴激酶4(INK4)/腺苷核糖基化因子(ARF)而導(dǎo)致動(dòng)脈粥樣硬化的形成。而隨著基因芯片技術(shù)的普及[14]，更多的hsa_circ_0006323,hsa_circ_0032970,hsa_circ_0051172,hsa_circ_0054537,hsa_circ_0057576,hsa_circ_0068942,hsa_circ_0082824,hsa_circ_0083357,hsa_circ_0089378被發(fā)現(xiàn)在冠心病患者體內(nèi)呈現(xiàn)異常的表達(dá)。上述這9種差異表達(dá)的環(huán)狀RNA被推測(cè)是通過吸附miR-130a-3p進(jìn)而影響其下游調(diào)控的瞬時(shí)受體電位離子通道3(TRPM3)而影響平滑肌細(xì)胞的增殖和收縮功能。更大樣本的高通量分析發(fā)現(xiàn)[15]hsa_circ_0124644和hsa_circ_0082081 也在冠心病患者血液中呈現(xiàn)差異性表達(dá)，并具備作為冠心病診斷的潛在分子標(biāo)志物的可能。

3.2 心肌纖維化心肌纖維化是一種影響心臟舒張功能的疾病，主要和成纖維細(xì)胞特異蛋白以及膠原沉積相關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)[9]chr5:90817794|90827570,chr8:71336875|71337745和chr6:22033342|22038870在心肌纖維化的組織中呈現(xiàn)差異性表達(dá)，可能是通過轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β(TGF-β)影響α平滑肌肌動(dòng)蛋白(α-SMA)的表達(dá)進(jìn)而影響心肌組織的纖維化。同樣，在糖尿病誘導(dǎo)的心肌纖維化鼠模型種中，circRNA_010567[16]具有顯著的差異性表達(dá)，而進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)其能調(diào)控miR-141同樣通過TGF-β調(diào)控心肌纖維化。另有研究發(fā)現(xiàn)[17]circRNA_000203在心肌纖維化組織中顯著升高，并能通過競(jìng)爭(zhēng)性抑制miR-26b-5p進(jìn)而影響I型膠原α2鏈(Col1a2) 和結(jié)締組織生長(zhǎng)因子(CTGF)影響纖維前體進(jìn)而導(dǎo)致心肌纖維化，因此具備潛在的血清學(xué)診斷價(jià)值。

3.3 心肌病心肌病是一種原發(fā)性結(jié)構(gòu)和功能異常的疾病。研究發(fā)現(xiàn)， circRNAs SLC8A1,CHD7,和ATXN10在擴(kuò)張型心肌病中呈現(xiàn)上調(diào)表達(dá)而circDNA6JC呈現(xiàn)下調(diào)表達(dá)。Khan[18]發(fā)現(xiàn)RBM20-dependent TTN circRNAs在擴(kuò)張型心肌病呈現(xiàn)差異表達(dá)。Xie[19]等人發(fā)現(xiàn)Foxo3可能在心肌病中呈現(xiàn)出一種延緩該疾病進(jìn)展的作用。最近研究[20]發(fā)現(xiàn)circAmotl1和心衰相關(guān)并可以通過結(jié)合蛋白激酶1(AKT1)和磷酸肌醇依賴性蛋白激酶1(PDK1)對(duì)心肌病變有延緩作用。circAmotl1也被發(fā)現(xiàn)能夠延緩心肌細(xì)胞的凋亡、纖維化和肥厚，因此不但可能作為心肌病的診斷血清標(biāo)志物，更有可能成為潛在的心肌病治療靶點(diǎn)。

3.4 心力衰竭心力衰竭是許多心血管疾病的終末期改變，多繼發(fā)于嚴(yán)重的缺血性心臟病和心臟瓣膜病。目前腦鈉肽多用于臨床的心衰血清標(biāo)志物的檢測(cè)，但研究表明非編碼RNA比傳統(tǒng)的腦鈉肽對(duì)心衰的診斷更加敏感，目前已經(jīng)報(bào)道50 個(gè)miRNAs和3個(gè)lncRNAs可能作為心衰潛在的診療標(biāo)志物。Salgado[21]的新近研究發(fā)現(xiàn)，MICRA在心肌梗死導(dǎo)致的心衰(射血分?jǐn)?shù)<40%)患者中呈現(xiàn)差異性低表達(dá)，在472例急性心肌梗死患者的血液樣本中，MICRA出現(xiàn)在86%的樣本中，完全可以媲美傳統(tǒng)的腦鈉肽，具有較高的診斷價(jià)值。Wang[22]的研究表明HRCR也在心衰患者中呈現(xiàn)差異性表達(dá)，并可能通過分子海綿機(jī)制吸附miR-223增加ARC的表達(dá)進(jìn)而導(dǎo)致心衰過程的形成。

3.5 心肌損傷心肌損傷主要來自于心臟的缺血再灌注導(dǎo)致的心肌細(xì)胞受損。Wang[23]等人發(fā)現(xiàn)環(huán)狀RNA MFACR能夠增加線粒體裂變、凋亡導(dǎo)致細(xì)胞的損傷。其主要是通過競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合miR-652-3p抑制此miRNA活性進(jìn)而促進(jìn)線粒體分裂蛋白18(MTP18)的翻譯，減少線粒體的裂變和凋亡。因此環(huán)狀RNA MFACR可以作為心肌損傷的診斷標(biāo)志物。但關(guān)于心肌損傷的血清學(xué)標(biāo)志物目前研究較少，仍需大樣本的基因測(cè)序及機(jī)制研究來證實(shí)其在心肌損傷中的應(yīng)用價(jià)值。

3.6 心肌梗死心肌梗死作為缺血性心臟病的一種嚴(yán)重并發(fā)癥，嚴(yán)重威脅患者的生命安全，導(dǎo)致心肌細(xì)胞的永久性死亡。在2016年[24]就曾發(fā)現(xiàn)miR-122-5p可以作為急性心肌梗死的早期診斷標(biāo)志物。但不久結(jié)構(gòu)和功能更加穩(wěn)定的環(huán)狀RNA CDR1AS被發(fā)現(xiàn)，其可通過結(jié)合miR-7a進(jìn)而影響下游調(diào)控的蛋白聚腺苷磷酸核糖聚合酶(PARP)和特異性蛋白1(SP1)，從而減少心肌損傷。近年來circRNA_006636 的發(fā)現(xiàn)提示其有在心肌梗死中診斷的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)[25]。其通過結(jié)合DNMT3B抑制Pink1的甲基化進(jìn)而影響Pink1的下游調(diào)控蛋白家族序列相似蛋白65(FAM65B)。環(huán)狀RNA_081881的低表達(dá)能夠通過競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合miR-548進(jìn)而減少心臟保護(hù)因子過氧化物酶體增殖劑激活受體(PPARγ)的表達(dá)。而又有報(bào)道[26]環(huán)狀RNA MICRA在心肌梗死患者外周血中呈現(xiàn)高表達(dá)。因此環(huán)狀RNA在心肌梗死的診斷中呈現(xiàn)出獨(dú)特的診療價(jià)值，單獨(dú)檢測(cè)或者聯(lián)合檢測(cè)均為未來的發(fā)展方向。

3.7 主動(dòng)脈夾層主動(dòng)脈夾層作為心血管疾病中最為危重的一種疾病，發(fā)病前毫無征兆也無特異的血清診療標(biāo)志物可供參考，故急需在主動(dòng)脈夾層發(fā)病前能有一種血清標(biāo)志物來提供診斷信息，進(jìn)而進(jìn)行干預(yù)從而延緩甚至避免此類災(zāi)難性疾病的發(fā)生。在2017年Zou[27]等人的研究發(fā)現(xiàn)主動(dòng)脈夾層患者中有106個(gè)下調(diào)表達(dá)的環(huán)狀RNA和156個(gè)上調(diào)表達(dá)。其中環(huán)狀RNA101238能夠同時(shí)調(diào)控3種miRNA：miR-320a,miR-320b,miR-320c被認(rèn)為在主動(dòng)脈夾層的發(fā)病過程中起到重要作用并推測(cè)可能具備潛在的血清標(biāo)志物診斷功能。通過一些高通量工具的預(yù)測(cè)和熒光素酶報(bào)告實(shí)驗(yàn)的證實(shí)，circRNA_101238能夠競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合抑制miR-320a從而促進(jìn)金屬基質(zhì)蛋白酶9(MMP9)的表達(dá)，而MMP9早就被證實(shí)參與到主動(dòng)脈夾層的病理生理過程。因此circRNA_101238可能作為主動(dòng)脈夾層的潛在血清標(biāo)志物。

3.8 高血壓高血壓目前呈現(xiàn)一種全球流行趨勢(shì)，逐步向年輕化發(fā)展，而目前高血壓尚無有效治療措施，多是終身服用藥物，故能在正常血壓高限值時(shí)確定患者是否能夠發(fā)展為高血壓將使患者得到更早的干預(yù)，避免高血壓的發(fā)生從而減少永久性服藥的概率。Bao[28]等人發(fā)現(xiàn)環(huán)狀RNA0037911在原發(fā)性高血壓患者中呈現(xiàn)差異性表達(dá)，而且應(yīng)用統(tǒng)計(jì)學(xué)分析發(fā)現(xiàn)環(huán)狀RNA0037911也會(huì)導(dǎo)致原發(fā)性高血壓伴隨腎臟損傷。故盡早對(duì)此基因的檢測(cè)不但能夠預(yù)知高血壓的發(fā)生更可以盡早對(duì)腎臟行保護(hù)性治療來避免高血壓腎病的發(fā)生。Wu[29]等人通過高通量基因芯片對(duì)高血壓病人的血壓進(jìn)行檢測(cè)發(fā)現(xiàn)有46個(gè)下調(diào)和13個(gè)上調(diào)的環(huán)狀RNA呈現(xiàn)差異性表達(dá)，而環(huán)狀RNA0005870表達(dá)的差異最為顯著，并經(jīng)高通量生物信息學(xué)軟件分析提示此環(huán)狀RNA可能作為高血壓的血清診斷標(biāo)志物。

4 總結(jié)

環(huán)狀RNA作為一種特殊的非編碼RNA，在生物進(jìn)化過程中呈現(xiàn)高度保守的特性，獨(dú)有的環(huán)狀結(jié)構(gòu)能夠抵抗RNA酶的降解使其較線性RNA更加穩(wěn)定因此也更加豐富的存在于細(xì)胞外液和組織中，更容易被獲取用于臨床檢測(cè)，半衰期長(zhǎng)達(dá)48個(gè)小時(shí)是mRNA 10小時(shí)半衰期的4倍，更高的生物穩(wěn)定性使其有可能成為未來心血管疾病的血清診斷標(biāo)志物。