環(huán)狀RNA與糖尿病關(guān)系的研究進(jìn)展

寧利俐，燕 艷，付希英，李 沫，蔡寒青

(吉林大學(xué)第二醫(yī)院 內(nèi)分泌科,吉林 長(zhǎng)春130041)

研究發(fā)現(xiàn)人類基因組可以被廣泛轉(zhuǎn)錄成大量與疾病發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)的非編碼RNA(ncRNA)，其中環(huán)狀RNA是一種內(nèi)源性非編碼RNA，參與人體病理生理過(guò)程調(diào)控，目前已有多項(xiàng)研究證明環(huán)狀RNA(circRNA)在糖尿病的發(fā)生和發(fā)展過(guò)程中起著重要的調(diào)控作用。

1 環(huán)狀RNA

真核生物信息的傳遞過(guò)程主要為DNA轉(zhuǎn)錄成RNA并翻譯成蛋白質(zhì)。研究表明，人類基因組中至少有90%的DNA 序列是被轉(zhuǎn)錄成RNA的，但僅有1.5% 的DNA序列用于編碼蛋白質(zhì)，大部分的DNA序列則被轉(zhuǎn)錄成了非編碼RNA。環(huán)狀RNA 是一種內(nèi)源性非編碼RNA，circRNA沒有終端結(jié)構(gòu),如5′端帽和3′端聚(a)的尾巴,是共價(jià)閉合形成一個(gè)圓形結(jié)構(gòu)。與線性非編碼RNA不同，circRNA是由不同的序列和域組合而成，可以分為外顯子環(huán)狀RNA、內(nèi)顯子環(huán)狀RNA和外顯子-內(nèi)含子環(huán)狀RNA[1]。外顯子環(huán)狀RNA被認(rèn)為具有協(xié)同轉(zhuǎn)錄調(diào)控效力，目前主要在神經(jīng)組織中進(jìn)行研究[2]，而內(nèi)含子環(huán)狀RNA可以在血漿中復(fù)制，并通過(guò)有絲分裂直接傳遞到后代，這提示了內(nèi)含子環(huán)狀RNA在表觀遺傳和RNA介導(dǎo)遺傳中的潛在作用[3]。與其他非編碼RNA相似，circRNA的序列和結(jié)構(gòu)決定了其生物學(xué)功能。環(huán)狀RNA的五個(gè)主要功能：(A)調(diào)節(jié)選擇性剪接或轉(zhuǎn)錄:穩(wěn)定的環(huán)狀RNA和EIciRNAs位于細(xì)胞核內(nèi)，與RNA聚合酶結(jié)合促進(jìn)轉(zhuǎn)錄；circRNA與pre-mRNA剪接競(jìng)爭(zhēng)，降低了線性mRNA的水平，通過(guò)改變處理后的mRNA的組成，排除了pre-mRNA的特異性；(B)與RNA結(jié)合蛋白(RBPs)的相互作用:circRNA與RBPs和核糖核酸蛋白復(fù)合物結(jié)合并干擾其功能。由于一個(gè)環(huán)狀RNA可以與多個(gè)單位的RBPs結(jié)合，因此可以作為RBPs的存儲(chǔ)庫(kù)；(C) miRNA海綿化活性：circRNA與miRNA結(jié)合，影響miRNA依賴性靶基因的抑制；(D)滾動(dòng)循環(huán)轉(zhuǎn)譯：一些環(huán)狀RNA可以通過(guò)滾動(dòng)循環(huán)放大機(jī)制轉(zhuǎn)化為蛋白質(zhì)；(E)假基因的產(chǎn)生：一些環(huán)狀RNA被逆轉(zhuǎn)錄成cDNA并整合到基因組中；然而，整合的機(jī)制尚不清楚[4]。circRNA主要位于細(xì)胞質(zhì)中，具有良好的保守序列，與其他非編碼RNA相比具有較高的穩(wěn)定性[5]，因而可能成為許多疾病新的臨床標(biāo)志物或治療手段。已有相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道circDDX17在結(jié)腸直腸癌中起到重要調(diào)控作用[6],circRNA ciRS-7參與調(diào)節(jié)胰腺癌的增殖和轉(zhuǎn)移[7]。已有研究表明circRNA參與很多疾病病理狀況的發(fā)展，如糖尿病、心血管疾病、神經(jīng)系統(tǒng)疾病、癌癥[8]。

2 環(huán)狀RNA與2型糖尿病

近年來(lái)，全球糖尿病的患病率呈快速增長(zhǎng)趨勢(shì)，根據(jù)國(guó)際糖尿病聯(lián)盟糖尿病地圖集，全球約有4億人患有2型糖尿病，每年有1000萬(wàn)人被診斷為糖尿病[9]，然而，在糖尿病的早期階段，大多數(shù)患者是無(wú)癥狀的，他們很少去醫(yī)院尋求診斷和治療，如果能夠在早期階段強(qiáng)化血糖，就可以減少大血管和微血管并發(fā)癥的發(fā)生率。

2型糖尿病的基本特征是β細(xì)胞增殖減少導(dǎo)致胰島素分泌不足,而細(xì)胞的增殖是受細(xì)胞周期調(diào)控的，因此我們可以推斷，細(xì)胞周期、有絲分裂等生物過(guò)程都可能與胰島細(xì)胞的增殖有關(guān)，如果環(huán)狀RNA能影響這些生物學(xué)過(guò)程，那么可能就是研究糖尿病發(fā)生的新切入點(diǎn)。Zhengzhou Zhao[10]等人發(fā)現(xiàn)外周血中環(huán)狀RNA hsa_circ_0054633可能通過(guò)影響細(xì)胞代謝和細(xì)胞周期的方式參與了T2DM的發(fā)病機(jī)制。而這種外周血中的circRNA如果能進(jìn)一步研究，成為診斷糖尿病的生物標(biāo)志物，也將為后續(xù)的糖尿病的治療、治愈帶來(lái)新的研究希望。

早在2005年就有人提出糖尿病發(fā)病學(xué)說(shuō)的“炎癥學(xué)說(shuō)”，目前也得到了廣泛的認(rèn)可，這種炎癥不像我們平時(shí)遇到的感冒、發(fā)熱或腹瀉等急性感染，而是慢性、低度的炎癥反應(yīng)，多數(shù)僅表現(xiàn)為血液中某些炎癥因子水平的升高。炎癥在2型糖尿病發(fā)病的作用主要表現(xiàn)在：炎癥可能通過(guò)多種途徑導(dǎo)致胰島β細(xì)胞的凋亡，或內(nèi)皮細(xì)胞結(jié)構(gòu)和功能的異常，使得胰島素量減少或者胰島素在人體內(nèi)不能發(fā)揮正常作用。進(jìn)一步研究表明，在肥胖人群中，腫瘤壞死因子-α(TNF-α)在脂肪組織中過(guò)表達(dá)，TNF-α在胰島素抵抗和糖尿病的發(fā)生起著重要作用[11]。Yuan Fang[12]等人發(fā)現(xiàn)T2DM患者circANKRD36較對(duì)照組顯著上調(diào)，且IL- 6、TNF-α等炎癥因子與circANKRD36呈正相關(guān),表明circANKRD36和炎癥因子在2型糖尿病之間存在著關(guān)聯(lián)。炎癥因子在2型糖尿病的并發(fā)癥中也起到了重要作用，比如糖尿病大血管病變的病理基礎(chǔ)是動(dòng)脈粥樣硬化，而動(dòng)脈粥樣硬化正是內(nèi)皮系統(tǒng)異常的動(dòng)脈壁炎癥疾病，同樣也有其他并發(fā)癥也是和2型糖尿病相關(guān)，未來(lái)也會(huì)有更多的臨床研究取得進(jìn)展。

3 環(huán)狀RNA與1型糖尿病

T1DM 以胰島β細(xì)胞永久性破壞為特征，病因迄今尚未明確，目前認(rèn)為自身免疫異常是其最主要的致病因素。一般來(lái)說(shuō)，抗原呈遞細(xì)胞與MHC II類分子相關(guān)的CD4+輔助T細(xì)胞呈遞β細(xì)胞特異性自身抗原后，巨噬細(xì)胞分泌白細(xì)胞介素，刺激CD4+T細(xì)胞分泌干擾素，接下來(lái)，干擾素會(huì)刺激其他靜息巨噬細(xì)胞釋放其他細(xì)胞因子如IL-1β，腫瘤壞死因子(TNF-α)和自由基，它們對(duì)胰腺β細(xì)胞會(huì)產(chǎn)生毒害作用。β細(xì)胞的持續(xù)破壞最終導(dǎo)致糖尿病的臨床發(fā)作。目前有研究表明，部分miRNA可參與到包括T、B 淋巴細(xì)胞的激活、炎癥因子和趨化因子的產(chǎn)生等自身免疫過(guò)程當(dāng)中[13]，由于circRNA 在功能上可作為miRNA “海綿”， 即circRNAs的表達(dá)變化可能影響miRNA的螯合能力，進(jìn)而導(dǎo)致miRNA 基因靶點(diǎn)的改變，達(dá)到調(diào)控基因表達(dá)的目的。因此circRNA很可能通過(guò)調(diào)控miRNA進(jìn)一步影響自身免疫過(guò)程，從而影響1型糖尿病的發(fā)生發(fā)展。

4 環(huán)狀RNA與糖尿病并發(fā)癥、相關(guān)疾病

在糖尿病并發(fā)癥中，circRNA 也起到了舉足輕重的作用。眾所周知，糖尿病的血管病變是常見的糖尿病并發(fā)癥之一，這也是導(dǎo)致糖尿病病人死亡的主要原因之一，最常見的血管病變有心血管病變，腦血管病變，腎臟、視網(wǎng)膜及皮膚的微血管病變等。其中，視網(wǎng)膜微血管病變多見于青年起病型的糖尿病病人，是造成以后失明的主要原因。糖尿病性視網(wǎng)膜病變主要是由于血糖升高后，小血管管壁增厚，滲透性增大，使小血管更易變形和滲漏。相關(guān)糖尿病性視網(wǎng)膜病變的研究發(fā)現(xiàn)，circHIPK3的沉默可減輕視網(wǎng)膜血管功能障礙，為環(huán)狀RNA在糖尿病引起的微血管功能障礙中發(fā)揮關(guān)鍵作用提供了證據(jù)，并促進(jìn)了環(huán)狀RNA定向診斷和治療新生血管疾病的發(fā)展[14]。

同時(shí)，在糖尿病與其他相關(guān)疾病中，circRNA也有著極好的研究前景。有研究表明，在糖尿病相關(guān)精神疾病中，2型糖尿病(T2DM)與抑郁癥密切相關(guān)，大約10%的T2DM患者表現(xiàn)出抑郁癥狀，大約五分之二的T2DM患者有述情障礙[15,16]。因此，T2DM患者患抑郁癥的風(fēng)險(xiǎn)較高。此外，伴有抑郁障礙的T2DM患者預(yù)后也普遍惡化。Guangjian Jiang[17]等人首次對(duì)伴有或不伴有抑郁的T2DM患者進(jìn)行了自然表達(dá)的circRNA譜的功能分析和預(yù)測(cè)，發(fā)現(xiàn)hsa-circRNA_003251、hsa-circRNA_015115、hsa-circRNA_100918、hsa-circRNA_005019可能作為未來(lái)干預(yù)研究、診斷和治療T2DM合并抑郁的生物標(biāo)志物和潛在治療靶點(diǎn)。此外，隨著中國(guó)人口老齡化，心血管疾病死亡人數(shù)迅速增加，Xuejie Li[19]等人首次證實(shí)某些circRNA與T2DM合并CAD相關(guān),其中Hsa-circRNA11783-2與T2DM合并CAD的相關(guān)性最強(qiáng)，為T2DM與CAD的研究做出了很大的貢獻(xiàn)。

隨著近年來(lái)大量circRNA 的發(fā)現(xiàn)，其重要性逐漸引起了學(xué)者們的高度重視。已有眾多研究表明環(huán)狀RNA與糖尿病有著緊密的關(guān)聯(lián)。環(huán)狀RNA作為非侵入性標(biāo)記物可以很容易地通過(guò)外周血進(jìn)行檢測(cè)，特異性和敏感性較高，因此很可能成為診斷糖尿病和糖尿病前期的一個(gè)非常有用的潛在工具，但更多研究結(jié)果需要在更大更多樣化的人群中進(jìn)一步地驗(yàn)證，未來(lái)，我們也將持續(xù)關(guān)注這一領(lǐng)域。