引言

環(huán)狀RNA(circRNA)作為真核細胞中存在的內(nèi)源性非編碼RNA，具有廣泛的表達水平。circRNA具有共價閉環(huán)結(jié)構(gòu)，沒有5'?3'，極性或多腺苷化的尾巴，比線性RNA更穩(wěn)定。大多數(shù)circRNA，包括外顯子circRNA，存在于細胞質(zhì)中，而保留內(nèi)含子的circRNA位于細胞核內(nèi)。circRNA在物種間高度保守，具有microRNA反應(yīng)元件(MRE)，使它們能夠與miRNAs相互作用并調(diào)節(jié)基因表達。circRNA可以在轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)錄后調(diào)節(jié)中發(fā)揮作用。然而，關(guān)于circRNA在心血管和代謝性疾病相關(guān)的血管炎癥中的作用知之甚少。而鑒于以上circRNA在不同疾病中的重要作用，circRNA的新療法的開發(fā)可能有助于減輕與心血管和代謝性疾病相關(guān)的血管炎癥。

2022年4月，美國心血管研究中心楊曉峰教授在Pharmacol Ther上發(fā)表了題為Circular RNAs are a novel type of non-coding RNAs in ROS regulation, cardiovascular metabolic inflammations and cancers的綜述。

一、核糖核酸介紹

細胞核糖核酸(RNA)可分為兩類：編碼和非編碼RNA。非編碼RNA(ncRNAs)是從DNA轉(zhuǎn)錄而來的功能性RNA，但不能翻譯成蛋白質(zhì)。這些ncRNAs根據(jù)其大小可分為兩類，大于200個核苷酸的ncRNAs被歸類為長非編碼RNA(Long Non-Coding RNAs，LncRNAs)，小于200個核苷酸的ncRNAs被歸類為小ncRNAs。小的ncRNAs還可以進一步分為：

microRNAs(miRNAs)

小干擾RNAs(siRNAs)

小核RNAs(snRNAs)

小核仁RNAs(snoRNAs)

piwi相互作用RNAs(piRNAs)

轉(zhuǎn)移RNAs(tRNAs)

核糖體RNAs(rRNAs)

二、circRNA生物發(fā)生

circRNA生物發(fā)生為傳統(tǒng)的mRNAs生成增加了一個修飾步驟。前體信使核糖核酸(pre-mRNA)的剪接是由典型的剪接體機制催化的，以去除轉(zhuǎn)錄本中的內(nèi)含子并連接外顯子，從而形成具有5'?3'極性的線性信使核糖核酸。外顯子circRNAs通常位于細胞質(zhì)中，但內(nèi)含子和外顯子circRNAs留在細胞核中。

circRNA形成模型

到目前為止，已經(jīng)提出了四種不同的circRNA生物發(fā)生的假設(shè)模型包括：(I)內(nèi)含子配對驅(qū)動的環(huán)化；(Ii)RNA結(jié)合蛋白(RBP)驅(qū)動的環(huán)化；(Iii)外顯子跳過；以及(Iv)內(nèi)含子套索環(huán)化。

三、circRNA的分類

在circRNA中主要分為三個主要亞類。

(A)外顯子circRNAs（ecircRNAs）只包含外顯子(s)（通常小于5個），是circRNA類中最重要的一類。ecircRNA具有細胞質(zhì)位置，可能調(diào)節(jié)microRNA和蛋白的功能。

(B)外顯子-內(nèi)含子circRNAs（EIciRNAs）由外顯子和保留的內(nèi)含子組成。EIciRNAs具有核定位，并已被發(fā)現(xiàn)能夠順式調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄，也可能是反式調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄。

(C)內(nèi)含子circRNAs（ciRNAs）來源于內(nèi)含子套索，積累在細胞核中，以順式調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄。

四、circRNA的生物學(xué)功能和機制

近些年來，circRNA的生物學(xué)功能已成為科學(xué)研究的熱點。越來越多的證據(jù)表明，除了作為miRNA海綿外，circRNA的其他幾個角色也被提出——蛋白海綿、誘餌、支架和招募者。除此之外，通過加強與RNA聚合酶II的結(jié)合，位于細胞核的circRNA可以調(diào)節(jié)其宿主基因的轉(zhuǎn)錄，并調(diào)節(jié)選擇性剪接、轉(zhuǎn)錄和翻譯。

1、circRNA可以作為miRNA海綿

●大多數(shù)circRNA位于細胞質(zhì)中，表明它們參與了轉(zhuǎn)錄后調(diào)控——作為miRNA海綿或競爭性內(nèi)源RNA(ceRNAs)，與miRNAs競爭結(jié)合mRNA靶標，從而間接調(diào)節(jié)mRNA翻譯。miRNAs與mRNAs的3'-非翻譯區(qū)結(jié)合可導(dǎo)致mRNA降解或抑制蛋白質(zhì)翻譯。

2、circRNA可作為RNA結(jié)合蛋白(RBP)海綿

●circRNA可以作為蛋白質(zhì)海綿，為特異性RBP提供結(jié)合位點，通過競爭性抑制來隔離和抑制蛋白質(zhì)的生物活性。這一過程可能會間接影響其靶標mRNAs的命運。在最近的一項研究中，TTP海綿circRNA被發(fā)現(xiàn)在小鼠模型中增強全身炎癥。CircFoxo3可以與蛋白質(zhì)相互作用，抑制細胞周期進程，調(diào)節(jié)心臟衰老。

3、circRNA可以調(diào)節(jié)翻譯和選擇性剪接

●circRNA可以結(jié)合開放閱讀框架(ORF)被翻譯成蛋白質(zhì)片段，這需要IRES的介導(dǎo)作用亦或是m6A的修飾。circRNA能夠翻譯的原因也可能是細胞對環(huán)境應(yīng)激源的反應(yīng)，刺激circRNA翻譯蛋白。此外，一些circRNA可以調(diào)節(jié)其相關(guān)線性mRNAs的翻譯。

4、circRNA作為基因表達調(diào)控因子

●circRNA和線性RNA在生物合成上相互競爭，circRNA可以調(diào)節(jié)線性RNA的表達。某些circRNA，如ciRNAs和EIciRNAs，通過與基因啟動子區(qū)域的U1 Snrpn和RNA聚合酶II結(jié)合，促進親本基因的轉(zhuǎn)錄。

5、circRNA的降解和消除

●circRNA具有高度的穩(wěn)定性，半衰期長；因為它們的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，使得它們可抵抗RNase核酸外切酶。目前，對于circRNA如何在體內(nèi)降解的機制知之甚少。已有研究報道，RNase L可降解circRNA。亦有研究表明RNA修飾、N6甲基腺苷(m6A)以及聚(I：C)刺激可介導(dǎo)內(nèi)切核酸酶RNase L的激活，并最終導(dǎo)致mRNAs和circRNA的降解。

五、研究circRNA的方法

自從circRNA被發(fā)現(xiàn)以來，已經(jīng)開發(fā)了各種生化工具來檢測和驗證它們的存在、定位、生物發(fā)生、生物學(xué)功能、疾病含義、相互作用的分子和治療潛力。還開發(fā)了生物信息學(xué)工具和統(tǒng)計方法來量化circRNA的表達水平，并高置信度地識別新的circRNA。高通量circRNA測序(CIRC-SEQ)分析、微陣列高通量分析、逆轉(zhuǎn)錄-聚合酶鏈式反應(yīng)(RT-PCR)、數(shù)字液滴聚合酶鏈式反應(yīng)(DdPCR)、Northern印跡分析和RNA熒光原位雜交(RNA-FISH)結(jié)合高分辨率顯微鏡是用于研究circRNA的一些技術(shù)。還開發(fā)了幾個在線circRNA資源和公共數(shù)據(jù)庫，以提供有關(guān)circRNA的關(guān)鍵生物信息學(xué)知識。目前正在研究circRNA對各種疾病的潛在治療用途，并正在開發(fā)用于circRNA操作的分子工具。為了研究circRNA，已經(jīng)發(fā)展了circRNA過表達(功能放大)和敲低(功能喪失)方法，例如使用包含circRNA序列并由病毒載體系統(tǒng)遞送的表達載體、非病毒策略、小干擾RNA(siRNA)和小發(fā)夾狀RNA(shRNA)。

六、外泌體circRNA

circRNA高度穩(wěn)定，不易降解，如果不加以控制，它們可以在細胞內(nèi)積累。外泌體是大多數(shù)細胞類型分泌的膜結(jié)合囊泡，circRNA可以被包含其中，在細胞間發(fā)揮通訊和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)作用。2015年，Li等人首次報道了外泌體中含有豐富的circRNA。這些circRNA在RNase R處理后仍然在血清中穩(wěn)定存在。另有研究表示，許多外泌體circRNA可以被釋放到細胞外并在血液中檢測到，被用作癌癥的潛在生物標志物。

七、circRNA作為潛在的診斷生物標志物

生物標記物在疾病的早期檢測中是有用的，而circRNA由于其豐富性、穩(wěn)定性、組織特異性表達和存在于外泌體中而有望成為疾病生物標記物。

一些circRNA如hSA_CIRC_002059和hSA_CIRC_104916在胃癌組織中表達下調(diào)，可作為潛在的診斷生物標志物。

八、circRNA對血管炎癥的調(diào)節(jié)作用

內(nèi)皮功能障礙和血管炎癥與多種病理過程有關(guān)，如炎癥、缺血性心血管疾病以及代謝紊亂。內(nèi)皮細胞是一種條件性先天免疫細胞，具有危險/病原體相關(guān)分子模式的受體，使它們能夠感知各種潮濕和條件性潮濕。靶向血管內(nèi)皮細胞功能障礙和炎癥在預(yù)防和治療血管并發(fā)癥方面具有巨大的治療潛力。一些證據(jù)表明，circRNA在不同的心血管疾病中都有表達，通常與內(nèi)皮功能障礙、血管平滑肌細胞增殖和遷移以及血管炎癥有關(guān)。circRNA通過miRNA海綿作用參與心血管疾病，從而調(diào)節(jié)其靶基因以維持內(nèi)環(huán)境平衡。其中一些circRNA(促炎性circRNA)促進內(nèi)皮功能障礙、血管炎癥和心血管疾病，而另一些circRNA則有抑制作用。

“結(jié)論

circRNA是RNA研究的一個新的重要領(lǐng)域。它們是一種多樣性、穩(wěn)定性和保守型的RNA，具有調(diào)節(jié)作用，但其確切的功能和機制尚不完全清楚。circRNA已被證明作為miRNA和RBP海綿，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄和基因表達，并具有潛在的治療用途。最近的circRNA數(shù)據(jù)庫提供了關(guān)于組織特異性表達譜和調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的信息。這些見解表明，調(diào)節(jié)特定組織和細胞中circRNA的表達可能有助于減少與心血管和代謝性疾病相關(guān)的內(nèi)皮功能障礙和炎癥。

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