ciRS-7在心血管类疾病中的研究进展

罗文浩，张培东

(南方医科大学第二临床医学院珠江医院，广州 510282)

环状RNA(circular RNA，circRNA)是一类广泛存在于真核生物细胞内的非编码RNA，具有一定的保守性、时序性和组织特异性，呈闭合环状结构，因其不含3’或5’末端，不受RNA外切酶影响，不易被降解，因此表达更稳定。环状RNA通过参与调控基因的表达，在心血管系统疾病的发生与进展过程中发挥重要作用。

最近研究证明[1]，ciRS-7(circular RNA sponge for miR-7，ciRS-7)/miR-7 (micro RNA-7,miR-7)可以影响靶基因胰岛素样生长因子1受体 (insulin-like growth factor 1 receptor，IGF1R)、表皮生长因子受体(epidermal growth factor receptor，EGFR)、mTOR的表达，因此与心血管疾病的发生发展密切相关。ciRS-7 与miR-7有超过70个结合位点。ciRS-7 可作为miR-7的抑制剂，结合后使miR-7的靶基因如EGFR、IGF1R和mTOR等的表达水平增高[2]。这些被调控的基因及表达分子可以进一步调控心血管疾病的发展。

1 环状RNA的生成机制

真核生物存在一种反向的可变剪接机制，其能使基因的外显子序列反向首尾连接，形成一个环形，称circRNA[3]。目前发现的circRNA来源于外显子或内含子。有文献证实，circRNA不是mRNA 成熟过程中的副产物，而与mRNA一样，是mRNA前体加工后的一个重要产物[4],并且生成circRNA的加工机制与生成mRNA的加工机制形成竞争[5]。

2 环状RNA的功能

2.1 竞争性内源RNA(competitive endogenous RNA，ceRNA)

circRNA可调节宿主基因表达，其与RNA 结合蛋白相互作用来调控翻译过程，发挥顺式转录调控的作用，其还能够调控可变剪接。研究相对比较成熟的是其发挥微小RNA分子“海绵”作用，即吸附与竞争作用：circRNA 上存在多个miRNA 的互补结合位点，从而circRNA作为miRNA 的“海绵”吸附到miRNA上，通过竞争性地结合miRNAs位点来调节miRNAs 活性。其功能是使miRNAs功能减弱或消失，继而影响miRNAs下游靶基因的表达，最终减少miRNA 对靶基因的负性调控。具有代表性的circRNA 如小脑退化相关蛋白1反义转录物(antisense to the cerebellar degeneration related protein 1 transcript，Cdr1as) 和Y染色体上性别决定区(sex-determining region on the Y chromosome，SRY)反义链。2013年Hansen等[6]研究发现,Cdr1as作为miRNA的“海绵”能够负向调控miR-7的活性，又称为ciRS-7(circular RNA sponge for miR-7，ciRS-7)。

2.2 疾病生物标志物

circRNA稳定性高，容易进入体液(全血、血清、血浆、脑脊液、尿液等)，并且其表达模式具有组织、时空和疾病特异性，使得circRNA成为有潜力的疾病生物标志物。目前,已有研究在人类唾液中发现circRNA[7]。Kino等[8]对人类外周全血中的RNA进行测序,结果显示超过百种circ RNA的表达量明显高于对应的miRNA,这提示circRNA亦可能具有细胞外功能,甚至可以作为此类样本中的生物标记物。

2.3 调控来源基因的转录

调控来源基因的表达是指circRNA可以与RNA结合蛋白相互结合，特别是转录相关因子，如RNA聚合酶II，转录因子等，将其募集到亲本基因，从而影响亲本基因的表达[5]。另有研究表明，环状RNA和线性RNA在转录后加工中存在竞争关系，环状RNA通过竞争影响mRNA的表达[9]。

近年来随着circRNA参与包括肿瘤在内的多类疾病发生机制的报告甚多，人们对circRNA有了越来越深入的理解，circRNA的功能也不断有更多的发现。除了上述功能外，最新研究发现，circRNA还具有调控RNA结合蛋白[10]以及参与蛋白质翻译[11]的作用，这些发现为更好地探索circRNA在心血管疾病的发生机制的作用关系上打下坚实的基础。

3 ciRS-7与心血管疾病

大量研究表明，miRNA在心脏相关疾病的发生发展过程中起着重要作用。近几年，出现越来越多有关ciRS-7作用于miRNA在心血管疾病方面的报道。

3.1 ciRS-7与高血压

Hansen 等[12]观测到，ciRS-7 和miR-7 在小鼠脑中共定位，并证明了两者在胞内发生相互作用。ciRS-7可与miR-7相互作用，捕获胞质中大量miR-7，进而抑制了miR-7的生物活性，从而上调miR-7靶基因的表达水平。

高血压的发生发展与血管内皮细胞病理学变化密不可分，其介导微血管重构是常见的高血压病理机制，而影响血管发生和凋亡的ciRS-7/miRNA 势必参与血压的调节。有关文献显示，作为ciRS-7/miR-7的靶基因配体IGF1R通过诱导促炎介质的生成、改变基质成分、促进血管平滑肌增殖、细胞迁移和血管重构，从而促进高血压病的进展[13]。ciRS-7/miR-7的靶基因配体IGF-1作为肠促胰岛素家族的一员，具有重要舒张血管作用，在高血压发病机制中起重要作用。有试验证实，在自发性高血压大鼠中IGF-1的表达明显下调[14]。靶基因EGFR通过参与诱导促炎介质的生成，改变基质成分，增强血管平滑肌增殖和细胞迁移及血管重构，参于高血压的形成；靶基因mTOR对压力负荷增加所导致的心功能不全有保护作用。因此，circRNA通过调控miR-7并影响靶基因EGFR、IGF1R与mTOR的作用及表达，从而调节高血压的进程。

此外，血管平滑肌细胞在调节血压等方面发挥重要作用，而α平滑肌肌动蛋白(α-smooth muscle actin,α-SMA)是最重要的血管平滑肌细胞的骨架成分。2017年Sun等[15]发现，表皮生长因子家族成员NRG-1的可溶剪切变体形式NRG-1-ICD可影响α-SMA的表达：NRG-1-ICD通过结合到α-SMA的第一内含子上面，募集转录因子IKZF1，促进α-SMA基因来源的circACTA2的形成。circACTA2通过竞争性结合miR-548f-5p抑制后者对α-SMA的表达抑制作用，最终产生促进α-SMA表达的作用，使血管内皮细胞与细胞基质发生重构，从而促进高血压的形成。

3.2 ciRS-7与心肌梗死

ciRS-7 可以作用于miR-7并抑制其活性[2, 12]。研究发现ciRS-7/miR-7 a/b对心肌有保护作用，其通过负调节靶基因多聚ADP-核糖聚合酶(poly ADP-ribose polymerase，PARP)减少心肌凋亡[16]。Sp1和PARP 都是miR-7的靶基因，在诱导心肌凋亡引发心肌梗死的ciRS-7 /miR-7 a机制过程起到重要作用，miR-7 a通过下调PARP和Sp1发挥抗细胞凋亡作用，进而减轻心肌梗死程度。因此，ciRS-7 通过抑制miR-7 a的激活过程并提高miR-7 a靶基因如PARP和SP1的表达从而促进心肌梗死的发展。

miR-7的靶基因IGF1R的表达与心肌梗死的发生发展密切相关：血清中低IGF-1水平与心绞痛、心肌梗死和复发性心肌缺血相关[17]。IGF-1有增强心肌收缩力、改善心功能的作用，可用于治疗缺血性心脏病。此外，IGF-1可抑制心肌细胞凋亡，能减少缺血再灌注引发的心肌细胞凋亡。因此，ciRS-7 可以通过调控miR-7并影响基因IGF1R表达，从而调节心肌梗死的发展进程。

3.3 ciRS-7与心力衰竭

已知ciRS-7可以抑制miR-7对下游靶基因如IGF-1的抑制作用。Lee等[18]研究了34例缺血性心脏病患者急性期血IGF-1水平与左室收缩末直径(left ventricular end-systolic diameter，LVSD)、左室射血分数(left ventricular ejection fraction，LVEF) 及舒张末直径(left ventricular end-diastolic diameter，LVDD) 的关系，发现血液中IGF-1水平与LVSD和LVDD呈负相关，与LVEF呈正相关。IGF-1可以降低心室重构率，减弱心衰的发生发展，从而证实IGF-1R低表达与心力衰竭密切相关：IGF-1R低表达是心力衰竭的危险因素。因此，ciRS-7通过抑制miR-7对IGF1R的抑制作用，从而促进基因IGF1R表达，最终抑制心力衰竭的发展进程。

此外，Wang等[19]研究发现，HRCR(heart- related circRNA，HRCR)/ microRNA- 223(miR-223)在转基因小鼠中相互作用可导致小鼠心脏肥大和心力衰竭，进一步研究发现存在一类与心脏相关的circRNA即HRCR。HRCR对miR-223具有海绵吸附作用并抑制其活性，抑制其对靶基因ARC (apoptosis repressor with CARD domain，ARC)的调控作用，从而增加ARC的表达。由于ARC基因对心肌肥厚和凋亡具有保护作用[20]，因此，在HRCR的作用下机体可以延缓心肌肥大和心衰。

3.4 ciRS-7与心肌纤维化

ciRS-7能够抑制miR-7对靶基因mTOR的下调作用。mTOR能与TGF-β和αvβ3整合素信号通路相互作用,影响细胞外基质的产生，通过调控胶原蛋白的合成从而起到促进心肌纤维化的作用。因此，ciRS-7 控制miR-7从而影响mTOR基因表达，从而达到影响心肌纤维化的发展[21]，但其具体的作用机制还有待进一步研究。

3.5 ciRS-7与心脏衰老

研究证实在转基因小鼠模型中，miR-7的靶基因IGF-1R过表达可改善心肌细胞衰老，减少由缺血导致的心肌细胞萎缩。因此IGF-1被认为是在心脏生长和损伤时能影响肌细胞增殖和再生的多效性生长因子，IGF-1R过表达可以减弱心肌细胞坏死和凋亡，并且在扩张性心肌病中可以使心肌细胞免于凋亡[22]。因此，ciRS-7 控制miR-7从而影响IGF-1基因表达，从而达到延缓心脏衰老的发展过程。

4 展望

最新研究表明，circRNA动态表达于参与心脏发育与应激反应的人诱导多能干细胞来源的心肌细胞(human induced pluripotent stem cell derived cardiomyocytes, hiPSC-CM)模型。一些circRNA在患者心肌样品中显示出类似的宿主基因独立表达动力学，并且可能与核糖体和RNA诱导沉默复合体相互作用。总之，hiPSC-CM揭示了circRNA可能作为新型治疗靶点的潜在疾病新特征。

近年来，关于miRNA对心血管类疾病的研究已相对完善[23-24]。而circRNA能通过调控miRNA的表达并控制心血管疾病的发生和发展，这为心血管疾病的诊治提供了一个新方向。而以ciRS-7为主的circRNA研究手段也日趋成熟，目前多个数据库已收录了多种环状RNA测序结果，并能预测ciRS-7与miRNA的相互作用，为研究circRNA通过作用于miRNA间接地调控心血管疾病的发生发展提供了方便。此外，心血管疾病的发生与进展同circRNA表达水平密切相关，circRNA组织的特异性和稳定性使其有可能成为一种新的生物标志物并有助于疾病的诊断，预后以及病程、药物疗效的监测。但circRNA的研究还处于初始阶段，其靶基因种类繁多，有关作用机制尚不研究透彻，需要更多的研究。目前，临床诊断心血管类疾病主要通过介入影像学及心电图予以确诊，是否可以通过检测circRNA的水平来判断心血管类疾病的严重程度还有待于深入研究。circRNA的研究还处于初始阶段，其靶基因种类繁多，有关作用机制尚不研究透彻。但circRNA与疾病的相关研究正向“实践证明”转变，circRNA运用于临床诊疗工作将成为转化医学与精准医疗的新方向。相信随着circRNA研究的发展与深入，circRNA将带给医学界更多的惊喜与突破。

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