楊海焱，陳 宏

(西北農林科技大學 動物科技學院 ,陜西 楊凌 712100)

環(huán)狀RNA(circular RNA, circRNA)最早是由Sanger等1976年在研究馬鈴薯紡錘塊莖病中發(fā)現(xiàn)的[1]，隨后分別在1979年真核細胞細胞質中、1980年酵母線粒體中、1993年小鼠睪丸決定性別基因中和人體細胞中、2011年古生物細菌中發(fā)現(xiàn)了circRNA的蹤跡。但直到2015年研究發(fā)現(xiàn)circRNA具有很多生物學特性并廣泛存在于動植物細胞組織中，引起了研究學者們的廣泛關注[2]。

circRNA是一類閉合的環(huán)狀RNA分子，無3′端polyA結構及5′端帽狀結構，長度在幾百到幾千個堿基不等，不受RNA外切酶降解，穩(wěn)定且廣泛地存在于生物界，具有進化保守性[3]。circRNA有許多的生物學效應，近年來研究最多的就是circRNA與microRNA(miRNA)結合的調控機制。經大量研究表明circRNA廣泛參與了生物體增殖分化、信號轉導等各個方面的調控。其中，circRNA作為轉錄后調控因子在動物骨骼肌發(fā)育中的作用及其相關調控網絡已經開始進行廣泛深入研究。

骨骼肌由肌纖維、結締組織及少量的脂肪組織組成，約占脊椎動物總體重的40%[4]，是肉質研究的重要對象。骨骼肌的發(fā)育主要有成肌細胞的生成，成肌細胞增殖、分化并融合成肌管，肌管分化成為肌纖維這幾個過程。動物骨骼肌的生長主要包括胎兒期發(fā)生的纖維數目增加和出生后原有肌纖維橫截面積的變大這兩部分構成[5]。

眾多研究表明，以生肌轉錄因子PAX7和MyoD等為核心的調控網絡在肌生成和肌再生過程起著關鍵作用。在非編碼RNA領域，也已發(fā)現(xiàn)微小RNA(microRNA, miRNA)對肌肉發(fā)育具有重要的調控作用，且目前絕大多數研究都集中在miRNA在肌肉發(fā)育中的作用。長鏈非編碼RNA(long non-coding RNA, lncRNA)在轉錄、表觀遺傳和轉錄后水平調節(jié)肌生成和肌再生的研究越來受到關注。新興的非編碼環(huán)狀RNA(circular RNA, circRNA)具有調控基因表達的功能，與miRNA有相同之處即具有組織表達特異性。在近幾年的研究中也發(fā)現(xiàn)circRNA在動物骨骼肌發(fā)育中也起著一定的作用，例如circFGFR4促進成肌細胞分化并誘導細胞凋亡[6]，circFUT10促進肌細胞分化抑制肌細胞增殖并會誘導成肌肌細胞凋亡[7]，circSVIL在骨骼肌后期胚胎發(fā)育中具有高表達水平，可以促進成肌細胞的增殖和分化[8]等。骨骼肌發(fā)育的重要組成部分就是骨骼肌細胞的增殖和分化，而骨骼肌的再生和人肌肉相關疾病的治療也由很大的聯(lián)系，而肌纖維類型與肌肉品質也息息相關[9-10]，因此通過研究circRNA對骨骼肌細胞生長發(fā)育的調控機制，有利于人們對人骨骼肌相關疾病治療以及畜禽肉品質改善進行更加深入的探究。

1 circRNA的來源與作用機制

1.1 circRNA的來源

circRNA的形成受到順式作用元件和反式作用因子的調控，其選擇性環(huán)化機制分為三類。在基因組中可以轉錄出circRNA的位置也可以轉錄出mRNA，根據circRNA的剪接來源不同，又可以分為外顯子反向剪接而形成的外顯子circRNA(exonic circRNA)、內含子來源的內含子circRNA(intron-circRNA)以及由外顯子和內含子參與的外顯子—內含子circRNA(exonic intron circRNA)，這些circRNA分子間存在著一定的競爭關系，會影響mRNA的表達。circRNA的選擇性環(huán)化機制可能需要一些因子參與調控，如RBPs等[11]。

1.2 circRNA的作用機制

1.2.1 circRNA海綿化miRNA 研究表明，circRNA的生物學功能是多樣的，包括miRNA或RBPs的分子海綿、調控選擇性剪接和翻譯的基因表達模板，以及有可能的其他未知作用[12]。目前，circRNA作為miRNA的海綿的特性已經得到了廣泛研究。miRNA作為非編碼RNA的一員，人們已經對其進行了深入研究，研究表明miRNA可以與mRNA的3’UTR區(qū)的靶點結合，在轉錄后基因調控中發(fā)揮著重要作用，也有研究表明miRNA在動物骨骼肌生長發(fā)育過程中也起著一定的作用，而circRNA又可以作為miRNA的海綿。基于這些線索，circRNA可能在動物骨骼肌的生長發(fā)育以及肉品質方面發(fā)揮著重要作用。

1.2.2 circRNA與RNA結合蛋白質相互作用 經研究發(fā)現(xiàn)部分的circRNA具有與蛋白質結合的功能，即可以通過特定靶點與蛋白質結合從而影響蛋白質的功能。例如細胞分裂蛋白激酶2(CDK2)可以促進細胞分裂，屬于細胞周期蛋白依賴性激酶，而circFoxo3可以與激酶抑制劑蛋白(p21)和CDK2結合，形成circFoxo3-p21-CDK2，抑制CDK2的功能，阻斷細胞周期進展。

1.2.3 circRNA調控基因表達 circRNA可以通過調控轉錄來調節(jié)基因的表達，如對來源于錨蛋白重復結構域52(ANKRD52)基因第2個內含子產生的circ-ankrd52(錨蛋白重復序列結構域的蛋白質)研究發(fā)現(xiàn)，通過反義寡核苷酸封閉circ-ankrd52的表達，會導致ankrd52 mRNA的表達量顯著降低[13]。除此之外，含內含子序列的circRNA通常位于細胞核內，發(fā)揮基因轉錄調控功能。上述的circ-ankrd52主要存在于細胞核內，可促進RNAPolⅡ對ANKRD52的轉錄[14]。

1.2.4 circRNA具有翻譯蛋白質的功能 真核細胞蛋白質合成的起始復合體的組裝需要識別mRNA的5’端帽子，因此真核生物蛋白質的合成主要是通過5’帽依賴性翻譯途徑。但也有例外，比如在應激條件下，細胞可以依賴于內部核糖體進入位點(IRES)等調控元件啟動非帽依賴性蛋白質翻譯[15]。由于所研究的circRNA不具有5’帽子和3’尾巴，因此曾被認為其不能合成蛋白質，但近幾年經研究學者們研究發(fā)現(xiàn)部分circRNA可以通過非帽依賴性翻譯機制來編碼蛋白質。目前，一共發(fā)現(xiàn)了四種circRNA編碼蛋白質的方式。

2 circRNA對骨骼肌細胞增殖分化及凋亡的研究

2.1 circRNA對骨骼肌細胞增殖的調控

根據預測結果推測，與肌肉相關的30種上調的circRNA可能是ceRNA網絡中的一部分，涉及了91個miRNA和核心肌源性因子，例如肌生成素，肌細胞增強因子2a，肌球蛋白重鏈(Myh1，Myh7和Myh7b)[16]。研究表明，在骨骼肌發(fā)育的過程中，有些circRNA具有促進動物骨骼肌增殖的作用。如circLMO7的過表達抑制了原代牛成肌細胞的分化，并且似乎充當了miR-378a-3p的競爭內源RNA，后者參與了牛的肌肉發(fā)育。此外，它促進成肌細胞的增殖并保護它們免于凋亡[17]。circHUWE1通過海綿化miR-29b(靶向AKT3)間接激活AKT信號通路，促進成肌細胞增殖，減少細胞凋亡和分化[18]。此外，研究circSVIL發(fā)現(xiàn)其可以充當miR-203的海綿來拮抗其功能，促進成肌細胞的增殖和分化[8]。circRNA可以通過直接或間接的方式來調控肌肉發(fā)育相關的基因，且加深了circRNA對骨骼肌細胞增殖的調控作用及機制的理解。

2.2 circRNA對骨骼肌細胞分化的調控

通過circRNA調控基因表達是調控動物骨骼肌分化的組成部分，如circFGFR4促進成肌細胞分化并誘導細胞凋亡，circFGFR4的過表達增加了Wnt3a的表達，而miR-107取消了這種作用。這些結果表明，circFGFR4結合miR-107促進細胞分化[6]。circFUT10誘導牛原代成肌細胞分化，增加了細胞周期G0/G1期成肌細胞的數量，并降低了S期細胞的比例并通過直接結合miR-133a和抑制miR-133a活性來調節(jié)成肌細胞的分化和細胞存活[7]。circCDR1as通過與miR-7競爭性結合，使得miR-7導致的IGFR(胰島素樣生長因子1受體)下調，從而激活肌肉分化[19]。

3 展望

circRNA是多種生物學通路的關鍵調節(jié)因子，在骨骼肌細胞增殖、分化及凋亡等方面發(fā)揮著重要作用。目前circRNA的應用主要集中在對各種腫瘤細胞的影響以及作為腫瘤細胞的分子標記物的應用。在動物骨骼肌方面也有了廣泛研究，但還不夠深入，將circRNA作為分子遺傳標記應用在動物育種以及提高肉品品質是我們接下來要研究的一大課題。此外，目前已經發(fā)現(xiàn)circRNA可以編碼蛋白質，而circRNA所編碼的蛋白質的在動物骨骼肌發(fā)育方面的功能目前尚不清楚，為研究骨骼肌發(fā)育提供了新思路。