李明明，姚亞麗，余飛，馬正科

（蘭州大學第一臨床醫(yī)學院，甘肅 蘭州730000）

心力衰竭（以下簡稱心衰）是多種心血管疾病的嚴重和終末階段，是21世紀嚴重威脅人類健康的心血管疾病之一，其死亡率和住院率呈上升趨勢。心衰是由心肌病變、心臟負荷異常、心律失常等多種病因?qū)е碌男呐K結(jié)構(gòu)及舒縮功能受損[1]，若能早期預防、診斷和治療便可極大地減少疾病的發(fā)生、 發(fā)展， 相關研究表明， 環(huán)狀RNA（CircRNA）參與神經(jīng)系統(tǒng)疾病、腫瘤、免疫及心血管疾病的發(fā)生、發(fā)展[2]，CircRNA 與心衰關系密切，有望成為心衰新的生物標志物及治療靶點。

1 CircRNA

1.1 CircRNA的生物學特性、分類及形成機制

CircRNA 最初于1977年在植物病毒中被發(fā)現(xiàn)，其作為一種非經(jīng)典的RNA 剪接產(chǎn)物，曾被認為是錯誤剪接的副產(chǎn)品[2-3]。然而，隨著高通量測序技術(shù)的發(fā)展，CircRNA 被證實其大量、廣泛地存在于多種生物細胞中，具有明顯的組織特異性和發(fā)育階段特異性[4]，且在許多生物過程中發(fā)揮作用，因此CircRNA 成為非編碼RNA 研究領域的熱點。CircRNA 是一類以共價鍵形成環(huán)狀結(jié)構(gòu)的非編碼RNA 分子，缺乏5′端帽子和3′端尾巴，長度300～500 bp，不易被核酸外切酶降解，可阻止胞內(nèi)CircRNA的合成。CircRNA的半衰期是mRNA 的4 倍，長達48 h，在生物體內(nèi)能夠在高度穩(wěn)定表達[5]。其通常分為4 種類型：衍生自外顯子的CircRNA、衍生自套索內(nèi)含子的CircRNA、衍生自具有保留內(nèi)含子的外顯子的CircRNA 和衍生自基因間CircRNA[4,6]。不同種類的CircRNA 在形成機制方面有所差異，目前主要有3 種模型：①索套驅(qū)動環(huán)化和外顯子跳讀。當3'剪接供體附著到單個外顯子的5'剪接受體上時，就會形成衍生自外顯子的CircRNA，目前許多CircRNA 屬于這一類，占所有類型的80%以上。②直接通過反向剪接或內(nèi)含子配對驅(qū)動環(huán)化。③RNA 結(jié)合蛋白（RBP）驅(qū)動環(huán)化[4]。

1.2 CircRNA的生物學功能

1.2.1 CircRNA 作為miRNA 的海綿有研究證實CircRNA 是一種競爭性內(nèi)源RNA。CircRNA 能夠通過與microRNA（miRNA）多個位點結(jié)合，進而影響靶基因的表達，這種功能稱為miRNA 的海綿作用[7]。例如CircRNA CDR1as 具有74 個miRNA-7 結(jié)合位點，可通過AGO2 蛋白實現(xiàn)競爭性吸附miRNA-7，抑制miR-7 活性，從而調(diào)控靶基因的表達[8]。最近HAN等[9]報道在心衰患者的外周血中發(fā)現(xiàn)hsa_Circ_0097435 的表達顯著上調(diào)，其可能通過海綿化多個miRNA 在心衰中起作用，hsa_Circ_0097435 過表達促進心肌細胞凋亡。

1.2.2 CircRNA 作為RBP海綿CircRNA 還可通過與多種RBP 結(jié)合,作為RBP 海綿發(fā)揮生物學作用。CircFndc3b 與RNA 結(jié)合蛋白FUS 相互作用以調(diào)節(jié)VEGF 的表達和信號傳導,同時CircFNDC3B 過表達可增強新生血管形成和減少心肌梗死區(qū)域的纖維化，從而保護心臟[10]。因此，深入理解CircRNA 背后的機制將為HF 診斷和治療提供新的途徑。

1.2.3 CircRNA 作為轉(zhuǎn)錄和剪接的調(diào)節(jié)因子CircRNA 是線性RNA 轉(zhuǎn)錄的關鍵調(diào)節(jié)因子，如RNA ciankrd52 可以充當RNA 聚合酶Ⅱ的正調(diào)控因子，以促進錨蛋白重復結(jié)構(gòu)域52 基因轉(zhuǎn)錄[11]。此外，在前體RNA 剪接的過程中，反向剪接產(chǎn)生的CircRNA 可以競爭性調(diào)節(jié)可變剪接。然而，CircRNA 該功能是否參與到心肌重構(gòu)的發(fā)展過程中仍需進一步研究。

1.2.4 CircRNA 作為蛋白質(zhì)翻譯器傳統(tǒng)觀點認為CircRNA 為非編碼RNA，無法被翻譯，但最近的研究顯示，源自其宿主ZNF基因第2 個外顯子的人CircZNF609 以依賴剪接而不依賴帽的方式翻譯，而且CircZNF609 能特異性地調(diào)節(jié)成肌細胞的增殖[12]。但目前尚未報道CircRNA 編碼蛋白在心衰中的作用機制。

2 CircRNA 在心衰心肌重構(gòu)中的生物學作用

心衰是一種心臟結(jié)構(gòu)或功能異常所致復雜的臨床綜合征。心肌重構(gòu)是心衰發(fā)生、發(fā)展的基本機制。心肌重構(gòu)是機體應對心室壓力負荷增高或細胞因子及神經(jīng)體液激素等刺激而發(fā)生的適應性調(diào)節(jié)。如果這些因素持續(xù)存在，這個過程將不可逆且會伴隨心肌細胞肥大、間質(zhì)細胞增殖纖維化、心肌細胞凋亡、電傳導異常，使心肌細胞正常功能喪失，引起漸進性泵衰竭或猝死。CircRNA 在心衰心肌重構(gòu)病理變化中具有重要的作用。

2.1 CircRNA與心肌纖維化

心肌纖維化是指心臟成纖維細胞過度增殖，成纖維細胞特異性蛋白和膠原大量沉積，導致心臟重構(gòu)，進而引起心功能不全的心臟病理改變。正常內(nèi)皮細胞被誘導為間充質(zhì)干細胞的轉(zhuǎn)化過程稱為內(nèi)皮細胞-間質(zhì)轉(zhuǎn)化。轉(zhuǎn)化生長因子β1（TGF-β1）能夠驅(qū)動內(nèi)皮細胞-間質(zhì)轉(zhuǎn)化的進展，已有研究表明TGF-β1介導的α-平滑肌肌蛋白（α-SMA）表達，以及血管內(nèi)皮細胞VE-鈣粘蛋白表達的丟失會導致內(nèi)皮細胞-間質(zhì)轉(zhuǎn)化的發(fā)生。研究發(fā)現(xiàn)在TGFβ1處理的大鼠冠狀動脈內(nèi)皮細胞中，chr5：90817794|90827570， chr8： 71336875|71337745 和chr6：22033342|22038870 顯著上調(diào)[13]。ZHOU 等[14]在血管緊張素Ⅱ處理過的糖尿病小鼠心臟成纖維細胞中，發(fā)現(xiàn)了43 個異常的CircRNA，24 種上調(diào)的CircRNA 和19 種下調(diào)的CircRNA（P＜0.05，且倍數(shù)＞3），且體外實驗中發(fā)現(xiàn)，CircRNA_010567 表達明顯上調(diào)，進一步行生物信息學分析，發(fā)現(xiàn)其含有miR-141 的結(jié)合位點，可以直接靶向miR-141 并調(diào)節(jié)TGF-β1的表達，進而抑制心臟成纖維細胞的纖維化相關蛋白Ⅰ型膠原（COLⅠ）、COLⅢ和α-SMA 表達。

最近NI 等[15]研究發(fā)現(xiàn)在AngⅡ處理后小鼠心臟成纖維細胞和心臟組織中CircHIPK3 表達明顯增加，CircHIPK3 可以充當miR-29b-3p 海綿，其過表達有效地逆轉(zhuǎn)了miR-29b-3p 誘導的心臟成纖維細胞增殖和遷移抑制，并改變了miR-29b-3p 靶向基因α-SMA、COL1A1、COL3A1 表達，可作為預防Ang Ⅱ誘導的心臟纖維化的潛在的治療方法。HUANG 等[16]發(fā)現(xiàn)在人類、大鼠和小鼠的成年心臟中存在大量表達的CircRNA-CircNFIX，其是一種可被超級增強子調(diào)控并與轉(zhuǎn)錄因子Meis1 結(jié)合調(diào)節(jié)自身表達的CircRNA。 在體外和體內(nèi)實驗中，CircNFIB 過表達可通過TGF-β 刺激減弱NIH/3T3 細胞系和心臟成纖維細胞的促增殖作用。相反，CircNFIB 敲除會增加原代心臟成纖維細胞的增殖。CircNFIB 的下調(diào)可以降低MI 后梗塞面積和心肌纖維化，其機制可能為CircNFIB 增強Y 框結(jié)合蛋白1與E3 泛素連接酶的相互作用，并通過泛素化誘導Y 框結(jié)合蛋白1 降解和抑制細胞周期蛋白的表達。此外，CircNFIB 可作為miR-214 的海綿發(fā)揮作用，調(diào)節(jié)心肌細胞的增殖。因此CircNFIB 也可能是心肌組織損傷后修復及改善心功能的有效治療策略。

2.2 CircRNA與心肌肥大

心肌肥大是指心肌長期負荷過重，引起心肌纖維變粗變長，心壁變厚，心臟重量增加。持續(xù)的心臟肥大伴適應不良將會導致失代償性心衰的發(fā)生。MENG 等[17]報道在高水平和正常水平的D-葡萄糖培養(yǎng)下，心肌肥大細胞中存在差異表達的CircRNAs。同時發(fā)現(xiàn)5 個CircRNAs（CircRNA261、CircRNA26、 CircRNA1191、 CircRNA4251 和CircRNA6913）顯著差異表達（P＜0.05，且倍數(shù)＞2～＜0.5），并具有60多個靶miRNA，表明這些CircRNA 可能在心臟肥大中發(fā)揮著重要作用，并有可能作為生物標志物。

LI 等[18]研究發(fā)現(xiàn)CircRNA_000203 在AngⅡ處理的新生小鼠心室肌細胞的細胞質(zhì)中上調(diào)，在體外和體內(nèi)CircRNA_000203 的過表達均可增加心室肌細胞的細胞體積及增強心房利鈉肽和β-肌球蛋白重鏈的表達。miR-26b-5p、miR-140-3p 和Gata4 siRNA 可以逆轉(zhuǎn)AngⅡ誘導的心室肌細胞肥大性生長，并消除CircRNA_000203 在心室肌細胞中的促肥大作用。結(jié)果表明CircRNA_000203 通過抑制miR-26b-5p 和miR-140-3p 導致Gata4 水平升高，從而加劇了心臟肥大心臟功能受損。

miR-133a 是心肌肥大重要的負性調(diào)控因子，LIM 等[19]研究發(fā)現(xiàn)來CircSlc8a1 可以作為心肌細胞中miR-133a 的內(nèi)源海綿，腺病毒-9 在體內(nèi)介導CircSlc8a1 干擾敲低后可減輕心臟壓力超負荷引起的心肌肥大，而心肌細胞特異性過表達CircSlc8a1可導致心衰的發(fā)生。因此CircSlc8a1 可以作為心臟肥大和心衰的新型治療靶點。

2.3 CircRNA與心肌損傷、凋亡

心肌損傷和細胞凋亡與心衰有關。凋亡增加會促進心衰進展，而凋亡減少則會保護心臟，抑制心衰的發(fā)生。WANG 等[20]在培養(yǎng)的小鼠心肌細胞中發(fā)現(xiàn)CircRNA MFACR 可以通過下調(diào)miR-652-3p和促進MTP18 翻譯來增加線粒體的分裂和凋亡，以及心肌細胞死亡。 SHI 等[21]在脂多糖（Lipopolysaccharide, LPS）處理的H9c2 細胞（來自大鼠胚胎心室肌細胞）模型中發(fā)現(xiàn)，LPS 降低了H9c2 細胞的活力并增加了其凋亡和炎癥損傷，沉默CircRNA ANKRD36 （si-CircANKRD36） 可減輕LPS 誘導的細胞凋亡和炎癥損傷。結(jié)果表明si-CircANKRD36 通過上調(diào)miR-138 抑制LPS 激活的p38MAPK/NF-κB 通路發(fā)揮抗凋亡和抗炎作用。近期有研究發(fā)現(xiàn)Circ_0010729 在氧葡萄糖剝奪誘導的人心肌細胞中增強表達，Circ_0010729 過表達會通過抑制人心肌細胞中的細胞生長和遷移而加劇氧葡萄糖剝奪誘導的損傷，Circ_0010729 敲除可減輕氧葡萄糖剝奪誘導的損傷[22]。此外，Circ_0010729可負調(diào)控miR-145-5p 的表達，沉默Circ_0010729 通過上調(diào)miR-145-5p 激活mTOR 和MEK/ERK 途徑，進而保護人心肌細胞免受氧葡萄糖剝奪誘導的損傷。因此CircRNA 在心肌損傷和調(diào)亡中扮演著重要角色。

2.4 CircRNA與心肌電重構(gòu)

心衰患者具有心律失常易感性，心衰的程度越嚴重，發(fā)生心房顫動（以下簡稱房顫）的傾向就越大，此為心臟電重構(gòu)所致。已經(jīng)觀察到房顫中有多種CircRNA 表達的改變。SHANGGUAN 等[23]通過高通量測序?qū)?2 只犬進行CircRNA 差異表達分析， 總共檢測到犬心房組織中有15 990 個CircRNA。在對照組和房顫犬中發(fā)現(xiàn)了146 個差異表達的CircRNA。進一步行生物信息學分析發(fā)現(xiàn)差異表達的CircRNA 與AF 相關miRNA 和mRNA 之間存在廣泛的相互作用，這為CircRNA 在房顫機制中的作用奠定了堅實的基礎。近期有研究在房顫患者和健康對照者左右心耳中共檢測到14 215 個CircRNA，對這些CircRNA 的差異表達分析后顯示有20 個CircRNA 上調(diào)和3 個CircRNA 下調(diào)，進一步研究表明Circ_0003965 與它的親本基因TMEM245呈顯著負相關，說明Circ_0003965 失調(diào)不受其親本基因的轉(zhuǎn)錄調(diào)控[24]。 此外， 研究發(fā)現(xiàn)hsa_Circ_0000075 和hsa_Circ_0082096 通過TGF-β 信號通路參與房顫的發(fā)病機制。這對CircRNA 和房顫背后潛在機制的理解具有重要作用。但在房顫中的具體作用機制仍需進一步探究。

3 CircRNA與HF的診斷

CircRNA具有保守性與穩(wěn)定性，作為心衰的生物標志物可為疾病的診斷提供新的方向。WANG 等[25]通過復制老鼠心衰模型發(fā)現(xiàn)一類與心臟相關的CircRNA，作為miR-223 的內(nèi)源性因子直接結(jié)合miR-223 并抑制其活性，使miR-223 對含胱天蛋白酶富集功能域凋亡抑制因子的調(diào)控作用減弱，凋亡抑制因子的表達增加，最終抑制心衰而達到保護心臟的作用。SUN 等[26]從3 例心衰患者和3 例健康對照組患者的血漿樣品分析發(fā)現(xiàn)心衰患者血漿中有477 個CircRNA 上調(diào)，219 個CircRNA 下調(diào)。在失調(diào)的CircRNA 中，與健康對照組相比，心衰患者hsa_Circ_0112085， hsa_Circ_0062960， hsa_Circ_0053919 和hsa_Circ_0014010 表達明顯更高。用hsa_Circ_0062960 進行心衰診斷的ROC 曲線下面積為0.838。相關性分析表明，hsa_Circ_0062960 的表達與B 型鈉尿肽血清水平高度相關，說明CircRNA可能在心衰發(fā)病機制中起作用，所以hsa_Circ_0062960 具有作為心衰的新型診斷生物標志物的潛質(zhì)。SALGADO-SOMOZA 等[27]報告了使用MI 相關環(huán)狀RNA（MICRA）來預測AMI 患者左室功能衰竭的風險。從472 例AMI 患者的血液樣本中發(fā)現(xiàn)射血分數(shù)≤40%的患者的MICRA 表達水平低于射血分數(shù)＞41%的患者。MICRA 水平較低的患者，射血分數(shù)降低的風險也很高，進一步鑒定出MICRA 存在于86%的樣本中，并驗證表明其類似于傳統(tǒng)標志物可以作為心衰預測生物標記物。

4 問題與展望

心衰是目前在全球發(fā)病率高、病死率高、病程長的疾病疾病之一，其發(fā)生、發(fā)展機制尚不明確，并且治療與預后仍是一個重大挑戰(zhàn)，在基因水平上揭示心衰的發(fā)生與發(fā)展必將對其早期診斷、精準治療及良好預后提供更加高效的方法。CircRNA 作為一種新發(fā)現(xiàn)的特殊的非編碼RNA，在生物進化過程中具有特殊的生物學特性。越來越多研究證實CircRNA 參加多種心血管疾病的發(fā)生或出現(xiàn)異常表達，在心血管疾病的診斷和預警中具有潛在臨床應用價值，然而目前在心血管疾病研究中仍有許多關于CircRNA 的問題亟待解決。比如：①CircRNA 在體內(nèi)的具體降解途徑是什么？因此需要對CircRNA 的生物發(fā)生的分子機制進行深入研究。②CircRNA 除了主要作為miRNA 分子海綿及蛋白質(zhì)海綿起作用，是否存在其他作用機制促使心血管疾病發(fā)展？③心肌組織中的CircRNA 是否會被其他組織吸收引起次級效應仍待明確。④需要對心血管疾病在不同發(fā)展階段的CircRNA 表達和血液循環(huán)中的CircRNAs 全譜的特征描述，這將有助于選擇CircRNAs 進行未來的生物標志物研究。⑤需要對CircRNAs 在心衰發(fā)展中如何發(fā)揮功能并調(diào)節(jié)多種生理和病理過程的詳細研究，將有助于識別潛在的治療靶點。⑥需要進一步對CircRNA 評估標準化和臨床適用診斷方法進行研究。⑦需要具有更大規(guī)模的隊列的研究來驗證CircRNA 作為心衰候選生物標志物。因此，這些研究方向?qū)⒂兄诩由頒ircRNA 在心血管疾病中作用的了解，并探討其作為生物標記物的價值。