外周血環(huán)狀RNA在疾病診斷中的意義

陳陽，金龍，韓淑華

(1.東南大學(xué) 醫(yī)學(xué)院，江蘇 南京　210009；2.江蘇大學(xué)附屬句容醫(yī)院 呼吸科，江蘇 句容　212400)

1　環(huán)狀RNA的生物學(xué)特征

1.1　環(huán)狀RNA的合成及調(diào)控

環(huán)狀RNA主要有兩種方式成環(huán)，一是通過內(nèi)含子配對(duì)，縮小剪切位點(diǎn)之間的距離成環(huán)；二是通過外顯子遷移，剪切成套索結(jié)構(gòu)，通過套索結(jié)構(gòu)拉近剪切位點(diǎn)成環(huán)[6]。外顯子側(cè)翼序列和RNA結(jié)合蛋白(RNA binding protein，RBP)可以對(duì)成環(huán)進(jìn)行調(diào)控。側(cè)翼內(nèi)含子ALU序列[7]和RNA結(jié)合蛋白[8]可促進(jìn)成環(huán)，而RNA剪輯酶ADAR1(adenosine deaminase acting on RNA 1)則阻止側(cè)翼序列互補(bǔ)，抑制成環(huán)[9]。miRNA也可以通過AGO2(Argonaute 2)蛋白對(duì)環(huán)狀RNA沉默來調(diào)控環(huán)狀RNA[10]。

1.2　環(huán)狀RNA的功能和特點(diǎn)

2　環(huán)狀RNA的體內(nèi)運(yùn)輸

環(huán)狀RNA主要存在于血液外泌體中，由外泌體運(yùn)輸。而將外泌體分離出去后環(huán)狀RNA含量極少，提示環(huán)狀RNA主要以外泌體為運(yùn)輸載體[2]。外泌體是一種納米級(jí)別的囊泡，大小在40～150納米之間，包含有蛋白質(zhì)、mRNA和miRNA，由雙層質(zhì)膜保護(hù)，可以被多種細(xì)胞分泌，包括T細(xì)胞、樹突狀細(xì)胞、腫瘤細(xì)胞、間充質(zhì)干細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞，可在多種體液中檢測(cè)到[14]，包括血漿、尿、唾液、乳汁、支氣管灌洗液、腦脊液、羊水和腹腔積液，在細(xì)胞培養(yǎng)液[15]中也可檢測(cè)到，具有調(diào)控免疫，介導(dǎo)血管生成，傳遞遺傳信息，調(diào)節(jié)腫瘤轉(zhuǎn)移微環(huán)境的作用。大腦內(nèi)皮細(xì)胞來源的外泌體可以通過血腦屏障[16]，其攜帶的環(huán)狀RNA有可能進(jìn)入外周血液，用于神經(jīng)系統(tǒng)疾病的診斷。在人類的血清外泌體中發(fā)現(xiàn)了超過1 000種環(huán)狀RNA，外泌體中環(huán)狀RNA與線性RNA的數(shù)量比值是細(xì)胞內(nèi)的6倍以上，考慮環(huán)狀RNA較線性RNA更易在外泌體中富集[2]。將血清室溫培育24 h，外泌體環(huán)狀RNA水平仍然保持穩(wěn)定[2]，環(huán)狀RNA能保持穩(wěn)定可能與外泌體的保護(hù)有重要關(guān)系。通過對(duì)細(xì)胞培養(yǎng)液環(huán)狀RNA的檢測(cè)，表明環(huán)狀RNA可通過外泌體和微泡的形式被分泌到細(xì)胞外而清除[15]。環(huán)狀RNA在外泌體中富集，并被釋放到細(xì)胞外，這可能是環(huán)狀RNA細(xì)胞外運(yùn)輸及細(xì)胞內(nèi)清除的一種方式。

3　環(huán)狀RNA組織差異性及相關(guān)調(diào)控

Li等[21]發(fā)現(xiàn)在胃癌組織中Hsa_circ_002059表達(dá)較癌旁正常組織明顯降低，而術(shù)后血漿環(huán)狀RNA水平較術(shù)前升高，被認(rèn)為可以用作胃癌的診斷標(biāo)記物。胃癌的發(fā)生發(fā)展與胃部炎癥密切相關(guān)，胃癌的發(fā)生從急性胃炎、胃黏膜萎縮、腸化生、不典型增生，最終至胃癌，是一個(gè)多階段、漸進(jìn)性的過程，黏膜炎癥是引起胃癌的起始因素。Lu等[22]研究發(fā)現(xiàn)Hsa_circ_0006633在胃炎、不典型增生及癌組織中表達(dá)水平均顯著降低，胃炎組織表達(dá)水平明顯低于胃癌組織，不典型增生組織與癌組織表達(dá)水平無顯著差異，表明Hsa_circ_0006633可能參與了胃良性病變的發(fā)生，在腫瘤的早期發(fā)展中發(fā)揮了作用。

4　環(huán)狀RNA外周血檢測(cè)的應(yīng)用

在腫瘤性疾病中，Zhao等[30]發(fā)現(xiàn)在胃癌組織中Hsa_circ_0000181呈低表達(dá)，且與腫瘤直徑、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移、遠(yuǎn)端轉(zhuǎn)移、糖類抗原19-9水平相關(guān)，在組織中診斷的ROC曲線下面積為0.756，特異度和敏感度分別為0.852和0.539。而Hsa_circ_0000181在血漿中也呈低表達(dá)，其下降水平與腫瘤分化程度及CEA水平存在相關(guān)性，在血漿中診斷的ROC曲線下面積為0.582，特異性和敏感性分別為0.20和0.99。組織Hsa_circ_0000181診斷特異性較高，血漿Hsa_circ_0000181診斷敏感性較高。相關(guān)文獻(xiàn)[31]顯示CEA診斷胃癌的敏感性和特異性分別為0.686和0.593，CA19-9為0.605和0.559，血漿Hsa_circ_0000181在胃癌篩查方面具有更高的敏感性。同樣，Hsa_circ_0000190[32]在胃癌組織及患者血漿中低表達(dá)，其在組織和血漿中聯(lián)合診斷的敏感性和特異性分別為0.712和0.750，ROC曲線下面積0.775，診斷效果優(yōu)于CA19-9和CEA[31]。血漿Hsa_circ_0000190水平與CEA水平相關(guān)，組織中Hsa_circ_0000190水平與腫瘤直徑、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移、遠(yuǎn)端轉(zhuǎn)移、TNM分期、CA19-9水平呈相關(guān)性，Hsa_circ_0000190表達(dá)水平與臨床病理的相關(guān)性在血漿與組織中差異較大，可能與血液成分較復(fù)雜及腫瘤細(xì)胞選擇性的釋放和吸收RNA有關(guān)。

Zhao等[35]通過基因芯片分析糖尿病患者和正常人外周血環(huán)狀RNA，篩選出5種差異倍數(shù)在2.4倍以上的環(huán)狀RNA，分別為Hsa_circ_0068087、Hsa_circ_0054633、Hsa_circ_0124636、Hsa_circ_0139110、Hsa_circ_0018508，進(jìn)一步通過前瞻性的隊(duì)列研究(2型糖尿病組64人，正常對(duì)照組60人，糖尿病前狀態(tài)組63人)，確認(rèn)Hsa_circ_0054633可以作為糖尿病前狀態(tài)及糖尿病的診斷標(biāo)記物。

慢性血栓栓塞性肺動(dòng)脈高壓(chronic thromboembolic pulmonary hypertension，CTEPH)是一種罕見的，危及生命的肺栓塞并發(fā)癥。Miao等[36]對(duì)5例慢性血栓栓塞性肺動(dòng)脈高壓患者和5例正常人的血液進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)351種差異表達(dá)的環(huán)狀RNA(122種上調(diào)和229種下調(diào))。數(shù)據(jù)庫比對(duì)發(fā)現(xiàn)，Hsa_circ_0002062和Hsa_circ_0022342分別可以調(diào)節(jié)761種和453種miRNA，Hsa_circ_0002062和Hsa_circ_0022342可能是CTEPH發(fā)病的關(guān)鍵，對(duì)其針對(duì)性的調(diào)控可能是治療慢性血栓栓塞性肺動(dòng)脈高壓的一種有效的方法。

煙霧病是一種原因不明的慢性進(jìn)行性腦血管閉塞性疾病，通過對(duì)煙霧病患者血液進(jìn)行基因芯片分析[37]，發(fā)現(xiàn)146種環(huán)狀RNA差異表達(dá)，其中29種表達(dá)上調(diào)，117種下調(diào)。GO(gene ontology)和KEGG(kyoto encyclopedia of genes and genomes)分析提示，差異表達(dá)的環(huán)狀RNA主要參與血管生成、代謝、免疫反應(yīng)過程，MAPK信號(hào)通路被認(rèn)為是發(fā)病過程的核心調(diào)控途徑。

表1外周血環(huán)狀RNA與相關(guān)疾病

疾病環(huán)狀RNA參考文獻(xiàn)胃癌Hsa＿circ＿0001649Hsa＿circ＿0000181Hsa＿circ＿002059Li，WH．，etal．(2017)[40]Zhao，Q．，etal．(2017)[30]Li，P．，etal．(2015)[21]胃炎Hsa＿circ＿0000190Hsa＿circ＿0006633Chen，S．，etal．(2017)[32]Lu，R．，etal．(2017)[22]糖尿病Hsa＿circ＿0054633Hsa?circRNA11783?2Zhao，Z．，etal．(2017)[41]Li，X．，etal．(2017)[38]子癇CircRNA＿101222Zhang，Y．G．，etal．(2016)[42]冠心病Hsa＿circ＿0124644Hsa?circRNA11783?2Zhao，Z．，etal．(2017)[43]Li，X．，etal．(2017)[38]心力衰竭M(jìn)ICRAVausort，M．，etal．(2016)[39]頸動(dòng)脈斑塊破裂高血壓病CircRNA?284Hsa＿circ＿0005870Bazan，HA．，etal．(2017)[44]Wu，N．，etal．(2017)[45]

5　小結(jié)與展望

目前臨床上對(duì)一些疾病的診斷往往需要組織病理來確診，但對(duì)于一些深部組織病變，如神經(jīng)組織、肝脾組織、心肺組織往往難以獲取，需要有創(chuàng)檢查，對(duì)身體可造成傷害。而對(duì)于一些進(jìn)展緩慢的慢性病或惡性疾病，疾病的早期診斷至關(guān)重要。所以臨床上迫切需要一種無創(chuàng)的、可以早期發(fā)現(xiàn)疾病變化的診斷方法。環(huán)狀RNA參與疾病的調(diào)控，在不同時(shí)間、不同組織及病變不同階段有特異性表達(dá),有可能成為一種新型生物診斷標(biāo)記物。血液中的環(huán)狀RNA主要存在于外泌體中，并以外泌體為載體運(yùn)輸，受外泌體脂質(zhì)分子的保護(hù)，在血液標(biāo)本中穩(wěn)定存在，由于外泌體可以穿透血腦屏障，神經(jīng)組織病變釋放的環(huán)狀RNA可以在外周血檢測(cè)，目前已在多種疾病中檢測(cè)出相關(guān)環(huán)狀RNA。隨著人們對(duì)不同來源的環(huán)狀RNA的進(jìn)一步了解，環(huán)狀RNA在臨床應(yīng)用前景會(huì)更加廣泛。

[參考文獻(xiàn)]

[2] LI Y,ZHENG Q,BAO C,et al.Circular RNA is enriched and stable in exosomes:a promising biomarker for cancer diagnosis[J].Cell Res,2015,25(8):981-984.

[3] JECK W R,SORRENTINO J A,WANG K,et al.Circular RNAs are abundant,conserved,and associated with ALU repeats[J].RNA (New York,NY),2013,19(2):141-157.

[5] ZHANG Y,ZHANG X O,CHEN T,et al.Circular intronic long noncoding RNAs[J].Mol cell,2013,51(6):792-806.

[9] IVANOV A,MEMCZAK S,WYLER E,et al.Analysis of intron sequences reveals hallmarks of circular RNA biogenesis in animals[J].Cell Rep,2015,10(2):170-177.

[14] LUDWIG A K,GIEBEL B.Exosomes:small vesicles participating in intercellular communication[J].Int J Biochem Cell Biol,2012,44(1):11-15.

[16] JAN A T,MALIK M A,RAHMAN S,et al.Perspective insights of exosomes in neurodegenerative diseases:A critical appraisal[J].Front Aging Neurosci,2017,9：317.

[19] QIN M,LIU G,HUO X,et al.Hsa_circ_0001649:A circular RNA and potential novel biomarker for hepatocellular carcinoma[J].Cancer Biomark,2016,16(1):161-169.

[21] LI P,CHEN S,CHEN H,et al.Using circular RNA as a novel type of biomarker in the screening of gastric cancer[J].Clin Chim Acta,2015,444：132:136.

[22] LU R,SHAO Y,YE G,et al.Low expression of hsa_circ_0006633 in human gastric cancer and its clinical significances[J].Tumour Biol,2017,39(6):1010428317704175.

[23] QIAN Y,LU Y,RUI C,et al.Potential significance of circular RNA in human placental tissue for patients with preeclampsia[J].Cell Physiol Biochem,2016,39(4):1380-1390.

[24] DU W W,YANG W,CHEN Y,et al.Foxo3 circular RNA promotes cardiac senescence by modulating multiple factors associated with stress and senescence responses[J].Eur Heart J,2016

[29] MEMCZAK S,PAPAVASILEIOU P,PETERS O,et al.Identification and characterization of circular RNAs as a new class of putative biomarkers in human blood[J].PloS One,2015,10(10):e0141214.

[30] ZHAO Q,CHEN S,LI T,et al.Clinical values of circular RNA 0000181 in the screening of gastric cancer[J].J Clin Lab Anal,2017

[33] 宋新強(qiáng).類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎患者外周血環(huán)狀RNA表達(dá)譜研究[J].中華風(fēng)濕病學(xué)雜志,2016,20(8):

[36] MIAO R,WANG Y,WAN J,et al.Microarray expression profile of circular RNAs in chronic thromboembolic pulmonary hypertension[J].Medicine,2017,96(27):e7354.

[40] LI W H,SONG Y C,ZHANG H,et al.Decreased expression of Hsa_circ_00001649 in gastric cancer and Its clinical significance[J].Dis markers,2017,2017：4587698.

[43] ZHAO Z,LI X,GAO C,et al.Peripheral blood circular RNA hsa_circ_0124644 can be used as a diagnostic biomarker of coronary artery disease[J].Sci Rep，2017,7：39918.