環(huán)狀RNA在人類生殖妊娠方面的研究進(jìn)展

趙一燕 鞠捷 孔祥

[摘要]環(huán)狀RNA（circRNA）是一種自然存在于生物體內(nèi)，呈共價(jià)閉合環(huán)狀結(jié)構(gòu)的內(nèi)源性非編碼RNA（ncRNA），具有調(diào)控基因表達(dá)的重要生物學(xué)作用。其通過(guò)作為微小RNA（miRNA）在環(huán)狀RNA-miRNA-mRNA軸中發(fā)揮作用，調(diào)節(jié)可變剪接以及親本基因表達(dá)。近年來(lái)隨著技術(shù)的發(fā)展，人們逐漸發(fā)現(xiàn)了具有獨(dú)特生物學(xué)特性的環(huán)狀RNA在臨床疾病預(yù)測(cè)、早期干預(yù)及診斷治療等方面具有廣闊的發(fā)展空間，成為近年的研究熱點(diǎn)。但環(huán)狀RNA在婦產(chǎn)科非腫瘤方面研究相對(duì)較少，故本文簡(jiǎn)要介紹環(huán)狀RNA并對(duì)其在人類生殖與妊娠方面非腫瘤相關(guān)疾病的研究進(jìn)展進(jìn)行概述。

[關(guān)鍵詞]環(huán)狀RNA;生殖;妊娠;復(fù)發(fā)性流產(chǎn);產(chǎn)前診斷

[中圖分類號(hào)] R714? ? ? ? ? [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A? ? ? ? ? [文章編號(hào)] 1674-4721（2020）7（a）-0022-05

Research progress of circular RNA in the area of reproduction and pregnancy

ZHAO Yi-yan1，2? ?JU Jie1，3? ?KONG Xiang1，3▲

1. Department of Obstetrics and Gynecology， Northern Jiangsu People′s Hospital， Jiangsu Province， Yangzhou? ?225001， China; 2. School of Graduate， Dalian Medical University， Liaoning Province， Dalian? ?116044， China; 3. Yangzhou University Medical College， Jiangsu Province， Yangzhou? ?225001， China

[Abstract] Circular RNA is an endogenous no-coding RNA （ncRNA） that naturally exists in living organisms and has a covalently closed loop structure. It plays an important role in the regulation of gene expression. It acts as microRNA （miRNA） in the circular RNA-miRNA-mRNA axis， regulating alternative splicing and parental gene expression. With the development of technology in recent years， people have gradually discovered that circular RNA with unique biological characteristics has broad development and application space in clinical disease prediction， early intervention and diagnosis and treatment， and has become a research focus in recent years. However， circular RNA is relatively rare in non-tumor obstetrics and gynecology diseases. Therefore， circular RNA is briefly introduced and its research progress in non-tumor related diseases in human reproduction and pregnancy is briefly summary in this article.

[Key words] Circular RNA; Reproduction; Pregnancy; Recurrent spontaneous abortion; Prenatal diagnosis

新進(jìn)入人們視野的環(huán)狀RNA廣泛存在于真核細(xì)胞質(zhì)中，是具有調(diào)控基因表達(dá)作用的內(nèi)源性非編碼RNA分子。不同于以線性拼接方式形成的RNA，環(huán)狀RNA呈閉合環(huán)狀結(jié)構(gòu)，無(wú)5′端帽子和3′端尾巴。人們最早從病毒及類病毒中得到對(duì)環(huán)狀RNA認(rèn)知[1]，但早期的研究者認(rèn)為環(huán)狀RNA是RNA產(chǎn)生過(guò)程中發(fā)生了錯(cuò)誤的剪接而形成的，無(wú)明確的生物學(xué)功能，從而使其未得到重視和充分的研究[2]。隨著近年來(lái)高通量測(cè)序技術(shù)的發(fā)展，環(huán)狀RNA不斷從各種真核生物細(xì)胞中被發(fā)現(xiàn)[3-4]，使人們不斷對(duì)其功能進(jìn)行深入研究。因其特殊的生物學(xué)特性，環(huán)狀RNA在疾病的發(fā)生發(fā)展機(jī)制及早期診斷方面成為近年來(lái)的熱點(diǎn)研究項(xiàng)目[5]。目前環(huán)狀RNA在人類生殖與妊娠方面的相關(guān)研究較腫瘤相關(guān)疾病要少的多，因此本文將簡(jiǎn)要介紹環(huán)狀RNA的形成、特性及生物學(xué)功能，并重點(diǎn)著眼于環(huán)狀RNA在不孕癥輔助生殖、復(fù)發(fā)性流產(chǎn)（recurrent spontaneous abortion，RSA）、妊娠合并癥及產(chǎn)前診斷中的相關(guān)研究及應(yīng)用前景。

1環(huán)狀RNA簡(jiǎn)介

1.1環(huán)狀RNA的形成

環(huán)狀RNA的產(chǎn)生機(jī)制及過(guò)程尚未徹底明確，其目前主要可分為五類，包括外顯子來(lái)源的環(huán)狀RNA（ecircRNAs）、內(nèi)含子來(lái)源的環(huán)狀RNA（ElciRNAs）、環(huán)狀基因組間RNA（包括類病毒和丁型肝炎病毒）、RNA加工過(guò)程中的環(huán)狀RNA中間產(chǎn)物（tRNA或rRNA加工過(guò)程中的中間體）、具有持家基因功能的環(huán)狀RNA（ciRNAs）（RnaseP或某些snoRNA）[6]。在環(huán)狀RNA的形成機(jī)制上，最早由Jeck等[7]提出RNA成環(huán)模型，即套索驅(qū)動(dòng)環(huán)化和固有配對(duì)環(huán)化。環(huán)狀RNA分子主要是由反向拼接形成，即下游外顯子與上游外顯子反方向拼接在一起形成環(huán)狀轉(zhuǎn)錄物。此外，環(huán)狀RNA還有另一種形成模式，即依賴于RNA結(jié)合蛋白。剪接因子Quaking（QKI）[8]和Muscleblind（MBL）[9]，作為連接2個(gè)側(cè)翼內(nèi)含子相互靠近的橋梁促進(jìn)環(huán)狀RNA形成。因此推測(cè)RNA結(jié)合蛋白在RNA環(huán)化過(guò)程中起重要作用，通過(guò)互補(bǔ)序列橋梁和抑制典型拼接促進(jìn)環(huán)化。以上為可能性較大的學(xué)說(shuō)，環(huán)狀RNA具體形成機(jī)制仍需進(jìn)一步研究證實(shí)。

2.3環(huán)狀RNA與RSA

RSA是生殖醫(yī)學(xué)研究中的重要課題之一，美國(guó)生殖醫(yī)學(xué)學(xué)會(huì)將≥2次的妊娠失敗定義為RSA[30]。導(dǎo)致RSA的因素并不完全明確，基因表達(dá)異常是發(fā)生RSA的重要因素，故環(huán)狀RNA在RSA的病因及發(fā)病機(jī)制的深入研究中有著重要的作用。Qian等[31]對(duì)RSA孕婦與正常孕婦的絨毛膜組織中的環(huán)狀RNA表達(dá)進(jìn)行差異性分析，結(jié)果顯示，hsa_circ_104948、hsa_circ_ 104547等8種環(huán)狀RNA在兩組之間有顯著的差異性表達(dá)，進(jìn)一步分析表明，絨毛中環(huán)狀RNA的差異性表達(dá)可能與其充當(dāng)miRNA調(diào)節(jié)靶基因的表達(dá)水平的功能相關(guān)。目前對(duì)與RSA相關(guān)的環(huán)狀RNA的研究較少，未來(lái)仍有廣闊的研究空間。

3環(huán)狀RNA與妊娠

3.1妊娠合并癥

臨床產(chǎn)科常見的妊娠合并癥有妊娠期糖尿病（gestation diabetes mellitus，GDM）、妊娠合并高血壓疾病、胎盤異常等，嚴(yán)重的妊娠合并癥可導(dǎo)致不良的妊娠結(jié)局，甚至威脅母兒生命。以環(huán)狀RNA的生物學(xué)特性在未來(lái)有可能用于早期預(yù)測(cè)妊娠合并癥的發(fā)生，從而指導(dǎo)臨床工作者得以提前預(yù)防或干預(yù)。子癇前期（preeclampsia，PE）具有發(fā)病迅速、病情進(jìn)展快等特點(diǎn)，在妊娠合并高血壓疾病中是造成不良母兒結(jié)局較多的一種[32]，有多項(xiàng)研究[33-35]從患有PE孕婦的血細(xì)胞或胎盤組織中篩選與正常孕婦組表達(dá)差異較大的環(huán)狀RNA，而Zhang等[34]發(fā)現(xiàn)12種環(huán)狀RNA呈現(xiàn)明顯的差異性表達(dá)，其中hsa_circ_101222的表達(dá)差異更是高達(dá)10倍左右，提示其可能作為PE的診斷標(biāo)志物以輔助臨床，但Prefumo[36]也提出距離環(huán)狀RNA正式進(jìn)入臨床作為檢測(cè)指標(biāo)還有很多的困難需要克服。

GDM是指妊娠期首次發(fā)生任何程度的由糖耐量異常引起的高血糖，在中國(guó)的發(fā)病率高達(dá)14.8%[37]，其具體原因及發(fā)病機(jī)制尚未明確，可能與遺傳、胰島素分泌等因素有關(guān)。近年有研究[38]通過(guò)檢測(cè)孕婦外周血中環(huán)狀RNA豐度表達(dá)發(fā)現(xiàn)，GDM孕婦和正常孕婦有2678個(gè)差異表達(dá)倍數(shù)>2.0的環(huán)狀RNA，其中hsa_circ_0042852、hsa_circ_0004001兩種環(huán)狀RNA及其參與的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)與調(diào)節(jié)能量代謝的信號(hào)通路相關(guān)，提示了環(huán)狀RNA可能參與調(diào)控GDM發(fā)病機(jī)制的某些代謝環(huán)節(jié)。Yan等[39]發(fā)現(xiàn)GDM孕婦胎盤絨毛中227種環(huán)狀RNA表達(dá)顯著增高，255種明顯降低，并存在大量的GDM發(fā)病相關(guān)的miRNA結(jié)合位點(diǎn)，提示環(huán)狀RNA的異常表達(dá)可能與GDM的發(fā)生相關(guān)。還有研究[40]檢測(cè)出GDM孕婦胎盤組織中有46個(gè)環(huán)狀RNA差異表達(dá)明顯，分析結(jié)果提示這些環(huán)狀RNA的來(lái)源基因與內(nèi)分泌抵抗以及晚期糖基化終產(chǎn)物受體通路（AGE-RAGE）有關(guān)，在多種糖尿病并發(fā)癥中發(fā)揮重要作用，并與GDM的不良妊娠結(jié)局密切相關(guān)。

3.2產(chǎn)前診斷

胚胎發(fā)育是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，環(huán)狀RNA在胚胎發(fā)育過(guò)程中可能具有獨(dú)特而重要的功能，可作為研究胚胎發(fā)育不同階段的標(biāo)志物。Xu等[41]的研究系統(tǒng)檢測(cè)出了胎兒與成人各類組織中含有的環(huán)狀RNA表達(dá)水平并不相同。而在人類胎兒腦部的發(fā)育期間，環(huán)狀RNA在某些特殊區(qū)域富集較為明顯[42]。在臨床應(yīng)用中，隨著轉(zhuǎn)錄組測(cè)序（RNA-seq）技術(shù)的發(fā)展，以體液中的環(huán)狀RNA作為檢測(cè)指標(biāo)具有較強(qiáng)的發(fā)展?jié)摿翱刹僮餍浴Ｄ壳皯?yīng)用廣泛的產(chǎn)前篩查主要使用全基因組測(cè)序?qū)W方法來(lái)研究人類三體征（包括13-三體、18-三體和21-三體綜合征），以鑒定這些特定非整倍性染色體中的每一個(gè)基因表達(dá)特征。林南新等[43-44]研究得到了13-三體綜合征患者臍帶血或母血中差異表達(dá)的環(huán)狀RNA，并推測(cè)hsa_circ_0002473、hsa_circ_0005 651等環(huán)狀RNA及其靶基因可能成為13-三體綜合征無(wú)創(chuàng)性產(chǎn)前篩查診斷的新生物標(biāo)志物;而hsa_circ_0001649可能成為18-三體綜合征潛在的新標(biāo)志物[45]。常燕[46]的研究顯示hsa_circ_103112在21-三體綜合征患兒的臍帶血及其母體外周血均有顯著差異性表達(dá)，其靶基因USP25也與臨床癥狀的產(chǎn)生有關(guān)，可能成為21-三體綜合征的臨床標(biāo)志物。

4小結(jié)與展望

因環(huán)狀RNA擁有廣泛性、穩(wěn)定性、特異性等生物學(xué)特性且具有調(diào)控基因表達(dá)的重要功能，近年來(lái)逐漸成為生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，但目前僅少量研究環(huán)狀RNA與人類生殖及妊娠相關(guān)。隨著生物信息及測(cè)序技術(shù)的發(fā)展，環(huán)狀RNA在人類繁衍、優(yōu)生優(yōu)育方面具有廣闊的研究?jī)r(jià)值及發(fā)展前景。

環(huán)狀RNA可以被分泌至細(xì)胞外環(huán)境中，可通過(guò)臨床普遍檢測(cè)標(biāo)本如血液、尿液、分泌物等檢測(cè)出來(lái)，用于臨床診斷或研究較為方便。目前的相關(guān)研究主要流程為找出患病組較正常組獨(dú)特上調(diào)或下降表達(dá)的某些環(huán)狀RNA，構(gòu)建環(huán)狀RNA-miRNA-mRNA相關(guān)網(wǎng)絡(luò)，并分析其與某些蛋白或信號(hào)通路的關(guān)聯(lián)，從而揭示疾病的病理發(fā)病機(jī)制并期望以之作為生物標(biāo)志物應(yīng)用于臨床早期預(yù)測(cè)干預(yù)以及治療。但如何從大量差異表達(dá)的環(huán)狀RNA中較為準(zhǔn)確地篩選出與目標(biāo)疾病相關(guān)聯(lián)的某一個(gè)或幾個(gè)還是目前亟待改善的問(wèn)題，實(shí)驗(yàn)室的研究成果距離臨床應(yīng)用亦有很長(zhǎng)的一段路要走，尚需生物技術(shù)與器材的繼續(xù)發(fā)展和對(duì)基因調(diào)控研究的繼續(xù)深入。研究人員對(duì)已知的差異調(diào)控的環(huán)狀RNA進(jìn)行深入挖掘及大數(shù)據(jù)分析可能促進(jìn)環(huán)狀RNA與疾病關(guān)系的進(jìn)一步確定，從而加快臨床應(yīng)用的步伐，這需要研究者們的共同努力。

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（收稿日期：2020-01-02）