環(huán)狀RNA在缺血-再灌注損傷中的研究進(jìn)展

李麗，欒軍軍，周華

（中國醫(yī)科大學(xué)附屬盛京醫(yī)院腎內(nèi)科，沈陽 110004）

缺血-再灌注（ischemia/reperfusion，I/R）損傷是組織或器官在缺血缺氧損傷發(fā)生后，由于恢復(fù)供血供氧使原有組織損傷加重的過程［1］。臨床上常見于急性冠脈綜合征、休克、腦卒中、急性腎損傷、體外循環(huán)手術(shù)與器官移植等［2］。但是其分子生物學(xué)發(fā)生機(jī)制仍不十分清楚。目前I/R損傷的研究多聚焦于心臟和腦組織，其他器官的I/R損傷研究報(bào)道鮮見。環(huán)狀RNA、微RNA（microRNA，miRNA）和mRNA之間的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)是近年來的研究熱點(diǎn)。利用基因本體（gene ontology，GO）數(shù)據(jù)庫及京都基因和基因組數(shù)據(jù)庫（Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes，KEGG）分析有助于發(fā)現(xiàn)I/R損傷的治療新靶點(diǎn)和新策略。本文對(duì)環(huán)狀RNA在I/R中的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 心臟與環(huán)狀RNA

I/R損傷是最常見的心血管疾病病理類型，常見于血管成形術(shù)、心臟移植、溶栓、體外循環(huán)手術(shù)和冠脈搭橋等。目前，環(huán)狀RNA在I/R損傷的機(jī)制研究主要集中在調(diào)節(jié)自噬和細(xì)胞死亡（凋亡、壞死、焦亡等細(xì)胞死亡形式）［3］，例如，環(huán)狀RNA Cdr1as是第1個(gè)在心肌梗死中被報(bào)告的環(huán)狀RNA，在I/R處理的小鼠心臟組織中circ Cdr1as表達(dá)上調(diào)，通過海綿miR-7促進(jìn)心肌細(xì)胞凋亡，增加心肌梗死面積。circ Cdr1as被認(rèn)為是治療心肌梗死的新靶點(diǎn)［4］。自噬機(jī)制在I/R損傷中發(fā)揮重要作用。ZHOU等［5］研究發(fā)現(xiàn)，mmu_circRNA_006636 在I/R損傷中表達(dá)下調(diào)，并通過調(diào)節(jié)自噬相關(guān)基因Pink1抑制心肌細(xì)胞自噬。過表達(dá)circPAN3可顯著抑制心肌細(xì)胞自噬，減少心肌細(xì)胞凋亡［6］。治療性血管生成的目的在于誘導(dǎo)和促進(jìn)缺血周圍正常組織血管生成或建立側(cè)支循環(huán)［7］，成為缺血性心臟病的治療方法之一，CHANG等［8］在人冠狀動(dòng)脈內(nèi)皮細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)circ-100338表達(dá)顯著下調(diào)，并通過海綿miR-200a-3p誘導(dǎo)I/R損傷后的血管生成。

2 腦與環(huán)狀RNA

腦I/R損傷也是常見的臨床病理過程，腦組織對(duì)I/R特別敏感［9］。研究［10］發(fā)現(xiàn)腦I/R 48 h后，有1 027種環(huán)狀RNA呈顯著差異性表達(dá)。其中914種環(huán)狀RNA顯著上調(diào)，113種環(huán)狀RNA顯著下調(diào)。凋亡是腦I/R損傷中神經(jīng)元死亡的一種主要形式，目前所研究的環(huán)狀RNA大多與細(xì)胞凋亡相關(guān)。circ-HECTD1在腦I/R損傷中研究較多，抑制或敲除circ-HECTD1可以抑制星形膠質(zhì)細(xì)胞激活，減小腦梗死面積和神經(jīng)元凋亡［11］。circTLK1通過海綿miR-335-3p 調(diào)節(jié)TIPARP蛋白的表達(dá)，促進(jìn)神經(jīng)元損傷。生信分析在腦I/R損傷中應(yīng)用廣泛，ZHANG等［12］的研究發(fā)現(xiàn)，circcamk4在小鼠大腦I/R模型處理的神經(jīng)元細(xì)胞中表達(dá)顯著升高，通過KEGG分析來預(yù)測(cè)涉及circ-camk4的通路包括谷氨酸能突觸通路、MAPK信號(hào)通路和凋亡信號(hào)通路，所有這些通路都參與了I/R后的腦損傷。提示circ-camk4可能在腦I/R損傷進(jìn)展中發(fā)揮關(guān)鍵作用。

3 肝臟與環(huán)狀RNA

肝I/R損傷是肝切除、肝移植等手術(shù)過程中發(fā)生肝損傷的重要原因，是肝移植后移植物功能障礙和肝衰竭的主要原因［13］。缺血預(yù)適應(yīng)（ischemic preconditioning，IPC）和缺血后處理（ischemic postconditioning，IPO）是目前已知的2種可以減輕肝I/R損傷的干預(yù)手段［14-15］，但作用機(jī)制尚不明確。2018年，YE等［16］首次在肝I/R小鼠中檢測(cè)出環(huán)狀RNA的差異性表達(dá)，并通過KEGG分析發(fā)現(xiàn)Hippo信號(hào)通路可能與環(huán)狀RNA差異性表達(dá)相關(guān)，為肝I/R損傷治療提供了新的潛在靶點(diǎn)，但該研究未提及環(huán)狀RNA的作用機(jī)制。ZHANG等［17］首次鑒定了環(huán)狀RNA在肝I/R損傷中的表達(dá)譜，探討了環(huán)狀RNA在IPO保護(hù)機(jī)制中的作用。并在體外試驗(yàn)中證明mmu_circRNA_005186通過“海綿”miR-124-3p調(diào)節(jié)Epha2的表達(dá)，減輕炎癥反應(yīng)。提示該通路可能成為減輕肝I/R損傷的又一新的治療靶點(diǎn)。近期，TIAN等［18］首次系統(tǒng)檢測(cè)了肝I/R損傷和IPC干預(yù)后差異性表達(dá)的環(huán)狀RNA，環(huán)狀RNA的變化和IPC之間的潛在相關(guān)性，為IPC對(duì)肝I/R損傷的保護(hù)作用機(jī)制提供了新線索。circRNA_010498是IPC和IPO數(shù)據(jù)的交集，并且在IPC和IPO干預(yù)中都顯示了肝保護(hù)作用，提示其可能成為具有研究價(jià)值的環(huán)狀RNA。

4 腎臟與環(huán)狀RNA

腎I/R損傷是急性腎損傷的主要病理狀態(tài)。在I/R誘導(dǎo)的急性腎損傷中，由于大量的氧氣和營養(yǎng)物質(zhì)輸送到腎小管上皮細(xì)胞，引起細(xì)胞凋亡、炎癥反應(yīng)和壞死。在人腎皮質(zhì)近曲小管上皮細(xì)胞（human kidney-2，HK-2）缺氧/復(fù)氧損傷模型中，circ_0023404表達(dá)上調(diào)，并通過海綿miR-136激活I(lǐng)L-6受體，促進(jìn)炎性細(xì)胞因子分泌和氧化應(yīng)激，誘發(fā)凋亡，加重HK-2細(xì)胞損傷［19］。而circ YAP1作為miRNA-21的海綿，可以減少活性氧及炎性細(xì)胞因子的產(chǎn)生，保護(hù)HK-2細(xì)胞免受I/R誘導(dǎo)的損傷［20］。除此之外，在I/R大鼠模型中，circ-AKT3通過海綿miR-144增加Wnt/β-catenin通路蛋白水平，促進(jìn)細(xì)胞凋亡。同時(shí)促進(jìn)氧化應(yīng)激加重腎I/R損傷［21］。另外，在I/R誘導(dǎo)的AKI大鼠模型的腎組織中，應(yīng)用血管緊張素轉(zhuǎn)換酶抑制劑氯沙坦進(jìn)行預(yù)處理，可以有效抑制腎小管上皮細(xì)胞腫脹、腎間質(zhì)出血、炎癥細(xì)胞浸潤和細(xì)胞凋亡等急性腎損傷改變。并且在I/R大鼠腎臟中存在廣泛的環(huán)狀RNA差異性表達(dá)，其中，circ-Dnmt3a、circ-Akt3、circ-Plekha7和and circ-Me1表達(dá)下調(diào)，經(jīng)氯沙坦預(yù)處理可逆轉(zhuǎn)這些差異表達(dá)［22］。雖然這些研究獲得了一些有價(jià)值的結(jié)果，但對(duì)于I/R導(dǎo)致腎損傷的分子機(jī)制及治療靶點(diǎn)的研究仍十分有限。

5 腸與環(huán)狀RNA

腸I/R損傷的作用機(jī)制相當(dāng)復(fù)雜，到目前為止尚未完全明確。越來越多的研究［23］證明氧化應(yīng)激是腸I/R損傷的重要機(jī)制。p66Shc蛋白主要存在于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和線粒體中，是活性氧生成的關(guān)鍵調(diào)控因子，參與細(xì)胞凋亡和氧化應(yīng)激，在心肌I/R損傷及腦損傷中均有報(bào)道［24-25］，但其上游的調(diào)控機(jī)制并不清楚。2018年，F(xiàn)ENG等［26］首次全面描述了環(huán)狀RNA在腸I/R損傷小鼠模型中的表達(dá)譜，為腸I/R損傷機(jī)制提供了新的線索。該研究發(fā)現(xiàn)，腸I/R損傷小鼠模型中上調(diào)的環(huán)狀RNA有4個(gè)，下調(diào)的環(huán)狀RNA有58個(gè)。近期，該團(tuán)隊(duì)在體內(nèi)和體外實(shí)驗(yàn)中，證實(shí)了circ-PRKCB可以通過海綿miR-339-5p調(diào)節(jié)p66Shc蛋白的表達(dá)。沉默circ-PRKCB可顯著下調(diào)p66Shc表達(dá)，抑制活性氧生成，并顯著降低氧化應(yīng)激水平，減輕腸I/R損傷。同時(shí)，在人缺血腸組織中同樣發(fā)現(xiàn)circ-PRKCB表達(dá)上調(diào)，并與p66Shc表達(dá)呈正相關(guān)，進(jìn)一步完善了p66Shc在腸I/R損傷中調(diào)節(jié)氧化應(yīng)激的作用機(jī)制［27］。

6 視網(wǎng)膜與環(huán)狀RNA

視網(wǎng)膜I/R損傷是導(dǎo)致視力下降和損害的主要原因。YAO等［28］在近期的研究中首次揭示了環(huán)狀RNA在視網(wǎng)膜I/R損傷中的整體表達(dá)譜。在小鼠視網(wǎng)膜I/R損傷模型中鑒定出1 265個(gè)差異性表達(dá)的環(huán)狀RNA，其中，mmu_circ_0004845表達(dá)顯著上調(diào)，沉默mmu_circ_0004845可以減少視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞凋亡，增加細(xì)胞活性，抑制視網(wǎng)膜神經(jīng)退行性變。該研究為視網(wǎng)膜I/R損傷的發(fā)病機(jī)制提供了新的視角，同時(shí)也提供了一個(gè)潛在的治療靶點(diǎn)。

7 展望

隨著高通量RNA測(cè)序和環(huán)狀RNA特異性計(jì)算工具方面的進(jìn)展，環(huán)狀RNA的功能及作用也不斷被發(fā)現(xiàn)。環(huán)狀RNA在體內(nèi)廣泛表達(dá)，并呈現(xiàn)特有的生物學(xué)功能，使其具有作為疾病的生物標(biāo)志物和治療靶點(diǎn)的潛力［29］。在治療方面，已有應(yīng)用細(xì)胞外囊泡技術(shù)將環(huán)狀RNA運(yùn)送到器官及組織中治療I/R損傷的報(bào)道，并取得一定進(jìn)展［30］。隨著科技的不斷進(jìn)步，將更深入地了解環(huán)狀RNA在I/R損傷中的作用機(jī)制，為臨床診斷及治療提供依據(jù)。