雷 靜 劉 穎 何 平 劉大軍

環(huán)狀核糖核酸(circRNA)是一種內(nèi)源性非編碼RNA,其3’和5’端共價閉合組成連續(xù)的環(huán)狀結(jié)構(gòu)[1]。circRNA通過外顯子、內(nèi)含子及轉(zhuǎn)運(yùn)RNA(transfer RNA,t-RNA)等從頭到尾剪接形成,廣泛存在于真核細(xì)胞中,其具有許多微RNA(microRNA,miRNA)結(jié)合位點(diǎn),可作為分子“海綿”吸附miRNA以發(fā)揮作用。例如,小腦變性相關(guān)蛋白1反義轉(zhuǎn)錄物(cerebellar degeneration-related protein 1 antisense transcript,CDR1as)含有超過70個miRNA-7的結(jié)合位點(diǎn),通過與miRNA-7結(jié)合,可以顯著降低miRNA-7的活性[2]。除了作為miRNA的“海綿”以外,circRNA還可通過miRNA應(yīng)答元件(miRNA response element,MRE)與miRNA結(jié)合,影響miRNA介導(dǎo)的靶基因在轉(zhuǎn)錄后水平沉默,調(diào)節(jié)mRNA的表達(dá)進(jìn)而調(diào)控功能蛋白質(zhì)的翻譯,因此也被稱為競爭性內(nèi)源性RNA(competitive endogenous RNA,ceRNA)。ceRNA參與許多腎臟疾病的發(fā)生、發(fā)展,如急性腎損傷、狼瘡性腎炎(lupus nephritis,LN)等[3]。此外,circRNA也可作為RNA聚合酶Ⅱ(RNA polymerase Ⅱ,PolⅡ)轉(zhuǎn)錄的正調(diào)控因子,促進(jìn)基因的表達(dá)。因此,circRNA作為轉(zhuǎn)錄及轉(zhuǎn)錄后調(diào)節(jié)因子,在細(xì)胞中可刺激或抑制內(nèi)源性miRNA的表達(dá)。另外,circRNA作為單鏈RNA,還可以與目標(biāo)RNA的3’-非翻譯區(qū)(3’-untranslated region,3’-UTR)結(jié)合以調(diào)節(jié)其表達(dá),以及參與較大的RNA或蛋白復(fù)合物的組裝[4-6]。一些circRNA還可作為信使RNA(mRNA)指導(dǎo)蛋白質(zhì)的翻譯[7]。因此,circRNA對miRNA相關(guān)性疾病具有調(diào)控作用。

目前,臨床上對于腎小球疾病的診斷主要依靠腎穿刺活組織檢查(活檢),然而腎活檢為侵入性檢查,風(fēng)險大,易出血,而且難以多次重復(fù)檢查。隨著二代測序等技術(shù)的發(fā)展,越來越多的研究報道,circRNA參與IgA腎病(IgA nephropathy,IgAN)、特發(fā)性膜性腎病(idiopathic membranous nephropathy,IMN)、局灶節(jié)段性腎小球硬化(focal segmental glomerulosclerosis,FSGS)、LN和糖尿病腎病(diabetic nephropahy,DN)等腎小球疾病的發(fā)生、發(fā)展,或可提供潛在的診斷標(biāo)志物及治療靶點(diǎn)。因此,從circRNA的角度研究腎小球疾病的發(fā)病機(jī)制及治療方案具有重要意義。

1 circRNA與原發(fā)性腎小球疾病

1.1 circRNA與IgAN IgAN是一種常見的免疫復(fù)合物介導(dǎo)的腎小球腎炎,約占腎小球疾病中的40%[8]。IgAN的病理機(jī)制主要為去糖基化IgA1(galactose-deficient IgA1,Gd-IgA1)的異常合成,Gd-IgA1可單獨(dú)或形成免疫復(fù)合物沉積在腎臟系膜區(qū),造成系膜細(xì)胞的增生和間質(zhì)沉積,導(dǎo)致腎臟纖維化[9]。有研究[3]篩選出IgAN患者與健康對照者血清中差異表達(dá)的circRNA、miRNA和mRNA,并構(gòu)建了circRNA-miRNA-mRNA的ceRNA網(wǎng)絡(luò),經(jīng)生物信息學(xué)分析發(fā)現(xiàn),相關(guān)基因通過參與含氮化合物代謝過程、cAMP反應(yīng)元件蛋白結(jié)合過程,以及乙型肝炎、朊病毒和人T細(xì)胞白血病病毒1感染等過程參與IgAN的疾病進(jìn)展,其中hsa_circ_04621表達(dá)下調(diào),涉及NOD樣受體信號通路;hsa_circ_04978表達(dá)上調(diào),涉及礦物質(zhì)吸收途徑;circRNA0002366表達(dá)下調(diào),涉及免疫反應(yīng)中的中性粒細(xì)胞激活;circRNA3302表達(dá)上調(diào),涉及細(xì)胞對銅離子的反應(yīng)。這為研究IgAN的潛在發(fā)病機(jī)制提供了一種新的觀點(diǎn)。此外,有研究者對IgAN的其他體液中差異表達(dá)的circRNA進(jìn)行了研究。外泌體是由許多不同類型的細(xì)胞產(chǎn)生的囊泡,參與細(xì)胞間的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)。外泌體攜帶多種不同的物質(zhì),如細(xì)胞因子和miRNA等,被認(rèn)為是疾病的生物標(biāo)志物和預(yù)測預(yù)后的生物因子。Luan等[10]在IgAN患者尿液外泌體中發(fā)現(xiàn)了476個差異表達(dá)的circRNA,其中有450個上調(diào),如chrY:13464932-13479648-、chr18:107887-108499+、chr8:4533990-4534156-等。chrY:13464932-13479648-和chr18:107887-108499+參與miRNA-148b的表達(dá)調(diào)控,而miRNA-148b過表達(dá)能夠使core 1 β-1,3半乳糖轉(zhuǎn)移酶1(core 1 beta1,3-galactosyltransferase,C1GALT1)的內(nèi)源性表達(dá)顯著降低,使IgA1糖基化發(fā)生異常[11];chr8:4533990-4534156-可能同時作為miRNA-29c和miRNA-29b的miRNA“海綿”抑制miRNA-29的表達(dá),miRNA-29b/miRNA-29c可通過抑制Ⅲ型膠原蛋白α1抑制纖維化,因此,上述過表達(dá)的circRNA會加重腎小管間質(zhì)纖維化程度。這些結(jié)果均提示circRNA參與IgAN的發(fā)生與發(fā)展,因此有希望通過抗circRNA藥物來靶向抑制酶的水平以治療IgAN[10]。

1.2 circRNA與IMN IMN的病理特征是大量的免疫復(fù)合物沉積在上皮細(xì)胞下,以及沿著腎小球毛細(xì)血管環(huán)周邊的免疫球蛋白(Ig)G和補(bǔ)體顆粒沉積。其發(fā)病機(jī)制主要是由于補(bǔ)體激活及足細(xì)胞膜上特異性抗體抗磷脂酶A2受體、Ⅰ型血小板域蛋白7A等形成免疫復(fù)合物。近些年來,關(guān)于IMN的病理生理機(jī)制研究已深入至基因和分子水平。有研究[12]發(fā)現(xiàn),與正常人相比,IMN患者外周血中circ_101319表達(dá)顯著上調(diào),circ_101319與miRNA-135a和miRNA-135b有許多結(jié)合位點(diǎn),可調(diào)控miRNA-135家族的表達(dá),而miRNA-135a和miRNA-135b的過表達(dá)會激活Wnt/β-catenin信號通路,并誘導(dǎo)小鼠腎足細(xì)胞中β-聯(lián)蛋白(β-catenin)的核轉(zhuǎn)位。同時,miRNA-135a和miRNA-135b的異位表達(dá)還可導(dǎo)致足細(xì)胞骨架錯亂和足細(xì)胞損傷[13]。因此,circ_101319通過調(diào)控miRNA-135家族參與IMN中足細(xì)胞的損傷過程。采用ROC曲線及臨床指標(biāo)進(jìn)行分析,結(jié)果提示,circ_101319可作為IMN的特異性診斷標(biāo)志;circ_101319轉(zhuǎn)錄的基因區(qū)域包含MARK3、NFAT5等基因版,其也是環(huán)孢素和他克莫司的治療靶點(diǎn),故circ_101319也有望成為IMN的治療靶點(diǎn)[12]。Sun等[14]研究發(fā)現(xiàn),在血管緊張素Ⅱ?qū)е碌淖慵?xì)胞凋亡與膜性腎病腎組織內(nèi),circ_0000524水平均顯著升高。進(jìn)一步深入研究發(fā)現(xiàn),circ_0000524能夠通過抑制miRNA-500a-5p水平上調(diào)CXCL16的表達(dá),進(jìn)而促進(jìn)足細(xì)胞凋亡。以上circRNA均參與足細(xì)胞的損傷,有可能是IMN潛在的生物標(biāo)志物。

此外,Ma等[15]在IMN患者血清和尿液外泌體中分別發(fā)現(xiàn)了89個和60個差異表達(dá)的circRNA,這些circRNA大部分來源于內(nèi)含子,相關(guān)的基因包括一些核仁小RNA(small nucleolar RNA,snoRNA)基因,如SNORA25、SNORA51、SNORA31、SNORA70、SNORA75、SNORD112等。snoRNA是miRNA的前體,因此,推測在基因水平上,這些內(nèi)含子源性的circRNA通過編碼snoRNA的表達(dá)實(shí)現(xiàn)在轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)錄前修飾mRNA,調(diào)節(jié)基因表達(dá),參與調(diào)控IMN的病理過程。其中,IMN血清外泌體中差異表達(dá)的circRNA chr7: 100550808|100551062促使靶基因mucin 3A(MUC3A)顯著上調(diào),從而參與IMN中免疫復(fù)合物的形成[15]。血漿、尿液及腎組織中的IMN特異性circRNA可能對該病的診斷和治療具有潛在價值。

1.3 circRNA與FSGS FSGS在中國終末期腎病患者中約占3.2%～5.8%[16],在美國終末期腎病患者中約占20.0%,且其患病率在全球范圍內(nèi)呈上升趨勢[17]。其病理特征主要為部分腎小球及部分毛細(xì)血管襻硬化,導(dǎo)致腎小球毛細(xì)血管襻閉塞和細(xì)胞外基質(zhì)增多,病變可逐步擴(kuò)展,最終導(dǎo)致終末期腎病。目前的治療方法往往無法阻止疾病的長期進(jìn)展,因此深入了解其發(fā)病機(jī)制、發(fā)現(xiàn)新的治療靶點(diǎn)成為改善FSGS預(yù)后的可能途徑。Gao等[18]在阿霉素腎病大鼠模型中鑒定出31個差異表達(dá)的circRNA,其中circRNA-213表達(dá)下調(diào),而circRNA689、circRNA3217和circRNA4907等表達(dá)上調(diào),經(jīng)生物信息學(xué)分析,其靶點(diǎn)miRNA有miRNA-149-5p、miRNA-346、miRNA-342-3p、miRNA-125b-5p和miRNA-326-3p,這些miRNA具有調(diào)節(jié)細(xì)胞凋亡、增殖和遷移,以及腎臟纖維化等作用,涉及的細(xì)胞通路有VEGF信號通路、mTOR信號通路、Wnt信號通路、MAPK信號通路等,這些通路與腎臟疾病的進(jìn)展密切相關(guān)。Cui等[19]研究結(jié)果顯示,在FSGS小鼠模型、體外研究及FSGS患者腎組織中,circZNF609表達(dá)水平均顯著升高,與蛋白尿、血清膽固醇、尿素氮水平,以及足細(xì)胞損傷和腎臟纖維化均呈正相關(guān),而miRNA-615-5p與上述變量的關(guān)系與circZNF609正好相反;circZNF609與miRNA-615-5p表達(dá)呈負(fù)相關(guān),且這兩個基因共同定位于腎小球和腎小管,因此推測circZNF609可能通過“海綿化”miRNA-615-5p增加膠原1(COL1)和TGF-β1的產(chǎn)生,加重腎纖維化與足細(xì)胞損傷。上述差異表達(dá)的circRNA均在腎組織中被發(fā)現(xiàn),故應(yīng)在FSGS患者血清中或尿液中行進(jìn)一步研究以證實(shí)這些circRNA是否可作為一種無創(chuàng)性、易獲取的生物學(xué)標(biāo)志物。

2 circRNA與繼發(fā)性腎小球疾病

2.1 circRNA與LN 系統(tǒng)性紅斑狼瘡(systemic lupus erythematosus,SLE)是一種好發(fā)于女性的自身免疫性疾病,由于體內(nèi)存在多種針對自身抗原的抗體,這些抗體與抗原結(jié)合形成免疫復(fù)合物,沉積在器官和組織的血管壁上,激活補(bǔ)體系統(tǒng),損傷機(jī)體多個器官及組織,而腎臟是最常受累的器官,大多數(shù)SLE患者在確診后5年內(nèi)出現(xiàn)LN,約5%～20%的LN患者在最初診斷為SLE的10年內(nèi)發(fā)展為終末期腎病[20]。SLE的病因尚不完全清楚,而且非常復(fù)雜。越來越多的研究發(fā)現(xiàn),circRNA在SLE的發(fā)生、發(fā)展中具有重要作用。Wang等[21]研究發(fā)現(xiàn),circIBTK在SLE中低表達(dá),且與SLE疾病活動性指數(shù)得分、抗ds-DNA滴度呈負(fù)相關(guān),與補(bǔ)體C3水平呈正相關(guān),可作為診斷、判斷疾病活動及治療有效性的特殊標(biāo)志物;進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn),circIBTK有2個miRNA-29b的結(jié)合位點(diǎn),miRNA-29b可誘導(dǎo)DNA去甲基化并通過抑制PTEN激活A(yù)KT信號通路參與SLE的進(jìn)展,而高水平的circIBTK可逆轉(zhuǎn)miRNA-29的去甲基化和AKT信號通路的激活,由此推測,circIBTK是治療SLE的潛在靶點(diǎn)。Ouyang等[22]研究發(fā)現(xiàn),與SLE患者相比,LN患者中有43個差異表達(dá)的circRNA,其中circRNA_002453在LN患者中表達(dá)顯著上調(diào),且與24 h尿蛋白定量水平及腎臟SLE疾病活動性指數(shù)得分呈正相關(guān),但與補(bǔ)體C3、C4水平等無明顯關(guān)系,推測circRNA_002453參與LN的疾病進(jìn)展,且與LN的嚴(yán)重性密切相關(guān),有望作為LN診斷及病情評估的特異性標(biāo)志物。mmu_circRNA_34428的表達(dá)水平也與LN的嚴(yán)重程度相關(guān),在重度LN中表達(dá)明顯升高,因此推測其與系膜細(xì)胞增生及基質(zhì)沉積密切相關(guān);進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn),其可能是作為miRNA“海綿”抑制mmu-miRNA-34b-5p、miRNA-670-3p、miRNA-338-3p的表達(dá)和功能,從而促進(jìn)LN的發(fā)生、發(fā)展,但具體機(jī)制有待于進(jìn)一步研究[23]。circHLA-C、circZNF609、circEKL4、circFAM188A、circUBR5、circPDE4B和circSP100等在Ⅳ型LN患者腎組織中表達(dá)水平升高,且均與患者的某些臨床指標(biāo)相關(guān),其中circHLA-C升高最為顯著,與患者尿蛋白程度、新月體占比、疾病活動性指數(shù)得分等呈正相關(guān);進(jìn)一步分析circHLA-C與miRNA-155的關(guān)系,發(fā)現(xiàn)兩者的結(jié)合位點(diǎn)非常匹配。因此,推測上調(diào)的circHLA-C可能在Ⅳ型LN新發(fā)病時作為miRNA-150的“海綿”參與LN的發(fā)生、發(fā)展,包括參與腎小球新月體的形成和蛋白的排泄[24]。這些研究加深了人們對LN發(fā)病機(jī)制的理解,為以后的研究提供了更廣闊的思路。

2.2 circRNA與DN DN是糖尿病患者最主要的微血管病變之一。DN的發(fā)病機(jī)制十分復(fù)雜,涉及多個因素。有研究[25]結(jié)果表明,circEIF4G2在db/db小鼠的腎組織和高糖刺激的NRK-52E細(xì)胞中表達(dá)均上調(diào),敲除circEIF4G2會通過miRNA-218/SERBP1通路抑制高糖導(dǎo)致的纖維化水平。circRNA也參與DN系膜細(xì)胞的病變,circ_0000491表達(dá)在DN小鼠和高糖誘導(dǎo)的小鼠系膜細(xì)胞中均顯著上調(diào)。而circ_0000491的下調(diào)可抑制系膜細(xì)胞中波形蛋白、纖連蛋白、α-平滑肌肌動蛋白,以及Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ型膠原的升高,可逆轉(zhuǎn)高糖誘導(dǎo)的系膜細(xì)胞中上皮鈣黏素(E-cadherin)的降低。進(jìn)一步研究[26]發(fā)現(xiàn),circRNA_0000491可“海綿化”miRNA-101b,降低miRNA-101b水平,靶向調(diào)控TGF-β1受體參與系膜細(xì)胞的細(xì)胞外基質(zhì)相關(guān)蛋白質(zhì)的合成,提示circRNA_0000491可成為DN的有效治療靶點(diǎn)。circLRP6也通過“海綿化”miRNA-205、上調(diào)高遷移率族蛋白-1和激活TLR4/NF-κB通路調(diào)控高糖誘導(dǎo)的系膜細(xì)胞增殖、氧化應(yīng)激、細(xì)胞外基質(zhì)沉積和炎癥反應(yīng)[27]。此外,circRNA_15698作為miRNA-185的“海綿”,可正向調(diào)控TGFβ1蛋白的表達(dá),促進(jìn)細(xì)胞外基質(zhì)相關(guān)蛋白質(zhì)的合成[28]。這些均提示circRNA的差異表達(dá)參與了DN的發(fā)生、發(fā)展,也為研究DN的發(fā)病機(jī)制提供了新的角度,為治療的手段提供了新的思路。

3 結(jié) 語

近年來的許多研究已經(jīng)揭示了circRNA的差異表達(dá)與腎小球疾病密切相關(guān),可作為miRNA“海綿”、ceRNA網(wǎng)絡(luò)等調(diào)控基因表達(dá),但circRNA參與腎小球疾病的具體機(jī)制仍未完全闡明。隨著二代測序技術(shù)和生物信息學(xué)分析的飛速發(fā)展,越來越多的circRNA及其作用將被一一揭曉,相信circRNA將成為診斷與治療腎小球疾病的有力工具。