環狀RNA在免疫炎症反應中的作用及其在口腔疾病中的研究進展
2020-01-08 來源：中國實用口腔科雜誌
作者：張儒雅，李彧婷，林莉，中國醫科大學口腔醫學院·附屬口腔醫院牙周病科
許多環狀RNA（circular RNA，circRNA）作為相互競爭的內源性RNA具有豐富穩定的潛在功能。circRNA可由外顯子或內含子產生，兩種circRNA在基因表達調控方面具有潛在功能的證據都已被發現。最近研究顯示，內源性的circRNA可作為微小RNA（microRNA，miRNA）海綿與miRNA結合併因此抑制它們的功能，而且一些研究已經證實miRNA與骨關節炎、糖尿病、口腔癌等多種類型的人類疾病有關，因此circRNA的海綿活動也會影響這些疾病的生物學過程。本文對circRNA在調控各類免疫炎症反應中的作用及其在口腔疾病中的研究進展做一綜述，並對其在口腔醫學領域中的研究方向進行展望。
1.circRNA概述
1.1circRNA的形成及特徵
circRNA是一種共價閉合RNA分子，不具有5′末端帽子和3′末端ployA尾，由編碼基因的前mRNA通過剪接（典型和替代的非典型剪接）形成，其成熟受順式和反式元件的調控。circRNA作為各類疾病的潛在生物標誌具有以下特徵：（1）只有少部分circRNA來源於內含子，其餘大部分circRNA來源於外顯子；（2）細胞內的circRNA非常穩定，部分細胞質中的circRNA半衰期超過48h；（3）circRNA具有不同物種間的保守性及組織和發育階段的特異性；（4）與它們的線性類似物相比較而言，circRNA的合成是保守且通用的，對外切核酸酶具有抗性，並且它們的表達水平通常高於它們的線性形式。
1.2circRNA的生物學功能
作為近年來的研究熱點，circRNA具有充當miRNA海綿的作用，從而調控其親本基因或線性mRNA的表達。現已證實，circRNA作為miRNA海綿參與多種疾病生物學過程的調控。Song等研究發現，hsa_circ_001564敲除顯著抑制了人骨肉瘤細胞（HOS）G0/G1期的增殖活性，誘導細胞周期阻滯，促進了HOS和人成骨肉瘤細胞（MG-63）的凋亡；並且雙螢光素酶報告實驗證實，miR-29c-3p包含與hsa_circ_0001564互補的結合區域。該研究證實了hsa_circ_0001564充當miR-29c-3p海綿可以調節骨肉瘤的致瘤性。另有研究表明，ciRS-7包含多個串聯的反miRNA-7序列。
Lukiw利用Northernblot雜交技術和循環敏感的circRNA探測核糖核酸外切酶RNaseR，提供了在散發性阿爾茨海默病海馬CA1區中miRNA-7-circRNA系統失調的初步證據。除此之外，circRNA還可作為反轉錄轉座子介導假基因的產生；與蛋白質結合形成RNA-蛋白複合物；並且具有翻譯與編碼蛋白質的功能。
2.circRNA在免疫調控及炎症反應中的潛在作用
Wang等研究表明，circRNA100783的表達受時間和CD28相關的CD8（+）T細胞老化期間抗原暴露的影響，並且circRNA100783可能在CD28依賴性CD8（+）T細胞衰老過程中調節磷蛋白相關信號的傳導。因此，他們認為circRNA100783可作為免疫衰老潛在的細胞內標誌物。另外，脂多糖（LPS）誘導小鼠巨噬細胞產生的circRNAm circRasGEF1B能夠正向調節Toll樣受體4/脂多糖（TLR4/LPS）途徑中細胞間黏附分子-1（ICAM-1）抗體的表達，並且mcircRasGEF1B還可調控成熟的ICAM-1mRNA的穩定性。這些發現提示在circRNA的大家族中有一類circRNA在微調免疫應答及保護細胞抵抗微生物感染的免疫反應中扮演重要角色。
在矽肺的病理過程中，二氧化矽（SiO2）進入肺細胞會引起炎症級聯的吞噬作用，導致成纖維細胞增殖和遷移，從而引發肺纖維化。為了闡明circRNA在SiO2誘導的肺巨噬細胞炎症中的作用，Yang等研究了circRNA所作用的細胞凋亡、增殖和遷移的上遊分子機制及功能效應，結果顯示：SiO2進入肺細胞導致circZC3H4RNA表達增加和ZC3H4蛋白水平增加；circZC3H4RNA和ZC3H4蛋白參與SiO2誘導的巨噬細胞活化；SiO2激活的巨噬細胞通過circZC3H4RNA/ZC3H4途徑促進成纖維細胞增殖和遷移。該研究表明，SiO2誘導的circZC3H4RNA/ZC3H4途徑的啟動促進了肺巨噬細胞活化，提示circRNA參與矽肺病理過程中的肺巨噬細胞炎症反應。
炎症反應可加速軟骨降解，在骨關節炎的發生發展中起到重要作用。Wu等研究中用白細胞介素-1β（IL-1β）刺激軟骨細胞後，hsa_circ_0005105表達顯著上調，進一步研究表明，hsa_circ_0005105能抑制Ⅱ型膠原蛋白聚糖的表達，促進基質金屬蛋白酶-13（MMP-13）和含血小板結合蛋白基序的解聚蛋白樣金屬蛋白酶-4（ADAMTS-4）的表達以及前列腺素E2（PGE2）、IL-6和IL-8的生成，但hsa_circ_0005105的線性序列並不能，提示has_circ_0005105可促進軟骨細胞炎症反應的發生。系統性紅斑狼瘡（SLE）是一種典型的自身免疫介導的以免疫性炎症為突出表現的瀰漫性結締組織病，常累及多系統、多器官，其中最常見的併發症為狼瘡腎炎（LN）。
Li等研究對SLE患者T細胞中的circRNA表達譜進行了測量，並生成穩定的hsa_circ_0045272基因敲除的Jurkat細胞。該研究顯示，hsa_circ_0045272可與hsa_miR_6127結合，並且hsa_circ_0045272敲除顯著提高了活化Jurkat細胞的IL-2生成，提示circRNA在SLE中存在表達異常，並揭示了hsa_circ_0045272在負調控細胞凋亡和IL-2分泌及其潛在機制中的作用。
Luan等首次提供了腎的circRNA分析及LN中circRNA和miRNA之間的相互作用網絡，發現circHLA-C的表達與蛋白尿、血清肌酐、腎臟活性指數和新月形腎小球數量呈正相關；並且miR-150在高慢性指數LN患者的反覆腎活檢中顯著增加，通過調節纖維化相關基因促進腎纖維化。與正常腎組織相比，LN中的circHLA-C升高2.72倍，miR-150下降66%，並且在circHLA-C與miR-150之間存在一種完美的結合序列。該研究可以證明，circHLA-C通過發揮miR-150海綿作用在LN的發病機制中起著重要的作用。
3.circRNA在口腔醫學中的研究進展
3.1circRNA在牙周病學中的研究進展
牙周炎是一種慢性進行性疾病，其特點是牙周組織的喪失。牙周膜幹細胞（PDLSCs）的再生能力可促進其自我更新和多分化，尤其是成骨分化，並且PDLSCs已被證明能夠產生典型的牙周膜樣組織，以再生被牙周炎破壞的組織。研究表明，絲裂原活化蛋白激酶（MAPK）通路對骨骼發育和骨骼內穩態至關重要，同時在PDLSCs的成骨分化中起到重要作用。
Gu等通過KEGG分析發現，circRNABANP、circRNAITCH、miRNA34a、miRNA146a是MAPK通路的重要組成部分。並且miRNA34a和miRNA146a都與人間充質幹細胞的成骨分化密切相關，miRNA146a可促進PDLSCs分化。此外circRNABANP和circRNAITCH被預測可與miRNA34a、miRNA146a結合。因此可以推斷，circRNABANP和circRNAITCH可能與miRNA34a和miRNA146a相互作用，通過MAPK通路調控PDLSCs成骨分化。
Qian等通過檢測骨形態發生蛋白2（BMP2）誘導的小鼠胚胎成骨細胞前體細胞（MC3T3-E1）成骨分化過程中circRNA的差異表達譜發現，circ19142和circ5846與成骨細胞分化有關，BMP2可能通過circ19142/circ5846-miRNA-mRNA靶向軸誘導成骨分化。Zheng等在PDLSCs成骨分化過程中檢測到12693個circRNA轉錄本，並且發現circRNA的表達顯示了階段特異性。這些證據都表明，circRNA在PDLSCs成骨分化的生物學過程中起到了不可或缺的作用，與牙周炎的進展和牙周組織的再生密切相關。
3.2circRNA在口腔惡性腫瘤中的研究進展
circRNA已被證明與肺癌、子宮內膜癌、食管鱗狀細胞癌、結直腸癌和胃癌等多種惡性腫瘤存在關聯。例如，用小幹擾RNA（siRNA）敲減人肝癌細胞（HCC）中的hsa_circ_0001649後，MMP-9、MMP-10和MMP-13的mRNA水平顯著升高，表明hsa_circ_0001649表達水平較低與HCC的轉移呈正相關；乳腺癌中存在著circRNA-000911/miR-449途徑，並且circRNA-000911的過度表達可以增強Notch1信號通路的表達，表明circRNA-000911在乳腺癌中起著抗腫瘤作用。這些研究結果對口腔惡性腫瘤中circRNA作用的研究同樣具有重大意義。
最近已有研究報導，circRNA與口腔惡性腫瘤的發生發展存在著一定程度的聯繫。口腔鱗狀細胞癌（OSCC）是世界上最常見的口腔癌，Wang等通過構建腫瘤壞死因子-α（TNF-α）凋亡模型，進而將凋亡模型中circRNA的表達譜與未經治療的OSCC細胞中circRNA的表達譜進行比較，確認circDOCK1與OSCC細胞的凋亡有關，並且構建了circDOCK1/miR-196a-5p/BIRC3軸。最終的研究結果表明，circDOCK1通過發揮內源競爭RNA（ceRNA）的功能從而調節凋亡抑制基因BIRC3的表達並且參與了OSCC細胞的凋亡。
Chen等研究發現，circRNA_100290是OSCC發展的一個重要調節器，在OSCC組織中表達上調並與人周期素依賴性激酶6（CDK6）共同表達。該研究報告顯示，CDK6是miR-29b的直接靶點，並且circRNA_100290可直接與miR-29b的家族成員結合。因此，研究人員認為circRNA_100290可作為一種相互競爭的內源性RNA，通過吸附miR-29b家族成員來調節CDK6的表達。除此之外，有學者研究表明，circRNA在舌鱗狀細胞癌組織中也具有顯著的差異表達。以上結果都表明circRNA在口腔惡性腫瘤中具有潛在作用。
4.circRNA在口腔醫學領域中的研究展望
雖然目前直接研究circRNA與口腔疾病關係的相關文獻屈指可數，但miRNA已被證實在顳下頜關節病、口腔扁平苔蘚、牙周炎等各類口腔疾病的發生發展中有著重要的作用，並且已有報導證實了circRNA競爭性結合miRNA從而調控口腔疾病的通路。因此，circRNA很可能通過海綿活動對口腔疾病產生重要影響，為口腔醫學中circRNA的研究方向提供新的思路。此外，已有學者初步證明circRNA對胚胎發育的調控作用。因此，口腔頜面部發育畸形及先天性牙缺失等口腔發育遺傳性疾病也可作為circRNA研究領域的拓展方向。
來源：張儒雅,李彧婷,林莉.環狀RNA在免疫炎症反應中的作用及其在口腔疾病中的研究進展[J].中國實用口腔科雜誌,2019,12(06):376-380.
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