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CircRNAs在肺发育中的作用研究进展2024(全文)摘要环状RNA(CirCU1.arRNAs,CirCRNAS)作为一类新型的非编码RNA广泛存在于多种生物的组织及器官中，具有时间特异性及空间特异性，在胚胎与组织的发育、衰老、胰岛素分泌、心血管疾病及肿痂等多种生命过程及疾病中起至关重要的作用。肺的形态结构与功能的正常发育是后期肺进行正常呼吸运动的生理学基础，最新研究表明CirCRNAS参与广肺发育，并对肺发育相关性疾病如支气管肺发育不良的发生发展起重要作用。该综述将对CircRNAs的生物学功能及其在肺发育及支气管肺发育不良中的作用机制进行阐述。肺的正常发育是胎儿生后建立正常呼吸的生理基础。近年来随着囤生医学的发展及新生儿重症救治技术的提高，早产儿的发生率和存活率不断上升,随之与肺发育相关性疾病如支气管肺发育不良(bronchopu1.monarydysp1.asia,BPD)的发病率却并未下降，严重影响患儿的预后1)。肺发育贯穿胚胎期、胎儿期及生后阶段，涉及细胞增殖、分化、形态学改变及肺泡表面活性物质的合成与分泌等多种生物过程2。环状RNA(circu1.arRNAs,CirCRNAS)作为一种新型的非编码RNA,广泛存在于多种生物体的组织和器官中，具有时间及空间特异性,可通过与microRNAs(miRNAs)的相互作用，在组织器官的发育及疾病的发生发展中起重要作用3。本文XjCircRNAs在肺部发育及BPD中的作用机制研究进展进行综述。1 CirCRNAS的生物学特征CirCRNAS是一种新型的非编码RNA,广泛存在于各类生物体内，大多存在干细胞质内，其含量超过其线性异构体的卜余倍，且具有高度的保守性。与传统的线性RNA分子不同的是CircRNAs是一种共价闭合的环状分子，没有5'-3'的极性及多聚腺昔酸尾结构。CirCRNAS可从基因组中的任何部位产生，主要是山外显子形成，根据其来源的不同，CircRNAs主要分为三种类型：外显子CirCRNAS、内含子CirCRNAS以及外显子-内含子circRNs5,circRNs用是Sanger等在1970年通过电子显微镜在RNA病毒中发现的，但当时因转录丰度低，被认为是“转录伪影或剪接噪声”，在生物学过程中没有任何作用。但近年来随着高通量测序技术和生物信息学的发展，CircRNAs被发现在组织器官发育6,7、衰老8、心血管疾病及肿痛”0卜卜起重要作用，这些发现提示CirCRNAS可能在基本生命活动中发挥重要作用，可能为临床疾病的预防及诊治提供新的靶标。2 CirCRNAS的功能2.1 作为miRNAs的“海绵"miRNAs是一类K度约为20个核甘酸的非编码RNA,可通过序列互补结合犯基因的miRNA反应元件(miRNAresponsee1.ements,MRES)O有研究显示，CircRNAs上有MREs,表明CircRNAs可作为miRNAs的竞争性内源RNAsIcompctitiveendogenousRNAs,CeRNAS)通过影响miRNA的活性调控靶基因的转录翻译11。CircRNAs上存在多个miRNAs结合位点，且对miRNAs吸附能力比其他的CeRNAS强大，所以也被称为“超级海绵，在2013年，有两个不同的团队均证明了CircRNAs作为miRNAs的”超级海绵"作用，研究发现小脑变性相关蛋白反义转隶物(CDR1.aS)和miR-7在神经组织中共表达，提示两者在体内有密切的相互作用，CDR1.as即ciRS-7可作为miR-7的"海绵°ciRS-7可抑制miR-7活性并与miR-7竞争结合其他RNA,从而调控靶基因的表达。ciRS-7CDR1.as具有70多个miR-7结合位点，因此ciRS-7CDR1.as是miR-7的"超级海绵”12,13。Hansen等13还发现小鼠睾丸特异性CirCRNA(Sry)可作为miR-138“海绵”，且对miRNA的结合能力强于其他CeRNAS。因此CiRS-7/CDRIas与Sry是目前已知的“超级海绵”。此外，田芳等14报道circHIPK3也具有“海绵吸附作用，能够通过结合miR-379调控IGF1.的表达进一步促进细胞增殖。2.2 编码蛋白质的功能CircRNAs编码蛋白质的功能首先在型肝炎病毒中被报道15。进一步研究表明内部核糖体结合位点的存在允许CircRNAs在体外和细胞中进行有效译16,间接表明CircRNAs可编码蛋白。近年来有研究显示circ-ZNF609具有两端包含起始密码及终止密码的开放阅读框，直接表明真核细胞中CirCRNAS可编码蛋白17。然而，到目前为止尚无直接证据证明天然真核内源性CircRNAs可被翻译。3 CirCRNAS与肺发育肺发育是一个连续精确的过程，贯穿胚胎期、胎儿期及生后数年，包含r5个经典的时期：胚胎期、假腺管期、小管期、囊泡期及肺泡期U8。在小管期，11型肺泡上皮细胞及板层小体开始出现，预示着肺泡表面活性物质开始合成与分泌，这标志着肺发育开始成熟；在囊泡期，肺泡管及囊泡开始形成；在肺泡期，肺泡结构形成，单层毛细血管渐发育形成，这是肺气-血屏障形成的基础18。近期的两项研究中发现CirCRNAS的峰值分别出现在大鼠及小鼠的肺发育中的不同时间点，提示胚胎肺发育中的CircRNAs功能可能具有重要意义19,20。这两项研究均通过TargetScan和MiRanda软件预测miRNA-circRNA的靶向关系，识别miRNA在CircRNA上的结合位点，筛选出具有多种miRNA结合位点的CircRNAs作为候选”海绵"circRNAs,建立了circRNA-miRNA网并对其进行详细的信息学分析，发现这些CircRNAs与经典的肺发育相关的miRNAs（如miR-17、miR-7、Iet-7、miR-221、miR-30和miR-93）及多条参与肺发育相关的经典的分子通路如Wnt信号通路、Hippo信号通路、FGF信号通路及BMP信号通路相关21,22,23）。Zhang等19筛选出CirCGa1.nt18,其具有明确的miRNA”海绵”功能并旦其宿主基因Ga1.nt18在肺组织中&高表达。miR-17是CircGa1.nt18的预测下游靶标之一，miR-17家族可通过MaPkI4(p38-)和Stat3负向调控FGF信号通路，进而影响E-Cadherin的表达，最终影响肺分支的形成。同时，miR-17表达的卜调被发现可改变E-Cadherin的分布，从而干扰上皮小管的形成24。Hippo信号通路及Wnt信号通路是肺发育中的关键信号通路。研究表明Hippo信号通路效应子YaP是肺上皮细胞分化过程中小管形成的关键调节因子25。同时，HiPPO信号通路与TGF-。信号通路相互作用以调节上皮间质相互作用、远端气道形成和肺泡化26。Wnt信号通路亦在肺发育过程中必不可少，研究发现Wnt2基因敲除的小鼠出现细胞增殖减少和内皮血管扩张，而wnt7基因敲除的小鼠则由于肺发育不全和血管发育异常最终死于呼吸衰竭27。Wnt信号通路也已被证明与Hippo和PI3K-Akt信号通路协同调节上皮-间质相互作用,这是胎儿肺形态发生的基础28)。4 CircRNAs与BPDBPD是早产儿常见的肺部疾病，其发病率随着胎龄和出生体重的降低而升高。其主要特征是肺泡和肺微血管发育受阻或停滞，表现为肺泡结构简单化，数量减少，体积增大，肺泡隔与肺微血管发育显著异常29。目前BPD仍缺乏特效的治疗药物及手段，严重影响患儿的生存率及预后，因此寻找BPD预防与治疗的新靶标十分而耍。才两个团队基于高氧诱导的大鼠BPD模型上分别筛选了97条和7条差异表达的CircRNAs,并通过生物信息学分析发现与BPD相关miRNs及信号通路相关30,31。Chen等32）则通过高通盘测序分析获得了正常新生儿和接受机械通气的早产儿中相关CircRNAs的表达谱，筛选出差异表达的circABCC4,其下游杷标为miR-663a,研究发现miR-663a通过抑制P1.A2G6表达来抑制细胞凋亡，而circABCC4通过“海绵”化miR-663a和增加P1.A2G6表达来增强细胞凋亡并抑制人11型肺泡上皮细胞A549细胞的增殖从而促进BPD的进展。5小结与展望目前，CircRNAs在肺发育及肺部疾病中的作用研究才刚刚起步，研究的宽度和深度均有限。首先，差异表达的CirCRNAS在肺发育及肺部疾病中的具体分子机制仍是未知的.其次，目前的研究大部分仅以区别表达的方式利用二代测序的方法筛选出这些差异表达的CirCRNAS,这些CircRNAs的功能多数只停留于生物信息学分析的层面匕并未阐明这些CircRNAs的功能.此外，肺发育是研究肺发育相关性疾病的基础，但肺发育是一个连续及精密的过程，因此探索CircRNAs在肺发育及肺发育相关性疾病的分子机制仍有很多工作需要完善。虽然CircRNAs在临床上作为生物标志物及治疗新靶点仍需要解决其不良反应、治疗效果、伦理道德等一系列问题,但CirCRNAS的相关研究可能是未来具有高度器官及胎龄特异性的精准医学的希望。
