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摘要:
矽肺是一种慢性进行性肺部纤维化疾病，严重危害劳动者职业健康，目前尚无有效治疗措施，亟须寻找有效的治疗靶点，通过分子标志物来靶向干预矽肺纤维化进程。环状RNA（circRNA）作为一类新型的非编码RNA，具有结构稳定、半衰期长、高度保守性的特性，且在不同物种、组织、疾病和发育阶段特异性表达，作为生物标志物具有潜在价值和应用前景。近几年，circRNA在人类疾病发生发展中的调控作用已成为研究热点，部分circRNA被发现与矽肺纤维化发病的机制有关。本文简述了circRNA的生物学特性与功能，重点讨论已报道的circRNA与矽肺纤维化发病机制间的关系，总结当前circRNA介导矽肺纤维化发病机制的研究进展，进而提出深入研究靶向circRNA诊治矽肺纤维化的方向和建议。
Abstract: Silicosis is a chronic progressive pulmonary fibrosis disease that seriously endangers the occupational health of workers. There is no effective treatment at present. It is urgent to find effective therapeutic targets and use molecular markers to intervene the process of silicosis fibrosis. As a new type of non-coding RNA, circular RNA (circRNA) has the characteristics of stable structure, long half-life, high conservation, and is specifically expressed in different species, tissues, diseases, and developmental stages, and has potential value and application prospects as a biomarker. In recent years, the regulatory role of circRNA in the occurrence and development of human diseases has become a research hotspot. Some circRNAs have been found to associate with the pathogenesis of silicosis. This article briefly described the biological characteristics and functions of circRNA, focused on the reported relationship between circRNA and pathogenesis of silicosis, summarized the current research progress of circRNA-mediated pathogenesis of silicosis, and then put forward potential directions and suggestions for further research on targeting circRNA in the diagnosis and treatment of silicotic fibrosis.
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Keywords:
- circular RNA /
- silicosis /
- pulmonary fibrosis
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尘肺病作为我国最重要的职业病之一[1]，给高危职业人群造成了严重的健康损害和经济负担，其中以矽肺为主，占尘肺病病例数的90%以上[2]。矽肺是长期吸入游离二氧化硅粉尘所引起的一类肺部纤维化疾病[3-4]，危害严重且具有不可逆转性，近年来呈现发病低龄化、高死亡率、群发性等新特点，迫切需要寻找新的诊疗与预后分子标志物。
近年来，越来越多的研究发现环状RNA（circular RNA, circRNA）在肺部疾病发展中具有一定的调控作用[5]，circRNA与矽肺的相关研究近两年才开始出现，其介导的复杂基因表达调控网络研究尚处于起步阶段，这一新的研究方向或许可为矽肺的诊疗带来新的突破。本文就circRNA的生物学功能及其在矽肺纤维化中的调控作用取得的新进展做一综述，以期为矽肺的早期生物筛查和干预治疗带来新的方向。
1. circRNA生物学特性与功能
1.1 circRNA的生物学特性
circRNA在真核生物中普遍存在[6]。与线性RNA相比，circRNA具有结构稳定、半衰期长、高度保守性和表达特异性等特点[7]，使得circRNA成为了RNA领域的研究热点。
circRNA主要由外显子和/或内含子组成，分为外显子组成的EcircRNA、内含子组成的CiRNA、同时含有外显子和内含子的EIciRNA[8]。circRNA独特的封闭环形结构可使其免受核酸外切酶（RNase R）的降解而具有结构稳定性，这有可能导致circRNA的富集[9]。circRNA具有细胞外稳定性，可以在血液非细胞组分中检测到，这为临床检测提供了有利条件[10]。研究发现，在神经元分化、胎儿发育和突触发育等生理过程中，也可检测到circRNA富集，可能会在其中发挥一定作用[11]。Xia等[12]首次对人和小鼠的组织特异性circRNA进行全面研究，发现了组织特异性circRNA和组织发育间的关联性。在病理条件下，circRNA也可以组织特异性的方式表达。此外，circRNA还具有高丰度、高度保守性等生物学特性，说明circRNA在病理生理过程中具有重要作用，在疾病诊疗方面作为生物标志物具有潜在价值[13]。
转录后修饰是多种病理过程的关键调控因子，在已发现的100余种RNA修饰类型中，最常见的是N6-甲基腺嘌呤（N6-methyladenosine, m6A）修饰，研究发现circRNA也可发生m6A修饰，参与促进circRNA核输出，驱动circRNA翻译和促进circRNA降解等过程，进而调控circRNA在疾病发生发展中的生物学功能[14]，circRNA的m6A修饰在多种肿瘤发展中被证实具有一定的调控作用[15]。但有关circRNA的m6A修饰在矽肺纤维化过程中的调控作用研究较少。
1.2 circRNA的生物学功能
circRNA独特且优良的生物学特性赋予了circRNA许多潜在功能，有报道发现circRNA可以参与调节细胞增殖、分化和凋亡等过程，介导心血管疾病、神经系统疾病、癌症等多种疾病的发生发展[16]。
circRNA最重要的功能之一就是充当微小RNA（microRNA, miRNA, miR）“海绵”调节基因表达，即circRNA靶向结合miRNA并抑制其活性，进而激活相应miRNA的下游基因，是可导致miRNA功能丧失的一种手段[17]。2013年，首次证实了circRNA可能通过“海绵”作用调控miRNA靶点的表达，随后陆续有研究报道circRNA（例如：circASAP1、circBIRC6、circHIPK2、circSry等）的“海绵”作用[18-20]。
circRNA还可以与RNA结合蛋白（RNA binding protein, RBP）结合，充当RBP的“海绵”来发挥功能作用[21]。常利用RNA免疫共沉淀结合高通量测序技术（RNA-immunoprecipitation and high-throughput sequencing, RIP-seq）检测与特定RBP相互作用的RNA，通过甘油密度梯度离心实验寻找circRNA与蛋白结合的证据。最先被发现具有RBP“海绵”作用的circRNA是剪接因子盲肌蛋白（muscle blind, MBL）第二个外显子的circRNA[22]。Hansen等[23]表示，circRNA还可能参与组装大蛋白复合物支架形成，而不仅是与单个RBP结合。
有报道表示细胞核内的circRNA（EIciRNAs、CiRNAs），通过与亲本基因启动子区的RNA聚合酶II（RNA polymerase II, Pol II）相互作用来调节亲本基因转录[5]。近年来，Van Heesch等[24]研究人心脏组织的翻译组学时识别出了数百种以前未检测到的由lncRNA和circRNA表达的微蛋白，证实circRNA具有一定的翻译功能。
2. circRNA与矽肺纤维化
在PubMed上搜索circRNA的相关报道，自2017年以来，关于circRNA对呼吸系统疾病调控作用的研究越来越多，证实circRNA与肺癌、肺结核、肺动脉高压、肺纤维化等有关。研究表示，circRNA在肺纤维化的发病机制中发挥着重要作用，有关circRNA对矽肺纤维化调控作用的机制研究也逐渐深入，识别出了几个与矽肺纤维化调控有关的差异表达的circRNA，并初步研究了各circRNA在矽肺纤维化进程中的调控作用，为理解矽肺纤维化发病机制带来了新的思考。
2.1 circZC3H4
二氧化硅吸入通过刺激肺泡巨噬细胞引起炎症级联反应，导致成纤维细胞增殖迁移而发生纤维化。据报道，新型锌指蛋白ZC3H4可激活矽肺时肺巨噬细胞的炎症反应[25]，Yang[26]首次对circRNA是否参与矽肺病理生理过程进行了研究，结果显示circZC3H4通过其miRNA的“海绵”作用可抑制miR-212表达，进而减弱miR-212对ZC3H4蛋白的抑制作用，而暴露于二氧化硅后表达升高的circZC3H4和ZC3H4可能会对巨噬细胞活化及对成纤维细胞增殖和迁移的下游产生影响，并且在矽肺患者中证实ZC3H4蛋白表达增加，circZC3H4或许可作为矽肺治疗的潜在靶点。另外，上皮间质转化（epithelial mesenchymal transformation, EMT）与矽肺纤维化密切相关，Jiang等[25]对ZC3H4（circZC3H4）RNA/miR-212轴调控表达的ZC3H4在EMT中的调节作用机制及迁移变化做了进一步研究，结果显示circZC3H4参与ZC3H4表达和EMT调节，ZC3H4在二氧化硅诱导EMT中可能起到一定的调节作用，提示circZC3H4/ZC3H4途径可能为矽肺患者的治疗策略提供新的思路。
2.2 circHECTD1
Zhou等[27]对circHECTD1在巨噬细胞激活中的功能进行了研究，结果显示二氧化硅可降低circHECTD1水平，增加E3泛素连接酶HECTD1蛋白表达，通过circHECTD1/HECTD1途径促进成纤维细胞增殖和迁移，通过泛素化参与二氧化硅诱导的巨噬细胞活化，并且在矽肺患者组织样本中证实了HECTD1上调。单核细胞趋化蛋白诱导蛋白-1（又名MCPIP1/Regnase-1），一个具有内切酶活性的CCCH型锌指蛋白，作为一种新的RBP，在转录后调节和免疫稳态中起关键作用[28]，具有CCCH锌指结构域的蛋白质12A（ZC3H12A）可调节二氧化硅暴露后circHECTD1水平的降低和HECTD1水平的提高，参与circHECTD1/HECTD1介导的巨噬细胞活化作用，推测HECTD1和ZC3H12A或许可成为矽肺炎性和纤维化的有效诊疗靶点。此外，基于上皮细胞和内皮细胞可分别通过EMT和内皮-间质转化参与成纤维细胞的积累，Fang等[29]通过实验研究发现二氧化硅暴露后，间充质标志物表达增加，内皮标志物表达降低，提示二氧化硅会诱导内皮-间质转化，且circHECTD1/HECTD1参与内皮-间质转化进程，从新的视角揭示了发生矽肺纤维化可能的病理分子机制，通过靶向circHECTD1/HECTD1调控抑制内皮-间质转化进程可能也是治疗矽肺纤维化的一个策略。
2.3 circ012091
据报道，二氧化硅活化的巨噬细胞可以通过p53介导的自噬途径促进成纤维细胞增殖和迁移[30]，随后Cheng等[31]对p53相关蛋白PPP1R13B（p53家族凋亡刺激蛋白的主要成员）在肺纤维化中的作用进行了研究，通过慢病毒转染、Western blotting和荧光原位杂交实验等发现二氧化硅诱导肺成纤维细胞circ012091的表达下调，诱导下游的PPP1R13B蛋白表达上调，circ012091调控的PPP1R13B通过内质网应激和自噬作用促进肺成纤维细胞的增殖和迁移。circ012091/PPP1R13B在促进矽肺纤维化发生发展中起着重要的作用，提示通过刺激circ012091表达上调以促进与其靶miRNA结合，进而下调PPP1R13B蛋白表达，可一定程度抑制肺纤维化，今后或许可进一步研究该调控机制。此外，可寻找更多与其他p53相关蛋白表达有关的circRNA。
2.4 circRNA CDR1as
有研究表示miR-7可参与调节EMT过程，并与肺泡上皮细胞的功能相关[32]，Yao等[4]发现过表达miR-7可以抑制转化生长因子-β1诱导的肺成纤维细胞的纤维化，此外，miR-7可通过阻止EMT进程发挥其抗肺纤维化作用，且在二氧化硅诱导的小鼠肺纤维化肺组织中发现miR-7表达下降。该研究组识别出circRNA CDR1as上有一些miR-7结合位点，证实通过“海绵”作用，circRNA CDR1as可阻抑miR-7对EMT及其靶基因TGFBR2的抑制作用，进而导致肺纤维化。circRNA CDR1as和miR-7之间的相互作用在矽肺纤维化中发挥重要调节功能。
2.5 其他circRNA
Li等[33]对circRNA TADA2A在肺成纤维细胞功能异常中的调控作用进行探讨，发现过表达circRNA TADA2A可以通过miR-526b“海绵”作用，促进窖蛋白Caveolin 1（Cav-1）表达，抑制肺成纤维细胞活化，通过miR-203的“海绵”作用，促进Cav-2表达，抑制肺成纤维细胞增殖，从而抑制细胞外基质的过度沉积，缓解肺纤维化进展。circHIPK3是人类肺组织中最丰富的circRNA之一，Zhang等[34]在博莱霉素诱导的肺纤维化小鼠模型中发现circHIPK3表达上调，同时在特发性肺纤维化患者临床样本中检测到了circHIPK3表达失调。此外，Li等[35]还在特发性纤维化患者血浆中鉴定出了60余个表达显著失调的circRNA，其中显著上调的hsa_circRNA_100906和hsa_circRNA_102348被证实分别与miR-324-5p和miR-630直接相互作用。这些研究提示可将在特发性纤维化患者血浆中发现的表达失调的circRNA作为研究对象，研究其在矽肺纤维化进程中的作用机制。
3. 结语及展望
circRNA凭借着其独特的生物学功能特性和潜在的调控作用，已成为疾病机制研究的重点[36]。当前关于circRNA对矽肺纤维化作用的研究尚处于起步阶段，今后应加大研究力度识别更多相关circRNA，探讨其在矽肺纤维化进程中的调控机制，并在临床试验中探讨其治疗作用，为寻找有效的矽肺诊疗生物标志物和治疗靶点提供更多的可能性。
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