CircRNA是一类以共价封闭环为特征，广泛存在于真核生物中的新型RNA分子。circRNA来源于基因的外显子或者内含子区域，在哺乳动物细胞中大量存在。现有研究表明大部分的circRNA在不同物种间是保守的。同时，由于其环状结构能抵抗RNase R的降解而比较稳定。circRNA由于其表达的特异性和调控的复杂性，以及在疾病发生中的重要作用越来越受到大家的重视。就像miRNA和长链非编码RNA一样，circRNA已经成为RNA领域的一个新的研究热点。

circRNA的遗传多样性

circRNAs表达丰度低，起初认为是RNA转录剪切的副产物而不被重视，直到2010年才有少量的circRNA发现。随着高通量测序技术和计算分析的发展，从古细菌到人中发现了成千上万的circRNA，其中有些circRNA的表达丰度是其对应线性RNA的10倍以上。下表是最新鉴定的人circRNAs。

circRNA的生物合成

研究表明，circRNAs的形成不同于线性RNA的标准剪切模式，是通过backsplicing方式剪切而来。现有的circRNA形成模型主要由以下几种：

（1）“lariat-driven circularization” 或者 “exon skipping”；

（2）“intron-pairing-driven circularization” 或者 “direct backsplicing”；

（3）环状内含子RNA(ciRNAs)形成模式；

（4）依赖于RBPs环化模式；

（5）类似于可变剪切的可变环化模式；

circRNAs的5种不同形成模型如下图所示：

circRNA的分子特性

（1）circRNAs由于是封闭环状结构，所以没有5’-3’的极性，也没有polyA尾巴。因此，比线性RNA稳定，不容易被RNA核酸外切酶或者RNase R降解。在健康人的唾液细胞里发现了400种以上的circRNAs。

（2）circRNAs表达丰度差异大，在某些情况下，环状分子是其对应线性mRNA表达丰度的10倍以上。

（3）circRNAs大部分有外显子组成，主要存在于细胞质中，可能有miRNA结合的原件（MREs）。一些含有保留内含子区域的circRNA定位在真核生物的细胞核，可能调控了基因的表达。

（4）circRNAs通常是组织特异性和发育不同阶段特异性的。比如，has_circRNA_2149 只在CD19+白细胞而不是CD34+白细胞、中性粒细胞或者HEK293中表达。一些线虫circRNAs在卵母细胞中表达，在1-或者2-细胞胚胎中不表达。

（5）绝大部分的circRNAs是内源非编码RNAs，只有一小部分是外源的circRNAs，如HDV，含有核糖体进入位点（IRESs）的人工circRNAs。

（6）不同物种间的circRNAs大部分是进化保守的，也有部分是进化不保守的。

总的来说，circRNAs的这些特性决定了它们在转录和转录后的重要作用，也暗示着其可能作为疾病诊断的理想biomarker。

circRNA的生物学功能

（1）cicrRNAs作为内源mRNA的竞争者，是miRNA的海绵吸附体

内源竞争性RNAs(ceRNAs)包括mRNAs、假基因和lncRNA，可以竞争性结合miRNA。因此，ceRNAs的存在影响miRNAs的功能活性。最近的研究表明circRNAs可作为miRNA的海绵吸附体，也是ceRNAs分子之一。比如，ciRS-7/CDR1as 和Sry可以结合miRNAs而不被降解，可能是潜在的ceRNA分子。Li等人发现具有跨越E3泛素化蛋白连接酶（ITCH）多个外显子区形成的cir-ITCH具有miR-7、miR-17和miR-214的吸附能力。

（2）circRNAs调控可变剪切或转录过程

circMbl是由剪切因子MBL的第二个外显子环化而来，竞争mRNA的线性剪切。CircMbl的侧翼外显子和自身序列包含MBL特异性结合的位点。MBL的表达水平受到circMbl的调控影响。研究表明，MBL通过调整circRNA形成和线性可变剪切之间的平衡来影响可变剪切过程。formin（Fmn）基因可以通过backsplicing形成circRNA。该circRNA包含翻译起始位点作为 “mRNA trap”，形成一个非编码线性转录本而减少Fmn蛋白的表达。

（3）circRNA调控亲本基因的表达

circRNAs的形成依赖于侧翼RNA元件。侧翼RNA元件可能对内含子脱支成套非常重要。研究发现一些circRNAs定位在细胞核中，可以与PolⅡ结合通过cis 作用模式调控宿主的转录活性。研究发现一类叫做EIciRNA的环状RNA与RNA PolⅡ关系密切。比如circEIF3J 和circPAIP2，定位在细胞核，与U1小核核糖核蛋白（snRNPs）结合，通过cis-acting模式增强亲本基因的转录。

另外， 有一小部分circRNAs是可以翻译的。研究发现人工合成的在起始位点上游插入IRES的circRNAs可以翻译蛋白。Perriman和Ares在大肠杆菌中构建了一个包含GFP序列的环状mRNA是可以表达GFP的。有趣的是，只有一个天然的circRNA发现是可以翻译蛋白的——HDV，他是乙肝病毒HBV的一个亚型。

除了以上发现的功能，研究人员推测了circRNA的另外一些新的功能，比如可以作为RBP的海绵吸附体，直接与靶基因结合，直接作为模板翻译。

circRNA与疾病发生中的作用

最新的研究表明circRNA在疾病发生的起始和发展阶段发挥重要作用，因此可以作为潜在的biomarkers。比如，HEK293细胞中ciRS-7/CDR1 as的表达受到朊病毒蛋白PrPC过表达的诱导，因此，CDR1 as可能在朊病毒疾病中起作用。

CDR1as在脑中大量表达，同时包含有与miR-7结合的60个碱基结合位点。而miR-7又是与多种疾病和通路相关。现已证实CDR1as参与了Parkin disease,  Alzheimer’s disease和脑发育。同时，miR-7有致癌和抑制肿瘤的特性，CDR1as/miR-7很有可能与肿瘤的发生和发展密切相关。

研究发现cANRIL 是一个从INK4A0ARF反义转录本，cANRIL 的表达可能与INK4/ARF的转录和心血管硬化疾病风险相关。另外，研究人员发现has_circ_002059在胃癌中表达下调，是一个潜在的胃癌诊断的biomarker。由此可见，cicrRNA与疾病的发生密切相关，是未来疾病诊断和治疗的潜在靶点。

参考文献：

Qu S, Yang X, Li X, Wang J, Gao Y, Shang R, Sun W, Dou K, Li H. Circular RNA: A new star of noncoding RNAs. Cancer Lett. 2015, 365(2):141-8.

来源：解螺旋

2016-05-16