环状LncRNA

环状长链非编码RNA（Circular Long Non-coding RNA, circLncRNA）

环状LncRNA是一类首尾共价闭合的长链非编码RNA（长度通常>200 nt），由反向剪接（Back-splicing）形成，无5'帽子和3'尾巴。其稳定性高、进化保守性强，可通过吸附miRNA、结合蛋白或直接翻译多肽等方式参与基因调控，在癌症、神经疾病及代谢紊乱中发挥重要作用。

1. 环状LncRNA的核心特征

(1) 结构特性

• 共价闭合环：通过反向剪接（Back-splicing）形成，无游离末端，抗RNA外切酶降解。

• 组织/时序特异性：在特定组织或发育阶段高表达（如脑组织中富含环状RNA）。

• 低表达丰度：多数环状RNA表达量低于线性RNA，但部分（如CDR1as）丰度较高。

(2) 生成机制

• 反向剪接（Back-splicing）：下游供体位点（Donor Site）与上游受体位点（Acceptor Site）连接。

• 调控元件：

  • 侧翼内含子互补序列（Alu元件等）：促进环化。

  • RNA结合蛋白（如QKI、FUS）：辅助环状RNA形成。

• 驱动因素：可变剪接调控因子（如SR蛋白）、转录速率、染色质结构。

2. 环状LncRNA的功能机制

(1) miRNA海绵作用

• 竞争性吸附miRNA：解除miRNA对靶mRNA的抑制。

  • CDR1as（ciRS-7）：吸附miR-7，调控神经元功能（如突触可塑性）。

  • Sry circRNA：吸附miR-138，影响睾丸发育。

(2) 蛋白质互作

• 支架或诱饵作用：

  • circFOXO3：结合MDM2和p53，抑制p53降解（抗凋亡）。

  • circAmotl1：结合PDK1和AKT1，促进AKT入核（促癌）。

(3) 翻译功能

• 内部核糖体进入位点（IRES）：部分环状RNA含IRES，可翻译短肽。

  • circ-ZNF609：翻译参与肌肉分化的多肽。

  • circSHPRH：编码抑制胶质母细胞瘤的蛋白。

(4) 调控转录与剪接

• 结合RNA聚合酶II：影响宿主基因转录（如circEIF3J）。

• 干预可变剪接：与剪接因子竞争结合（如circRNA衍生自FGFR2基因调控其剪接）。

3. 环状LncRNA的生物学功能

(1) 癌症

• 促癌作用：

  • circHIPK3：吸附miR-124，促进胶质瘤增殖。

  • circPVT1：结合MYC蛋白，增强其稳定性（胃癌、肺癌）。

• 抑癌作用：

  • circFNDC3B：编码多肽抑制膀胱癌转移。

  • circDIDO1：结合DNA-PKcs，抑制DNA修复（促癌细胞凋亡）。

(2) 神经疾病

• 阿尔茨海默病：CDR1as/miR-7轴失调导致Aβ沉积。

• 帕金森病：circSLC8A1通过吸附miR-128调控α-synuclein表达。

(3) 代谢调控

• 糖尿病：circTulp4调控胰岛β细胞功能。

• 肥胖：circRNA_0046367通过PPAR信号通路抑制脂质积累。

4. 研究方法与技术

(1) 鉴定与验证

• 环状RNA富集：

  • RNase R处理：消化线性RNA，保留环状RNA。

  • 滚环扩增（RCA）：特异性扩增环状结构。

• 测序分析：

  • 环状RNA特异性建库（如去除rRNA和polyA筛选）。

  • 算法工具：CIRCexplorer、CIRI、find_circ等识别反向剪接位点。

(2) 功能研究

• 敲除/过表达：

  • siRNA靶向反向剪接位点：特异性敲低环状RNA而不影响线性RNA。

  • CRISPR-Cas13：靶向环状RNA的独特序列。

• 互作分析：

  • RIP-Seq（RNA免疫沉淀）：鉴定结合蛋白。

  • circRNA pull-down + 测序：分析吸附的miRNA或mRNA。

(3) 数据库资源

• CircBase：收录已知环状RNA信息（物种、基因组位置）。

• CircNet：提供环状RNA-miRNA-mRNA调控网络。

• CircBank：整合环状RNA注释与功能预测。

5. 临床应用与挑战

(1) 诊断标志物

• 高稳定性：环状RNA在外泌体或血液中稳定存在，适合液体活检。

  • circPTK2：血清中高表达提示非小细胞肺癌早期。

  • hsa_circ_0000190：作为胃癌诊断标志物。

(2) 治疗靶点

• 反义寡核苷酸（ASO）：靶向环状RNA的反向剪接位点（如抑制促癌circRNA）。

• 环状RNA递送系统：利用脂质体或病毒载体递送抑癌circRNA。

(3) 挑战

• 功能冗余：同一环状RNA可能通过多机制发挥作用，难以精准靶向。

• 物种差异：人类环状RNA在小鼠模型中可能无同源物。

• 标准化检测：临床样本中环状RNA定量需高灵敏度方法。

6. 前沿进展

• 环状RNA工程化：设计人工环状RNA作为miRNA海绵或药物载体。

• 相分离调控：环状RNA通过液-液相分离形成功能凝聚体（如调控应激颗粒）。

• 单细胞环状RNA测序：揭示环状RNA的细胞异质性。

• AI预测模型：深度学习预测环状RNA功能及疾病关联（如DeepCirc）。

总结

环状LncRNA作为非编码RNA领域的“新星”，其独特的环状结构和高稳定性赋予其重要的调控潜力。尽管在机制解析和技术应用上仍面临挑战，环状LncRNA已成为疾病诊断、治疗及RNA疗法开发的热点方向。未来研究需结合多组学、单细胞技术和合成生物学，进一步挖掘其功能多样性，推动临床转化。