环状RNA在糖尿病创面愈合中的作用机制研究进展

Abstract

近年来, 大量研究表明非编码RNA在创面愈合过程中发挥着重要作用。其中关于环状RNA（circRNA）作用机制的研究显示, circRNA与创面愈合相关的细胞, 如内皮祖细胞、角质形成细胞的增殖密切相关, 也参与了慢性创面愈合过程。该文在简述circRNA相关概念的基础上, 聚焦circRNA在糖尿病创面愈合不同阶段中可能的调控作用机制, 也归纳了circRNA在糖尿病末梢血管粥样硬化进程中的潜在作用, 旨在深入探究circRNA在糖尿病创面愈合过程中的分子机制及临床意义, 为进一步研究提供参考。

皮肤作为人体最大的器官, 具有有效预防机械性损害、感染、体液失衡和热失调等作用^[1]。皮肤受到损害后形成创面, 而创面愈合异常则会对机体产生不同程度的影响。慢性疾病如糖尿病等也会影响创面愈合, 导致慢性创面如糖尿病足溃疡等形成^[2]。作为糖尿病常见的并发症, 糖尿病创面愈合不良多由患者持续的高血糖状态导致的末梢血管或神经病变所致, 合并感染也是糖尿病创面难愈的因素之一。随着人口老龄化加剧, 糖尿病创面患者数量持续增加, 寻找和发现新的治疗靶点是近年来的研究热点。

随着分子生物学的快速发展, 非编码RNA（ncRNA）被证实在细胞中发挥多种功能, 根据其生物学特性可分为管家ncRNA和调控性ncRNA, 后者包括长链非编码RNA（lncRNA）和微小RNA（miRNA）等, 且已有研究表明部分lncRNA和miRNA在创面修复中发挥重要作用^[3-5]。近年来, 随着高通量组学技术的应用, 环状RNA（circRNA）的生物学特性被逐渐揭示, 是调控性ncRNA研究的前沿；也有研究表明circRNA在创面愈合的相关阶段可能发挥关键性作用^[6], 探讨其作用机制可为糖尿病创面的治疗提供新思路。本文主要就circRNA在糖尿病创面愈合中的作用机制进行综述, 也归纳了circRNA在糖尿病末梢血管粥样硬化进程中的潜在作用, 以期为相关基础研究和临床治疗提供新思路。

1. circRNA概述

circRNA是近年来被重新认识的一类ncRNA, 其来源广泛, 表达具有组织和细胞特异性, 可通过充当miRNA海绵在竞争性内源性RNA（ceRNA）网络中发挥关键作用, 在转录和转录后水平广泛参与基因表达调控, 是生物医学领域的研究前沿^[7-8]。有别于传统的线性RNA, circRNA是由mRNA前体经反向剪接而成的闭合共价环状的RNA, 不易被核酸外切酶降解, 在多种细胞内广泛表达, 也可在细胞外体液及外泌体中被检测出来, 具有结构稳定、序列保守、表达特异等特点^[9-10]。随着研究的深入, circRNA的生物学功能逐渐被揭示, circRNA可作为miRNA或蛋白的海绵, 如ciRS-7可竞争性吸附miRNA-7, 在肿瘤发生中发挥重要作用^[11]；circRNA还可以通过调控基因转录^[12]和参与蛋白质翻译^[13]等广泛参与缺血、缺氧、损伤修复、氧化应激等多种病理生理过程, 在各种疾病的发生、发展中发挥关键作用, 也有望成为相关疾病诊疗的标志物和靶点^[14]。亦有研究表明, 部分circRNA与衰老进程有关, 如circFOXO4的异位表达可促进小鼠和人类心肌组织衰老, 将其沉默则可抑制衰老进程^[15]。circRNA也参与糖尿病并发症的发生, 如Shan等^[16]的研究表明糖尿病患者视网膜中circHIPK3可通过抑制miRNA-30a的表达, 影响血管内皮细胞增殖, 导致血管功能障碍；Liu等^[17]研究证实, 过表达的circITCH可抑制高糖诱导的糖尿病大鼠肾小球系膜细胞的迁移, 促进糖尿病肾病的发生。

2. circRNA在糖尿病创面愈合中的调控作用机制

皮肤创面愈合是一个复杂的过程, 涉及多种细胞、细胞因子和生物分子的共同作用, 大致可分为炎症反应、细胞增殖和组织重建3个阶段, 任何一个阶段受到内、外因素的影响, 都可能导致创面愈合不良, 使普通创面转变为慢性难愈性创面。缺血、缺氧、局部受压、感染、恶性肿瘤、糖尿病或动脉粥样硬化等疾病^[18], 都有可能导致临床上慢性难愈性创面形成。慢性创面的形成机制错综复杂, 与局部微循环障碍、组织再生能力下降、Fb老化、关键生长因子缺乏、细胞信号通路失活等多种因素有关^[3]。已有大量研究证实circRNA通过多种机制参与糖尿病创面的病理生理过程。

2.1. circRNA参与糖尿病创面愈合炎症阶段的调控

Li等^[19]观察到, 在高糖条件下孵育的人视网膜上皮细胞中, circ_0084043表达升高并参与细胞炎症反应过程, 将其敲除后炎症因子TNF-α、IL-6、环氧合酶-2的表达显著降低, 有效抑制了高糖诱导的细胞炎症反应。在糖尿病患者肾组织和高糖孵育的人肾皮质近曲小管上皮细胞中, circ_0037128的表达升高, 炎症因子TNF-α、IL-1β和IL-6含量升高, 下调circ_0037128的表达后, 上述炎症因子的水平随之下降, 高糖引起的炎症反应得到逆转^[20]。Dai等^[21]观察到, 2型糖尿病患者血清中circ_0054633及炎症因子IL-17和TNF-α的表达水平较高, 经胰岛素治疗后三者的含量均显著下降, 相关性分析也证实IL-17和TNF-α的水平与circ_0054633水平呈正相关。Zhao等^[22]的研究证实, circ_0000712在高糖处理的小鼠肾小球系膜细胞（SV40-MES13）中高表达, 下调circ_0000712的表达后, IL-1β、IL-6和TNF-α的含量明显下降, 炎症反应减轻。上述研究均表明circRNA在高糖诱发的细胞炎症反应中起重要的调控作用, 对特定circRNA的表达进行干预, 有望调控糖尿病创面愈合的炎症反应程度, 但还需要进一步验证。

2.2. circRNA参与糖尿病创面愈合增殖阶段的调控

Fb和KC均参与创面愈合的增殖及再上皮化过程, 对创面收缩、组织重塑有着重要作用。Yang等^[23]的研究表明, circ_101238可通过miRNA-138-5p介导周期蛋白依赖性激酶6的表达, 进而影响Fb的增殖和凋亡。一项关于小鼠特异性肺纤维化的研究表明, 过表达的circTADA2A会抑制正常组织中Fb的活化和增殖^[24]。circ_0084443具有miRNA海绵作用, 可通过miRNA-17-3p/叉头框蛋白O4调控轴影响人KC的迁移, 过表达的circ_0084443会降低人KC的迁移能力^[25]。在普通创面愈合过程中, 作为KC迁移的负调节因子, circ_0084443的表达通常下调, 但在糖尿病患者创面愈合过程中circ_0084443的表达却上调^[26], 在抑制KC迁移的同时, 可促进KC增殖, 值得研究者关注。Han等^[27]研究表明, 下调circPRKDC表达可促进人表皮KC迁移, 抑制其下游靶点miRNA-31的表达则可抑制人表皮KC迁移, 反之亦然。由此可见, 在糖尿病创面愈合的增殖阶段, 也有多种circRNA通过多种机制参与Fb和KC的增殖和迁移, 对其中的关键circRNA进行特异性调控, 有助于在增殖阶段促进糖尿病创面愈合, 具有重要的临床研究意义。

创面愈合速度及愈合后的皮肤质量与血管生成密切相关, 有研究表明circRNA也参与了创面愈合增殖阶段中血管生成的调控, 进而参与糖尿病创面修复过程。在高糖条件下, 小鼠创面模型的血管生成处于抑制状态, 而内皮祖细胞（EPC）的移植对创面血管生成有促进作用, 有助于糖尿病创面的愈合。Shang等^[28]观察到, 在缺氧预处理的小鼠EPC中circKLHL8的表达上调, miRNA-212-3p和沉默信息调节因子5（SIRT5）是circKLHL8的下游靶点, 而高表达的circKLHL8可以通过SIRT5介导的自噬减少高糖对EPC的损伤, 恢复血管新生能力, 促进小鼠糖尿病创面愈合。自体脂肪源性间充质干细胞（ADSC）的移植已被证实可促进糖尿病创面的愈合, Shi等^[29]最近研究表明, 在ADSC来源的外泌体中, circRNA_0000250可通过吸附miRNA-128-3p, 上调SIRT1的表达, 帮助EPC在高糖条件下恢复功能, 促进血管生成, 从而促进小鼠糖尿病创面愈合。circRNA也可参与调节ADSC的功能, 促进糖尿病创面愈合, Wang等^[30]观察到, circGCAP14在缺氧预处理后的小鼠ADSC中表达上调, 通过miRNA-18a-5p/缺氧诱导因子-1α通路, 提高VEGF的表达, 促进血管生成, 从而促进小鼠糖尿病创面愈合。另有研究表明, circ_0018103在高糖处理后的小鼠ADSC中显著下调, 而过表达circ_0018103的小鼠ADSC自噬增强且凋亡减少^[31]。综上, circRNA可通过自噬、凋亡等机制调控创面的血管新生, 参与调节EPC和ADSC的功能, 从而促进糖尿病创面修复, 有望成为糖尿病创面治疗的新靶点。

3. circRNA参与糖尿病末梢血管粥样硬化进程

老年人共病是指2种或2种以上慢性病共存于同一个老年人的现象^[32]。作为两大老年人易患慢性病, 糖尿病与心血管疾病同时也被认为是致使创面难愈的重要因素。有证据显示, circRNA可以调节血管平滑肌细胞（VSMC）的活动和功能, 而VSMC功能障碍是糖尿病性心血管疾病发病的重要原因之一。Bai等^[33]对人VSMC分别给予正常和高糖处理, 观察到高糖会促进VSMC的增殖、迁移和浸润能力, 且circLRP6在高糖处理的VSMC中表达上调；进一步研究表明circLRP6可通过ceRNA机制, 通过分子海绵作用吸附miRNA-545-3p, 增加高迁移率族蛋白A1的表达, 这是高糖条件促进VSMC增殖、迁移和浸润的重要机制, 而敲除circLRP6或过表达miRNA-543-3p可逆转上述细胞活动变化, 提示该circRNA可能是高糖处理下影响VSMC活动和功能的重点靶标。

糖尿病创面愈合不良原因之一是持续高糖状态导致的末梢血管粥样硬化, 除了促进新生血管生成外, 改善原动脉粥样硬化状态也是糖尿病创面治疗的关键切入点, 也有学者探索了circRNA在其中的调控作用机制。Fan等^[34]构建了血小板衍生生长因子-BB（PDGF-BB）诱导的动脉粥样硬化细胞疾病模型, 检测到circ_0004872在PDGF-BB诱导的人主动脉VSMC（HA-VSMC）中表达上调, circ_0004872作为miRNA-513a-5p的分子海绵, 可调控下游硫氧还蛋白互作蛋白的表达增加, 进而促进HA-VSMC的增殖、迁移和去分化, 间接地改善动脉粥样硬化状态, 从而促进糖尿病创面愈合。Ji等^[35]实验表明, circMTO1在动脉粥样硬化患者血清和氧化低密度脂蛋白刺激的VSMC中表达下调, circMTO1也是通过分子海绵作用, 通过miRNA-182-5p调控RAS p21蛋白激活因子1（RASA1）的表达上调, 促进VSMC增殖和迁移；过表达circMTO1则可抑制VSMC活动并诱导细胞凋亡, 而过表达miRNA-182-5p或下调RASA1表达则会逆转过表达circMTO1对VSMC活性的抑制。还有研究表明, circSFMBT2在PDGF-BB诱导的人VSMC中高表达, 下调circSFMBT2表达会抑制VSMC的增殖、迁移和表型转换^[36]。上述circRNA都参与了VSMC的增殖和迁移过程, 可能是糖尿病创面愈合中新的治疗靶点, 如能进一步明确circRNA在其中的具体调控作用机制, 有望在改善末梢血管粥样硬化的同时, 促进糖尿病创面愈合。

4. 总结与展望

创面的产生或许十分简单, 但其愈合却是一个极其复杂的过程, 糖尿病创面的修复更是具有挑战性。随着分子生物学的快速发展, circRNA被逐渐证实在糖尿病创面愈合过程中发挥重要作用, 如参与调控炎症反应、改变Fb和KC的增殖和迁移、影响创面新生血管的生成及糖尿病血管粥样硬化进程等, 为糖尿病创面的治疗提供了新思路。当然, circRNA在糖尿病创面愈合中的机制研究还处于起步阶段, 与创面愈合各阶段相关的更多靶标circRNA分子也有待进一步筛选和鉴定。在高通量转录组学研究工具的加持下, 借助个性化的生物信息学分析, 在未来研究中可通过构建ceRNA表达调控网络来进一步分析各ncRNA在糖尿病创面愈合中的具体作用机制, 也有望为糖尿病创面的临床治疗提供新的治疗靶标。

Funding Statement

国家级大学生创新训练计划（202210262013）；上海市青年科技英才扬帆计划（21YF1418800）

National Training Program for College Students′ Innovation (202210262013); Shanghai Sailing Program (21YF1418800)