全 文 ：第27卷 第9期
2015年9月
Vol. 27, No. 9
Sep., 2015
生命科学
Chinese Bulletin of Life Sciences
文章编号：1004-0374(2015)09-1125-08
DOI: 10.13376/j.cbls/2015155
收稿日期：2015-01-16； 修回日期：2015-05-08
基金项目：上海交通大学医学院大学生创新性实验项
目(2014059)；国家自然科学基金面上项目(81172030)
*通信作者：E-mail: tl09168@hotmail.com
环形RNA研究进展
陈学英，许萍萍，代娟娟，田　聆*
(上海交通大学附属第一人民医院实验中心，上海 201620)
摘　要：环形 RNA (circular RNA, circRNA)广泛存在于各种生物细胞中，并且具有结构稳定、表达量丰富
以及在不同组织及其不同发育阶段具有表达特异性等特征。目前认为，circRNA可以在转录后水平调控基
因表达，但是 circRNA的产生机制及其代谢途径仍然不是很清楚。迄今研究认为，circRNA的主要生物学
作用是作为微小 RNA (microRNA, miRNA)海绵体调控 miRNA的表达。此外，circRNA在肿瘤、动脉粥样
硬化、糖尿病、帕金森病等多种疾病的发生发展中发挥了一定的作用。深入了解 circRNA的作用机制及其
功能，有助于深入了解疾病的发生、发展机理，设计更好的预防、诊断和治疗疾病新策略。
关键词：环形 RNA；微小 RNA；微小 RNA 海绵体；肿瘤
中图分类号：Q52；R730.231.3 文献标志码：A
Research advances on circular RNAs
CHEN Xue-Ying, XU Ping-Ping, DAI Juan-Juan, TIAN Ling*
(Experimental Research Center, Shanghai General Hospital, Shanghai Jiao Tong University , Shanghai 201620, China)
Abstract: Circular RNA (circular RNA, circRNA) was in a large number of different species, and they are stable,
rich and often show tissue-/developmental-stage-specific expression. However, the detailed mechanisms of their
biogenesis and regulation have remained elusive although some evidence suggest that circRNAs regulate gene
expression at the post-transcriptional level. The major function of circRNA is considered as microRNA (miRNA)
sponges. Currently, circRNAs have been found to be involved in the occurrence, development and progression of
human diseases, such as tumor, atherosclerosis, diabetes, and Parkinsons disease. To investigate the biogenesis and
functions of circular RNAs in depth will help us to find new strategies for the better treatment of those diseases.
Key words: circular RNA; microRNA; miRNA sponge; cancer
环形 RNA (circular RNA, circRNA)是一类不具
有 5末端帽子和 3末端 poly(A)尾巴，并以共价键
形成环形结构的 RNA分子，广泛存在于真核转细
胞中 [1-2]。circRNA被发现已经超过了 30年，但是
直到最近几年才逐渐为科学家们所重视。在早期，
circRNA仅仅被认为是 RNA错误剪接或者剪接过
程中产生的副产物 [3]，或者是一些特定的病原体，
如肝炎 δ病毒 [4]和一些植物类病毒 [5]。近几年的研
究表明，circRNA普遍存在于人类细胞内 [6]，并且
其序列在人类和小鼠的进化上是高度保守的 [7-9]。
由于缺乏 3和 5末端，circRNA可以抵抗核酸外切
酶的消化作用，具有高度稳定性 [7,10]。根据其序列
构成的不同，circRNA可分为两大类：外显子来源
的环形 RNA (exonic circRNA)[6-8]和内含子来源的环
形 RNA (intronic circRNA, ciRNA)[11-12]。此外，Salzman
等 [9]在实验中还发现了一种新的 circRNA，它由外
显子与内含子共同组成，研究人员将其称之为保留
内含子来源的环形 RNA (retained-intron circRNA)。
绝大多数 circRNA的内含子在形成过程中被剪接
掉，只有少部分 cirRNA保留内含子 [13]，因而猜测
这种 circRNA可能仅仅是实验过程中产生的中间产
物，或者是一类新的独立存在的 circRNA。2015年，
生命科学 第27卷1126
Li等 [14]最新的研究显示，在人类细胞中存在一类
与人类 RNA 聚合酶 II 相关的 circRNA，这些
circRNA由外显子和内含子共同组成。与以往发现
的 circRNA不同，这些 circRNA主要定位在细胞核
而不是细胞质中，研究人员将其命名为外显子 -内
含子 circRNA (exon-intron circular RNA, EIcircRNA)，
EIcircRNA可以通过与 U1 snRNP相互作用促进亲
本基因 (parental gene)的转录。鉴于目前发现的大
部分的 circRNA主要是由外显子序列构成的，并且
对外显子 circRNA的研究也相对较多，本文将主要
叙述外显子来源的 circRNA的生物学作用及其与疾
病的关系。
1　circRNA的发现
1976年，研究人员首先在植物类病毒中发现
circRNA，这些环形单链的 RNA分子以共价键形成
闭合环状结构，并具有高度的热稳定性 [5,15]。1979年，
Hsu和 Coca-Prados [1]利用电子显微镜第一次观察
到 RNA以环状结构的形式存在于真核细胞的细胞
质中。1990年，人们首次在真菌中发现了 circRNA
的踪迹 [16]。1991年，在人类细胞进行的 DCC转录
研究中首次发现了内源性 circRNA的存在 [17]。此后，
一些 circRNA在人类、小鼠和大鼠的某些基因中相
继被确认，如 ETS-1 (v-ets avian erythroblastosis virus
E26 oncogene homolog 1)[18]、SRY (sex-determining
region Y)[19]、细胞色素 P450 2C24 (cytochrome P450
family 2 subfamily c polypeptide 24, CYPIIC24)[20]和
环状 INK4基因座中反义非编码RNA (circular antisense
non-coding RNA in the INK4 locus, cANRIL)[21] 等。
在人类、小鼠、果蝇、线虫、斑马鱼、古细菌等生
物体内陆续发现有大量环形 RNA分子的存在，并
认为环形 RNA分子是古老的、在真核基因中保守
表达的一类分子 [2]。
circRNA不同于miRNA和其他的小RNA分子，
不容易根据相对分子质量大小和电泳迁移率从其他
种类的 RNA中分离出来。通常使用的分子生物学
技术需要经过扩增或分段化破坏环形结构，并且由
于 circRNA没有游离的 3或 5端，从而不能被依
赖腺苷酸化游离 RNA末端的分子技术识别 [22]。因
此，在相当长的时间里只有少数的 circRNA被人们
所发现。随着技术的进步，越来越多的 circRNA被
进一步发现 [23]。如 Jeck等 [7]在人类成纤维细胞中
检测出了高达 2.5万多种的 circRNA；Memczak等 [8]
通过 RNA-seq数据结合人白细胞数据库鉴定出 1
950种人类 circRNA、1 903种小鼠 circRNA (其中
81种与人类 circRNA相同 )和 724种线虫 circRNA。
2015年，Gao等 [24]采用一种新的鉴定方法 CIRI发
现了比以往更多的 circRNA，并且他们发现细胞共
有的 circRNA往往具有较高的表达水平，提示着这
些 circRNA可能具有重要的生理功能。
2　外显子circRNA的产生机制
选择性剪接 (alternative splicing)是生成成熟
RNA的关键步骤，除了线性 RNA，前体 RNA剪
接还产生其他 3种形式的 RNA，分别为套索内含
子 (lariat intron)、Y结构内含子 (Y-structure intron)
和 circRNA[10]。虽然有大量的 circRNA不断被发现，
但是其产生机制并不是十分清楚。在单细胞生物中，
circRNA往往来自核糖体前体 RNA内含子的自我
剪接 [25]，但在古细菌中也可以通过编码蛋白质的基
因产生 [26]。在人类 DCC[17]以及 EST-1[18]基因的研
究中，研究人员认为这些 circRNA是通过外显子干
扰 (exon scrambling, ExScram)作用形成的。Salzman
等 [6]发现含有 scramb exon的 RNA异构体是几乎
都是环形的。Dixon等 [27]将任何非线性的剪接外显
子顺序命名为 RREO事件 (rearrangements or repetition
in exon order, RREO)，在 mRNA转录物的序列分析
实验中，在约 1%的哺乳动物基因中观察到了
RREO事件，意味着 RREO事件可能来自基因组的
一个基因子集，同时提示这些非线性产物可能具有
一定的生物学功能。Exon scrambling (ExScram)、
Exon repetition (ExRep) 和 Trans-splicing (TransSpl)
均可以导致 mRNA外显子非线性排列。Shao等 [28]
通过研究认为，只有一小部分 ExRep事件可能具有
生理基础，而其他的 ExScram、ExRep和 TransSpl
事件对于生物体来说可能是没有意义的。Al-Balool
等 [29]认为剪接外显子的非线性排列是转录后外显
子重排 (post-transcriptional exon shuffling, PTES)的
结果。大多数 PTES转录物可以在人类多种组织中
高表达，并且这些转录物可以是多聚腺苷酸化的，
但是实验中发现的 circRNA几乎都是非聚腺苷酸化
的 [6,13]，由此可以认为通过 PTES事件形成的转录
物不一定都是 circRNA。
由于 circRNA表达量低，在相当长的一段时
间内 circRNA都只被认为是 mRNA错误剪接的产
物 [3]。随后有人提出真核生物的 circRNA来自剪接
体介导的前体 mRNA (pre-mRNA)剪接，即所谓的
back-splicing，由上游的 5剪接位点——剪接供体
陈学英，等：环形RNA研究进展第9期 1127
(splice donor)连接到下游的剪接位点——剪接受体
(splice acceptor)，从而产生一个 circRNA[12]。目前
普遍认为大部分 circRNA都是通过 back-splicing形
成的。
2013年，Jeck等 [7]提出了外显子 circRNA发
生的两种新模型：套索驱动环化 (lariat-driven
circularization)模型和内含子配对驱动环化 (intron-
pairing-driven circularization)模型。这两种模型生
成 circRNA的第一步是不同的：套索驱动环化是由
外显子组成的剪接供体和剪接受体共价结合，而内
含子配对驱动环化则是由 2个内含子互补配对结合
而形成环状结构。这两种模型在此后的环化过程则
基本一致，即剪接体 (splicesome)切除剩余内含子
并形成 circRNA。由于外显子 circRNA在细胞中广
泛存在，所以其生成机制仍然处于推测阶段，Jeck
等提出的上述两种产生 circRNA的模型目前还缺乏
足够的实验证据支持。
2.1　套索驱动环化模型
Zaphiropoulos[20]研究发现，circRNA 可以通
过外显子跳跃 (exon skipping)事件形成，即所谓的
circRNA形成的外显子跳跃机制，该机制认为一个
外显子跳跃事件可以产生一个包含外显子的套索结
构 (lariat structure)，随后这种套索结构通过内部剪
接除去内含子序列，从而产生 circRNA。理论上每
个外显子跳跃事件都可以产生一个外显子 circRNA。
Jeck 等 [7]由此提出了外显子 circRNA形成的套索驱
动环化模型，他们认为 pre-mRNA通过一个经典的
外显子跳跃事件，使剪接受体和剪接供体共价结合
形成一个套索结构，再通过 Intralariat剪接产生一
个由外显子构成的 circRNA。他们在 45%的外显子
circRNA中观察到了外显子跳跃事件。
2.2　内含子配对驱动环化
外显子 circRNA的形成并不总依赖于外显子跳
跃事件。在内含子配对驱动环化模型中，Jeck 等 [7]
认为 circRNA是由于内含子区域的反向互补序列，
如 ALU或其他 RNA二级结构等导致了内含子区域
配对从而触发外显子 back-splicing，形成 circRNA
分子。他们发现这些侧翼内含子的 ALU序列与人
类 circRNA的形成高度相关。
1993年，Capel等 [19]首次提出环形 Sry的形
成与侧翼内含子的重复序列有关。他们认为这些重
复序列可以形成一个分子内茎环结构，使剪接供体
更加靠近剪接受体，从而有利于环形 Sry的形成。
Dubin等 [30]在实验中观察到，如果敲除内含子反向
重复序列，可以导致 Sry基因的外显子无法环化，
该实验进一步验证了 Capel 等提出的理论。
为了揭示环形 RNA的产生机制，Liang等 [31]
将人类 ZKSCAN1 (zinc finger protein with KRAB and
SCAN domains 1)、HIPK3 (homeodomain-interacting
protein kinase 3)和 EPHB4 (ephrin type B receptor 4)
基因的 pre-mRNA克隆到容易操作的表达载体中。
通过广泛诱变这些载体，在细胞内确定了一个足以
产生 circRNA的微小区域。通过实验发现短的内含
子反向重复序列可以促进外显子 circRNA的形成，
并且这些内含子重复序列都含有剪接位点，在环化
过程中，这些内含子重复序列通过碱基配对使彼此
之间的剪接位点更为接近，从而促发外显子的
back-splicing，形成 circRNA。但是，并不是所有的
重复序列都可以促进外显子的环化，如在重复序列
之间加强的发夹结构、G-U摆动配对以及 poly(A)
结构等可以抑制 circRNA的形成。除此之外，研究
人员发现外显子环化还需要一个功能性 3末端以及
内含子重复序列与外显子之间的协作。
2014年，Zhang等 [32]利用全基因组分析和
circRNA重演的方法，证实外显子环化依赖于其两
侧的内含子互补序列。与 Liang等 [31]的研究结果不
同的是，Zhang等 [32]发现侧翼内含子两旁的重复或
非重复互补序列都可以促进外显子的环化。该研究
还发现，不同区域间互补序列的竞争性配对可以选
择性地产生线性 RNA或环形 RNA，即内含子内部
形成的互补序列配对可以促进线形 RNA的产生，
而跨内含子间的互补序列配对则更有利于环形RNA
的产生。研究发现，外显子环化效率受到跨侧翼内
含子或单个内含子内的 RNA配对间的竞争所调控。
此外，反向重复 Alu配对 (inverted repeated Alu pairs,
IRAlus)的选择性形成和它们之间的相互竞争能够
造成选择性环化，导致单个基因产生多个环状 RNA
转录物。Jeck等 [7]发现环化外显子的侧翼内含子比
随机选择的侧翼内含子更长 (2~5倍 )，但是 Zhang
等 [32]发现在这些长的侧翼内含子中 ALU元件的密
度与对照组并无明显区别 [32]。因此，长的侧翼内含
子并不是 circRNA形成所必需的 [9,13]，但是长的侧
翼内含子可以引入更多的 ALU元件而更有利于
circRNA的形成。
Ashwal-Fluss等 [33]通过实验发现 circRNA是
通过协同转录产生，并且 circRNA的产生效率强烈
依赖于两侧的内含子序列。侧翼外显子的线性剪接
与 circRNA的生物合成之间相互竞争，并且这种竞
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争作用相当强烈，它可以使 circRNA的生成量呈数
量级减少。
此外，Ivanov等 [34]发现内含子包围的 circRNA
(introns bracketing circRNA)与线性对照组相比，具
有更加丰富的反向互补序列，并且这些内含子高
度富集 RNA编辑或超编辑 (RNA editing or hyper-
editing)事件。内含子的 ALU序列被认为对于人类
circRNA的形成具有至关重要的作用 [7]，但是 ALU
重复序列只特定存在于一小部分的脊椎动物中，这
仍然无法解释为何其他动物细胞中也广泛存在
circRNA。为此，Ivanov等 [34]选用秀丽隐杆线虫
(Caenorhabditis elegans)基因组 circRNA进行研究。
与 Jeck等 [7]当初的实验结果一致，秀丽隐杆线虫
circRNA的侧翼内含子序列比其他非线性 RNA内
含子序列要长，并且这些包围 circRNA的内含子含
有丰富的反向互补配对 (reverse complementary match,
RCM)，RCM 可以通过诱导侧翼内含子的碱基
配对从而促进外显子环化。在人类细胞中同样富含
RCM，并且 88%的 RCM与 ALU序列重叠。Ivanov
等 [34]还发现，敲除双链 RNA编辑酶 ADAR1可以
明显并特异性地上调 circRNA的表达。
这些已有的研究增加了人们对 circRNA的产生
机制的了解。尽管如此，仍然有许多问题等待解决，
如这种剪接机制如何与正常的剪接活动分开；什么
样空间结构可以促进或者是限制这种旁路剪接途
径；circRNA是否有助于表观遗传等 [35]。
3　外显子circRNA的生物学功能
3.1　作为miRNA海绵体(microRNA sponge)
miRNA海绵体的作用是竞争性结合 miRNA位
点，调节成熟 miRNA的活性，它可以导致 miRNA
功能的丧失并伴随着 miRNA靶基因表达水平的提
高 [36]，这一机制也是竞争性内源 RNA (competing
endogenous RNA, ceRNA)假说的重要组成部分。内
源表达的线性 RNA已经证实在植物 [37]和哺乳动
物 [38-39]中可以抑制 miRNA的活性，作为 miRNA
海绵体发挥作用，这表明 miRNA海绵体可以在真
核生物中调节 miRNA的活性。近年来的研究也显
示，外显子 circRNA亦可以作为 miRNA海绵体或
者是竞争内源性 RNA在哺乳动物中起作用 [36,40]。
CDR1as (antisense to the cerebellar degeneration-
related protein 1 transcript)是小脑变性相关蛋白 1
(CDR1)基因的环状天然反义转录物 (natural antisense
transcript, NAT)，也被称为 miR-7的环状 RNA海绵
体 (circular RNA sponge for miR-7, ciRS-7)。ciRS-7
作为 miR-7的环状抑制剂，包含了超过 70个 miR-7
结合位点，并且其结合 miR-7的能力比其他已知的
转录物高 10倍 [8,40]。当 ciRS-7高表达时，它能有
效结合大量 miR-7而使 miR-7的活性下降，导致
miR-7靶基因表达水平的增加；而当 ciRS-7低表达
时，miR-7的靶基因表达水平也相应降低。研究人
员在斑马鱼胚胎中注射能表达 ciRS-7的质粒，观察
到这些斑马鱼的中脑体积明显减小，并且这种作用
可以通过注射 miR-7前体得到部分恢复，说明人 /
小鼠 ciRS-7转录物在生物体内是具有生物活性的，
可产生类似 miR-7被抑制的作用，从而引起中脑发
育的异常。这也同时表明 ciRS-7表达的生物学效应
至少部分是通过其与miR-7的相互作用而产生的 [8]。
此外，环形的睾丸特异性 RNA分子 SRY含有
16个 miR-138结合位点，可以通过竞争性结合
miR-138位点减弱miR-138的抑制作用 [40]。2014年，
Guo等 [13]发现来源于 ZNF91 (zinc finger protein 91)
基因座的 circRNA (circRNA-ZNF91)含有 24个 miR-
23位点，且其中的 19个位点为 8核苷酸位点，超
过了已知的 miRNA海绵体―SRY基因，因此，由
该基因座产生的 circRNA也可能同样发挥着 miRNA
海绵体作用。
3.2　参与转录调控
人类和小鼠的 HIPK2和 HIPK3基因座的第二
个外显子均可发生环化生成 circRNA，这个外显子
包含经典的 ATG序列 (翻译起始点 )。研究发现，
HIPK2/3区的外显子 circRNA比相关的线性转录物
更丰富，也更稳定；并且，HIPK2/3环化可阻碍普
通的编码蛋白质产生 (由于缺少 ATG序列和明显的
N-末端序列 )。因此，外显子环化被认为是“选择
性剪接”的一种新的形式，可调控基因的表达 [7]。
Jeck等 [7]观察了 69个鼠类 circRNA以及与之相对
应的人类基因，认为 circRNA可能是调控这些基因
表达的一个保守机制。
此外，Ashwal-Fluss等 [33]发现 circRNA的形
成与 pre-RNA的规范剪接相互竞争，circRNA形成
与线性 RNA呈负性相关，这表明 circRNA可以通
过与线性剪接相互竞争来调控相关线性 RNA的形
成，从而调节基因的表达。他们证明外显子环化和
线性剪接可以以组织特异性的方式相互竞争，并且
发现剪接因子MBL/MBNL1 (muscleblind-like)的第
二个外显子在人类和果蝇中可以通过环化作用形成
circRNA (circMbl)。circMbl和它的侧翼内含子中都
陈学英，等：环形RNA研究进展第9期 1129
含有保守的 MBL结合位点，通过调节 MBL的水
平可以显著影响 circMbl的生物合成，且这种作用
依赖于MBL结合位点。
Chao等 [41]在对 Formin (Fmn)蛋白的 cDNA分
析中发现了一类新的 circRNA，这些 circRNA在组
织中有较高的表达。Fmn蛋白被认为是小鼠肢体发
育所必需的，如果敲除 Fmn蛋白外显子 4或 5，小
鼠虽然有正常的肢体发育，但却出现肾脏发育不良
的情况，并且在这些基因敲除小鼠中没有检测到其
环形 RNA的存在，而是产生线性 RNA，这些环形
的 Fmn RNA可能与小鼠的肾脏发育有关。他们认
为这些外显子circRNA可能作为mRNA陷阱 (mRNA
trap)作用隔离转录起始位点，从而不能被翻译形成
功能性 Fmn蛋白产物，导致 Fmn蛋白的表达异常。
与之相类似，杜氏肌营养不良 (Duchenne muscular
dystrophy, DMD)基因也可通过选择性剪接引起外
显子跳跃而产生一些环形的肌营养不良 RNA，缺
失突变可破坏正常的外显子结构而导致这些环形
RNA的消失 [42]。DMD外显子 circRNA的形成可导
致相应 mRNA的缺损，从而导致可被翻译 mRNA
的量降低 [43]，因此认为这些肌营养不良 circRNA
与疾病之间存在着一定的联系。circRNA的形成被
认为是选择性剪接的一种形式，目前，剪接调控已
经成为治疗人类疾病的一个新靶点，如利用反义核
苷酸对抗某些外显子可以导致外显子跳跃和恢复开
放阅读框 (open reading frame, ORF) [44]。
如上文所述，Ivanov等 [34]发现如果敲除双链
RNA编辑酶 ADAR1，可以明显并特异性地上调
circRNA的表达。ADAR是高度保守的RNA编辑酶，
它可以与双链 RNA结合；在人类细胞中，ADAR1
和 ADAR2可以与 ALU重复序列相互作用而调节
circRNA的表达水平。通过 ADAR调节 circRNA的
生物形成，而 circRNA又可以与线性 RNA的形成
相互竞争，这意味着可以通过 ADAR间接调节线
性 RNA的表达，进而调控基因的表达。
3.3　与RNA结合蛋白之间的相互作用
已知一些线性非编码 RNA可与 RNA结合蛋
白结合发挥作用，同样 circRNA可能也具有类似的
作用。Memczak等 [8]发现 circRNA可以稳定地与
AGO (argonaute)蛋白紧密结合，并且他们认为
circRNA也有可能像其他低复杂性分子一样参与较
大的 RNA复合物或者是蛋白质的组装。此外，外
显子 circRNA可能通过结合多种蛋白质充当 RNA
结合蛋白的“脚手架 (scaffolding)”，为蛋白质与
RNA、蛋白质与 DNA、蛋白质与蛋白质之间的相
互作用提供平台 [22]。
3.4　参与蛋白质翻译
circRNA分子除可在 RNA水平发挥作用外，
也有报道称一些 circRNA还可能被翻译成蛋白质。
Chen和 Sarnow[45]研究表明，若 circRNA结构中含
有内部核糖体进入位点 (internal ribosome entry site,
IRES)，真核细胞核糖体就可在 circRNA上启动翻
译机制，如肝炎病毒 δ的环形 RNA分子可编码一
个病毒相关蛋白，并与肝炎的发生相关 [4]。研究发
现与水稻黄斑病毒相关的高度结构化的长度为 220
nt的类病毒共价闭合环状 RNA (covalently closed
circular RNA, cccRNA)用新的编码、翻译和基因表
达方式编码了一个相对分子质量为 1.6 × 104的高度
碱性蛋白。cccRNA是目前已知类病毒和拟病毒中
最小的，并且也是唯一可以编码蛋白质的 circRNA，
它的起始密码子和终止密码子相互重叠 (UGAUGA)。
cccRNA序列具有一个 IRES，通过 2个 (或 3个 )
完全重复的 ORF直接被翻译 [46]。不过这种 circRNA
的翻译机制是非典型的，可能只特异存在于某些病
毒中，尽管已经证实 circRNA在多种真核生物中表
达 [2,12]。HIPK3 circRNAs包含一个 AUG翻译起始
密码子，但是它和其他外显子 circRNA一样不能与
核糖体结合，从而不能被翻译为蛋白质 [7]。通常，
circRNA被认为是不可以被翻译的 [7,13]，进而被定
义为一类新的非编码 RNA。
4　circRNA与人类疾病
4.1　circRNA与肿瘤
前文已指出，ciRS-7是 CDR1基因的天然环状
反义转录物，且在脑组织中高表达，但在非神经组
织中低表达或不表达，发挥着 miRNA海绵体作
用 [8,40]。在 HEK293细胞中稳定表达朊蛋白 PrPc可
诱导 ciRS-7的表达，而不是最初认为的 CDR1[47]。
因此，PrPc可能参与了 ciRS-7的调控，同时也意
味着 ciRS-7在朊病毒相关疾病中可能发挥了一定的
作用 [48]。
miR-7 在癌症相关的信号转导途径直接针
对并下调某些致癌因子，如表皮生长因子受体
(EGFR)[49]、胰岛素受体底物 1/2 (insulin receptor
substrate ½, IRS-1/2)[49]、Pak1 (p21 protein-activated
kinase 1)[50]、Raf1[51]、PIK3CD[52]等，这表明 miR-7
有明确的肿瘤抑制作用。不过，也有报道指出肺
癌的预后差与 miR-7的过度表达相关 [53]，因此，
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miR-7的高表达并不一定对肿瘤有抑制作用。
ciRS-7招募 miR-7并与其相互作用被认为是它
主要的功能，它可能通过间接调控 miR-7靶基因的
表达，从而参与疾病的发生和发展。miR-7在不同
肿瘤中发挥着抑癌或促癌作用，这也意味着 ciRS-7
可通过与 miR-7相互作用，调节 miR-7的表达水平，
进而在癌症的发生发展中起着抑癌或促癌作用 [48]。
Li等 [54]首次发现与癌旁组织相比，circRNA-
Hsa_circ_002059在胃癌组织中的表达显著下调。类
似地，他们还发现与周围组织相比，circRNA ITCH
在食管癌鳞状细胞癌 (sophageal squamous cell carcinoma,
ESCC)中的表达量也较低；通过进一步的生化实
验表明，circRNA ITCH可能可以作为 miRNA-7、
miR-17和 miR-214的海绵发挥作用，从而提高体
内 ITCH的表达水平，而 ITCH的过度表达可以促
进泛素化和 Dvl2的磷酸化降解，从而抑制Wnt/
β-catenin信号通路 [55]。这些结果表明，circRNA
ITCH也许可以通过调节Wnt通路来抑制食管鳞状
细胞癌。
此外，Bachmayr-Heyda等 [56]发现大肠癌组织
中 circRNA和线性 RNA的比值总是低于正常的大
肠黏膜标本，并且这个比值与细胞的增值呈负相关。
通过对特发性肺纤维化 (idiopathic pulmonary fibrosis,
IPF)、永生正常卵巢表面上皮 (immortalised normal
ovarian surface epithelial, IOSE)及正常组织的研究，
发现增殖可能是 circRNA表达下降的一个驱动因
素，这也许暗示着 circRNA与增殖性疾病有关。
4.2　circRNA与其他疾病
大量实验表明，miR-7与多种疾病相关联。如
miR-7作为 α-突触核蛋白的直接调节因子，可能在
帕金森病中起作用 [57]；在胰腺中，抑制胰岛 β细胞
中的 miR-7不仅可以激活 mTOR信号通路，同时也
可以刺激 β细胞的增殖 [58]。因此，miR-7可能是低
β细胞增殖糖尿病的一个新的治疗靶点。ciRS-7通
过与 miR-7的相互作用，还可能与帕金森病、糖尿
病、阿茨海默病 [59]等有一定关系。
环形 RNA cANRIL是细胞周期素依赖性激酶 4
抑制蛋白 (cyclin-dependent kinase inhibitor 4A, CDK4A/
INK4A)及其可变读码框 (alterative reading frame, ARF)
(INK4A/ARF)基因的反义转录物 [9]，其在人类细胞
中的表达与其所在位点上几个可能影响 ANRIL剪
接的 SNP (single nucleotide polymorphisms)有关，从
而调节 INK4/ARF的水平并增加动脉粥样硬化的风
险 [21]。RNA结合蛋白 muscleblind对肌肉和眼睛的
发育具有重要的作用，其功能缺陷可以引起强直性
肌营养不良。通过调节MBL结合位点可以调节相
关的 circRNA的合成，并且这些 circRNA在神经相
关性基因中表达丰富，这也许为 RNA结合蛋白与
脑功能之间提供了一条通路，从而推测 circMbl可
能与强直性肌营养不良有关 [33]。
此外，如前文前所述，RNA环化可调控转录。
外显子 circRNA的 mRNA陷阱作用可提高某些疾病
的患病风险，如 circRNA可能与肌营养不良有关 [43]。
5　展望
尽管 circRNA已经发现了超过 30年，但迄今
为止仍然只有少数的 circRNA在哺乳动物中被发
现。随着新一代技术的不断进步，人们对不同来源
的环形 RNA分子有了更加深入的认识。目前发现
的大部分 circRNA都是由外显子序列构成的，在不
同的物种中具有保守性，同时存在组织及不同发育
阶段的表达特异性 [8]。circRNA最初被认为只是
RNA错误剪接的产物，目前有多种 circRNA产生
机制的假说，但都缺乏足够的实验数据支持，还有
待进一步研究。
circRNA具有多种生物学功能，主要是发挥着
miRNA海绵作用。circRNA可能通过与 miRNA的
相互作用进而与人类疾病相关联。circRNA由于对
核酸酶不敏感，因而比线性 RNA更为稳定，这使
得 circRNA在作为新型临床诊断标记物的开发应用
上具有明显优势。2015年，Bahn等 [60]研究表明，
可以通过测定人体体液中的细胞外 RNA (extracellular
RNA, exRNA)来检测疾病。Li等 [54]发现 circRNA-
Hsa_circ_002059在胃癌组织中表达明显下调，其术
前术后的血浆表达水平明显不同，其表达水平还与
肿瘤远处转移、TMN分期、性别和年龄有一定的
关系。这意味着 circRNA-Hsa_circ_002059可能是
一类可以用于胃癌诊断的新的潜在稳定生物标志
物。同时，由于 circRNA的高度稳定性及作为
miRNA海绵体发挥作用，若可以通过稳定表达
circRNA水平，从而稳定调节体内 miRNA的表达，
则有可能达到治疗或预防疾病的作用，因而
circRNA具有广泛的临床应用前景。
[参　考　文　献]
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