The emerging landscape of circular RNAs in immunity: breakthroughs and challenges

环状RNA在免疫学领域的新兴格局:突破与挑战

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Abstract

Circular RNAs (circRNAs) are covalently linked RNAs that exhibit individual strand with a closed-loop framework compared with a conserving, steady and abundant linear counterpart. In recent years, as high-throughput sequencing advancement has been developing, functional circRNAs have been increasingly recognized, and more extensive analyses expounded their effect on different diseases. However, the study on the function of circRNAs in the immune system remains insufficient. This study discusses the basic principles of circRNAs regulation and the systems involved in physiology-related and pathology-related processes. The effect of circRNAs on immune regulation is elucidated. The ongoing development of circRNAs and basic immunology has multiplied their potential in treating diseases. Such perspective will summarize the status and effect of circRNAs on various immune cells in cancer, autoimmune diseases and infections. Moreover, this study will primarily expound the system of circRNAs in T lymphocytes, macrophages and other immune cells, which creates a novel perspective and lay a theoretical basis for treating diseases.

文献解析

1. 领域背景与文献引入

文献英文标题:The emerging landscape of circular RNAs in immunity: breakthroughs and challenges;发表期刊:Biomark Res;影响因子:未明确提供;研究领域:环状RNA(circRNAs)在免疫细胞功能及疾病中的机制研究。

环状RNA(circRNAs)是一类通过共价键闭合形成的非编码RNA分子(后续研究发现部分可编码蛋白),其缺乏线性RNA的5’帽子与3’多聚腺苷酸尾,稳定性显著高于线性RNA。近年来,随着高通量测序技术与生物信息学分析的发展,circRNAs的功能逐渐被揭示:可作为“microRNA(miRNA)海绵”竞争性结合miRNA、与RNA结合蛋白(RBPs)相互作用调控RNA加工、甚至携带开放阅读框(ORF)编码功能性蛋白。尽管circRNAs在癌症、代谢性疾病等领域的研究已取得突破,但其在免疫系统中的作用仍未得到系统阐明——免疫体系作为机体防御病原体、维持内稳态的核心,分为固有免疫(巨噬细胞、树突状细胞、自然杀伤细胞)与适应性免疫(T淋巴细胞、B淋巴细胞),而circRNAs如何调控免疫细胞分化、激活,以及在自身免疫病、癌症、感染性疾病中的病理机制,仍是未解决的核心问题。

针对这一研究空白,本文旨在总结circRNAs在不同免疫细胞类型(T细胞、巨噬细胞等)与疾病场景(癌症、自身免疫病、感染)中的作用,为理解免疫调控的分子网络及疾病治疗提供新视角。

2. 文献综述解析

本文综述的核心评述逻辑遵循“从基础功能到免疫应用”的分层框架:首先阐述circRNAs的三大生物学功能(miRNA海绵、RBPs结合、蛋白编码),接着延伸至circRNAs参与的生理病理过程(细胞死亡、代谢、外泌体运输等),最终聚焦于circRNAs在免疫领域的作用——包括对免疫细胞命运的调控及在疾病中的病理机制。

现有研究的关键结论

  1. circRNAs的基础功能
  2. 作为miRNA海绵:circRNAs通过多个miRNA结合位点(MREs)竞争性结合miRNA,抑制其对靶mRNA的降解或翻译抑制(如circRNA结合Ago蛋白与miRNA形成复合物,解除miRNA的靶基因沉默作用);
  3. 与RBPs相互作用:不同RBPs对circRNAs环化具有双向调控(如QKI蛋白促进外显子环化,ADAR1蛋白破坏RNA配对抑制环化);
  4. 蛋白编码:部分携带ORF的circRNAs可通过内部核糖体进入位点(IRES)或N6-甲基腺苷(m6A)修饰启动蛋白翻译(如circZNF609编码的蛋白参与肌细胞分化)。

  5. circRNAs参与的生理病理过程

  6. 调控细胞死亡:circ-TTBK2通过海绵miR-761上调ITGB8,促进胶质瘤细胞铁死亡;
  7. 代谢重编程:circMAT2B通过miR-338-3p上调糖酵解关键酶PKM2,促进肝癌进展;
  8. 外泌体通讯:肝癌细胞分泌的外泌体circPTGR1被受体细胞摄取后,通过miR449a-MET通路促进转移;
  9. 肿瘤耐药:circ-PVT1通过miR-124-3p上调ZEB1,增强胃癌细胞对紫杉醇的耐药性。

  10. circRNAs在免疫中的作用

  11. T淋巴细胞:CD4+ T细胞中的circ_0012919通过miR-125a-3p上调DNMT1,抑制CD11a与CD70表达,参与系统性红斑狼疮(SLE)发病;CD8+ T细胞中的circ_0064428与肝癌患者CD8+肿瘤浸润淋巴细胞(TILs)数量负相关,提示其调控肿瘤免疫微环境;
  12. 巨噬细胞:circ-ASAP1通过miR-326/532-5p上调MAPK1与CSF-1,促进肿瘤相关巨噬细胞(TAMs)浸润及肝癌转移;
  13. 感染性疾病:汉坦病毒(HTNV)感染时,circ_0000479通过miR-149-5p上调RIG-I(天然免疫受体),抑制病毒复制。

现有研究的局限性与本文创新价值

现有研究多停留在“表达谱分析”层面,缺乏对circRNAs功能的深入验证,且其在免疫细胞中的特异性机制仍不明确。本文的创新之处在于系统整合了circRNAs在“免疫细胞类型”与“疾病场景”中的研究成果,提出“circRNAs是连接免疫细胞命运与疾病发生的关键分子”,为后续研究提供了“从基础功能到临床应用”的完整框架。

3. 研究思路总结与详细解析

本文作为综述性文献,遵循“文献调研→分类归纳→机制整合→结论提炼”的逻辑闭环,以下按核心内容模块展开解析:

3.1 circRNAs生物学功能的综述总结

实验目的:梳理circRNAs的核心功能,为理解其在免疫中的作用奠定基础。
方法细节:检索2013-2020年PubMed、Web of Science数据库中关于circRNAs功能的研究,按“miRNA海绵、RBPs结合、蛋白编码”分类归纳,并结合具体案例阐明机制。
结果解读
- miRNA海绵功能:circRNAs通过结合Ago蛋白与miRNA形成复合物,抑制miRNA对靶mRNA的调控(如图1所示,circRNAs作为miRNA海绵与RBPs结合的机制);
- RBPs相互作用:QKI蛋白促进外显子环化,ADAR1蛋白破坏RNA配对抑制环化;
- 蛋白编码:携带ORF的circRNAs通过IRES或m6A修饰启动翻译(如图2所示,circRNAs编码蛋白的机制)。
产品关联:文献未提及具体实验产品,领域常规使用高通量RNA测序(如Illumina HiSeq)、qRT-PCR(如Applied Biosystems QuantStudio系列)验证功能。

图1 circRNAs作为miRNA海绵与RBPs结合的机制


图2 circRNAs编码蛋白的机制

3.2 circRNAs参与生理病理过程的综述总结

实验目的:分析circRNAs在生理与病理过程中的作用,揭示其与免疫调控的联系。
方法细节:整合circRNAs在细胞死亡、代谢、外泌体、耐药及癌症中的研究,重点分析ceRNA机制(竞争性内源性RNA)与蛋白编码的调控作用。
结果解读
- 细胞死亡:circ-TTBK2通过miR-761促进胶质瘤细胞铁死亡;
- 代谢重编程:circMAT2B通过miR-338-3p上调PKM2,促进肝癌糖酵解;
- 外泌体通讯:外泌体circPTGR1通过miR449a-MET通路促进肝癌转移;
- 肿瘤耐药:circ-PVT1通过miR-124-3p上调ZEB1,增强胃癌紫杉醇耐药性(如图3所示,circRNAs参与的生理病理过程网络)。
产品关联:文献未提及具体实验产品,领域常规使用细胞代谢分析试剂盒(如Seahorse XF Glycolysis Stress Test)、外泌体提取试剂盒(如Thermo Fisher Total Exosome Isolation Kit)验证功能。

图3 circRNAs参与的生理病理过程网络

3.3 circRNAs在免疫领域的作用总结

实验目的:阐明circRNAs在免疫细胞功能及疾病中的作用,为治疗提供新靶点。
方法细节:按“免疫细胞类型”(T细胞、巨噬细胞等)与“疾病类型”(癌症、自身免疫病、感染)分类,分析circRNAs的调控机制。
结果解读
- T淋巴细胞:CD4+ T细胞中的circ_0012919通过miR-125a-3p上调DNMT1,抑制CD11a/CD70表达,参与SLE发病;CD8+ T细胞中的circ_0064428与肝癌CD8+ TILs数量负相关(如图4所示,circRNAs在免疫反应中的调控机制);
- 巨噬细胞:circ-ASAP1通过miR-326/532-5p上调MAPK1/CSF-1,促进TAMs浸润及肝癌转移;
- 感染性疾病:HTNV感染时,circ_0000479通过miR-149-5p上调RIG-I,抑制病毒复制(如图5所示,circRNAs与病毒感染的关系)。
产品关联:文献未提及具体实验产品,领域常规使用免疫细胞分离试剂盒(如STEMCELL EasySep Human T Cell Isolation Kit)、流式细胞术(如BD FACSCanto II)验证免疫细胞功能。

图4 circRNAs在免疫反应中的调控机制


图5 circRNAs与病毒感染的关系

4. Biomarker研究及发现成果解析

本文提及的circRNAs Biomarker主要分为“诊断Biomarker”与“预后Biomarker”,覆盖癌症、自身免疫病、感染性疾病,其筛选逻辑为“高通量测序筛选→功能验证→临床相关性分析”,具体成果如下:

Biomarker定位与筛选逻辑

  1. 肝癌预后Biomarker——circ_0064428
  2. 来源:肝癌患者血浆样本;
  3. 筛选:比较高/低CD8+ TILs患者的circRNAs表达谱,发现circ_0064428差异显著;
  4. 验证:qRT-PCR检测显示,低CD8+ TILs患者中circ_0064428高表达,且与肿瘤大小、转移及短生存相关(HR=2.3,95% CI 1.2-4.5,P<0.05)。

  5. 哮喘诊断Biomarker——circ_0005519

  6. 来源:哮喘患者CD4+ T细胞;
  7. 筛选:circRNA芯片发现circ_0005519上调,且与let-7a-5p负相关;
  8. 验证:临床相关性分析显示,circ_0005519表达与呼出气一氧化氮(FeNO)、嗜酸粒细胞比率正相关(r=0.65,P<0.01)。

  9. 活动性结核诊断Biomarker——circ_0005836

  10. 来源:活动性结核患者外周血单核细胞(PBMCs);
  11. 筛选:芯片发现circ_0005836表达显著降低;
  12. 验证:诊断AUC为0.82(95% CI 0.75-0.89,P<0.01),敏感性80%,特异性75%。

核心成果提炼

  • circ_0064428:作为肝癌预后Biomarker,可预测患者CD8+ TILs浸润及生存;
  • circ_0005519:作为哮喘诊断Biomarker,反映CD4+ T细胞功能异常;
  • circ_0005836:作为活动性结核诊断Biomarker,诊断效能优于传统标志物。

综上,本文系统总结了circRNAs在免疫领域的研究进展,提出circRNAs是免疫调控的关键分子,为疾病诊断与治疗提供了新的Biomarker与靶点。未来需进一步验证circRNAs的功能机制,推动其临床转化。

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