环状RNA在药物诱导心脏毒性中的作用机制与治疗转化潜力

《Journal of Biochemical and Molecular Toxicology》：Circular RNAs in Drug-Induced Cardiotoxicity: Roles, Mechanisms, and Therapeutic Potential

　　

药物诱导心脏毒性（DIC）仍是药物研发和临床实践中的重大挑战，常导致治疗中断、药物淘汰和不良心血管结局。DIC与多种治疗药物相关，包括蒽环类药物、人表皮生长因子受体2（HER2）靶向治疗、酪氨酸激酶抑制剂、免疫检查点抑制剂及其他心脏毒性药物。环状RNA（circRNAs）作为稳定且多功能的调控性RNA，参与心血管损伤，日益受到关注。本综述总结circRNAs的生物发生和功能机制、其在DIC中的病理作用、生物标志物潜力、治疗意义及转化挑战。CircRNAs通过多种机制调控基因表达，包括微小RNA（miRNA）隔离、与RNA结合蛋白（RBPs）相互作用、转录调控、可变剪接调控，以及在某些情况下的肽段翻译。这些调控功能与DIC过程中的凋亡、氧化应激、线粒体功能障碍、炎症信号、焦亡和心脏重构有关。新证据提示，circRNAs可能作为DIC的候选分子标志物和潜在治疗靶点。然而，当前证据主要来自细胞和动物模型，其中多柔比星（DOX）诱导的心脏毒性占现有研究的较大比例。临床验证，尤其是在特征明确的患者队列和不同药物类别中的验证，仍然有限。总体而言，在基于circRNA的方法转化为DIC临床管理之前，仍需进一步建立标准化的circRNA检测和定量方法、验证其功能作用、开展前瞻性临床研究，并确定其与已建立心脏生物标志物联合应用时的增量价值。

1 Introduction
药物诱导心脏毒性（DIC）是药物治疗的重要安全性问题，也是药物获批和长期应用的主要障碍之一。多柔比星（DOX）、三氧化二砷（ATO）、异丙肾上腺素和环磷酰胺等临床有效药物均可能带来显著心脏毒性风险。为减轻DIC，已有策略包括基于敏感生物标志物的早期检测、剂量限制、给药途径调整及联合心脏保护剂；阐明DIC分子机制对于合理药物设计、安全性筛选及预防和治疗干预至关重要。环状RNA（circRNAs）是一类具有共价闭合环状结构的单链RNA，经反向剪接形成，参与亲本基因表达调控、RNA结合蛋白（RBPs）隔离以及作为竞争性内源RNA（ceRNAs）通过微小RNA（miRNA）结合和隔离发挥作用。其多个miRNA响应元件（MREs）可减弱miRNA对靶基因的抑制，调控多条信号通路。已有证据提示circRNAs参与自噬抑制、心肌细胞凋亡调控、心脏纤维化调节和血管生成促进等心血管功能与病理过程，但其在DIC中的表达谱和机制作用仍待深入。因此，本综述聚焦circRNAs在DIC中的作用，重点讨论调控机制、病理相关性、生物标志物潜力和治疗意义，并讨论现有证据、关键转化挑战及未来临床验证需求。

2 Classification and Biogenesis of circRNAs
非编码RNA（ncRNAs）是不编码蛋白质但参与细胞调控和结构功能的RNA转录本，可分为管家ncRNAs（如核糖体RNA（rRNA）和转运RNA（tRNA））与调控性ncRNAs（包括miRNA、长链非编码RNA（lncRNA）和circRNAs）。circRNAs具有共价闭合环状结构，缺乏5′帽和3′ poly(A)尾，经反向剪接形成：下游剪接供体位点与上游剪接受体位点连接，该反应由剪接体和RNA聚合酶II介导，生成含3′?5′磷酸二酯键的稳定环状转录本。circRNAs生物发生主要有套索驱动环化、RBP介导环化和内含子配对驱动环化三种机制。根据序列组成和剪接来源，circRNAs可分为外显子circRNAs、内含子circRNAs和外显子-内含子circRNAs；外显子circRNAs通常输出至细胞质，内含子circRNAs和外显子-内含子circRNAs主要定位于细胞核，提示其来源多样性和基因表达调控角色差异。

3 Characteristics of circRNAs
circRNAs是内源性ncRNAs的重要类别，在基因调控中的作用日益受到重视。其主要定位于细胞质，在物种间具有较高进化保守性，并因共价闭合环状构型区别于线性RNA。circRNAs缺乏3′ poly(A)尾和5′帽，因而抵抗外切核酸酶介导的降解，细胞内稳定性显著，中位半衰期约20 h，明显长于多数线性转录本；其闭合结构还有助于免疫逃逸，较不易被先天免疫系统模式识别受体识别。circRNAs通常仅占细胞总mRNA池的2%–4%，但在特定细胞类型中可显著富集，例如在无核血小板中，某些circRNAs在特定生理或病理条件下表达水平可达相应线性异构体的十倍。circRNAs独立于其线性对应物发挥多种调控作用，并非宿主基因活性的简单延伸。

4 Functions of circRNAs
高通量RNA测序和生物信息学进展促进了circRNAs的鉴定、表达谱分析和表征。越来越多证据表明circRNAs是关键调控分子，尤其作为ceRNA网络中的miRNA海绵发挥作用。许多circRNAs含多个MREs，可结合特定miRNA并将其隔离，使其远离靶信使RNA（mRNAs），从而减弱miRNA介导的抑制，增强靶转录本的翻译或稳定性。在DIC中，circRNA–miRNA–mRNA调控网络参与心肌细胞凋亡、氧化应激和炎症反应。除miRNA相互作用外，circRNAs还可作为分子支架促进蛋白质-蛋白质或酶-底物相互作用，加速生化反应；在细胞核中，某些circRNAs参与表观遗传调控，促进染色质重塑和转录激活；circRNAs还参与可变剪接调控，为病理条件下细胞反应提供转录后控制层。此外，circRNAs可包装入外泌体等细胞外囊泡，进入循环并参与细胞间通讯。在药物诱导心脏损伤中，已有研究显示circRNAs可调控miRNA活性并作为持续miRNA海绵影响心肌细胞存活、细胞应激反应和病理性心脏重构。总体而言，这些发现支持circRNAs作为DIC候选生物标志物和治疗靶点的潜力，但其临床适用性和转化潜力仍需验证。

5 circRNAs in Drug-Induced Cardiotoxicity
DIC是多因素病理过程，而非单一分子事件。根据致病药物和暴露条件，DIC可涉及心肌细胞凋亡、氧化应激、线粒体功能障碍、炎症激活、DNA损伤和进行性心脏重构。circRNAs在心肌细胞中丰富表达，并与心血管损伤相关的多种生理和病理过程调控有关。新证据表明circRNA表达在药物诱导心脏损伤模型中受动态调控，特定circRNAs在疾病发生和进展中发挥功能作用。鉴于其稳定性、特异性和调控潜力，circRNAs作为心血管疾病早期诊断和监测的新生物标志物具有前景，但其临床效用尚待确定。进一步研究circRNAs调控心血管功能和病理过程的分子机制，可能促进更准确诊断生物标志物和更有效治疗策略的开发。

5.1 circRNAs and Apoptosis in Drug-Induced Cardiotoxicity
心肌细胞凋亡在药物诱导心肌病等多种心脏疾病发病中至关重要，主要通过内在（线粒体调控）和外在（死亡受体调控）两条途径介导。其中内在凋亡途径在DIC中研究最广，尤其涉及ncRNAs和蒽环类化疗药。circRNAs在DIC中主动调控心肌细胞凋亡。在DOX处理心肌中，HL-1心肌细胞过表达circINSR可显著减轻凋亡并增强细胞活力，该保护作用由BRCA1基因介导；BRCA1沉默导致circINSR下调，提示BRCA1对DOX应激期间circINSR生物发生或维持至关重要，突出BRCA1–circINSR轴在化疗损伤下调控心肌细胞存活的关键作用。Quaking（Qki）可调控circRNA生物发生，尤其在上皮-间质转化中。既往研究显示Ttn、Fhod3和Strn3来源circRNAs在DOX处理后差异表达，提示其参与心肌细胞凋亡调控。近期研究揭示miR-31-5p通过直接靶向并抑制Qki表达负调控circPan3；抑制miR-31-5p导致Qki和circPan3上调，与DOX诱导心肌细胞凋亡减少相关。在DOX处理AC16细胞中，circSKA3和TLR4上调、miR-1303下调；circSKA3作为miR-1303海绵，减弱其对TLR4的抑制；沉默circSKA3、敲低TLR4或过表达miR-1303可显著减少凋亡并改善DOX暴露AC16心肌细胞存活，提示circSKA3经miR-1303/TLR4信号轴加剧DOX心脏毒性。circAkap7被鉴定为心脏保护分子，其上调增强对DOX诱导心肌细胞损伤的抵抗，敲低则增加凋亡，但其下游调控轴仍待进一步阐明。环孢素A（CsA）也可诱导心脏毒性，体内外实验显示其促进心肌细胞凋亡、氧化应激、炎症细胞浸润和心肌纤维化；CsA处理后转录组分析发现67个circRNAs上调和37个下调，KEGG通路富集提示其可能参与自噬和Hippo通路调控，并可能作为miRNA海绵调节CsA应激下自噬和凋亡过程；但单个circRNAs的功能作用和机制仍待阐明。总体而言，circRNAs在DIC相关凋亡中作用多样且依赖背景，circINSR和circAkap7可能具心脏保护作用，circSKA3可能通过促凋亡或促炎信号加重药物性心肌损伤；现有证据多为临床前，临床相关性需进一步验证。

5.2 circRNAs and Oxidative Stress in Drug-Induced Cardiotoxicity
DIC可导致心脏组织结构损伤、电生理活动紊乱，严重时损害心脏收缩功能，氧化应激是主要病理因素。多种circRNAs对氧化应激响应并调控活性氧（ROS）生成，参与凋亡、细胞死亡和炎症。circ_0001312在DOX处理心肌细胞中显著上调，通过miR-409-3p/HMGB1轴介导心肌损伤：升高的circ_0001312作为miR-409-3p海绵，降低其抑制HMGB1表达的能力，HMGB1升高诱导促炎细胞因子释放并启动炎症信号通路；生理条件下miR-409-3p减弱DOX诱导的氧化应激、炎症和凋亡，而circ_0001312介导的miR-409-3p抑制削弱该保护作用，导致HMGB1过表达、抗氧化酶活性下降及谷胱甘肽（GSH）等关键抗氧化剂水平降低，促进ROS蓄积和氧化损伤。circArhgap12在DOX诱导心脏毒性中促进心肌细胞损伤：DOX处理显著增加circArhgap12表达，伴ROS升高和细胞死亡增强；circArhgap12作为miR-135a-5p海绵调节其可用性和下游靶点，抑制circArhgap12可恢复miR-135a-5p活性，减少氧化应激并保护DOX诱导心肌细胞死亡。DOX还可与线粒体铁相互作用形成DOX–铁复合物，通过Fenton样反应催化过量ROS产生，加剧心肌细胞氧化损伤。近期研究还涉及表观转录组修饰：DOX暴露增加心肌RNA的N⁶-甲基腺苷（m⁶A）甲基化，与circZNF609上调相关；在DOX处理小鼠心脏中敲低circZNF609可减轻凋亡、减少ROS蓄积并缓解线粒体非血红素铁过载。总体而言，DOX响应性circRNAs通过ROS蓄积、炎症信号、抗氧化破坏和线粒体铁相关损伤调控氧化应激相关心脏毒性；circ_0001312机制证据相对清晰，circArhgap12和circZNF609验证仍较少，现有证据多为临床前。

5.3 circRNAs and Mitochondrial Damage in Drug-Induced Cardiotoxicity
心肌细胞线粒体损伤是DIC关键病理机制，某些药物可不利影响线粒体完整性。DOX通过与线粒体内膜心磷脂相互作用诱导线粒体损伤，破坏电子传递、促进过量ROS产生并导致mtDNA损伤，最终激活线粒体依赖性凋亡途径。circRNAs可调节这些病理过程，通过调控线粒体稳态减轻mtDNA氧化损伤、维持线粒体功能并抑制凋亡。circITCH作为miR-330-5p海绵，后者靶向SIRT6、BIRC5和ATP2A2 mRNA的3′-UTRs，从而保护DOX处理的人诱导多能干细胞来源心肌细胞（hiPSC-CMs）免受氧化应激相关线粒体功能障碍。ROS信号在心脏再生调控中重要，但过量ROS对心肌细胞活力有害；成人心肌细胞ROS升高与氧化DNA损伤相关，可触发细胞周期停滞、衰老或凋亡。近期研究强调线粒体定位circRNAs调节线粒体来源ROS、维持氧化还原稳态。circSamd4可促进含缬酪肽蛋白（VCP）线粒体转位并抑制电压依赖性阴离子通道1（VDAC1）表达，抑制线粒体通透性转换孔（mPTP）开放，从而减弱线粒体ROS产生并保护心肌细胞免受氧化DNA损伤；其可能为理解药物诱导心脏损伤中线粒体相关circRNA调控提供机制参考，但在DIC中的直接作用需进一步验证。三氧化二砷（ATO）是急性早幼粒细胞白血病（APL）一线化疗药，但可致长QT综合征、室性心动过速和心源性猝死等心脏毒性；ATO处理小鼠模型心肌转录组分析发现49个circRNAs上调和45个下调，生物信息学提示其可能通过与miRNA和蛋白编码基因相互作用参与凋亡、氧化代谢和线粒体稳态调控，但具体功能和机制仍多未探索。总体而言，线粒体损伤是DIC关键过程，circRNAs可能通过miRNA介导网络、线粒体通透性转换、线粒体来源ROS和凋亡相关信号调控该过程；circITCH在DOX心脏毒性中提供相对直接支持，circSamd4主要为机制参考，ATO相关circRNAs仍处表达谱阶段。

5.4 circRNAs and Other Mechanisms in Drug-Induced Cardiotoxicity
除凋亡、氧化应激和线粒体损伤外，DIC还可涉及炎症激活、焦亡、细胞衰老、肥厚反应和纤维化重构，这些病理变化促进从早期心肌细胞损伤向心功能障碍和结构重构进展。circNlgn是DOX诱导心脏重构和纤维化的重要调节因子：过表达circNlgn损害心功能并促进心肌纤维化，部分通过上调Gadd45b、Sema4C和RAD50等基因并激活促纤维化信号级联（包括p38 MAPK和磷酸化JNK（pJNK）通路）；沉默circNlgn可减轻DOX诱导心肌细胞功能障碍并抑制纤维化相关基因表达。circNlgn还编码蛋白异构体Nlgn173，可直接相互作用并激活H2AX，诱导H2AX磷酸化为γH2AX，增强炎症和促纤维化介质表达；实验沉默这些效应物可显著减少DOX诱导心肌细胞凋亡、改善活力、抑制心脏成纤维细胞增殖并减少胶原沉积，提示circNlgn可能连接DOX诱导心肌细胞损伤与炎症激活及心脏重构。异丙肾上腺素盐酸盐为非选择性β-肾上腺素能受体激动剂，主要通过激活β1-肾上腺素能受体增强心肌收缩力、加快心率、加速房室传导并增加心输出量和心肌耗氧；转录组分析鉴定119个差异表达circRNAs，其中circRNA wwp1过表达导致心房钠尿肽因子（ANF）和miR-23a下调，提示ANF和miR-23a为circRNA wwp1下游效应物，参与负调控异丙肾上腺素诱导心脏肥厚；虽在肥厚模型而非传统DIC模型中发现，circRNA wwp1仍为circRNAs调控病理性心脏重构提供额外证据。近期研究强调调节性细胞死亡（RCD）通路（如焦亡）参与药物性心肌病和DIC进展。circLTBP1是DOX心脏毒性关键介质，通过海绵吸附miR-107并上调腺苷酸环化酶1（ADCY1）表达，增强DOX诱导的人AC16心肌细胞增殖抑制、炎症、凋亡和氧化应激。circ0006332通过结合miR-143并促进Toll样受体2（TLR2）上调参与心肌细胞焦亡，TLR2是先天免疫信号和炎症的关键调节因子，提示circ0006332可能是DOX诱导焦亡的潜在调节因子。总体而言，circNlgn提示circRNAs可能调控DOX诱导心脏重构和纤维化，circRNA wwp1可能参与异丙肾上腺素诱导肥厚性重构，circLTBP1和circ0006332与DOX诱导炎症损伤和焦亡相关；这些发现提示circRNAs可能参与早期心肌细胞损伤和后期心脏重构，但其长期功能相关性和转化价值仍需验证。

5.5 Evidence Strength, Clinical Relevance, and Translational Challenges
当前证据提示circRNA在DIC中的研究有前景，但不同药物模型间证据不均衡。DOX诱导心脏毒性研究最广泛，circRNAs涉及凋亡、氧化应激、线粒体损伤、炎症、焦亡和心脏重构；ATO、CsA和异丙肾上腺素相关模型证据仍有限，曲妥珠单抗相关发现多处于转录组和ceRNA网络预测阶段；酪氨酸激酶抑制剂（TKIs）和免疫检查点抑制剂（ICIs）相关心脏毒性中circRNAs直接证据仍较少。因此，不应将DOX模型发现直接外推至所有DIC类型。从临床角度看，circRNAs因共价闭合结构、相对稳定性和细胞/组织富集表达，可能作为DIC候选生物标志物和治疗靶点；但其临床价值尚未确立，心肌肌钙蛋白和BNP/NT-proBNP仍是心肌损伤和心功能障碍的已验证指标。因此，circRNAs目前应视为补充性分子标志物，而非替代已建立生物标志物。此外，circRNA靶向干预在实验模型中可减少心肌细胞损伤，但临床应用仍受递送效率、心脏特异性、脱靶效应和长期安全性限制。方法学异质性仍是临床转化主要限制：可靠分析需验证反向剪接连接、合理设计发散引物并清楚区分环状转录本与线性对应物；RNase R处理、归一化策略、样本类型和生物信息学流程差异可能进一步降低研究间可比性。未来研究应结合药物特异性研究、功能验证、标准化定量和前瞻性临床队列，以确定circRNAs是否可在已建立生物标志物和影像指标之外提供额外价值。

6 Summary and Overview
DIC仍是重要临床挑战，其特征为复杂分子改变，最终导致心肌细胞损伤、心功能障碍和结构重构。DOX、CsA、ATO和异丙肾上腺素等药物可通过相互关联的通路诱导心脏毒性反应，导致心肌损伤、心功能障碍、心律失常和其他不良心血管结局。因此，阐明DIC分子机制对于改善心脏毒性监测和识别预防或减轻药物相关心血管并发症的策略很重要。新证据将circRNAs鉴定为DIC重要调节因子。circRNAs可能通过miRNA介导网络和与RBPs相互作用调控DIC，影响细胞死亡、氧化应激、线粒体功能障碍、炎症和心脏重构；其稳定性和组织特异性表达也支持其作为生物标志物和治疗靶点的潜力。然而，其在DIC中的临床价值尚未充分确立，现有证据多来自实验模型，尤其DOX诱导心脏毒性模型。未来研究应阐明circRNAs在DIC中的因果性和药物特异性作用，并建立样本采集、circRNA检测、数据归一化和结果报告的标准化流程；大型前瞻性和多中心研究应评估其预测、诊断和预后性能；安全靶向递送策略对开发circRNA疗法也至关重要。总体而言，circRNAs可能为DIC早期检测和个体化管理提供新机会，但研究仍处早期阶段，其临床应用需要更强机制证据和更多人体研究验证。