心脏纤维性重塑是对急性和慢性损伤的不适应反应，继发于多种心脏疾病，包括心肌梗死、慢性高血压、压力超负荷、容量超负荷、先天性心脏病和各种感染损伤等。心脏纤维化属于患者身体对损伤应答后的非正常反应，会导致肌细胞死亡、纤维细胞增殖、Ⅰ型与Ⅲ型胶原沉积和TGF-β信号通路失调。即使损伤修复，这种纤维化状态仍伴随着心室肥大和心室扩张，收缩强度降低，不能满足心脏的容量和压力需求。这种病理性重塑是不可逆的，最终导致心脏功能障碍、进行性心力衰竭和死亡。心脏纤维化的机制尚不清楚。然而，调节性核糖核酸越来越多地参与心脏纤维化的发病机制。CircRNA是一种来源于基因组前体转录产物，具有共价闭环结构的调节性单链核糖核酸。虽然许多的circRNA表达水平较低，然而有些circRNA会在特定组织中高表达，许多的circRNA在不同组织或细胞以及不同发育阶段发挥特定功能。以往有报道发现circRNA在癌症发生、心脑血管功能中发挥作用，可以在多种肿瘤过程中翻译功能性蛋白多肽。但是目前缺乏circRNA翻译蛋白在心血管领域的研究。
2021年7月16号，加拿大多伦多大学医学中心资深科学家杨柏华教授在CIRCULATION RESEARCH在线发表题为A Neuroligin Isoform Translated by circNlgn Contributes to Cardiac Remodeling 的文章。杨教授曾多次在我们吉赛生物承办的circRNA论坛为我们分享研究成果，在circRNA翻译蛋白领域有多篇research于权威期刊发表。
技术路线
在这项研究中，作者发现一种由神经球蛋白基因产生的circRNA（circNlgn），该基因在多种心脏负荷过重的先天性心脏病中上调。作者开发了一种表达circNlgn的转基因小鼠品系，含有Nlgn基因的第二个外显子，并发现通过沉默circNlgn可以消除心脏功能降低。circNlgn在心脏中翻译一种新的蛋白亚型Nlgn173，它在功能上独立于大脑中表达的全长Nln。如图1所示，这种circRNA衍生的蛋白质肽包括一个独特的9-氨基酸基序，它被发现与LaminB1相互作用，并促进Nlgn173的核定位。随后，Nlgn173被证明能结合ING4和SGK3启动子，最终导致异常胶原沉积、心脏成纤维细胞增殖和心肌细胞活力降低。
图1
进一步作用机制探究发现，LaminB1在C端的9-氨基酸基序处与Nlgn173结合，并进入细胞核。9-氨基酸的截断导致产物cirNlg164的分泌，无法介导Nlgn173核移位。核内Nlgn173与SGK3和ING4的启动子相互作用并激活它们。SGK3表达增加会促进成纤维细胞增殖，而ING4表达增加会降低心肌细胞存活率，两者均导致心脏纤维化，最终导致心脏损伤。总的来说，如图2所示，circNlgn翻译一种含有特定基序的蛋白质，这个基序赋予了一种不同于亲本基因产物的新功能。除了9个氨基酸基序，其余164个氨基酸在两种神经球蛋白中都是相同的。这个圆形产物Nlgn173因此可以被认为是神经球蛋白的一个新的亚型。大胆猜想新的基序不仅可能出现在circRNA翻译产物的碳末端，也可能出现在氮末端。由于许多circRNA可能被翻译，我们预测大量的蛋白质亚型最终可能作为circRNA翻译产物出现。这可能会开启心血管生物学的新研究领域。
图2
参考文献
1. William W Du, Jindong Xu, Weining Yang, Nan Wu, Feiya Li, Le Zhou, Sheng Wang,
Xiangmin Li, Alina T He, Kevin Y Du, Kaixuan Zeng, Jian Ma, Juanjuan Lyu, Chao Zhang , Chi Zhou, Katarina Maksimovic, Burton B Yang. A Neuroligin Isoform Translated by circNlgn Contributes to Cardiac Remodeling. Circ Res. Online ahead of print. DOI: 10.1161/CIRCRESAHA.120.318364.