活性氧（ROS）信号是心脏再生的关键调节因子，进行心脏再生的生物体所共有的许多因素之一是缺氧环境，即心肌细胞（CMs）中相对较低的ROS水平。过量的ROS被认为诱导DNA氧化损伤，线粒体超氧物被认为是DNA损伤的主要原因，导致CMs细胞周期停滞，甚至CM死亡或衰老，从而导致生物体毒性[1]。
环状RNA（CircRNA）是一类新发现的非编码RNA，具有相对于线性转录本更加稳定的环状结构。线粒体定位的环状RNA作为线粒体功能和动力学的关键调节因子。它们还通过控制线粒体膜电位来调节线粒体活性氧的产生，在减轻线粒体活性氧负荷方面具有潜在价值。由于环状RNA对线粒体ROS具有独特的作用，靶向线粒体定位的环状RNA可能是促进心脏再生修复的一种有吸引力的策略[2]。
2022年7月4号，南方医科大学南方医院心血管内科宾建平主任医师在Molecular Therapy发表文章CircRNA Samd4 induces cardiac repair after myocardial infarction by blocking mitochondria-derived ROS output，研究发现circSamd4通过诱导Vcp蛋白的线粒体易位减少氧化应激的产生并维持线粒体动力学，从而下调Vdac1的表达，阻止线粒体通透性转换孔（mPTP）的开放，circSamd4可能是治疗心肌梗死（MI）后心力衰竭的新靶点。
首先，作者筛选已有数据库中哺乳动物心脏转录组测序数据，发现87个同源保守的环状RNA，在新生和成年小鼠心脏中验证了其中13个环状RNA的差异表达。环状和线形转录本的不同趋势表明环状RNA在细胞中的重要生物学作用。使用H₂O₂建立CMs氧化应激模型，CMs中circSamd4和circRyr2表达上调。CircSamd4在CMs中含量最为丰富，且主要分布在线粒体中，其表达具有发育周期依赖性，在新生儿期的表达约为成人期的3倍。
图1.circSamd4在组织和线粒体定位的表达分析
活性氧水平已被证明影响参与调节细胞和全身氧化应激的关键基因的表达。敲低circSamd4表达，可以显著性促进下游相关氧化应激基因的表达，其超表达则可以显著性的抑制CMs相关细胞周期基因的表达，及促进细胞的增殖。体内实验观察到，超表达circSamd4后，circSamd4对CMs具有相同的增殖促进效果。使用腺相关病毒包装circSamd4过表达载体进行治疗，可以抑制心肌梗死后的心脏重构，并改善心脏功能的恢复。
考虑到新生小鼠的心脏再生作用，为证明circSamd4是新生小鼠心脏再生所必需的，作者使用腺病毒包装的shRNA-circSamd4载体，在新生小鼠中进行实验，在体内水平证明circSamd4通过调节抗氧化途径在内源性心脏再生中发挥功能。
作者使用生物素标记的探针，通过pulldown实验检测CMs中潜在的circSamd4结合蛋白。作者发现circSamd4通过诱导Vcp蛋白的线粒体易位，减少氧化应激的产生并维持线粒体动力学，从而下调Vdac1的表达，阻止线粒体通透性转换孔（mPTP）的开放。总之，由转录因子Nrf2调节的线粒体定位circRNA Samd4通过促进Vcp线粒体易位和减少Vdac1表达减少CMs线粒体氧化应激并诱导细胞周期进展。CircSamd4过表达触发心肌修复，减少心肌梗死后梗死面积，显著改善心功能。研究结果表明，circSamd4可能是治疗 MI后心力衰竭的新靶点。
图2.circSamd4在CMs中功能机制
[2]. Zhao, Q., Liu, J., Deng, H., Ma, R., Liao, J.Y., Liang, H., Hu, J., Li, J., Guo, Z., Cai, J., et al. (2020). Targeting Mitochondria-Located circRNA SCAR Alleviates NASH via Reducing mROS Output. Cell. 183, 76-93. 10.1016/j.cell.2020.08.009.