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一、 环状RNA的定义 环状 RNA (circular RNA，circRNA) 是区别于传统线性RNA的一类新型RNA，具有闭合环状结构，广泛且多样地存在于真核细胞中，具有调控基因表达作用的内源性 RNA 分子。 二、 环状RNA研究历史 circRNA 最早于20世纪70年代在RNA病毒中被发现。1979 年，Hsu和Coca-Prados利用电子显微镜第一次观察到RNA可以以环状的形式存在于真核细胞的细胞质中。紧接着，Arnberg 等在酵母的线粒体中又发现了circRNA。到了1993 年，人们在人体细胞的转录本中也发现了一些由外显子构成的circRNA。但是，在当时，circRNA仅仅被认为是一类由外显子转录本发生错误剪接而形成的低丰度RNA分子，因而对它们的研究不够深入，以至于到1999年发现的circRNA数目也只有少数几种。但近年来，随着RNA测序(RNA sequencing，RNA-seq) 技术的广泛应用和生物物理学技术的快速发展，人们发现人类许多外显子的转录本可被非线性地反向剪接或通过基因重排而形成circRNA，且它们在所有剪接转录本中占了相当大的比例。Jeck 等在人类成纤维细胞中检测出了高达 25000 多种的circRNA；而Memczak等通过RNA-seq 数据结合人白细胞数据库鉴定出 1950种人类circRNA、1903种小鼠circRNA (其中81种与人类circRNA相同) 和724种线虫circRNA。虽然人们开展circRNA的生物学功能及其在人类疾病发生、发展中作用的研究才刚刚起步，但这方面的进展非常迅速。 三、 环状RNA研究进展与运用方向
应用方向 A. 基础研究： 1) 人类正常组织、细胞、发育阶段的circRNA表达谱； 2) 疾病或者肿瘤组织中环状RNA表达谱； 3) circRNA的功能和调控机制研究； B. 临床运用： 新型的分子标志物；
图1. CircRNA的运用方向(Li et al. 2015. Am J Cancer Res) 四、 circRNA特点 1) 大部分是非编码RNA(non-coding RNA，ncRNA)，没有PolyA结构； 2) 大多数由外显子形成，少数来源于内含子或内含子片段； 3) 大多数定位于细胞质中，少数定位于细胞核内，具有一定的组织、时序和疾病特异性； 4) 不易被核酸外切酶 RNase R降解，与线性RNA相比能更稳定地存在于人体内； 5) 在人体细胞中广泛表达，它们的表达水平有时甚至超过了它们线性异构体的10倍之多； 6) 多数具有高度保守序列，仅少数在进化上不保守； 7) 同一个基因序列即可转录成线性RNA，又可以转录成环状RNA; 8) 有些circRNA 具有微小RNA ( microRNA，miRNA) 应答元件 ( microRNA response element，MRE)，能与 miRNA 相互作用，从而调控靶基因的表达； 9) 大多数 circRNA 能在转录或转录后水平发挥调控作用，少数只能在转录水平发挥作用。 五、 circRNA的形成 目前发现的环形RNA分子根据其在基因组中的来源及其构成序列的不同可以分为以下三类，即外显子来源的环形RNA分子(exonic circRNAs)，内含子来源的环形RNA分子(circular intronic RNAs,ciRNAs)以及由外显子和内含子共同组成的环形RNA分子(retained-intron circRNAs)。
图2. CircRNA的3种形成方式 (Qu et al. 2015. Cancer Letters) 六、 circRNA功能 A. 充当miRNA海绵，与miRNA的相互作用； 小脑变性相关蛋白1反义转录物 (antisense to the cerebellar degeneration-related protein 1 tran， CDR1as)是小脑变性相关蛋白-1的环状天然反义转录物，可与miRNA效应因子复合物结合，它含有67个miR-7结合位点。CDR1as在神经组织中与miR-7结合。在斑马鱼中表达人的CDR1as会破坏中脑的发育，与miR-7的缺失相似，说明CDR1as是一种miRNA的拮抗剂，其结合miRNA的能力比其它已知的转录物高10倍。 Y染色体性别决定区(sex-determining region Y，SRY)基因仅由一个外显子组成。在发育过程早期，它的转录物是以线性RNA分子的形式存在，然后充当蛋白质合成的模板。但在成年睾丸中，它的RNA主要以环状的形式存在于细胞质中，而且不具有翻译功能。研究证实，基因组序列两侧的SRY基因外显子的反向重复序列可直接转录成circRNA分子Sry。它具有与 CDR1as 类似的功能，含有miR-138的16个结合位点，通过竞争性结合miR-138减弱miR-138的抑制作用。 B. 调节基因转录； 近期研究发现一些环形RNA分子可参与基因转录调控。ANRIL通过结合PcG复合物抑制了编码基因INK4/ARF的转录，ANRIL转录本可以经过反向剪接形成一种环状RNA cANRIL，cANRIL的形成会降低ANRIL的数量，从而对INK4/ARF的转录进行调控。来源于锚蛋白重复结构域52(ankyrin repeat domain 52， ANKRD52)基因第二个内含子的ciRNA(ciRNA derived from intron of ANKRD52，ci-ankrd52) 能产生锚蛋白重复结构域，通过反义寡核苷酸(antisense oligo deoxynucleotide，ASO) 以封闭ci-ankrd52的表达，结果发现，ankrd52 mRNA的表达显著减少。 C. 与RNA结合蛋白相互作用，调控其他RNA； circRNA能与蛋白质结合，抑制蛋白质活性、募集蛋白质复合体的组分或调控蛋白质的活性。例如 CDR1as能与阿格蛋白(Argonaute, AGO)紧密结合。 D. 翻译成蛋白质； 环形RNA除了可以在RNA水平发挥功能，更有报道表明其可以像线性mRNA分子一样翻译形成蛋白质。例如B型肝炎病毒中的环形RNA分子hepatitis δ，能够编码一个病毒相关蛋白质，并在疾病的发生中发挥作用。但是目前这种现象只在病毒中得到观察，在真核生物中含有ATG起始密码子的环形RNA分子能否像线性mRNA一样被核糖体识别进行蛋白质的翻译，还需进一步确认。
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