《Genes & Diseases》：Circular RNAs as promising biomarkers for human diseases: An update for 2018–2025
编辑推荐：
本文系统梳理了2018至2025年间环状RNA（circRNA）作为疾病生物标志物的研究进展，重点总结了其生物发生、功能机制（如miRNA海绵、RBP相互作用、m6A修饰翻译等）、在不同疾病（如癌症、心血管病、神经退行性疾病）中的表达谱，并评述了新型检测技术（如CRISPR-Cas13、ddPCR、纳米生物传感器）与临床转化挑战，为circRNA的精准医疗应用提供重要参考。
环状RNA的生物学特性与功能
环状RNA（circRNA）是一类具有共价闭合环状结构的非编码RNA分子，其缺乏5'端帽子和3'端poly(A)尾，这一独特结构赋予其极高的稳定性，能够抵抗RNA酶的降解。circRNA主要通过反向剪接（back-splicing）机制生成，即下游的5'剪接供体与上游的3'剪接受体通过互补内含子序列或RNA结合蛋白（如QKI、MBL）的介导而连接形成。根据其组成，circRNA可分为外显子circRNA、内含子circRNA以及外显子-内含子circRNA（EIciRNA）等亚型。在病理条件下，如染色体易位或转录终止失败，还可产生融合circRNA和通读circRNA等特殊类型。
circRNA的细胞功能多样且复杂。EIciRNA和内含子circRNA可通过与U1 snRNP结合或作为分子栓系来增强其亲本基因的转录。作为microRNA（miRNA）海绵是circRNA的经典功能之一，其通过竞争性结合miRNA，解除miRNA对其靶mRNA的抑制作用，从而在癌症等疾病中调控关键基因的表达。此外，部分circRNA可通过内部核糖体进入位点（IRES）或m6A修饰介导的机制进行蛋白质翻译。circRNA还能作为RNA结合蛋白（RBP）的隔离剂，影响蛋白的亚细胞定位，或作为支架招募蛋白复合物。它们亦可被包装进细胞外囊泡（EVs）中，介导细胞间通讯，在疾病进展中调控增殖、血管生成、代谢和免疫逃逸等过程。
circRNA作为人类疾病生物标志物的潜力
生物标志物是客观反映生理或病理过程的生化指标。与传统生物标志物相比，circRNA因其结构稳定性、组织特异性表达和进化保守性，在体液（如血浆、血清、脑脊液）中可被稳定检测，展现出作为理想生物标志物的巨大潜力，尤其在早期诊断、疾病分期、预后监测和治疗评估方面。
癌症领域的circRNA生物标志物
在胃癌中，circCEACAM5和circCOL1A1显示出极高的诊断价值（AUC分别达0.96和0.94）。血清中的circ_0007507与癌胚抗原（CEA）、糖类抗原199（CA199）等传统标志物联用可进一步提升诊断准确性。由8个circRNA组成的组合标志物能有效识别早期胃癌。
胰腺癌诊断困难，circ_0060733、circ_0006117等circRNA在早期患者血清或EVs中表现出高特异性。circ_0006220和circ_0001666在血清EVs中富集，具有诊断潜力。
在肝细胞癌中，血浆中的circ_0001445其诊断灵敏度优于传统标志物甲胎蛋白（AFP）。血清外泌体来源的circ_0005397与传统标志物联用可提高诊断效能。circZEB1与肝癌的晚期转移和不良预后相关。
对于结直肠癌，circ_0082182、circ_0000370和circ_0035445等在患者血浆中表达失调。组织中的circGPRC5A水平与肿瘤大小、分期和淋巴结转移相关。
在非小细胞肺癌中，血清circ_0023179和circFOXP1的表达水平具有较高的诊断和预后监测价值。此外，在肾透明细胞癌、宫颈癌、乳腺癌、卵巢癌和膀胱癌等多种癌症中，均有特定的circRNA被鉴定为潜在的诊断或预后生物标志物。
心血管疾病领域的circRNA生物标志物
心血管疾病是全球主要的健康负担。circRNA参与心肌细胞肥大、纤维化、自噬和凋亡等病理过程。在冠心病患者外周血中检测到的circ_0001879和circ_0004104，以及高血压患者血浆中的circ_0037911、circ_0126991和circ_0014243，均是潜在的新型诊断标志物。值得注意的是，某些circRNA的表达可能受全身性状况（如炎症）影响，其特异性需进一步验证。随着癌症治疗中心脏毒副作用问题的凸显，circRNA有望作为监测抗癌疗法心脏毒性的生物标志物。
神经退行性疾病领域的circRNA生物标志物
阿尔茨海默病患者的脑脊液中，circRNA_050263、circRNA_403959和circRNA_003022在轻度认知障碍阶段即显著上调，具有早期诊断价值。在帕金森病中，血浆circEPS15的表达特异性降低，且与运动症状严重程度相关，有助于与其他运动障碍进行鉴别诊断。circRNA可稳定存在于脑脊液EVs中，为非侵入性检测提供了可能。
代谢与其他疾病领域的circRNA生物标志物
在1型糖尿病和妊娠期糖尿病中，外周血单核细胞或血浆EVs中的特定circRNA（如circRNA_100632、circRNA_0039480等）显示出高诊断效能。在感染性疾病方面，乙型肝炎病毒（HBV）感染患者血清中的circPanel，以及活动性结核病患者外周血单核细胞中的circ_0028883，均表现出诊断潜力。在强直性脊柱炎和重症肌无力等自身免疫性疾病中，也发现了具有潜在应用价值的circRNA标志物。
circRNA检测技术的创新进展
circRNA的检测技术近年来取得了显著突破。
高通量测序技术是发现circRNA的主要手段。短读长测序通量高，但依赖于生物信息学算法（如CIRCexplorer、CIRI2）识别反向剪接连接点（BSJ），可能存在假阳性。长读长测序（第三代测序）能更准确地解析circRNA的全长结构，但成本较高，通量有限。
空间转录组技术（如circFISH）利用针对BSJ的探针，通过荧光原位杂交实现circRNA在组织原位的空间定位，揭示了其动态和空间分辨的表达模式。
单细胞circRNA测序技术结合了单细胞RNA测序与circRNA特异性分析流程，能够在单细胞分辨率下解析circRNA表达的细胞异质性，有助于发现细胞类型特异的标志物。
基于CRISPR-Cas13系统的电化学方法通过设计靶向circRNA BSJ的gRNA，利用Cas13a的特异性识别和切割活性，实现了对circRNA的超高灵敏度（检测限低至10 aM级）和特异性检测。
液滴数字PCR（ddPCR）将样本分割成数万个微滴进行独立PCR扩增，能够对低丰度circRNA进行绝对定量，灵敏度和精确度高。
纳米生物传感器（如电化学/光学传感器）结合信号放大技术，可实现circRNA的快速检测，适用于液体活检。回声交联DNA纳米聚集体等技术可在30分钟内完成circRNA的等温检测，具有快速、高特异性的优点。
人工智能在circRNA研究中的应用
人工智能（AI）算法，特别是深度学习模型，已被用于预测circRNA的表达，分析其顺式作用元件和反式作用因子对表达的调控。机器学习模型（如LASSO回归）可用于整合circRNA表达数据与临床信息，构建疾病预测模型，提高诊断准确性。例如，结合循环cZNF292与临床指标构建的模型，在急性心肌梗死预测中表现出良好性能。未来，将circRNA与多组学数据、传统生物标志物及影像学特征整合，利用AI构建更精准的疾病诊断和分型模型，是迈向个体化精准医学的重要方向。
circRNA生物标志物的临床转化挑战与前景
尽管circRNA前景广阔，但其临床转化仍面临诸多挑战。circRNA在体液中丰度较低，检测技术要求高且成本昂贵。缺乏标准化的样本前处理流程（如采血管类型、离心时间、RNA提取方法）和稳定的内参基因，导致结果可比性差。EV-circRNA的提取方法尚未统一，血小板污染等问题可能引入偏差。circRNA生物学功能复杂，同一circRNA在不同疾病中可能发挥相反作用（如circHIPK3在癌症中促瘤而在心肌损伤中起保护作用），其表达具有时空动态性，需更多基础与临床数据验证。单一标志物的诊断效能有限，将circRNA与传统标志物（如CEA）或影像学结合，构建多标志物组合模型，可显著提升诊断性能（如circCCDC66与CEA联用使结直肠癌诊断AUC从0.78提升至0.92）。成功的临床转化需要优先制定标准化操作程序，开展大规模、多中心的前瞻性临床研究以确认其临床效用和普适性。同时，需要开发低成本、高效的检测平台，并满足监管机构对分析有效性、临床有效性和临床实用性的要求。伦理问题，如知情同意、数据隐私和公平可及性，也需纳入考量。
结论
circRNA凭借其独特的结构和功能特性，已成为人类疾病生物标志物研究的热点。2018至2025年间的研究在揭示其生物学功能、疾病关联及检测技术方面取得了显著进展。未来，通过生物信息学、纳米技术、人工智能与临床医学的多学科交叉融合，解决标准化、可及性和临床验证等关键问题，circRNA有望在疾病早期诊断、动态监测和精准治疗领域实现从基础研究到临床应用的飞跃，为人类健康带来新的突破。
