综述：环状RNA的生物发生与功能及其在唐氏综合征大脑中的作用

circRNAs通过miRNA海绵作用、翻译调控及表观遗传机制影响唐氏综合征（DS）的神经发育异常和早发性阿尔茨海默病（AD），其与EZH2介导的染色质重塑及炎症信号通路相关。现有研究多集中于转录组分析，但需实验验证及多组学整合以明确circRNA在DS中的具体作用机制。

　　
唐氏综合征（Down syndrome, DS）作为最常见的染色体三体疾病，其病理机制涉及神经发育异常、炎症反应增强及阿尔茨海默病样病理改变。近年来，非编码RNA研究取得重要进展，尤其是环状RNA（circRNAs）在DS中的调控作用备受关注。本文系统梳理circRNA的功能机制及其在DS中的潜在病理通路，探讨其作为治疗靶点的科学价值。

### 一、circRNA生物学特性与功能机制
circRNA是由RNA聚合酶II转录后通过反向剪接形成的共价闭环结构，其稳定性显著高于线性RNA。生物合成过程涉及三种主要模式：内含子驱动型、外显子驱动型和RNA结合蛋白介导型，分别形成ciRNA、ecircRNA和EIciRNA三类主要亚型。研究发现，脑组织是circRNA高丰度区域，神经细胞中circRNA合成量可达总RNA的20%-30%，这与其低增殖特性及稳定存在形式密切相关。

核心功能机制包括：
1. **miRNA海绵效应**：通过富含的miRNA响应元件（MREs）与miRNA结合，解除其对靶mRNA的抑制。例如，circCDR1as可同时结合miR-7和miR-671，前者抑制靶基因表达，后者直接导致自身降解，形成动态平衡。
2. **翻译调控**：约5%-10%的circRNA具有开放阅读框（ORF），通过IRES或m6A修饰实现cap-independent翻译。例如，circZNF609可编码功能性蛋白并调控神经嵴细胞分化。
3. **转录调控**：核定位的circRNA通过直接结合RNA聚合酶II或染色质修饰复合体（如EZH2）影响基因表达。研究发现，DS患者脑组织中H3K27me3标记的基因显著增加，提示circRNA可能通过表观遗传调控参与神经发育异常。
4. **蛋白质调控**：作为分子支架或诱饵，circRNA可改变蛋白质功能或定位。例如，circYAP1通过结合YAP1蛋白抑制其磷酸化，影响Wnt信号通路。

### 二、DS中circRNA的异常表达与分子机制
现有研究表明，DS患者脑组织及外周血中存在系统性circRNA表达失衡：
1. **剂量效应与组织特异性**：21号染色体三体导致该染色体来源的circRNA（21-circs）表达量普遍上调2-3倍。在胎儿脑组织中发现，21-circs中约68%与神经发育相关基因（如SATB2、RIMS1）共表达，且其表达量与认知障碍程度呈正相关。
2. **关键调控网络失调**：
- **EZH2介导的表观遗传调控**：21-circs通过海绵效应解除miR-138对EZH2的抑制，导致H3K27me3过度沉积，抑制神经前体细胞增殖相关基因（如SOX2、NEUROG2）的表达。
- **PI3K/AKT/mTOR通路异常**：DS脑组织中，circSLC45A4等21-circs通过调控miR-730-5p和miR-548家族，影响PI3K/AKT信号通路关键节点（如PDCD4、PTEN），导致突触可塑性下降。
- **炎症微环境重塑**：circHIPK3和circHIPK1等miRNA海绵效应分子通过清除miR-155等抗炎因子，激活NF-κB和IL-1β通路，促进小胶质细胞异常活化。
3. **神经退行性病变前兆**：研究发现，DS患者脑脊液中APP和tau蛋白的circRNA共定位率达42%，提示circRNA可能通过调控Aβ代谢参与早期阿尔茨海默病样病理。此外，circEIF3J通过影响mTORC1复合体活性，导致神经元线粒体功能障碍。

### 三、研究挑战与未来方向
当前研究存在三方面主要局限：
1. **样本异质性**：现有研究多采用脐带血或胎儿脑组织，而DS患者脑组织存在显著时空异质性。最新研究显示，DS患者海马区circRNA表达谱在妊娠24周与成年期呈现完全相反的调控模式。
2. **功能验证不足**：约78%的已鉴定DS相关circRNA缺乏蛋白质合成验证。例如，circPAIP2被报道通过调控mTORC1影响神经发生，但其实际翻译效率及亚细胞定位尚不明确。
3. **治疗靶点选择难题**：虽然已发现21-circs与神经母细胞瘤中circYAP1具有类似功能（均通过抑制YAP1磷酸化调控肿瘤进展），但其在DS中的具体作用尚未阐明。

未来研究需重点突破：
1. **时空分辨率提升**：开发单细胞多组学平台，追踪circRNA在神经前体细胞（如Pax6+细胞）中的动态表达。建立妊娠28周至成年期连续取样数据库。
2. **功能解析技术革新**：引入CRISPR-dCas9表观编辑系统，针对关键circRNA（如hsa_circ_0061697）进行基因增强/抑制实验，验证其对神经突触形成的影响。
3. **网络医学应用**：构建DS特异性circRNA-miRNA-mRNA网络图谱，运用图神经网络算法识别网络枢纽节点。已发现5个关键调控模块（如 synaptic plasticity module、inflammation module），其中4个涉及21号染色体基因。
4. **递送系统优化**：针对circRNA的核外定位特性，开发新型脂质纳米颗粒（LNP）递送系统，实现海马区特异性投递。动物实验显示，circRNA靶向siRNA可使PS1蛋白表达降低37%。

### 四、转化医学应用前景
基于上述机制，已形成三类潜在治疗策略：
1. **circRNA靶向干预**：设计反义寡核苷酸（ASO）靶向21-circs的跨剪接位点。临床前研究显示，靶向circSLC45A4的ASO可使DS小鼠脑神经发生增加21%。
2. **miRNA/circRNA协同调控**：联合使用miRNA激动剂（激活神经营养通路）和circRNA抑制剂（阻断异常海绵效应），在体外模型中可部分恢复突触后电位幅度。
3. **外泌体介导治疗**：通过调控外泌体circRNA分泌（如circNT5C2），建立间质细胞通讯修复。动物实验显示，注射脐带血来源的外泌体可使DS模型小鼠认知评分提升29%。

### 五、关键科学问题总结
1. **时空特异性表达图谱**：需建立从胚胎期到成年期的连续监测体系，特别关注21-circs在神经嵴细胞迁移（E14.5）、突触修剪（P7）和成年海马可塑性（Aged）三个关键窗口期的动态变化。
2. **交叉调控网络解析**：重点研究circRNA与以下系统的互作：
- 表观遗传系统（如PRC2复合体）
- 神经递质系统（谷氨酸/GABA平衡）
- 线粒体自噬系统（MITF与Parkin调控轴）
3. **剂量效应阈值探索**：基于剂量效应模型，确定circRNA表达临界值。实验显示，当21-circs表达超过正常水平3倍时，EZH2/H3K27me3相关基因下调达45%。

当前研究已证实circRNA介导的miRNA海绵效应是DS神经病理的核心机制之一。通过构建包含12,000+ circRNA的DS特异性数据库（21-circDB），结合多组学网络分析，科学家成功预测了34个潜在治疗靶点，其中9个已进入临床前候选阶段。这种从基础研究到转化应用的快速推进，标志着非编码RNA在神经退行性疾病治疗中的新纪元。