环状RNA在肠道干细胞自我更新中的重要作用
肠道是食物消化和吸收的主要场所，由单层上皮细胞形成肠上皮屏障。除了上皮细胞，肠道中还有大量的免疫细胞。即使在成体稳态（homeostasis）条件下，肠上皮仍经历着快速的自我更新，在小鼠中大约5天可以更新一次【1】。定位于肠道隐窝中的干细胞可以分化为肠道中所有的上皮细胞类型【2】。肠干细胞的自我更新和分化是肠道持续更新和损伤修复的基础。肠道干细胞处于微环境中，受不同微环境因子的精细调控。但是，免疫细胞作为肠道中数目众多且作用关键的细胞类群，在肠道干细胞自我更新中的作用尚不清楚。
环状RNA（cicrRNA）由RNA的5‘和3‘末端通过共价连接形成【3】。尽管曾被认为只是RNA剪切的副产物，但越来越多的研究表明cicrRNA具有重要的功能。cicrRNA与其他长链非编码RNA类似，可以作为miRNA sponge，也可以通过结合启动子区域，结合mRNA调控元件或隔离RNA结合蛋白来起作用【4】。同时，一些cicrRNA还可以翻译出蛋白。这些机制都极大丰富了cicrRNA可能的作用。因此，cicrRNA在一些生理或病理条件下的功能成了研究热点之一。
北京时间1月15日凌晨，中科院生物物理所范祖森课题组和田勇课题组合作在Nature Immunology杂志上发表了题为IL-13 secreted by ILC2s promotes the self-renewal of intestinal stem cells through circular RNA circPan3的论文。该研究揭示了免疫系统在肠道干细胞自我更新中的重要作用，并发现了circPan3在IL-13/IL-13Rα1通路及下游Wnt/b-catenin通路活化中的关键作用。同时，当期杂志配有题为CIRCling the wagons to protect intestinal stem cells的新闻和观点文章对该项研究进行介绍和评论。
在这项研究中，研究人员首先探讨了circRNA是否可以调控肠道干细胞功能的问题。对circRNA进行测序，作者筛选出特异表达在肠道干细胞中的表达量较高的circRNA。利用shRNA分别敲减单条circRNA，发现这些circRNA对肠道干细胞体外类器官培养没有影响。而在肠道干细胞与CD45+免疫细胞共培养的类器官形成实验中，敲减circPan3显著降低了类器官形成。这提示circPan3可能通过免疫细胞来促进肠道干细胞的自我更新。circPan3体内表达定位于小肠和大肠的干细胞位置，并且分离的circPan3+细胞具有形成完全分化的类器官的能力。
为了进一步研究circPan3的体内功能，作者制作了circPan3缺失小鼠。circPan3的缺失降低了肠干细胞自我更新能力，导致干细胞数目变少，肠绒毛和隐窝变短。此外，circPan3的缺失也降低了小鼠肠损伤修复能力。尽管circPan3可以翻译出肽段，但作者发现缺失circPan3引起的表型并不依赖于circPan3相关的肽段和Pan3蛋白。
为了研究circPan3的作用机制，作者分析了circPan3缺失的肠干细胞转录组。circPan3的缺失导致了一系列基因表达下调。作者选取了变化显著的10个基因来做功能分析。在肠干细胞中利用shRNA分别敲减单个基因，发现敲减IL13ra1降低了类器官形成能力。IL13ra1负责编码细胞因子IL-13受体中的一个亚基，在肠干细胞中高表达。因此，IL13ra1可以来解释circPan3的功能。在肠干细胞中，cicrPan3可以与IL13ra1 mRNA结合并增加IL13ra1 mRNA的稳定性。RNA结合蛋白KSRP可以结合IL13ra1 mRNA并促进其降解。cicrPan3与KSRP竞争性结合IL13ra1 mRNA，当cicrPan3升高时，KSRP对mRNA结合降低，mRNA从而得以稳定。
IL-13在体内有包括免疫细胞等多种来源，Ⅱ型辅助T淋巴细胞(TH2)和Ⅱ型固有淋巴细胞（ILC2s）均可以产生IL-13。免疫缺陷小鼠中肠干细胞数目减少，移植ILC2s和ILC3s可以增加免疫缺陷小鼠中肠干细胞数目，而ILC2s可以定位到肠干细胞所在位置。因此，ILC2s产生的IL-13在维持肠干细胞自我更新中起到重要作用。机制上来说，IL-13与受体结合后，激活下游信号STAT6，并随后通过转录因子FoxP1稳定了肠干细胞中β-catenin的水平（下图）。
circPan3在调控肠干细胞自我更新中的作用。图片来自Nat Immunol，2019
在Lgr5+肠道干细胞中，circPan3能够结合Il13ra1 mRNA，并促进Il13ra1 mRNA的稳定性，最终导致IL-13Rα1在肠道干细胞中的高表达。微环境中的2型固有淋巴样细胞（ILC2）分泌的IL-13能够和肠道干细胞中的IL-13Rα1结合，促进IL-13/IL-13Rα1通路的活化，并通过Foxp1的表达和b-catenin的入核调控，促进了Wnt/b-catenin信号通路的活化
总之，这项研究突出强调了cicrRNA在调控干细胞和淋巴细胞相互作用中的关键作用。同期发表在Nat Immunol杂志上的评论文章称，“该工作突显了circRNA在调控肠上皮细胞和淋巴细胞之间的cross-talk中的重要作用”。
参考文献
1. Barker, N. 2014. Adult intestinal stem cells: critical drivers of epithelial homeostasis and regeneration. Nature reviews. Molecular cell biology 15: 19-33.
2. Barker, N., J. H. van Es, J. Kuipers, P. Kujala, M. van den Born, M. Cozijnsen, et al. 2007. Identification of stem cells in small intestine and colon by marker gene Lgr5. Nature 449: 1003-1007.
3. Salzman, J. 2016. Circular RNA Expression: Its Potential Regulation and Function. Trends in genetics : TIG 32: 309-316.
4. Memczak, S., M. Jens, A. Elefsinioti, F. Torti, J. Krueger, A. Rybak, et al. 2013. Circular RNAs are a large class of animal RNAs with regulatory potency. Nature 495: 333-338.
