《Cell Reports》：Circular RNAs exhibit exceptional stability in the aging brain and serve as reliable age and experience indicators
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本文聚焦环状 RNA（circRNAs），通过对果蝇头部的研究发现，circRNAs 在大脑中随年龄线性积累，稳定性超 mRNA，可作年龄和经历的可靠指标。温度处理会改变特定 circRNAs 水平，且其能反映过去环境刺激，为衰老及环境应激研究提供新视角。
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环状 RNA 研究背景
环状 RNA（circRNAs）是一类由特定外显子环化产生的稳定 RNA，通过 “反向剪接” 形成，其生物合成依赖顺式元件和反式作用因子。circRNAs 在基因表达调控、病毒感染应答等方面发挥重要作用，部分还能产生蛋白质。在大脑中，circRNAs 高度富集，与神经元活动相关，参与调节突触功能和行为，在衰老和多种疾病中也存在异常调控。然而，circRNAs 在体内的稳定性以及其随年龄增加的机制尚不清楚，能否作为环境经历标记也有待验证。
实验设计
研究人员以果蝇为模型，选取 CantonS 和 w1118品系，在其生命周期的 6 个时间点收集头部样本进行 RNA 测序（RNA-seq），包括从新羽化（记为 0 天）到 50 天，每个年龄组设置多个生物学重复。同时进行温度处理实验，将新羽化果蝇置于 18°C、25°C 或 29°C 环境 10 天，之后部分果蝇恢复至 25°C，在不同时间点收集样本。实验中运用多种技术，如 RNA 提取、文库构建、实时定量 PCR（RT-qPCR）等，并借助生物信息学方法分析数据。
实验结果
- circRNAs 随年龄积累：RNA-seq 分析发现，果蝇头部 circRNAs 总读数随年龄增长呈线性增加，且这种增加与 mRNA 水平、整体转录、内含子保留或宿主基因剪接变化无关，主要源于现有 circRNAs 水平升高，而非种类增多。少数高表达 circRNAs 占总读数比例大且随年龄保持稳定。
- circRNAs 作为年龄标记的优势：主成分分析（PCA）显示，基于 circRNA 数据能更有效区分果蝇年龄，而 mRNA 数据受性别影响较大，在区分老年果蝇时效果不佳。特定 circRNAs 在不同果蝇品系中均表现出年龄依赖性积累，可通过 qRT-PCR 作为年龄标记。
- circRNAs 的表达模式：聚类分析确定了 circRNAs 在衰老过程中的 5 种表达模式，多数 circRNAs 属于随年龄增加的聚类（1 - 3 类），部分聚类（4 类）circRNAs 随年龄下降，5 类则保持相对稳定。4 类 circRNAs 的减少与宿主基因转录变化相关，5 类可能具有较高周转率。
- circRNAs 的组织和细胞表达差异：circRNAs 在大脑中比 mRNA 更富集，随年龄增加的 circRNAs 主要在大脑和眼睛神经元中表达，而随年龄减少的 circRNAs 在非神经元细胞中表达。基因宿主 circRNAs 的细胞类型富集分析表明，不同聚类的 circRNAs 在特定细胞类型中表达。
- circRNAs 的基因组特征：不同聚类的 circRNAs 具有不同的基因组特征，如 3 类 circRNAs 通常更长、包含更多外显子、整体 GC 含量较低；1 类 circRNAs 的宿主基因侧翼内含子较短。这些特征影响 circRNA 的生物合成和稳定性。
- circRNAs 积累的原因：circRNAs 积累不是因为宿主基因整体转录增加，测量内含子信号发现其转录水平随年龄无变化。同时，年龄相关的剪接变化也不是 circRNAs 积累的主要原因，虽然衰老会导致剪接错误增加，但 circRNAs 积累在年轻果蝇中已明显，且与剪接变化无直接关联。
- 温度对 circRNAs 的影响：温度处理改变了部分 circRNAs 水平，29°C 处理使果蝇头部 circRNAs 总读数增加，多数 circRNAs 不受影响，少数上调或下调。上调的 circRNAs 主要在大脑神经元中表达，且这种变化不是由于加速衰老。
- circRNAs 作为环境暴露标记：将果蝇暴露于不同温度后恢复至 25°C，检测特定 circRNAs 发现，29°C 处理后部分 circRNAs 在恢复 3 周和 6 周后仍保持较高水平，可作为早期高温暴露的标记。通过实验估算，这些 circRNAs 在体内半衰期超 20 天，部分可能不降解。
研究结论
本研究表明 circRNAs 在神经组织中具有高稳定性，其随年龄积累主要源于稳定性而非生物合成增加。circRNAs 可作为年龄和环境应激的可靠标记，对研究衰老、环境适应及相关疾病具有重要意义。不过，研究存在一定局限性，如 circRNA 半衰期为间接估计，温度实验为整体样本分析，未来研究可在这些方面进行改进和深入。
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