【STTT】陆军军医大学发表综述：环状RNA疫苗在疾病预防和治疗中的应用

9月11日，陆军军医大学研究人员在学术期刊《Signal Transduction and Targeted Therapy》上发表了题为“Circular RNA vaccine in disease prevention and treatment”的综述，在这篇综述中，研究人员全面描述了circRNA疫苗，包括它们的历史和优越性。研究人员还总结和讨论了目前circRNA疫苗制备的方法学研究，包括它们的设计、合成和纯化。最后，研究人员强调了circRNA疫苗的递送选择及其在疾病治疗和预防中的潜在应用。由于其独特的高稳定性、低免疫原性、蛋白/肽编码能力和特殊的闭环结构，circRNA疫苗和基于circRNA的治疗平台在广泛的疾病中可能具有优越的应用前景。

https://www.nature.com/articles/s41392-023-01561-x

研究背景

 01 

基于高通量RNA测序技术、生物信息学算法和实验技术，circRNA已被大量鉴定，并被认为在生物体内具有多种功能，甚至参与疾病进展。最有名的Circrna是非编码RNA，其功能是作为微小RNA (miRNA)或蛋白质的海绵。此外，Circrna还可以作为蛋白质复合物形成的支架和疾病诊断的生物标志物。在特殊情况下，环状RNA也被发现作为转录本来指导蛋白质编码。随着CircRNA更复杂功能的不断发现，需要对其进行更深入的研究和应用。

疫苗源于抗病毒免疫，刺激T细胞介导的细胞免疫和B细胞/抗体介导的体液免疫。疫苗有助于降低各种疾病的死亡率和发病率，被认为是公共卫生领域最伟大的成就之一。大多数疫苗依靠灭活或减毒活技术来刺激先天、细胞和体液免疫反应。这些疫苗的主要缺点是易致过敏，安全性和有效性不一。此外，亚单位疫苗是安全的，但存在免疫原性低、需要佐剂、成本高等缺陷。相比之下，含有抗原序列的RNA疫苗正在开发中，并日益受到世界各地制药公司和研究人员的关注。与质粒脱氧核糖核酸和病毒载体不同，RNA疫苗在进入细胞质后可直接编码抗原，具有非整合性、非感染性和良好的耐受性。然而，mRNA疫苗作为第一代基于RNA的疫苗，并不适合快速和经济的批量生产。具体来说，mRNA疫苗在储存和体内递送方面都非常不稳定。在最坏的情况下，解决这一限制的策略会大大增加mRNA疫苗的生产成本。因此，为了充分发挥RNA疫苗的潜力，需要采用其他方法。

circRNA疫苗的研究史

 02 

环状RNA是一类共价封闭的RNA分子，于1976年首次在植物致病性类病毒中发现。1979年，电子显微镜也在真核细胞中检测到无自由侧翼末端的circRNA。在接下来的十年中，环状RNA相继在酵母和丁型肝炎病毒(HDV)中被检测到，表明RNA的连续环状结构可能不是偶然现象。随着测序技术的发展，2012年哺乳动物转录组中首次发现大量circRNA。circRNA在生物体内的发现促使人们通过体外合成对circRNA的性质和功能进行探索。线性RNA前体的体外环状化于1981年被披露，当从四膜虫细胞细胞核中分离的转录物中获得线性RNA分子被自催化剪接成环状产物时。这是后来circRNA体外合成的基础。鉴于人造环状RNA可以在哺乳动物细胞中正确表达蛋白质，且具有较低的免疫原性，纯化的人造环状RNA可能适合用于疫苗或治疗性药物等体内应用。然而，基于环状RNA的治疗平台不能保持持久的治疗效果，也不具有疫苗应有的预防作用。因此，circRNA疫苗的出现和发展仍处于初级阶段。

circRNA疫苗的合成

 03 

环状化的线性RNA前体通常使用IVT方法合成。该方法利用噬菌体RNA聚合酶，如T7或SP6 RNA聚合酶，在DNA中扩增目标序列，产生大量线性前体。它无疑比大规模的蛋白质生产和纯化更简单、更快、更清洁。在化学合成策略中，5 '末端的磷酸基和3 '末端的羟基提供了连接的官能团要求，一些缩合试剂，如溴化氰(BrCN)，1-乙基-3-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺(EDC)和叠氮化物-炔环加成物(ACC)，需要促进化学连接。酶合成策略通常由RNA连接酶实现。这些连接酶包括T4 RNA连接酶ⅰ和T4 RNA连接酶ⅱ，它们由感染了噬菌体T4的大肠杆菌产生。核酶连接是最常见的循环途径，通过PIE系统介导的连续酯交换反应实现。circRNA合成完成后，需要进行结构鉴定。连接位点是由线性RNA前体的两个侧翼提供的首尾连接，它存在于环状RNA中，而不存在于线性RNA前体中。

circRNA疫苗的纯化

 04 

circRNA的纯化很重要，因为低免疫原性和蛋白质表达都取决于circRNA成分的绝对同质性。然而，PIE方法在合成更大的线性RNA和更简单的反应方面具有优势，可以产生额外的聚合副产物。研究人员用RNase R处理以消除线性RNA污染物。circRNA合成后，circRNA成为一种独特的环状产物。总体而言，用于circRNA的纯化仍然不足。纯化方法有待进一步完善。

circRNA疫苗的递送

 05 

除了纯化以确保circRNA疫苗成分在体内均质且不会引发免疫反应外，合适的递送系统还可以使circRNA逃避自身免疫系统的监视，并有助于将circRNA疫苗递送到其靶位点进行表达。然而，基于RNA的疫苗疗法的发展受到细胞递送困难的阻碍。

circRNA疫苗在疾病中的潜在应用

 06 

面对新冠肺炎大流行的常态化，应对措施已从治疗转向预防。有基础疾病的人，特别是老年人，容易受到严重的SARS-CoV-2感染。目前仍需要SARS-CoV-2疫苗。CircRNA疫苗在其他病毒性传染病中也有潜在的应用。

circRNA疫苗的潜在应用

总结

 07 

综上所述，迫切需要开发和改进体外人工circRNA疫苗设计、合成、纯化、递送和治疗应用的先进方法。在许多早期工作的基础上，多种方法可能是互惠互利的。未来的研究应关注方法学的开发、完善、应用和临床试验。通过实现circRNA疫苗的完整性，基于circRNA的新型技术将为疾病的治疗和预防开辟新的方向。期待circRNA疫苗的成功临床转化。（转化医学网360zhyx.com）

参考资料：

https://www.nature.com/articles/s41392-023-01561-x

注：本文旨在介绍医学研究进展，不能作为治疗方案参考。如需获得健康指导，请至正规医院就诊。