在当今生物医学领域，环状RNA（circRNA）正以其独特的生物学特性和巨大的应用潜力，成为科学家们竞相研究的焦点。
近期，山西高等创新研究院刘志达研究员与东南大学高山教授团队在Exploration杂志发表综述文章“Exploring the potential and advancements of circular RNA therapeutics”。作者系统阐述了环状RNA在生物医学中的前沿进展和未来应用前景。
circRNA：“配角”到“主角”的华丽转身
环状RNA是一类具有共价闭合环状结构的单链RNA分子，与传统的线性mRNA不同，它没有5’帽子和3’聚腺苷酸尾巴。在过去，环状RNA曾被认为只是异常剪接的副产物。然而，随着研究的深入，科学家们发现环状RNA在细胞中扮演着多种重要角色。它们可以作为微小RNA（miRNA）的分子海绵，吸附并调控miRNA的活性；还能作为蛋白质的分子海绵或支架，影响蛋白质的功能；甚至可以作为基因表达的调控因子，参与细胞内复杂的信号传导网络。这些发现彻底改变了人们对环状RNA的认知，使其从曾经的“配角”逐渐走向了生物医学研究的“舞台中央”。
circRNA生物合成：自然界“精巧工艺”
环状RNA的体内形成主要依赖于一种特殊的剪接方式—反向剪接。在这个过程中，下游的5’剪接供体位点会与上游的3’剪接受体位点相连，形成一个3′,5’磷酸二酯键，从而构建出稳定的环状结构。这种独特的结构使得环状RNA在细胞内具有更强的稳定性，能够抵抗外切RNA酶的降解。此外，环状RNA的形成还受到细胞内多种因素的调控，包括特定的RNA结合蛋白（RBPs）和顺式作用元件的参与。这些因子通过识别和结合特定的RNA序列，促进反向剪接的发生，进而影响环状RNA的生成。
circRNA合成策略：“人工制造”平台
为了满足生物医学研究和临床应用的需求，科学家们开发了多种体外合成环状RNA的方法。这些方法主要包括化学环化、连接酶介导环化和核酶介导环化技术。化学环化法存在连接效率低、安全性较差等缺点。连接酶介导环化法则利用T4 DNA连接酶、T4 RNA连接酶1和T4 RNA连接酶2等酶来催化RNA的连接反应，但是存在较高的分子间连接等副反应。核酶介导的环化技术则利用具有催化活性的RNA分子（如发夹核酶、I型内含子或II型内含子）来实现RNA的环化，这种方法具有反应条件温和、操作简便等优点，是目前合成环状RNA的重要手段之一。基于核酶的环化技术发展而来的比较成熟的环状RNA合成技术平台包括ORNA、CircPure（吉赛生物）、CircPrecise（吉赛生物）、Clean-PIE（科锐迈德）、CirCode、STS（Rznomics）和RzL核酶介导的连接等。
circRNA翻译：解锁蛋白合成新途径
尽管环状RNA缺乏线性mRNA所必需的5’帽子结构，但它们仍然可以通过多种机制启动翻译，从而合成蛋白质。这些机制包括滚环翻译、N6-甲基腺苷（m6A）介导的翻译、内部核糖体进入位点（IRES）驱动的翻译和人工设计的帽依赖性翻译。这些翻译机制进一步拓展了其在蛋白质合成中的应用潜力。
环状RNA临床应用：成为医疗“新星”
环状RNA在生物医学领域的应用前景十分广阔。在疫苗研发方面，环状RNA疫苗已经取得了令人瞩目的成果。与传统的mRNA疫苗相比，环状RNA疫苗具有更高的稳定性和更长的抗原表达持续时间，能够在体内产生更强的免疫反应。例如，针对新冠病毒（SARS-CoV-2）的环状RNA疫苗在动物实验中表现出比mRNA疫苗更高的中和抗体滴度和更持久的免疫保护效果。
在蛋白质替代疗法中，环状RNA能够稳定表达治疗性蛋白质，为治疗一些遗传性或获得性蛋白质缺陷疾病提供了新的思路。
在癌症治疗领域，环状RNA不仅可以作为癌症疫苗激活免疫系统，还可以用于编码肿瘤抑制因子、免疫刺激细胞因子等，直接抑制肿瘤生长或增强机体的抗肿瘤免疫反应。
此外，环状RNA在基因编辑治疗中也展现出了巨大的潜力。通过将CRISPR/Cas9系统相关组分编码在环状RNA中，可以实现更高效、更持久的基因编辑效果，为遗传性疾病的治疗带来了新的希望。
结语：环状RNA的未来之路
随着对环状RNA生物学功能和作用机制的不断深入理解，以及合成技术的不断持续优化，环状RNA有望在未来的医疗领域发挥更加重要的作用。目前，全球已有多款环状RNA药物进入临床试验阶段，这是RNA药物发展史上的又一次标志性突破。
然而，目前环状RNA的研究仍面临一些挑战，如提高环状RNA的合成效率、尤其是大片段RNA的环化效率，开发获得高纯度环状RNA的纯化技术、建立环状RNA质量控制技术与标准、提高环状RNA蛋白翻译能力、降低环状RNA免疫原性、定制化合成修饰性环状RNA，工业级别的自动化放大生产，优化递送系统等。
但可以预见的是，环状RNA作为一种新兴的生物医学研究热点，将在疾病诊断、治疗和预防等多个方面展现出巨大的应用价值，为人类健康事业带来新的曙光。
山西高等创新研究院博士后王磊与淄博市中心医院转化医学中心王连庆副研究员为论文的共同第一作者。山西高等创新研究院刘志达研究员与东南大学高山教授为论文共同通讯作者。
原文链接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/EXP.20240044
文章来源于Exploration探索