本文来自微信公众号：生物世界（ID：ibioworld），作者：王聪

基于 RNA 的疫苗是 COVID-19 大流行中的英雄，它们创下了历史上最快疫苗开发时间的记录，从开发到获 FDA 批准上市仅仅用时一年时间。

而最近，mRNA 技术更是获得了诺贝尔奖的认可， 和 因发现了核苷碱基修饰，从而开发出了有效的 mRNA 疫苗来对抗 COVID-19，而获得了 2023 年 诺贝尔生理学或医学奖 。

我们很早就知道，RNA 技术有一个关键的缺陷——RNA 通常以线性形式存在，而这种形式的 mRNA 的寿命很短。再几小时内，细胞内的核酸酶就会把他们降解掉。RNA 这种转瞬即逝的性质对用作疫苗来说并不是个大问题，因为它只需要很短的时间来编码出蛋白质，就能引发免疫反应。

但是，对于大多数治疗应用来说，最好是能让 RNA 留存的时间更长。而这是 环状 RNA （circRNA）的一个优势——其共价闭合环形结构可以保护自身免受核酸酶的降解，从而具有更好的稳定性和更长的寿命。理论上，即使在低剂量水平上，环状 RNA 也能增治疗潜力。

环状 RNA 的发现和发展

1976 年， 环状 RNA （circRNA）首次被发现，但当时被认为是细胞内 mRNA 剪接错误带来的副产物。2013 年，Nature 期刊同期发表两篇环状 RNA 研究论文，指出环状 RNA 是一类具有调控作用的非编码 RNA，通过作为 miRNA 的海绵（sponge）来调控其他基因表达。这让沉寂 30 多年的环状 RNA 一鸣惊人，成为新一代明星分子，并陆续被发现在细胞分化、组织稳态、疾病发展，以及免疫代谢中发挥重要调节作用。

2018 年 7 月，是环状 RNA 发展史上的一个关键转折点，麻省理工学院（MIT）的 Daniel Anderson 等人在 Nature Communications 期刊发表论文， 首次证实工程化的环状 RNA 可在真核细胞中稳定、高效表达蛋白 ，开创了外源环状 RNA 在真核细胞中表达蛋白的新应用，也证明了环状 RNA 是线性 mRNA 的有效替代品。

环状 RNA 创业热潮

基于上述研究，Daniel Anderson 创立了世界首家利用环状 RNA 开发新疗法的公司 ——Orna Therapeutics。该公司的核心技术在于其开发 RNA 环化技术 ，他们实现了超长环状 RNA 构建，将编码杜氏肌营养不良（DMD）所缺乏的肌营养不良蛋白（Dystrophin）的 mRNA 实现环化，该 mRNA 长达 12000 个核苷酸。

但 Orna 并非唯一一家致力于开发环化技术的初创公司，还有一些公司正在采用不同的方法来构建环状 RNA。例如，Torque Bio 公司是将产生环状 RNA 的指令放到病毒中，让其细胞内部剪接产生环状 RNA。Chimera Therapeutics 公司则使用基因工程细菌来生成环状 RNA。

此外，还有两家来自中国的初创公司， 和科锐迈德 ，这两家公司去年分别在预印本发表论文，开发了新型 RNA 环化技术。

目前，已有十几家工程化环状 RNA 公司创立，这些公司筹集了超过 10 亿美元的融资。 其中最受关注的当属 Flagship 孵化的 Laronde，该公司已融资近 5 亿美元。 此外，一些大型制药企业也开始涉足环状 RNA 技术。 他们相信，线性 RNA 能做的，环状 RNA 也能做，甚至能做的更好。

环状 RNA 的优势与进展

谈及环状 RNA 的优势，斯坦福大学的（Howard Chang）认为，只需要一次注射，你就能得到足够耐用的蛋白质。

2022 年 7 月，团队在 Nature Biotechnology 期刊发表论文，该研究通过多处优化设计，成功环状 RNA 翻译表达的蛋白质产量提高了数百倍，可在体内实现有效且持久的蛋白质生产。

之后，与 mRNA 技术先驱、2023 年诺贝尔生理学或医学奖得主 等人创立了一家名为 的公司，该公司在今年上半年完成了高达 2.7 亿美元 的 A 轮融资。

环状 RNA 技术的支持者预计，环状 RNA 将成为制药行业的首选 RNA 平台，并可能开启下一代疫苗、罕见疾病疗法，以及抗癌药等产品。

将环状 RNA 开发为疗法时，我们需要去除成环过程中的额外序列，从而避免引起不必要的免疫反应。中国科学院分子细胞科学卓越创新中心的研究员认为，这其实取决于构建环状 RNA 的具体方式。她于 2021 年 11 月在 Molecular Cell 期刊发表的研究显示，在构建环状 RNA 时，自剪接基序留下的序列会扭曲 RNA 折叠，从而导致结构不规则的环形结构，从而引发免疫反应。

但在某些情况下，免疫反应又是可取的。

2022 年 3 月，北京大学团队在 Cell 期刊发表论文，该研究在小鼠和猴子上证实，与线性 mRNA 疫苗相比，环状 RNA 疫苗诱导产生了更多的中和抗体，以及更有效的 T 细胞反应。此外，环状 RNA 在环境温度下比线性 mRNA 更稳定，因此，基于环状 RNA 的疫苗可以在没有冷链的情况下储存和运输。

教授创立了，且已开始环状 RNA 新冠疫苗的人体实验，这也是首次在人体中测试合成的环状 RNA 药物。而年可能会有其他一些基于环状 RNA 的药物进入临床实验，包括的一种癌症疗法，该疗法使用环状 RNA 编码免疫刺激分子——白细胞介素-12（IL-12）。

Orna 公司准备在 2024 年开始一项环状 RNA 疗法的临床试验，这款环状 RNA 疗法可以重新编程免疫细胞来攻击血癌。在今年 5 月的美国细胞基因治疗行业会议（ASGCT）上，Orna 的科学家们展示了临床前研究结果，结果显示，注射低剂量的 LNP 递送的环状 RNA 到小鼠体内，即可再体内原位重编程 T 细胞，根除白血病小鼠模型的肿瘤，而不需要任何复杂的细胞工程或高强度的预备药物方案。

合成的环状 RNA 不仅可以编码治疗性蛋白质。当它们折叠成特定形状时，这些环状 RNA 还可以像抗体一样直接与目标结合，作为一种被称为适体（aptamer）的药物。它们可以捕获和隔离不同种类的调节分子，有效地将其从细胞环境中清除。它们还可以作为“反义因子”与基因转录物（mRNA）结合，阻断或改变其表达。此外，它们还可以作为 RNA 编辑应用的指导分子，将特定的酶导向需要纠正的突变基因转录本。各个初创公司正在积极探索这些应用。

人工智能助力环状RNA研究

2023 年 5 月，百度美国研究院、（现为中国药科大学教授），联合，在国际顶尖学术期刊 Nature 发表论文。通过人工智能（AI）工具来优化 mRNA 疫苗序列，从而帮助创造更有效、更稳定的 mRNA。

这项研究不仅为 mRNA 疫苗提供了一种及时和有前途的工具，而且还为 mRNA 疗法提供了巨大的潜力，有望彻底改变医疗保健现状。该研究开发的 线性设计工具——LinearDesign ，可以优化编码所有治疗性蛋白的 mRNA，包括单克隆抗体和抗癌药物。

2023 年 7 月，团队在预印本 bioRxiv 发表论文，进一步开发出了 用于环状 RNA 结构预测与序列设计算法平台——circDesign 。

研究团队将 circDesign 算法应用于基于环状 RNA 的狂犬病疫苗和带状疱疹疫苗的序列优化设计中，在小鼠模型中增强了环状 RNA 的序列稳定性、蛋白翻译效率和免疫原性，成功验证了 circDesign 平台在环状 RNA 序列设计优化上的有效性。

据悉，这是国际上首个通过人工智能算法优化设计环状 RNA 的案例，有望简化环状 RNA 的序列优化设计，提高环化效率、稳定性和蛋白翻译水平。

circDesign 算法开发人、LinearDesign 共同一作、中国药科大学张亮教授表示，相比线性 RNA，针对环状 RNA 的序列设计需要考虑的因素更多，目前团队正在积极探索针对不同 RNA 平台的设计算法，希望人工智能技术能够加速 RNA 疫苗和药物的开发。

环状 RNA 面临的问题

环状 RNA 领域不断取得新进展，但随着该领域的发展，也不断暴露出一些问题。

今年 6 月份，环状 RNA 领域融资最多的公司——，其核心研究项目——使用环状 RNA 表达 GLP-1 用于减肥， 被曝光涉嫌数据造假 。这一事件也引起了人们对于对于环状 RNA 潜力的怀疑。详情：

一家基于合成生物学的 mRNA 疗法开发公司 ，他们也曾开发基于环状 RNA 的疗法，但该公司的联合创始人兼 CEO 博士表示：环状 RNA 就是垃圾！开发基于环状 RNA 药物或疗法将会面临的难题数量难以置信，而人们通常忽略了这一点。

基于环状 RNA 的药物的首次人体试验已于今年 8 月启动。但环状 RNA 距离开启一场药物开发的革命，或实现 Laronde 公司所做的承诺——到本世纪末开发 100 款基于环状RNA的新药项目，还有很长的路要走。环状 RNA 的优势是否会使其胜过其它的持久治疗方法，例如传统的基因疗法，以及新兴的基因编辑疗法，仍然是一个正在进行的调查和科学探究领域。

但 Alexander Wesselhoeft 仍看好环状 RNA，他是 2018 年这篇开创了外源环状 RNA 在真核细胞中表达蛋白新应用的论文的第一作者，也是 公司的联合创始人，他现在是麻省总医院布里格姆基因和细胞治疗研究所 RNA 治疗主任。他认为，尽管线性 mRNA 疫苗取得了巨大成功，但环状 RNA 是未来的发展方向，将是 RNA 治疗技术的首选。

论文链接：

1.https://www.nature.com/articles/d41586-023-03058-7

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