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环状RNA
合成工艺


环状RNA开发核酸药物
药物研究进展
ADVANCES
环状RNA
可表达蛋白

ADVANCES IN DRUG RESEARCH

ADVANCES IN DRUG RESEARCH


核酸药物是继化学药物和蛋白质药物之后的第三代药物,其中 mRNA 疫苗在抗击新型冠状病毒中发挥了重要作用。mRNA 疫苗因其开发周期短,制备工艺成熟,在应对病毒变异、支持全球供应上具有显著优势。


环状RNA
合成工艺


ADVANCES IN DRUG RESEARCH


环状 RNA 在体内合成的方式主要是依赖Alu 反向互补序列和 RNA 结合蛋白的反向剪接作用。环状 RNA 的体外合成是通过体外转录获得线性 RNA 前体,随后通过多种方法使得RNA 环化。


目前 RNA 环化的方式主要有化学合成法、酶促连接法以及借助内含子与外显子重排策略等,每种方法各有优劣。


环状RNA


基于Ⅱ类内含子的 PIE 策略中经过筛选优化后的Ⅱ类内含子可以使 RNA 高效自剪接成环且无外显子序列残留,而且该反应无需额外提供鸟苷酸和高温亦可进行,这种方案简化了环状 RNA的成环反应过程以及原料使用,降低了工业成本,是理想的工程级别的环状 RNA体外合成方案。


环状RNA
可表达蛋白


ADVANCES IN DRUG RESEARCH


在真核生物中,mRNA5′端甲基化的帽子结构被认为是翻译起始必要的元件,环状RNA与mRNA 相比,虽然缺少翻译所需要的帽子结构,但在 1995 年有学者发现通过添加某些病毒的IRES 序列可以介导环状 RNA 翻译蛋白。


药物研究进展


2022年

北京大学的魏文胜教授团队首次研发出针对新冠肺炎病毒的环状 RNA疫苗,该环状 RNA 在动物体内表达新冠抗原可以有效引起细胞免疫及体液免疫,从而为宿主提供广谱保护;

且保存在 4、25、37 ℃的环境下,环状 RNA 疫苗表达抗原蛋白的能力均优于同类mRNA 疫苗,这也进一步表明了环状 RNA 的稳定性要优于线性 RNA,基于环状 RNA 开发的疫苗相比 mRNA 疫苗在运输费用和储藏费用上都有着极大优势。




同年,斯坦福大学的 Chen 等通过优化环状 RNA 的拓扑结构、非编码区、内部核糖体进入位点序列和核酸适配体等,极大提高了环状 RNA在真核细胞中表达蛋白的效率,为环状 RNA核酸药物替代蛋白药物提供了可能。



环状RNA
药物的递送


ADVANCES IN DRUG RESEARCH


递送系统是保证核酸药物有效性和安全性的关键,其在保护 RNA 结构、增强靶向能力、热稳定性和减少不良反应等方面起到重要作用。2023 年东南大学姚红红教授团队发现从外泌体中分离得到的 EV-circSCMH1能够有效促进缺血性脑卒中模型小鼠与恒河猕猴脑血管修复。


环状RNA


虽然外泌体目前还不能大规模应用于体外转录环状 RNA 的递送,但其在递送领域仍有巨大潜力。


展望未来


展望未来
ADVANCES 


核酸药物因其开发周期短、药物成本低、药效显著成为临床用药和新药研发的热点。其中,环状 RNA作为一类携带遗传信息的生物大分子,既可以发挥其内在功能调控转录与基因表达,也可以通过表达蛋白来治疗因某些蛋白质功能丧失而引起的疾病。


环状 RNA 的高稳定性、低免疫原性、便于大规模合成和纯化、不易在细胞中引起基因突变等优点,使其具有巨大的医学应用潜力。


END
药物研究进展
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