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  • 环状RNA五十年:从“弃子”到风口

    新冠疫苗竞赛,让MRNA技术正式走上台前,也快速成为产业和资本热点。

    因为让人惊叹的MRNA技术,前景绝不仅限于预防性疫苗。还包括治疗性疫苗和免疫疗法。

    目前,各大药企关于MRNA技术的研究如火如荼,或许不久的将来就会给我们带来更多惊喜。

    但是,MRNA并不完美,因为其稳定不高等诸多缺点会导致天花板受限。在这一背景下,挑战者环状RNA赛道开始逐渐升温。

    因此与MRNA相比,环状RNA理论上具备稳定性更高、表达时间更长、生产成本较低等优势,有望解决线形MRNA面对的多种挑战。

    8月16日,默沙东宣布与ORNA公司达成一项总额高达36.5亿美元的合作协议,双方将基于ORNA公司的环状RNA平台,开发包括传染病和肿瘤学领域的疫苗和疗法,为环状RNA赛道添了一把火。

    从“垃圾”到研究热门,一切因高通量测序而改变

    环状RNA(CIRCRNA)的特殊之处在于其结构。与以 5' 帽和 3' 尾终止的线性 RNA 不同,环状RNA形成的是共价闭环结构。

    实际上,环状RNA早在上世纪70年代就被人们发现。只不过,它最初被认为是基因剪切的副产物,并无显著功能,所以被忽视了。

    不过,2010年之后,随着高通量测序技术的进步,环状RNA的结构和功能开始为人所知。

    目前,医学界已经发现了数千个CIRCRNA。大量的细胞研究表明,环状RNA通过调节转录、剪接、MRNA稳定性、翻译和信号通路、以及作为翻译模板来调节基因表达,功能远超线性MRNA。

    因为众多机制导致,环状RNA还参与了人体多种病理状况的发展,例如心血管疾病、糖尿病、神经系统疾病,包括癌症。

    一些研究发现,许多环状RNA与肿瘤病理学过程中的细胞周期有关。并且,在多种癌症中观察到许多环状RNA的异常表达,表明它们在肿瘤发生和肿瘤发展中的关键作用。

    例如,在胃癌中,环状RNA之一的CIRCPVRL3表达水平的降低,会加速胃癌的进展和导致更低的生存率。

    当然,也有些环状RNA会促进肿瘤的发生。例如,在肝癌领域我们发现,另一环状RNACIRS-7可能作为MIR-7的CERNA,竞争性地抑制MIR-7的活性,促进癌基因的表达。

    这一发现,也让我们有了对抗肿瘤的新型武器。毕竟,CIRS-7或许是癌症早期诊断和治疗的靶点。

    正是环状RNA的功能与特性不断被发现,其前景也愈发“光明”。

    目前来看,环状RNA不仅有望成为临床诊断、治疗和预后的生物标志物,也可以靶向治疗的潜在靶点。

    首先,是高丰度。虽然环状RNA通常具有低表达水平,但在某些情况下,由于更高的表达或时间积累,它们的丰度可能超过同源线性MRNAS的丰度,更容易检测。

    其次,是高特异性。环状RNA高度特异性,在不同细胞和组织类型以及发育阶段的表达模式非常多样化,辨识度较高。

    另外,高保守性。环状RNA最大的特点就是高度保守,有研究发现小鼠和人类中的直系同源基因,依然有5-30%相似的保守环状RNA。高保守的序列,也导致其更容易被“针对”。

    最后,则是高稳定性。环状RNA由于其结构特殊性,可以抵抗线性MRNA衰减机制的降解,半衰期为18.8-23.7H(其同源线性MRNA为4.0-7.4H),这让其同容易在包括唾液、和血液等体液中被检测发现。实际上,环状RNA的稳定性大大提高,这是其被视为前景超过MRNA的核心原因。

    例如,在肝癌中,环状RNA之一的HSA_CIRC_0001649 便会显着下调。这表明它可能作为一种新的潜在肝癌生物标志物,根据其表达水平来判断肿瘤大小的变化情况。当然,不仅是肿瘤,包括阿尔兹海默症等,环状RNA都是潜在的生物标志物。

    实际上,基于特异性、保守性等特点,环状RNA不仅是生物标志物的潜力选手,更有希望成为绝佳治疗靶点。

    正如上文所说,RNACIRS-7可能作为MIR-7的CERNA,竞争性地抑制MIR-7的活性,促进癌基因的表达。CIRS-7理论上,也是我们治疗肝癌的靶点之一。

    尽管目前还没有任何使用 CIRCRNA 作为癌症治疗靶点的临床前报告,但这种情况在不久的将来,可能会发生变化。

    当然,凡事都要客观来看。虽然环状RNA前景看似不错,但其终究还只是一个非常年轻的技术。正如上文所说,我们对环状RNA认识的提升,主要就是在近十年时间。

    这也导致整个领域要想真正突破还有待时日。因为,仅近十年时间,我们对其认识并不深刻。目前,环状RNA还有许多谜团,无论是其精确的形成机制,还是运输和成熟过程,都在等待答案。

    例如,据观察,大多数环状RNA在细胞质中巡逻,但它们起源于细胞核,因此提出了它们如何穿过微小核孔的问题。

    此外,许多环状外显子(85%)与蛋白质编码序列重叠,但大多数环状RNA不编码蛋白质这一事实仍有待研究。在临床上,它们需要进一步测试,才能完全取代传统的诊断程序。

    当然,医学界对其研究也在不断向前,成果也会持续落地。

    由于该疗法直接体内产生经过修饰的免疫细胞,若临床成功无疑有望克服现有体外CAR-T 疗法的障碍。

    国内企业也在前进。目前,以环码生物、圆因生物、吉赛生物、科锐迈德为代表的环状RNA新锐,纷纷打造了环状RNA技术平台,与海外企业齐头并进。

    或许在不远的将来,他们也会带来好消息。