北京大学魏文胜团队最新Nature子刊

2025-08-12

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iNature

环状RNA（circRNA）因其高稳定性和蛋白质编码潜力，在RNA治疗领域备受关注。

2025年8月10日，北京大学生命科学学院魏文胜唯一通讯在Nature Communications在线发表题为“Self-splicing RNA circularization facilitated by intact group I and II introns”的研究论文。该研究提出了两种体外RNA环化技术，即通过反式剪接的内含子-外显子置换（PIET）和用于RNA环化的完全自剪接内含子（CIRC）。

PIET利用了I组内含子剪接的第二步，提供了一种替代的环化策略。CIRC利用I组和II组内含子的天然完整形式，无需进行内含子工程改造。与内含子-外显子置换（PIE）相比，CIRC在温和条件下表现出更高的RNA环化效率和速度。利用CIRC，作者成功地环化了编码全长抗肌营养不良蛋白（一种其缺陷与杜氏肌营养不良症（DMD）相关的蛋白质）的大型RNA构建体，从而克服了通常与circRNA平台相关的尺寸限制。值得注意的是，CIRC能够生产无瘢痕的circRNA和具有最小免疫原性的circRNA。此外，CIRC 支持使用核糖核酸酶 R (RNase R) 或基于寡核苷酸 (dT) 的方法进行简化的 circRNA 纯化。这些进展显著扩展了 circRNA 平台在研究和治疗应用方面的潜力。

mRNA疗法已展现出巨大的潜力，为传染病、癌症疫苗、蛋白质替代、基因编辑和免疫疗法等各个领域的下一代疗法铺平了道路。尽管mRNA平台前景广阔，但它面临着诸如碱基修饰成本高、体内半衰期短等障碍，阻碍了其进一步发展。为了克服这些挑战，探索像circRNA这样的替代RNA平台提供了一个充满希望的方向。circRNA在开发严重急性呼吸综合征冠状病毒2 (SARS-CoV-2)疫苗方面已展现出良好的前景，无需碱基修饰即可获得有效疗效，从而使其成为下一代RNA疗法的有力候选者。

circRNA于1976年被发现，是一种共价闭合的单链RNA环状分子，缺乏游离的5'和3'端。circRNA已在众多物种中被发现，与线性RNA相比，其稳定性更高，半衰期更长。体外转录(IVT)的circRNA同样表现出更高的稳定性。由于缺乏典型的5’帽结构，环状RNA可以通过内部核糖体进入位点（IRES）或IRES样元件启动翻译，从而在细胞和动物体内实现蛋白质表达。这种翻译能力为众多前景广阔的治疗应用打开了大门。除了编码功能外，非编码环状RNA在基于RNA的治疗中也发挥着至关重要的作用。近年来，基于环状RNA的治疗药物已进入临床试验阶段，其中RXRG001（RiboX Therapeutics）、HM2002（CircCode Biomed）和TI-0083（Therorna Inc.）等候选药物代表了该领域的翻译发展势头。

体外RNA环化技术是circRNA平台的基础，其方法包括化学合成及环化、连接酶介导和核酶介导的环化，每种方法都各有其局限性。其中，自剪接核酶，尤其是来自I组和II组内含子的核酶，因其高效简便、无需蛋白质参与而常被使用。例如，鱼腥藻（Ana）I组内含子已被改造，可使用置换内含子-外显子（PIE）来产生circRNA，这种方法广泛应用于基于circRNA的治疗。PIE方法已显示出使用替代内含子58或不同内含子分裂位点进行改造的潜力；然而，实现高环化效率仍然具有挑战性，并且只有有限数量的内含子与此方法兼容。II组内含子也具有良好的应用前景，尤其是在产生不含外源序列或低缺口RNA副产物水平的circRNA方面。此外，I组内含子的反式剪接活性已被应用于RNA环化，并在多个特定内含子中观察到较高的效率。

然而，目前的RNA环化平台仍然面临一些局限性。例如，PIE方法依赖于特定的内含子分裂位点，限制了其应用于其他内含子时的适应性和效率。高效生成大型环状RNA（尤其是超过9 kb的环状RNA）仍然是一个重大的技术障碍。此外，体外合成的环状RNA可能由于杂质或外来序列（疤痕）而具有免疫原性，因此需要生产无疤痕、高纯度的环状RNA。

本研究报告了两种RNA环化技术：通过反式剪接的置换内含子-外显子（PIET）和用于RNA环化的完全自剪接内含子（CIRC）。PIET提供了一种替代的RNA环化方法，而CIRC则通过有效利用完整的I组和II组内含子脱颖而出，开辟了识别优质内含子的途径。CIRC优于PIE，因为它提高了环化效率，并减少了对高浓度Mg²⁺、高pH值和长时间孵育的需求，从而支持快速RNA环化并保持RNA完整性。凭借这些能力，CIRC成功地环化了编码全长人类肌营养不良蛋白（约12,000个核苷酸）的RNA，从而实现了427 kDa蛋白质的表达。此外，CIRC能够高效无瘢痕地生产circRNA，并简化了使用RNase R或oligo(dT)方法的纯化过程。这些创新拓宽了circRNA平台的潜力，增强了其在RNA治疗中的适用性。