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環(huán)狀RNA
合成工藝


環(huán)狀RNA開發(fā)核酸藥物
藥物研究進展
ADVANCES
環(huán)狀RNA
可表達蛋白

ADVANCES IN DRUG RESEARCH

ADVANCES IN DRUG RESEARCH


核酸藥物是繼化學藥物和蛋白質(zhì)藥物之后的第三代藥物,其中 mRNA 疫苗在抗擊新型冠狀病毒中發(fā)揮了重要作用。mRNA 疫苗因其開發(fā)周期短,制備工藝成熟,在應對病毒變異、支持全球供應上具有顯著優(yōu)勢。


環(huán)狀RNA
合成工藝


ADVANCES IN DRUG RESEARCH


環(huán)狀 RNA 在體內(nèi)合成的方式主要是依賴Alu 反向互補序列和 RNA 結(jié)合蛋白的反向剪接作用。環(huán)狀 RNA 的體外合成是通過體外轉(zhuǎn)錄獲得線性 RNA 前體,隨后通過多種方法使得RNA 環(huán)化。


目前 RNA 環(huán)化的方式主要有化學合成法、酶促連接法以及借助內(nèi)含子與外顯子重排策略等,每種方法各有優(yōu)劣。


環(huán)狀RNA


基于Ⅱ類內(nèi)含子的 PIE 策略中經(jīng)過篩選優(yōu)化后的Ⅱ類內(nèi)含子可以使 RNA 高效自剪接成環(huán)且無外顯子序列殘留,而且該反應無需額外提供鳥苷酸和高溫亦可進行,這種方案簡化了環(huán)狀 RNA的成環(huán)反應過程以及原料使用,降低了工業(yè)成本,是理想的工程級別的環(huán)狀 RNA體外合成方案。


環(huán)狀RNA
可表達蛋白


ADVANCES IN DRUG RESEARCH


在真核生物中,mRNA5′端甲基化的帽子結(jié)構(gòu)被認為是翻譯起始必要的元件,環(huán)狀RNA與mRNA 相比,雖然缺少翻譯所需要的帽子結(jié)構(gòu),但在 1995 年有學者發(fā)現(xiàn)通過添加某些病毒的IRES 序列可以介導環(huán)狀 RNA 翻譯蛋白。


藥物研究進展


2022年

北京大學的魏文勝教授團隊首次研發(fā)出針對新冠肺炎病毒的環(huán)狀 RNA疫苗,該環(huán)狀 RNA 在動物體內(nèi)表達新冠抗原可以有效引起細胞免疫及體液免疫,從而為宿主提供廣譜保護;

且保存在 4、25、37 ℃的環(huán)境下,環(huán)狀 RNA 疫苗表達抗原蛋白的能力均優(yōu)于同類mRNA 疫苗,這也進一步表明了環(huán)狀 RNA 的穩(wěn)定性要優(yōu)于線性 RNA,基于環(huán)狀 RNA 開發(fā)的疫苗相比 mRNA 疫苗在運輸費用和儲藏費用上都有著極大優(yōu)勢。




同年,斯坦福大學的 Chen 等通過優(yōu)化環(huán)狀 RNA 的拓撲結(jié)構(gòu)、非編碼區(qū)、內(nèi)部核糖體進入位點序列和核酸適配體等,極大提高了環(huán)狀 RNA在真核細胞中表達蛋白的效率,為環(huán)狀 RNA核酸藥物替代蛋白藥物提供了可能。



環(huán)狀RNA
藥物的遞送


ADVANCES IN DRUG RESEARCH


遞送系統(tǒng)是保證核酸藥物有效性和安全性的關(guān)鍵,其在保護 RNA 結(jié)構(gòu)、增強靶向能力、熱穩(wěn)定性和減少不良反應等方面起到重要作用。2023 年東南大學姚紅紅教授團隊發(fā)現(xiàn)從外泌體中分離得到的 EV-circSCMH1能夠有效促進缺血性腦卒中模型小鼠與恒河獼猴腦血管修復。


環(huán)狀RNA


雖然外泌體目前還不能大規(guī)模應用于體外轉(zhuǎn)錄環(huán)狀 RNA 的遞送,但其在遞送領(lǐng)域仍有巨大潛力。


展望未來


展望未來
ADVANCES 


核酸藥物因其開發(fā)周期短、藥物成本低、藥效顯著成為臨床用藥和新藥研發(fā)的熱點。其中,環(huán)狀 RNA作為一類攜帶遺傳信息的生物大分子,既可以發(fā)揮其內(nèi)在功能調(diào)控轉(zhuǎn)錄與基因表達,也可以通過表達蛋白來治療因某些蛋白質(zhì)功能喪失而引起的疾病。


環(huán)狀 RNA 的高穩(wěn)定性、低免疫原性、便于大規(guī)模合成和純化、不易在細胞中引起基因突變等優(yōu)點,使其具有巨大的醫(yī)學應用潛力。


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