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环状RNA与病毒的49年：从“共存”到“对抗”
/ circRNA在抗病毒中的应用 / 病毒感染生物标志物与治疗靶点 在病毒感染过程中，部分circRNA表达异常，通过分子海绵作用或结合病毒RNA，调控病毒的扩增和致病过程。 circRNA与病毒感染息息相关，且在细胞及体液中可存留较长时间。因此，病毒感染相关的circRNA是早期鉴定、无创诊断和预后的理想生物标志物，同时也是抗病毒治疗的理想靶点和候选药物。 病毒感染的潜在circRNA生物标志物和治疗靶点[1] 注：HBV：乙型肝炎病毒；EBV：Epstein-Barr病毒；HCV：丙型肝炎病毒；IAV：甲型流感病毒；H1N1血凝素1神经氨酸酶1；HPV：人乳头瘤病毒；KSHV：卡波西肉瘤相关疱疹病毒；HTNV：汉坦病毒；HCMV：人巨细胞病毒；HSV-1：单纯疱疹病毒1；CBV3：柯萨奇病毒B3。 人源环状RNA免疫调节剂 circRNA也可通过结合RBP或miRNA，调控免疫基因表达，影响机体抗病毒免疫应答。 潜在免疫调节剂 circ_0000479可以隔离miR-149-5p并调节RIG-I表达，抑制HTNV和SARS-CoV2病毒复制[2,3]。 circRNA AIVR主要通过隔离miR-330-3p，增强CREBBP表达，从而促进IFN-β的产生，抑制IAV复制[4]。 circSIAE可以通过靶向结合miR-331-3p和TAOK2并影响p-NF-κB水平，抑制CVB3复制[5]。 传染性胃肠炎病毒（TGEV）感染后，circEZH2可以通过结合miR-22促进NF-κB的活化[6]。 这些具有免疫调节功能的人源circRNA，通过进一步优化验证和体外制备，有望开发更高效、安全的免疫调节剂，以增强机体抗病毒免疫应答，为相关疾病的防治提供新策略。 图2 circRNA参与代表性病毒感染的先天免疫调节机制。[7] circRNA分子海绵抗病毒 基于circRNA天然的非编码功能，可以人工设计并体外合成circRNA分子海绵或适配体，靶向结合相关miRNA或蛋白，调控关键基因的功能，影响宿主的免疫反应或抑制病毒扩增与活化。这些circRNA分子海绵有望作为新型抗病毒药物。 设计circRNA分子海绵案例 miRNA-122在肝细胞中高表达，通过结合HCV基因组保护其免受外切酶降解，从而促进病毒复制与蛋白合成。靶向miRNA-122的LNA/DNA混合寡核苷酸药物Miravirsen已进入临床试验阶段。 德国吉森大学Rossbach O.研究团队设计并体外合成含有miRNA-122完全或不完全互补序列的circRNA分子海绵[8]。 稳定性高：circRNA稳定性显著高于线性RNA，在HuH 7.5细胞中，circRNA分子海绵总半衰期为18.7-22.7 h，对应线性RNA的半衰期为11.3-13.2 h。 图3 转染到HuH-7.5细胞后，体外合成的circRNA和对应线性RNA的降解情况。 灵活性高：转染到细胞后，体外合成的circRNA同时分布于细胞核和细胞质，有利于更彻底清除病毒，或调控细胞核与细胞质的过程，发挥更广泛的用途。 图4 转染到HuH-7.5细胞后，体外合成的circRNA和对应线性RNA的分布情况。 有效性强：HCV感染HuH 7.5细胞模型中，含有不完全miRNA-122结合位点的circRNA（bulge circRNA）靶向隔离miRNA-122，显著降低病毒蛋白的水平，效果优于Miravirsen和对应的线性RNA。 图5 体外合成的circRNA、线性RNA、Miravirsen和HCV RNA共转染到HuH-7.5细胞5天后，HCV NS3和core蛋白丰度。 circRNA疫苗 circRNA还可设计用于编码各种病毒抗原或抗病毒蛋白，在宿主体内稳定翻译相应蛋白，激活宿主免疫系统。 ① 相比重组蛋白疫苗 更强的有效性：circRNA疫苗能持续表达抗原，延长抗原呈递时间，有效激发适应性免疫反应。重组蛋白疫苗则因代谢清除，抗原刺激时间短，需较大剂量且生物利用度低。 更高的生产效率：circRNA疫苗的生产过程相对简单，而重组蛋白疫苗的生产涉及复杂的蛋白表达和纯化等工艺，耗时长且成本高。 ② 相比灭活病毒疫苗 更高的安全性：circRNA疫苗不含病毒成分，不存在病毒复活或感染的风险。灭活病毒疫苗虽然经过灭活处理，但仍保留病毒的完整结构，存在病毒复活的风险。 更强的针对性：circRNA疫苗可通过序列设计和修饰调节免疫原性和翻译效率，实现理想免疫反应。灭活病毒疫苗免疫原性和作用效果相对固定，难以精细调控。 更高的灵活性：circRNA疫苗能快速调整抗原序列应对病毒变异或新型病毒。灭活病毒疫苗则需重新筛选病毒株并灭活，过程繁琐。 ③ 相比mRNA疫苗 更高的稳定性：circRNA疫苗的共价闭合环状结构使其稳定性更高，可持久稳定表达抗原，且便于储存和运输。而mRNA疫苗即使经过修饰，半衰期仍较短，易被RNase降解，抗原表达时间有限。 circRNA疫苗开发案例 CRISPR系统介导抗病毒治疗 人类致病性病毒中最致命或最常见的大多数是RNA病毒，如HIV病毒、流感病毒、寨卡病毒、冠状病毒、埃博拉病毒。 CRISPR-Cas13系统可在生物体内靶向切割RNA，具有抗病毒的潜在优势： ①彻底清除：降解细胞内病毒基因组，延长治疗窗口； ②快速响应：根据病毒序列信息设计向导RNA，可快速应对新型或变异病毒； ③靶向抑制：靶向病毒基因组的保守序列及多个位点，抵抗病毒逃逸和突变，有效对抗高度变异病毒。 circRNA技术作为CRISPR系统的创新平台的优势： ①circRNA编码Cas蛋白：在体内更持续表达Cas蛋白，实现更持久的抗病毒效果，同时避免了Cas蛋白较大难以递送到细胞内的问题。 ②设计环状向导RNA：避免crRNA被过快降解，提高Cas蛋白的靶向精准性和高效性。 circRNA介导的CRISPR-Cas13抗病毒案例 中国台湾国家卫生研究院余佳益研究团队利用体外合成的circRNA编码内质网靶向的Cas13（erCas13）。将erCas13 circRNA递送到N18细胞内，将在ER中复制和隐藏的正黄病毒（orthoflavivirus）感染率下降至~63%，引入sgRNA后，感染率进一步下降到~45%。相比mRNA，erCas13 circRNA表达更多erCas13，sgRNA介导下同样获得更好的抗乙型脑炎病毒（JEV）活性。 图6 不同处理组的JEV感染情况。 / circRNA抗病毒潜力的应用转化 / circRNA凭借闭环结构的特性，编码和非编码的多功能性，为抗病毒药物开发的开辟了多种途径。 图7 circRNA在抗病毒中的应用[1] 未来我们需要最大限度地发挥circRNA对病毒感染的治疗潜力，并进一步加快抗病毒circRNA的应用转化。吉赛生物凭借4大核心技术平台，提供circRNA新药开发一站式CRO服务，助力开拓circRNA在抗病毒领域的更多应用，并加快临床转化。 参考文献
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