2022年6月1日，国内领先的 circRNA 疗法公司环码生物在预印本平台 bioRxiv 发表论文，开发了一种新型 circRNA 高效生产平台，并在细胞和小鼠体内验证了该平台生产的 circRNA 的稳定性和有效性。
《生物世界》第一时间专访了该论文的通讯作者、环码生物 CTO 杨赟博士，通过此次专访，我们一起来了解这一新型 circRNA 生产的通用平台。
我们都知道，DNA是遗传信息的载体，蛋白质是生命功能的主要承担者，而RNA是介于两者之间的传递枢纽，具有特殊的纽带性质和作用。基于这一特性，近年来 mRNA（信使RNA）开始成为一种具有巨大潜力的新型药物和疫苗。
然而，mRNA 通常是线性的，而且人工合成的 mRNA 稳定性较差并会诱导先天免疫反应，所以需要碱基修饰来降低其免疫原性，这限制了 mRNA 疗法的广泛应用。值得注意的是，细胞中天然存在的一种环形 mRNA（circRNA，由前体 mRNA 剪接而来），具有更高的稳定性，为延长蛋白表达时间提供了更好的选择，但RNA的体外大规模环状化在技术上具有挑战性。
2022年6月1日，中科院上海营养与健康研究所王泽峰研究员和环码生物杨赟等人在预印本平台 bioRxiv 上发表题为：A flexible, efficient, and scalable platform to produce circular RNAs as new therapeutics（一个灵活、高效和可扩展的平台用以生产 circRNA 作为新疗法）的研究论文。
这项研究开发了一种新型自催化系统——CirCode系统，以共转录的方式高效产生 circRNA。由此产生的 circRNA 非常稳定，可以延长不同细胞中蛋白质翻译的时间，具有较低的免疫原性，不具有细胞毒性。初步结果表明了这一技术在小鼠中的效力。
环码生物的科学创始人王泽峰研究员，1994年本科毕业于清华大学，此后在中国科学院生物物理研究所和约翰·霍普金斯大学先后取得生物化学硕士和博士学位。2006年从麻省理工学院博士后出站后，王泽峰加入了北卡罗莱纳大学教堂山分校。2015年，王泽峰辞去北卡教堂山分校终身教职，回国任中国科学院-马普学会计算生物学伙伴研究所所长、研究员。
王泽峰在 RNA 领域拥有20余年的深厚研究积累，对 RNA 剪接、翻译及转录组学的研究处于国际顶尖水平，多篇相关研究成果发表在 Cell、Molecular Cell、Cancer Cell、Nature Methods 等国际顶级期刊。在北卡罗莱纳大学教堂山分校时，杨赟就作为博士后跟随王泽峰开展了 RNA 相关研究，回国后则是王泽峰实验室的副研究员。
王泽峰/杨赟团队在 circRNA 领域取得了一系列重要突破，2014年，在国际上首次发现了 circRNA 的体内翻译，颠覆了 circRNA 是非编码 RNA 的定义，也开启了 circRNA 作为编码药用蛋白的时代；2016年，他们对 circRNA 的翻译机制进行了详细解析，揭示了体内 circRNA 翻译的分子机制；此外，他们还对体内 circRNA 翻译效率做了系统优化。
2021年6月，王泽峰、杨赟创立了上海环码生物医药有限公司，致力于打造基于 circRNA 系统的全球领先的药物开发平台。目前，环码生物已完成了两轮总计超过3000万美元的融资。
在自然界中，circRNA 普遍存在于真菌、植物、昆虫、鱼类、哺乳动物，以及人类细胞中，甚至某些病毒的基因组本身就是 circRNA。与线性 mRNA 不同的是，circRNA 是高度稳定的，因为它的共价闭合环结构可以保护它免受外切酶介导的降解作用。
将 circRNA 用于治疗，如何高效地在体外产生 circRNA 是关键，特别是在体外转录后的 RNA 环化步骤。最常用的 RNA 环化方法包括使用 T4 RNA 连接酶连接线性 RNA 末端，或使用自剪接的Ⅰ型内含子重排列内含子-外显子（PIE）剪接策略。
然而，T4 RNA 连接法通常需要一段“夹板”序列来连接游离端，但这容易形成串联体而在技术上很难扩大产量。另一方面，PIE 自剪接法会将外源片段作为“疤痕”序列引入 circRNA 中，这可能会扭曲 circRNA 的结构，引发先天性免疫反应，并使未来的治疗应用审批复杂化。
在这项最新研究中，研究团队开发了一种全新的、可扩展的技术来设计和生产可以高效翻译蛋白质的 circRNA。这项技术是基于自剪接II型内含子，以高效地实现无疤痕 circRNA 的共转录生产。
杨赟博士表示，CircCode 系统的突破之处在于开发了通用型高效的基于 Group II intron 自催化的 RNA 环化系统。Group II intron 的自剪接过程与真核生物体内的 RNA 剪接过程中的生化反应非常相似。通常情况下，Group II intron 的自剪接需要相应蛋白的辅助，因而其在体外无法发生自剪接或者活性非常低。CirCode 系统突破了这一限制，可以在体外无需蛋白参与的情况下，仅依靠金属离子的辅助即可高效稳定地实现 RNA 的环化。同时，通过理性设计可以实现无非设计序列残留的 circRNA 生产。
与常见的 T4 连接酶系统相比，CirCode 系统无需额外的蛋白连接酶催化，也无需特定的“夹板”序列来固定游离端，使得环化反应更简便，易于放大，且产物均一、副产物少。与 Group I intron 系统相比，CirCode 系统无需额外的 GTP 提供能量，产生的 circRNA 不带有外源的残留序列，减少了潜在的安全风险。而且，CirCode 系统可以实现共转录的高效环化，使得工艺流程更简单高效，并在体系放大中表现出很好的工艺稳定性和批次间重复性。
利用这一新型技术平台 CircCode 系统，研究团队构建了一系列包含不同基因的 circRNA，它们均具有稳定性强的优点。这些 circRNA 经纯化后被转染到不同细胞系中，并实现由内部核糖体进入位点（IRES）介导的帽独立的蛋白质翻译，蛋白表达量明显高于线性 mRNA，且不具有细胞毒性。
不仅如此，研究团队还通过脂质纳米颗粒（LNP）将 circRNA 递送到小鼠体内，同样实现了稳定的蛋白质表达，且不会引起有害的先天免疫反应。这一结果表明，该技术平台产生的 circRNA 具有较低的免疫原性。
最后，研究团队通过该技术平台合成了编码新冠病毒刺突蛋白 RBD 区域的 circRNA，并在小鼠体内诱导产生了高滴度的中和抗体。
杨赟博士表示，LNP 技术是当前切实可行的 RNA 药物递送方式，因而在早期开发阶段，环码生物会使用已经过临床广泛验证的 LNP 进行相应开发。秉承专业的人做专业的事的理念，对于新型 LNP 及新型递送载体，环码生物会通过与专业的研发团队合作进行共同开发。环码生物本身更侧重于 circRNA 平台技术的开发，以及优化不同递送载体在 circRNA 药物上的应用。
总的来说，这篇论文向我们展示了环码生物开发的一个高效生产 circRNA 的通用平台，并展示了 circRNA 作为新一代 mRNA 疫苗/疗法的巨大潜力。
杨赟博士告诉《生物世界》，这项研究着重于新的 circRNA 生产技术的开发，因为当前存在大量可比较的新冠 mRNA 及 circRNA 疫苗数据，所以最终通过新冠疫苗上的尝试来检验该平台技术在实际应用中的效果。从动物数据来看，该新技术平台的效果明显优于同剂量水平下其他的 RNA 技术平台的数据，说明该平台技术具有巨大的应用潜力。
杨赟博士表示，circRNA 可用于表达任何类型的蛋白，包括外源蛋白和内源蛋白。近年来，内源性的 circRNA 翻译产物陆续被发现与癌症等疾病相关，但作为药物靶点还需要更多的生物学机制研究和功能验证。在生物学机理明确的前提下，环码生物也会尝试相应靶点的开发。但目前环码生物的管线开发更倾向于机理明确的靶点。
最后，杨赟博士对《生物世界》表示，circRNA 作为一个新的技术平台可用于开发不同类型的药物。环码生物现有的技术平台可以实现传染病疫苗、个性化肿瘤疫苗、蛋白质替换和免疫疗法的开发，但作为一个利用新技术开发新型疗法的初创公司在资金和资源有限的情况下，更倾向于能够快速推进并取得临床验证的管线。对于 circRNA 技术平台，环码生物秉承开放合作、互利共赢的理念，愿意与不同的公司进行管线开发的合作，共同推进 circRNA 药物的研发，早日造福患者。
论文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2022.05.31.494115v2
转自：生物世界
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