|
2021 年，mRNA 疫苗上榜《麻省理工科技评论》“全球十大突破性技术” 榜单，再次印证了 mRNA 技术的发展潜力。期间，两款 mRNA 疫苗正式获批上市，mRNA 抗体疗法进入临床 I 期，尝试基于 mRNA 的体内自扩增 CAR-T...不过，正如硬币的正反面，mRNA 同样也存在自身稳定性差，容易被体内核酸酶降解，有一定免疫原性等问题，这一定程度上限制了 mRNA 潜力的释放。随着对 RNA 认知的深入，研究人员发现在真核生物体内广泛存在一类具有环形结构的内源性 RNA 分子。大量研究显示，与线性 RNA 相比，环形 RNA（circRNA ）呈封闭环状结构，不易降解，可更高效稳定地表达蛋白质。因此，环形 RNA 也被称之为 “mRNA2.0”。理论上讲，环形 RNA 有很大希望破解 mRNA 的局限性。近日，环形 RNA 疗法公司环码生物（Circode Bio）的研究团队在预印本平台 BioRxiv 发布了其专有的 RNA 环化技术平台 group II intron 以及该平台的验证数据。研究显示，group II intron 可高效生产不含外源序列的环形 RNA 分子，这类分子能够稳定表达蛋白且其自身免疫原性较低。在给小鼠注射编码 SARS-CoV-2 S 蛋白 RBD 的环形 RNA 分子后，小鼠体内产生中和抗体的滴度高于已有线性 RNA 疫苗的临床前数据。新冠病毒疫苗的尝试，一定程度上验证了 group II intron 技术平台的可行性，同时也对环形 RNA 疗法的开发具有一定的参考价值。论文中指出，这项研究为高效生产环形 RNA 分子提供了一个通用技术平台，同时也展示出了环形 RNA 分子 作为新一代 mRNA 疗法的潜力。借此机会，生辉联系到环码生物联合创始人兼 CTO 杨赟博士，他向生辉介绍了本次数据的亮点以及环码生物当前的进展和规划。杨赟是浙江大学生物化学与分子生物学博士，博士后期间跟随王泽峰教授开始研究环形 RNA。他在 RNA 体外环化和翻译效率调控等方面拥有多年基础研究和技术开发经验；王泽峰是环码生物的科学创始人，中科院计算生物学重点实验室主任、RNA 系统生物学课题组组长，环形 RNA 调控机制和工程化应用方面具有较高水平的研究成果和技术积累。 
▲图 | 从左到右分别是：杨赟、王泽峰以及首席运营官汤辰翔（来源：受访者提供）2018 年，杨赟与王泽峰联合创办环码生物，这是一家基于环形 RNA 开发核酸药物的初创公司。2021 年，该公司完成天使轮和 Pre-A 轮融资，并正式走出隐匿模式，投资方包括凯泰资本、杏泽资本、险峰旗云、昆仑资本、倚锋资本等。目前，该公司正在进行 A 轮融资，用于 GMP 车间建设以及工艺开发等。上文提到环形 RNA 分子在真核生物体内广泛存在，但如果要实现广泛应用，则需要在体外规模化制备。体外制备的一个关键步骤就在于环化。目前，体外合成环形 RNA 分子的两种常用的方式是 T4 RNA 连接酶（T4 RNA Ligase）系统和 I 型内含子核酶（group I intron）系统。前者通过 T4 RNA 连接酶的催化在分子内连接成环；后者则通过自剪接成环。论文指出，T4 RNA 连接酶将线性 RNA 末端连接成环，这一过程中通常需要加一段特定序列片段铆定 RNA 的 5’和 3’末端来提高反应效率，在技术上难以扩大生产规模。且该系统对 RNA 分子的长度有一定限制，会额外引入连接酶蛋白和铆定片段，增加分子纯化复杂性；I 型内含子核酶系统虽然可以避免连接酶蛋白和铆定片段的使用，但会在最终产物中引入外源核苷酸序列，这些序列会影响环形 RNA 的二级结构，进而可能引发细胞的天然免疫反应。“我们需要一套更高效的环化系统，在体外合成不带任何外源序列且均一的分子。” 杨赟说。在本次的研究中，从已知系统的局限性出发，该团队开发出了一种能够设计和生产可高效指导蛋白质翻译的环形 RNA 分子的新型技术。该技术基于 II 型自剪接内含子（Group II intron）系统，可以高效实现 RNA 分子的共转录环化，且无外源序列的插入。Group II intron 系统生产的环形 RNA 分子被纯化并转染到细胞中，然后通过內部核糖体进入位点（ IRES）启动环形 RNA 的非帽依赖型翻译。▲图 | 环码生物环化系统设计原理（来源：bioRXiv）杨赟告诉生辉，经过一系列的筛选和优化设计，团队构建了一套高效的基于 Group II intron 的环化系统。这是一个高效环化的通用型工具，针对所有大小的 RNA 分子（2kb-10kb）的环化效率都可以保持在 60%-90% 间。他还表示，环码生物会继续优化迭代 Group II intron 这一系统，进一步提高复杂序列的环化效率。同时，团队也强调了序列设计的重要性，对于序列元件的理性设计也是系统优化的一大方向。“这一工具仅需要前体 RNA 分子，加上一些简单的金属离子就可以完成环化反应。这对后期工艺的开发是一个很大的优势，无需酶和额外步骤，只需要体外转录一步反应就可以生产出环化好的产物。” 杨赟说。Group II intron 技术平台搭建完成后，该团队对技术平台的安全性和有效性进行了验证。将环形 RNA 分子注射到小鼠体内，发现该分子可稳定表达蛋白，且纯化的环形 RNA 几乎不会引起先天免疫反应。然后，他们还基于 Group II intron 系统设计出了一款环形 RNA 新冠疫苗，并将其注射到小鼠体内。研究显示，与现有的 mRNA 疫苗和环形 RNA 新冠疫苗相比，在结合抗体和中和抗体滴度上的数据都表现更为亮眼。▲图 | 分析环形 RNA 疫苗产生的结合抗体和中和抗体（来源：bioRXiv）“这对环形 RNA 的疗法如何具有一定参考价值，同时也验证了环形 RNA 开发疫苗路径的可行性。” 杨赟补充道。在公司成立的早期阶段，杨赟和王泽峰两人主要进行环形 RNA 的基础研究，探索转化应用的可能性。2021 年，相继完成两轮融资的同时，公司的发展走上了快车道。本次预印本平台公布了 Group II intron 环化技术的最新数据，是体外制备的关键。另一方面，翻译水平也是环形 RNA 分子用于治病的关键所在。“除了病毒 IRES 和已知的 m6A 修饰以外，一些短序列也可以促进环形 RNA 分子的翻译。我们进行了系统筛选，并确定了可帮助环形 RNA 分子翻译的序列文库，后续还进行了序列的拼接和组合。这些序列功能上与 IRES 相似，且实现了翻译元件的从头设计。”据杨赟介绍，目前，环码生物已基本完成了环化平台以及序列设计平台的搭建，并已布局相关专利。“我们的管线开发策略更偏向于从治疗方向出发，结合现有的递送体系，去解决一些临床上尚未解决的问题。随着技术的不断更新，我们会不断更新迭代，动态挑选出当前环形 RNA 技术最适合的领域去尝试开发管线。计划一年内筛选 10-15 个靶点，筛选后进行概念验证，达到预期效果的管线即推进 IND。” 杨赟补充道。根据官方信息，通过借鉴一些 mRNA 公司的管线开发策略，该公司正在基于新型的底层技术平台选定方向并快速迭代管线。现已布局多条管线，包括疫苗、蛋白替代疗法、抗体疗法等。不过，暂时还没披露具体的适应症，可能会涉及传染病、罕见病。据杨赟透露，现阶段，已经在疫苗和抗体疗法上取得了一些进展，目前正在做动物学试验。其中，疫苗是其进展最快的管线。“技术平台基本搭建完成后，我们的重点会放在快速迭代管线上，每年针对 10-15 个靶点进行早期筛选，确定 3-4 个合适的靶点。希望 1-2 年内至少有一条管线拿到 IND 批件，未来 3-5 年可以有 5 条管线进入到临床阶段，整体在研管线形成阶梯式分布；另一方面，也会积极开展合作，与外部公司共同推进环形 RNA 分子疗法，最终发展成为一家真正的生物制药公司。” 杨赟对此信心满满。
|
