在分子生物學(xué)和基因療法的迅速發(fā)展中，環(huán)狀RNA（circRNA）作為一種新興的RNA分子形式，正逐漸引起科學(xué)界的廣泛關(guān)注。與傳統的線(xiàn)性RNA不同，環(huán)狀RNA以其獨特的環(huán)狀結構和出色的穩定性，在細胞內展現出了長(cháng)時(shí)間的生物活性和顯著(zhù)的抗降解特性。

       盡管環(huán)狀RNA最初被視為細胞代謝的副產(chǎn)物，但隨著(zhù)研究的深入，其在基因調控、蛋白質(zhì)編碼以及疾病治療等領(lǐng)域的潛力不斷被挖掘，尤其在疫苗開(kāi)發(fā)和生物制劑領(lǐng)域，環(huán)狀RNA正逐步展現出革命性的應用前景。這種曾經(jīng)被忽視的分子，如今正走上科學(xué)舞臺的中央，為應對復雜的醫學(xué)挑戰提供了新的解決方案，并為未來(lái)醫學(xué)的進(jìn)步注入了強大的驅動(dòng)力。

       從幕后走向前臺的環(huán)狀RNA

       環(huán)狀RNA是一種單鏈、非編碼（意味著(zhù)它不表達蛋白質(zhì)）RNA。與線(xiàn)性RNA不同，它形成共價(jià)閉合的連續環(huán)。這意味著(zhù)在環(huán)狀RNA中，通常存在于RNA分子中的3'和5'端是連接在一起的。

       環(huán)狀RNA的發(fā)現歷史可以追溯到20世紀70年代，當時(shí)它們首次在植物類(lèi)病毒中被發(fā)現，后來(lái)又在丁型肝炎病毒中被發(fā)現。最初，人們認為這些環(huán)狀RNA是罕見(jiàn)的或異常RNA剪接的副產(chǎn)物。20世紀90年代初，環(huán)狀RNA也在真核細胞的細胞質(zhì)中被發(fā)現。

       直到2010年代高通量RNA測序和生物信息學(xué)出現后，研究人員才開(kāi)始認識到環(huán)狀RNA在真核生物中的廣泛存在和潛在意義。2012年的一項研究揭示了它們在物種間的豐富性和保守性。這項研究和后續研究表明，環(huán)狀RNA是一類(lèi)普遍存在且重要的非編碼RNA，具有多種調節功能。

       從那時(shí)起，環(huán)狀RNA的研究領(lǐng)域迅速擴大，研究揭示了它們在基因調控中的作用、作為疾病生物標志物的潛力以及它們參與各種生理和病理的過(guò)程。如今，環(huán)狀RNA被認為是基因表達調控的關(guān)鍵參與者，與多種生物功能和疾病有關(guān)。已發(fā)現數以千計的環(huán)狀RNA存在于多種生物體中，它們的表達與發(fā)育階段、生理狀況和癌癥等疾病有關(guān)。

       Circular RNA（環(huán)狀RNA）是一種特殊的RNA分子，其結構不同于傳統的線(xiàn)性RNA。其環(huán)狀RNA的5'端和3'端連接在一起，形成一個(gè)閉合的環(huán)狀結構。這種獨特的結構使其在細胞內更加穩定，難以被核酸外切酶降解。

       環(huán)狀RNA的主要特點(diǎn)

       結構穩定性

       環(huán)狀RNA通過(guò)反向剪接（back-splicing）的過(guò)程生成，其中單體前mRNA分子的5′和3′端連接在一起。這會(huì )產(chǎn)生一種不受RNA核酸外切酶影響且比線(xiàn)性RNA更穩定的環(huán)狀結構。由于其閉合的環(huán)狀結構，環(huán)狀RNA在細胞內具有更高的穩定性，能夠存在較長(cháng)時(shí)間，不容易被分解。

       非編碼功能

       許多環(huán)狀RNA不編碼蛋白質(zhì)，但它們在基因調控、轉錄后調控、miRNA的海綿吸附（即環(huán)狀RNA與miRNA結合，阻止miRNA與其靶標結合）等方面具有重要功能。

       表達廣泛

       環(huán)狀RNA在許多生物物種和組織類(lèi)型中都有表達，包括人類(lèi)、植物和動(dòng)物，并在各種生物學(xué)過(guò)程中發(fā)揮作用。

       環(huán)狀RNA的研究意義

       環(huán)狀RNA（circular RNA，circRNA）的研究近年來(lái)得到了廣泛關(guān)注，主要是由于其獨特的結構、穩定性，以及在基因調控和疾病中的重要作用（圖1）。

       生物學(xué)功能的多樣性

       圖1. 環(huán)狀RNA功能：環(huán)狀RNA可以與蛋白質(zhì)和其他RNA相互作用，充當microRNA海綿，調節轉錄，在某些情況下，它們也可以翻譯成蛋白質(zhì)；來(lái)源：Cell Death and Disease

       環(huán)狀RNA在細胞中的功能遠比最初認為的要復雜和多樣。它們在以下幾個(gè)方面發(fā)揮重要作用：miRNA海綿吸附：許多環(huán)狀RNA能夠與miRNA結合，阻止miRNA與其靶基因結合，從而調控基因的表達。這種功能被稱(chēng)為“miRNA海綿”，通過(guò)抑制miRNA的活性，環(huán)狀RNA可以調節多個(gè)基因通路。

       轉錄調控：一些環(huán)狀RNA能夠與RNA結合蛋白（RBP）相互作用，影響RNA剪接、轉錄后修飾或翻譯過(guò)程。

       翻譯功能：雖然大多數環(huán)狀RNA被認為是不編碼蛋白質(zhì)的，但一些研究發(fā)現，環(huán)狀RNA在特定條件下能夠翻譯成小肽。這些小肽可能在細胞功能和疾病中起到獨特的作用。

       作為疾病的潛在生物標志物

       環(huán)狀RNA在多種疾病中的異常表達，使其成為有前景的生物標志物。

       癌癥診斷：在多種癌癥（如肝癌、乳腺癌、胃癌等）中，特定的環(huán)狀RNA表現出顯著(zhù)的上調或下調。這些異常表達的環(huán)狀RNA可以作為早期診斷的生物標志物。例如，circRNA_100290被發(fā)現與口腔鱗狀細胞癌的發(fā)生密切相關(guān)。神經(jīng)退行性疾?。涸诎柎暮Ｄ?、帕金森病等神經(jīng)退行性疾病中，一些環(huán)狀RNA的表達模式與疾病進(jìn)展相關(guān)。因此，它們有潛力成為這些疾病的診斷標志物或預后評估工具。

       心血管疾?。阂恍┭芯勘砻?，環(huán)狀RNA與心血管疾病，如動(dòng)脈粥樣硬化和心肌梗死等相關(guān)。特定的環(huán)狀RNA可能作為這些疾病的預警指標。

       治療靶點(diǎn)的潛力

       環(huán)狀RNA的功能及其在疾病中的作用，也使其成為潛在的治療靶點(diǎn)。

       圖2. 環(huán)狀RNA的生理和病理功能。環(huán)狀RNA在生理條件下在調節組織發(fā)育、細胞增殖、先天免疫、自噬和神經(jīng)元功能方面發(fā)揮重要作用。環(huán)狀RNA還參與疾病的發(fā)生和發(fā)展，包括癌癥、心血管疾病、代謝疾病、炎癥和神經(jīng)退行性疾??；來(lái)源：Cell Death & Differentiation

       環(huán)狀RNA的失調與各種疾病有關(guān)，包括癌癥、神經(jīng)退行性疾病和與年齡相關(guān)的疾?。▓D2）。例如，特定的環(huán)狀RNA可以與細胞中的DNA結合并引起導致癌癥的突變。在帕金森病中，人腦中的環(huán)狀RNA在該疾病的病理學(xué)中發(fā)揮作用。環(huán)狀RNA還參與衰老和與年齡相關(guān)的疾病，調節細胞衰老和與年齡相關(guān)的疾病的發(fā)展。

       由于環(huán)狀RNA的穩定性和特異性，可以通過(guò)RNA干擾（RNAi）技術(shù)靶向特定的circRNA，從而調控相關(guān)基因的表達，這種方法在癌癥治療中展現了潛力。例如，抑制特定的癌癥相關(guān)環(huán)狀RNA，可以有效地抑制腫瘤的生長(cháng)和轉移。

       隨著(zhù)對環(huán)狀RNA結構和功能的深入了解，設計針對特定環(huán)狀RNA的分子藥物將成為可能。這些藥物可以阻止環(huán)狀RNA與其靶蛋白或miRNA的相互作用，從而改變疾病的進(jìn)程。

       基礎生物學(xué)研究的工具

       環(huán)狀RNA作為一種獨特的生物分子，也為基礎生物學(xué)研究提供了新的工具和方法：基因表達調控的研究模型：環(huán)狀RNA作為非編碼RNA的一種類(lèi)型，可以作為研究基因表達調控機制的新模型。通過(guò)操控環(huán)狀RNA的表達，可以研究特定基因的調控路徑及其在細胞過(guò)程中的作用。

       細胞內RNA動(dòng)力學(xué)的研究：環(huán)狀RNA的穩定性使其成為研究RNA在細胞內運輸、定位和降解過(guò)程的理想工具。研究環(huán)狀RNA在細胞內的動(dòng)態(tài)變化，可以揭示RNA分子在細胞生理學(xué)中的角色。

       環(huán)狀RNA對于疫苗開(kāi)發(fā)的價(jià)值

       環(huán)狀RNA在疫苗開(kāi)發(fā)領(lǐng)域正展現出巨大的潛力。盡管這一研究方向尚處于起步階段，但其獨特的生物學(xué)特性使其成為疫苗開(kāi)發(fā)的有力工具。

       穩定性和持久性表達

       環(huán)狀RNA的閉合環(huán)狀結構使其在細胞內具有極高的穩定性，難以被核酸外切酶降解。這種穩定性在疫苗開(kāi)發(fā)中具有特別重要的意義，因為它可以保證抗原在體內的持續表達，從而增強免疫反應。相比于線(xiàn)性mRNA疫苗，環(huán)狀RNA可以在更長(cháng)時(shí)間內提供持續的抗原表達，可能減少接種次數或延長(cháng)免疫效果。

       有效的抗原表達

       初步研究表明，環(huán)狀RNA可以被細胞內的翻譯機制識別，并有效地產(chǎn)生目標抗原。由于環(huán)狀RNA的結構沒(méi)有游離的末端，可能會(huì )降低其在細胞內被識別為外源RNA（如病毒RNA）的風(fēng)險，從而減少免疫抑制反應的發(fā)生。這種特性有助于提高疫苗的安全性和有效性。

       免疫逃逸和靶向遞送

       環(huán)狀RNA疫苗可以通過(guò)在其序列中插入特定的元素，實(shí)現對免疫系統的逃逸或靶向遞送。例如，環(huán)狀RNA可以與特定的納米顆?；蛑|(zhì)體結合，形成疫苗載體系統，靶向遞送至特定的免疫細胞（如樹(shù)突狀細胞或巨噬細胞）。這種靶向遞送可以提高疫苗的效率，減少副作用。

       適應不同病原體和變異株

       環(huán)狀RNA的可編程性使其能夠快速適應不同的病原體和病毒變異株。通過(guò)修改環(huán)狀RNA的序列，可以快速設計出針對新的病原體或變異株的疫苗。這種靈活性在應對快速變化的病毒（如流感病毒或冠狀病毒）時(shí)尤為重要，環(huán)狀RNA疫苗有望為此類(lèi)病毒提供快速有效的防御手段。

       生產(chǎn)和儲存的優(yōu)勢

       環(huán)狀RNA的高穩定性不僅在生物學(xué)上有優(yōu)勢，還在生產(chǎn)和儲存上提供了實(shí)際利益。相比于傳統的mRNA疫苗，環(huán)狀RNA疫苗在不需要復雜的冷鏈條件下，可能具有更好的穩定性。這種特性使其在全球疫苗分發(fā)，特別是在資源匱乏地區，具有明顯的優(yōu)勢。

       環(huán)狀RNA疫苗相對于mRNA疫苗的優(yōu)勢

       環(huán)狀RNA前景廣闊，科學(xué)家認為它可能優(yōu)于近年來(lái)徹底改變疫苗技術(shù)的mRNA。相較于mRNA疫苗，環(huán)狀RNA在以下方面展現了潛在優(yōu)勢：

       更高的穩定性

       環(huán)狀RNA的環(huán)狀結構使其在細胞內具有更長(cháng)的半衰期，這可能減少疫苗所需的劑量或接種次數。

       環(huán)狀RNA的結構沒(méi)有線(xiàn)性RNA的5'和3'末端，這種閉合的環(huán)狀結構使得它在細胞內更難被核酸酶（特別是外切酶）識別和降解。線(xiàn)性RNA分子暴露的末端通常是降解的切入點(diǎn)，而環(huán)狀RNA由于沒(méi)有這些末端，其穩定性大大提高。環(huán)狀RNA在細胞內能夠長(cháng)時(shí)間保持完整性，不容易被分解。這意味著(zhù)它可以在細胞內持續存在，更長(cháng)時(shí)間地表達編碼的蛋白質(zhì)或抗原（在疫苗開(kāi)發(fā)中，研究人員可以設計和合成能夠編碼蛋白質(zhì)的環(huán)狀RNA）。環(huán)狀RNA的半衰期顯著(zhù)延長(cháng)，意味著(zhù)它在體內的存在時(shí)間比線(xiàn)性RNA更長(cháng)，從而可以持續發(fā)揮作用。

       在疫苗開(kāi)發(fā)中，穩定性高的RNA分子意味著(zhù)可以通過(guò)較少的劑量實(shí)現足夠的抗原表達，這在環(huán)狀RNA疫苗的開(kāi)發(fā)中具有重要的應用前景。

       降低劑量：由于環(huán)狀RNA在細胞內的持久性，單次接種可能會(huì )在體內持續表達抗原，從而引發(fā)足夠的免疫反應。相比之下，穩定性較低的線(xiàn)性RNA可能需要更高的劑量或多次接種才能達到同樣的效果。

       降低接種次數：環(huán)狀RNA的持續抗原表達可以減少疫苗接種的頻次，從而簡(jiǎn)化疫苗接種程序，提高患者的依從性。這對于需要長(cháng)期免疫效果的疫苗，或在需要快速大規模接種的情況下，具有特別重要的意義。

       更低的免疫原性

       環(huán)狀RNA由于缺乏開(kāi)放末端，可能引發(fā)較低的先天免疫反應，從而減少副作用并提高疫苗的安全性。線(xiàn)性RNA分子具有5'末端和3'末端，這些開(kāi)放末端在細胞內可以被識別為外源RNA，尤其是在感染或其他病理的情況下。這些末端可能被細胞內的模式識別受體識別，進(jìn)而觸發(fā)先天免疫反應。

       先天免疫反應是機體對病原體的第一道防線(xiàn)，會(huì )迅速產(chǎn)生對外源RNA的抗體應答，包括產(chǎn)生干擾素和其他炎癥因子。這種反應雖然是抵御病原體的重要機制，但在疫苗開(kāi)發(fā)中，過(guò)度的先天免疫反應可能導致副作用，如注射部位炎癥、發(fā)熱等全身反應。

       環(huán)狀RNA因為其環(huán)狀結構，缺乏5'和3'開(kāi)放末端，減少了被細胞內的模式識別受體識別的幾率。這意味著(zhù)由于難以被識別為外源RNA，環(huán)狀RNA更不容易激活強烈的先天免疫反應。這有助于減少因先天免疫反應過(guò)強而引起的副作用，如局部或全身性炎癥反應。較低的先天免疫反應可以提高疫苗的安全性，特別是在多次接種或大規模人群免疫時(shí)，減少了不良反應的發(fā)生率。

       環(huán)狀RNA的這一特性使其特別適合用于開(kāi)發(fā)疫苗，尤其是在需要多次接種或用于免疫功能較弱的個(gè)體時(shí)。這種結構穩定且低免疫原性的分子可能提供一種更安全的疫苗選擇，并且在長(cháng)效免疫或需要持續抗原表達的情況下表現出優(yōu)勢。

       持續的抗原表達

       由于其穩定性，環(huán)狀RNA可以持續表達抗原，可能在增強免疫反應方面具有優(yōu)勢。

       在免疫系統中，抗原的持續存在有助于誘導更強和更持久的免疫反應。環(huán)狀RNA由于其在細胞內的持久表達能力，可以持續刺激免疫系統：增強免疫記憶：長(cháng)時(shí)間的抗原暴露可以更有效地激活B細胞和T細胞，形成更強的免疫記憶，從而在實(shí)際感染發(fā)生時(shí)提供更強的保護。

       優(yōu)化免疫反應：持續的抗原表達有助于優(yōu)化初次免疫反應和后續的免疫增強，這在預防快速傳播的病毒或變異迅速的病原體時(shí)尤為重要。

       臨床和公共衛生的優(yōu)勢

       在實(shí)際應用中，環(huán)狀RNA的高穩定性帶來(lái)了多重優(yōu)勢：

       物流和儲存優(yōu)勢：與mRNA類(lèi)似，環(huán)狀RNA的主要用途可能是制造下一代疫苗。但mRNA疫苗制造成本高昂，需要冷鏈儲存，運輸困難，使其使用變得復雜。而這正是環(huán)狀RNA可以介入并取代它的地方，因為它的制造成本更低，而且更耐用。高穩定性的環(huán)狀RNA疫苗可能對儲存條件要求較低，特別是在低資源環(huán)境中，能夠在不依賴(lài)復雜冷鏈的情況下運輸和儲存，從而大大提升疫苗的可及性。

       更高的患者依從性：減少接種次數和劑量，能夠提高患者的依從性，減少因多次接種帶來(lái)的不便和不適感，從而提高疫苗接種覆蓋率。

       未來(lái)展望

       環(huán)狀RNA技術(shù)正在重塑疫苗和生物制劑開(kāi)發(fā)的前沿格局，其獨特的環(huán)狀結構不僅賦予了產(chǎn)品顯著(zhù)的穩定性和更長(cháng)的半衰期，還解決了線(xiàn)性RNA分子面臨的易降解問(wèn)題。這種穩健的分子特性使環(huán)狀RNA在細胞內能夠持續表達抗原，從而提供持久而有效的免疫保護，顯著(zhù)減少了傳統疫苗所需的劑量和接種次數。這對于提升疫苗的全生命周期效果具有革命性意義，特別是在應對快速傳播的傳染病和應對大規模流行病時(shí)，環(huán)狀RNA疫苗展現出前所未有的優(yōu)勢。

       在未來(lái)，環(huán)狀RNA技術(shù)有望突破疫苗領(lǐng)域的現有邊界，不僅在傳染病防控中占據重要地位，還將在癌癥免疫治療、自身免疫疾病治療等高度復雜的醫學(xué)領(lǐng)域發(fā)揮關(guān)鍵作用。其潛在應用包括編碼腫瘤特異性抗原，以誘導針對癌細胞的強大免疫應答，以及設計能夠調節免疫系統的RNA分子，用于治療各種免疫相關(guān)疾病。

       更為重要的是，環(huán)狀RNA的分子結構使其對儲存和運輸條件的依賴(lài)性大大降低，極大地提高了疫苗和生物制劑的可及性，特別是在資源有限的環(huán)境下。這種優(yōu)勢不僅有助于實(shí)現全球范圍內更廣泛的公共衛生覆蓋，還為未來(lái)應對突發(fā)性全球健康危機提供了一種更具彈性的解決方案。

       隨著(zhù)環(huán)狀RNA技術(shù)的不斷成熟和其應用范圍的持續擴大，這一平臺有望成為生物醫藥領(lǐng)域的核心創(chuàng )新驅動(dòng)力，推動(dòng)疫苗和生物制劑開(kāi)發(fā)進(jìn)入一個(gè)全新的時(shí)代。它所帶來(lái)的長(cháng)效免疫、高效抗原表達、安全性提升和應用多樣性，將為醫學(xué)研究和全球健康提供前所未有的機遇，奠定新一代治療方案的基礎。

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