2020年初，新冠病毒（SARS-CoV-2）导致的肺炎疫情开始在全球大流行，并一直延续至今。遗憾的是，直到今天，新冠疫情的形势仍然非常严峻。据世界卫生组织（WHO）报告，截至目前全世界范围内超过3.2亿人被感染，累计死亡人数超过550万。而 Nature 近日的一篇文章更是指出，550万的死亡人数被大大低估了，全世界新冠相关死亡人数可能高达1200万到2200万【1】。
值得注意的是，随着新冠病毒在全球范围内的广泛传播，新的变种病毒不断涌现，包括Alpha、Beta、Gamma、Delta，以及近期开始快速传播的Omicron，表现出超强的传染性。更关键的是，现有的新冠疫苗对Omicron的防护作用大大下降。
这提醒了我们，在新冠病毒不断变异的大背景下，现有疫苗和治疗性抗体效果开始逐渐下降。因此，迫切需要开发安全有效的预防新冠病毒及其突变株感染的疫苗。
2022年1月11日，北京大学魏文胜团队在预印本平台 bioRxiv 上发表题为：Circular RNA Vaccines against SARS-CoV-2 and Emerging Variants（抗SARS-CoV-2和新变种的环状RNA疫苗）的研究论文【2】。
魏文胜团队在去年3月份发表的 bioRxiv 论文的基础上，在恒河猴上验证了他们之前开发的编码新冠病毒刺突蛋白三聚体受体结合域（RBD）的环状RNA疫苗（circRNA-RBD）能够引发有效的中和抗体和T细胞应答，对Delta和Omicron突变株产生有效防护。
不同于现在使用的线性mRNA疫苗，这种环状RNA疫苗，由于环状RNA本身均有很高的稳定性，不需要核苷酸修饰，在室温下储存2周时间，仍不影响效果。这表明环状RNA疫苗在抗击新冠变种病毒上具有十分良好的应用前景。
值得一提的是，魏文胜教授创立了基于环状RNA的疫苗和治疗公司圆因生物，并于2021年底完成了超亿元PreA轮融资。
接种疫苗是结束和预防新冠大流行最有希望的方法。目前已应用的新冠疫苗种类众多，包括灭活疫苗、腺病毒载体疫苗、亚单位疫苗以及新兴的mRNA疫苗。
mRNA疫苗，具有生产速度快、成本低，并且能快速应对病毒变异等优点。但与此同时，mRNA疫苗储存和运输条件较为苛刻（零下70℃），并具有潜在的免疫原性副作用。
在自然界中，环状RNA（circRNA）普遍存在于真菌、植物、昆虫、鱼类和哺乳动物，甚至于某些病毒的基因组本身就是环状RNA，如D型肝炎病毒和植物类病毒。与线性mRNA不同，环状RNA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。
到目前为止，只有少数内源性的环状RNA被证明可以作为蛋白质翻译模板。虽然环状RNA缺乏翻译成蛋白质所必要的元件，但它可以通过内部核糖体进入位点（IRES）或其5'UTR区域的m6A修饰来实现蛋白质翻译。
魏文胜团队针对新冠病毒及其变种病毒设计了环状RNA疫苗，魏文胜实验室也是全世界首个将环状RNA应用于疫苗研发的实验室。
研究团队利用自我剪接Ⅰ型内含子核酶来产生编码SARS-CoV-2-RBD抗原的环状RNA——circRNA-RBD。为了增强RBD抗原的免疫原性，他们将噬菌体T4纤溶蛋白三聚体基序融合到其C端，以此模拟了新冠S蛋白三聚体的自然构象。
circRNA-RBD的设计模式图
细胞实验显示，circRNA-RBD可以在人类细胞和小鼠细胞中大量表达新冠病毒的RBD抗原，表达量显著高于线性的mRNA-RBD，且能够有效阻断新冠假病毒感染细胞。
在小鼠实验上，脂质纳米颗粒（LNP）递送的circRNA-RBD能够有效中和新冠假病毒，且小鼠脾脏中产生了强烈的T细胞免疫应答。这表明circRNA-RBD疫苗确实在小鼠体内诱导了持久的体液免疫应答和强烈的T细胞免疫应答。
circRNA-RBD疫苗在小鼠体内诱导了持久的体液免疫应答和强烈的T细胞免疫应答
研究团队还设计了针对Delta突变株的circRNA-RBD疫苗，实验结果显示，该疫苗能够产生针对Delta和Omicron突变株的高水平中和抗体。
这一次，研究团队还在猴子中测试了这种环状RNA疫苗的效果，实验结果显示，该环状RNA疫苗能够对恒河猴产生有效保护。
脂质纳米颗粒（LNP）递送的环状RNA疫苗能够引发有效的中和抗体和T细胞应答，产生比经过修饰的线性mRNA疫苗更强更持久的效果。重要的是，该研究发现，针对Omicron的环状RNA疫苗只能诱导针对Omicron的高水平中和抗体，而针对Delta的环状RNA疫苗既可以诱导针对Delta的高水平中和抗体，又能诱导针对Omicron的高水平中和抗体。这表明针对Delta的环状RNA疫苗是疫苗的有力选择，能够对目前主要的新冠流行株提供广泛防护。
总的来说，这项研究证实，环状RNA疫苗具有热稳定性好、编码抗原表达量高以及适用性广泛等优点，并成功设计了相应的环状RNA疫苗来对抗新冠病毒及其突变株的感染，表明环状RNA疫苗在COVID-19大流行中可以作为一种全新的疫苗和治疗平台。
论文链接：
1.https://www.nature.com/articles/d41586-022-00104-8
