當地時間3月31日，頂級學術期刊《細胞》（Cell）在線發表了中國團隊的一項最新研究，題為“針對SARS-CoV-2和新出現變異株的環狀RNA疫苗”（Circular RNA Vaccines against SARS-CoV-2 and Emerging Variants）。該研究首次報道了環狀RNA疫苗技術平臺，以及據此開發的針對新冠病毒及其一系列變異株的環狀RNA疫苗。

北京大學生命科學學院教授魏文勝課題組博士后璩良、博士研究生伊宗裔和沈勇為論文共同第一作者，魏文勝系通訊作者。此外，北京大學謝曉亮教授/曹云龍研究員課題組、中國醫學科學院/北京協和醫學院王健偉教授課題組、中國醫學科學院醫學生物學研究所彭小忠教授課題組、中國食品藥品檢定研究院王佑春課題組及黃維金課題組等均提供了支持。

實際上，該研究于今年1月在預印本bioRxiv提前發布，而和團隊在去年3月發表的 bioRxiv論文相比，他們繼小鼠后在恒河猴上也驗證了他們開發的編碼新冠病毒刺突蛋白三聚體受體結合域（RBD）的環狀RNA疫苗（circRNA^RBD）能夠引發有效的中和抗體和T細胞應答。

研究團隊指出，該項研究中制備的針對新冠病毒德爾塔變異株的環狀RNA疫苗（circRNA^RBD-Delta）對多種新冠病毒變異株具有廣譜保護力。他們認為，該疫苗可作為具有廣譜保護力的新冠候選疫苗，也為針對當前新冠變異株迅速傳播的疫苗研發和接種策略提供了參考依據。

新冠肺炎病毒circRNA疫苗研發示意圖。

新疫苗的需求及mRNA疫苗技術制約

論文中寫道，隨著疫情的發展，出現了具有免疫逃逸能力的變異株，其中最嚴重的是奧密克戎（Omicron），該毒株現已成為全球大流行的主導毒株。其在刺突蛋白（S蛋白）上攜帶30多個突變，其中15處位于受體結合域(RBD)，導致此前研發的中和抗體的有效性顯著下降。

研究團隊認為，盡管通過原有的SARS-CoV-2疫苗加強針接種后，可以部分提高其中和能力，但奧密克戎偽病毒的中和能力仍比野生型低4-13倍。這對現有疫苗的效力構成了嚴峻的挑戰，突出表明迫切需要開發針對這種快速傳播的變異株的有效疫苗。

傳統的滅活、病毒樣顆粒等疫苗平臺已被用于開發新冠疫苗，且證明了安全性和有效性。當然，在這場疫情中，最受矚目的是，針對新冠病毒的mRNA疫苗以極快的速度開發出來，并迅速被批準使用。而在此之前，該疫苗開發策略仍處于臨床試驗階段，也從未被用于商業用途。

作為近幾年興起的突破性醫學技術，mRNA疫苗的基本原理是通過脂納米顆粒（LNP）將mRNA導入體內來表達抗原蛋白，以刺激機體產生特異性免疫反應。COVID-19爆發后，莫德納的mRNA-1273、輝瑞/BioNTech的BNT162b2，這樣的針對性的mRNA疫苗在多種疫苗類型中脫穎而出。

不過，具有生產速度快、成本低，并且能快速應對病毒變異等優點的mRNA疫苗也有著一些短板。例如，其儲存和運輸條件較為苛刻（零下70℃），并具有潛在的免疫原性副作用。

同時，魏文勝在提供給澎湃新聞（www.thepaper.cn）記者的一份資料中還指出，mRNA疫苗的修飾及遞送技術均產生于國外機構，制約了我國mRNA疫苗及其治療技術的發展和應用，因此亟需發展新型、高效的疫苗技術。

與線性的mRNA不同，環狀RNA分子呈共價閉合環狀結構，不含5-Cap和3’-polyA結構；且不需要引入修飾堿基, 其穩定性高于線性RNA。環狀RNA是非編碼RNA中的一大類，它由一種非經典剪接方式即反向剪接(backsplicing)產生。其發現于1976年，并在近幾年里成為了新一代的明星分子。

研究團隊指出，相比之下，環狀RNA由于其共價封閉的環結構而高度穩定，這可以保護其免受外切酶介導的降解。據此前報道，環狀RNA比線性mRNA更穩定，在哺乳動物細胞中，環狀RNA的中位半衰期至少比線性mRNA長2.5倍。

不過，迄今為止，只有少數內源性環狀RNA被證明具有蛋白質翻譯模板的功能。天然的環狀RNA因為沒有5’端的帽子結構，一般無法進行翻譯。不過，它可以通過內部核糖體進入位點(IRES)或加入開放閱讀框(ORF)上游的m6A修飾來實現蛋白質翻譯。

因此，研究團隊設想，環狀RNA可以作為一個產生免疫原的平臺。魏文勝等人也同時指出，RNA的環化方法、純化策略尚不成熟，其潛在的免疫原性對疫苗研發的影響并不清楚，諸多未知因素也制約著環狀RNA的研發應用。

魏文勝對澎湃新聞記者表示，其團隊環狀RNA疫苗的研發工作在疫情暴發后啟動。

論文顯示，研究團隊采用Group I核酶自催化策略來產生編碼SARS-CoV-2 RBD抗原的環狀RNA，稱為circRNA^RBD。為了增強RBD抗原的免疫原性，在RBD的N端添加了信號肽序列（SP），以實現其分泌表達。在這個結構中，內部核糖體進入位點(IRES)元素置于RBD編碼序列之前以啟動其翻譯。為了增強RBD抗原的免疫原性，他們還將人組織型纖溶酶原激活物(tPA)的信號肽序列融合到RBD的N端，以確保抗原的分泌。

此外，鑒于S蛋白三聚體在結合hACE2方面表現優于單體S蛋白，同時為提高RBD抗原的免疫原性，將T4噬菌體纖維蛋白(Foldon)的三聚化基序融合到其C端。然后將該IRES-SP-RBD-Foldon序列插入環化載體，構建用于產生circRNA^RBD的體外轉錄（IVT）模板。

初步顯示：設計疫苗有效中和奧密克戎株在內的多種變異株

魏文勝等人提到，實驗證明，編碼新冠病毒刺突蛋白RBD的環狀RNA疫苗可以在小鼠和恒河猴體內誘導產生高水平的新冠病毒中和抗體以及特異性T細胞免疫反應，并可以有效降低新冠病毒感染的恒河猴肺部的病毒載量，顯著緩解新冠病毒感染引起的肺炎癥狀。

CircRNA疫苗接種在小鼠和恒河猴體內提供了顯著性保護。一系列的對比評估表明，與mRNA疫苗相比，circRNA疫苗具有以下特點或優勢：circRNA具有更高的穩定性，可以在體內產生更高水平、更加持久的抗原；circRNA疫苗誘導機體產生的中和抗體比例更高，可以更有效地對抗病毒變異，降低疫苗潛在的抗體依賴增強癥（ADE）副作用；circRNA疫苗誘導產生的IgG2/IgG1的比例更高，表明其主要誘導產生Th1型保護性T細胞免疫反應，可以有效降低潛在的疫苗相關性呼吸道疾病（VAERD）副作用。

CircRNA疫苗的特點和優勢（相比于mRNA疫苗）。此外，值得一提的是，在奧密克戎突變株被世界衛生組織（WHO）列為值得關注的變異株（VOC）后，研究團隊還緊急啟動了針對該突變株的環狀RNA疫苗研發。

在獲得病毒序列信息的30天內，研究團隊完成了從疫苗生產、小鼠免疫到有效性評估的全流程。研究發現，基于奧密克戎變異株的環狀RNA疫苗（circRNA^RBD-Omicron）的保護范圍狹窄，其誘導產生的抗體只能夠中和奧密克戎變異株。

不過，針對德爾塔變異株設計的環狀RNA疫苗（circRNA^RBD-Delta）可以在小鼠體內誘導產生廣譜的中和抗體，有效中和包括奧密克戎株在內的多種新冠變異株。他們在討論中指出，這一針對德爾塔變異株設計的環狀RNA疫苗或許可以作為現有疫苗接種后的有效加強針選擇，希望進一步的試驗能證明這一點。

針對新冠病毒德爾塔變異株設計的circRNARBD-Delta疫苗是一種具有廣譜保護力的候選疫苗。此外，研究團隊也提到，盡管這項研究工作并沒有專門研究疫苗或藥物的安全性, 值得注意的是，circRNA疫苗并未在研究中接種后的非人類靈長類動物中引起臨床癥狀或增強病理，這一點為基于環狀RNA的疫苗或藥物的開發開辟了道路。

研究團隊總結稱，以上結果表明，針對新冠病毒德爾塔變異株設計的circRNA^RBD-Delta疫苗是具有廣譜保護力的新冠肺炎候選疫苗，該研究也為針對當前新冠變異株迅速傳播的疫苗研發和接種策略提供了參考依據。

同時，他們認為，該項平臺型技術的建立在感染性疾病、自身免疫病、罕見病以及癌癥的預防或治療中也具有廣泛的應用前景。

魏文勝表示，后續的主要工作在于推產業化。值得關注的是，據北京大學此前官網報道，魏文勝團隊已成功將環狀RNA技術轉化為生產力，成立圓因（北京）生物科技有限公司，專注于利用環狀RNA （circRNA）技術開發疫苗及新型療法。