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综述:环状RNA:从非编码调控因子到功能性蛋白编码器
【字体: 大 中 小 】 时间:2025年08月01日 来源:Pharmaceutical Science Advances CS2.3
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这篇综述系统阐述了环状RNA(circRNA)从发现历程到功能机制的研究进展,重点解析了其作为miRNA海绵、RNA结合蛋白(RBP)互作分子、转录调控因子的多功能性,并创新性探讨了通过IRES和m6A修饰介导的蛋白编码潜能。文章深度剖析了circRNA在肿瘤、神经退行性疾病和心血管疾病中的分子机制,同时前瞻性评述了其在基因编辑(如mitoBEs系统)、疫苗开发(如SARS-CoV-2 circRNA疫苗)和靶向治疗中的转化前景,为RNA医学领域提供了从基础到临床的全景视角。
环状RNA的分类与功能角色
环状RNA(circRNA)根据基因组来源和剪接机制可分为三类:外显子circRNA(EcircRNA)、内含子circRNA(ciRNA)和外显子-内含子circRNA(EIciRNA)。EcircRNA通过反向剪接形成,在细胞质中作为竞争性内源RNA(ceRNA)吸附miRNA,例如CDR1as/ciRS-7通过结合miR-7调控神经退行性疾病进程。ciRNA则滞留细胞核,通过结合RNA聚合酶II(Pol II)调控转录延伸,而EIciRNA通过保留内含子序列形成核内复合物,激活亲本基因表达。
合成与纯化技术突破
circRNA的体外合成主要依赖T4 RNA连接酶和核酶系统。T4 RNA连接酶2(T4Rnl2)对结构化RNA的环化效率显著,而I型内含子自剪接系统(如PIE方法)可实现无外源外显子的高纯度circRNA制备。纯化策略结合RNase R消化与高效液相色谱(HPLC),使circRNA纯度超90%。韩国公司Rznomics基于自剪接核酶技术开发的circRNA疗法RXRG001已获FDA临床试验批准。
递送系统的创新设计
脂质纳米颗粒(LNP)是circRNA递送的主力载体,经肺靶向修饰的LNP可增强肺癌免疫治疗效果。外泌体凭借天然穿透性成为理想载体,如circRNA mSCAR通过TPP-PDL电穿孔装载外泌体干预脓毒症。金纳米颗粒递送circDnmt1 siRNA显著抑制乳腺癌生长,而鼻内给药的LNP-circSCMH1在脑卒中模型中促进神经再生。
从调控因子到蛋白编码器
circRNA通过内部核糖体进入位点(IRES)或m6A修饰启动非帽依赖性翻译。circFGFR1p编码的肽段可抑制FGFR1致癌蛋白,而circ-EIF6翻译产物EIF6-224通过结合MYH9驱动三阴性乳腺癌进展。线粒体特异性circRNA mitoBEs系统实现了DNA的高精度编辑,为遗传病治疗提供新工具。
疾病关联与治疗应用
在肿瘤领域,circSMARCAS通过形成R-loop抑制SMARCA5全长蛋白表达,增强乳腺癌对顺铂敏感性。神经退行性疾病中,circ-SLC8A1在帕金森病模型中被氧化应激激活。心血管方面,circNCX1通过吸附miR-133a-3p上调CDIP1促心肌细胞凋亡。
临床转化挑战
尽管circRNA疫苗在动物模型中展现长效免疫原性(如抗Zika病毒单剂保护),但规模化生产、组织靶向性和免疫原性控制仍是瓶颈。新型载体如可降解阳离子脂质GSer-CARTs通过电荷调控实现高效递送,而circFAM53B编码的肿瘤新抗原为低突变负荷患者提供个性化疫苗策略。
未来展望
circRNA研究正从机制探索迈向临床转化,其稳定性和多功能性在基因治疗、疫苗开发和诊断标志物领域展现出独特优势。随着合成生物学与递送技术的协同创新,circRNA有望成为继mRNA之后核酸医学的又一里程碑。