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环形RNA是一类特殊的RNA分子，其具有闭环结构，与传统的线性RNA不同。它们由单链RNA分子中的特定部分通过共价键形成闭环，因此没有自由的3'或5'末端。环形RNA在细胞中普遍存在，并在调控基因表达和细胞功能中发挥重要作用。
与线性RNA相比，环形RNA具有更高的稳定性和较低的易降解性，以及一些独特的功能特征。近年来，环形RNA引起了广泛的关注，并被认为在生物医学研究和治疗中具有潜在的应用前景。
2024年4月23日，中国科学院生物化学与细胞生物学研究所特聘教授陈玲玲课题组在Nature Biotechnology期刊上发表了一篇名为：Therapeutic application of circular RNA aptamers in a mouse model of psoriasis的论文。该论文共同第一作者是陈玲玲课题组研究生郭思坤，副研究员刘楚霄，研究生徐奕锋，博士后王潇，以及复旦大学的南芳博士。
这项研究采用了新的RNA环形自剪接方法，成功合成了免疫原性低的环形RNA适配体，并在小鼠模型中证明了这些RNA适配体对于PKR异常激活引发的银屑病等炎性疾病具有干预治疗效果。
与其他RNA药物相比，RNA适配体面临更大的挑战，因为它们易受RNase酶和免疫基于RNA的药物模式，其中包括小干扰RNA、反义寡核苷酸、mRNA疫苗和RNA适配体等原性的影响，以及作用机制不够清晰。闭环环形RNA已被证明相对于线性RNA具有高稳定性、独特构象和低免疫原性，因此具有巨大的药学潜力。
研究人员设计了不同长度的额外核苷酸序列，并测试了它们对不同长度的RNA载体的环化能力。通过实验结果发现，长度为27个核苷酸的额外序列在环化效率方面表现出较高的效果，并且几乎不引起免疫原性反应。
然后，研究人员使用PIE（Permuted Intron-Exon）策略设计了一个具有抑制PKR激活作用的双链环形RNA（ds-cRNA），命名为EPIC。EPIC通过单分子荧光显微镜观察到对PKR的高效结合，并在体内和体外实验中显示出对PKR激活的有效抑制作用。此外，EPIC的产量也比之前的方法更高，而且在细胞和小鼠模型中的应用均不引起显著的免疫原性反应。
图1：通过一种设计的环形化策略合成的ds-cRNA（EPIC）阻止了PKR的激活。
EPIC对PKR激活的影响
PKR主要与双链RNA和EPIC发生结合，而与缺乏双链区域的RNA环几乎不发生结合。单分子分析显示，每个EPIC分子倾向于与两个PKR分子结合。分子模拟进一步表明，PKR更倾向于与EPIC结合，而不是双链RNA，这可能是EPIC抑制PKR激活的原因之一。此外，模拟结果还显示，PKR可能以一种方式结合EPIC的RNA双链，阻止其形成激活构象。
图2：EPIC与PKR的高亲和力在动态中的表现。
ds-cRNA治疗银屑病
银屑病是一种慢性的乳头鳞屑皮肤病，主要表现为慢性斑块或寻常型银屑病。观察发现，患有银屑病的病变皮肤中也表现出环形RNA表达下调。研究人员使用了一种称为IMQ的物质来诱导银屑病的模型，并观察到PKR基因在病变区域中的快速活化。而通过敲除PKR基因或补充ds-cRNA基因，可以减轻使用IMQ诱导的银屑病小鼠的炎症反应。
图3：PKR基因敲除或ds-cRNA基因补充减轻了IMQ诱导的银屑病小鼠的炎症。
使用通过脂质体封装的EPIC（EPIC-LNPs）对银屑病小鼠进行治疗，通过向小鼠脾脏内注射EPIC-LNPs，对PKR介导的炎症反应的抑制作用，这导致了银屑病症状的减轻，包括脾脏中炎症因子的减少和表皮厚度的降低。EPIC-LNPs对患有银屑病的患者的外周血单个核细胞（PBMCs）也具有类似的抑制效果。
图4：靶向脾脏的EPIC通过减弱PKR的激活缓解了银屑病的表型。
总之，该研究他们优化了一种合成环状RNA的系统，使得它们更容易合成，同时也更稳定。实验结果显示，这些合成的环状RNA可以有效地抑制PKR蛋白的活性，从而减轻银屑病的炎症反应。
原文链接：
https://doi.org/10.1038/s41587-024-02204-4
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