Nature子刊：朱贵志团队开发出小环状RNA疫苗，实现有效的肿瘤免疫治疗

撰文丨王聪

编辑丨王多鱼

排版丨水成文

传统的基于病原体的疫苗存在毒力恢复、基因组整合、生物稳定性差、抗载体免疫、药代动力学不佳、免疫原性弱以及对癌症、慢性或既往感染疗效有限等问题。

mRNA 疫苗规避了其中的一些担忧，突显了其在疾病预防和治疗方面具有广泛的应用潜力。但 mRNA 疫苗仍有改进的空间。例如，尽管已进行了广泛的结构和化学修饰，但目前的 mRNA 疫苗仍有以下问题：

1、生物稳定性欠佳，限制了抗原翻译和免疫调节的效率和持续时间；

2、热稳定性有限，导致疫苗保质期短，需要冷链储存和运输；

3、存在异质性 mRNA 杂质，在体外转录（IVT）制备过程中产生，在纯化过程中难以完全去除；

4、相对较长的 mRNA 和 mRNA 杂质可能激活蛋白激酶 R （PKR）和 2'-5' 寡腺苷酸合成酶，引起过度强烈的固有免疫，从而限制抗原翻译效率，影响预防或治疗效果，并促进免疫毒性。

上述挑战也主要适用于具有长 RNA 复制子的自扩增 mRNA 疫苗，此外，自扩增 mRNA 疫苗中的 RNA 复制子可能对修饰敏感，并可能与宿主因子相互作用或引发抗聚合酶免疫，从而中和后续的自扩增 mRNA 免疫。

环状 RNA（circRNA） 是一类新兴的 RNA，具有独特的生物学功能和巨大的生物医学应用潜力。 天然的环状 RNA 通常由前体 mRNA（pre-mRNA）通过反向剪接产生。 近期开发合成环状 RNA 治疗药物或 疫苗， 依赖于长的 mRNA，因此，同样与 上述 诸多限制因素相关。

2025年2月7日，密歇根大学安娜堡分校朱贵志团队在 Nature 子刊Nature Biomedical Engineering上发表了题为：Small circular RNAs as vaccines for cancer immunotherapy 的研究论文。

该研究证明了脂质纳米颗粒（LNP）递送的 编码抗原的小环状 RNA 疫苗（small circRNA vaccine） ，经皮下注射后可在小鼠体内引发强大且持久的 T 细胞反应，从而实现有效的肿瘤免疫治疗，尤其是与免疫检查点抑制剂联合使用时效果更佳。

在这项最新研究中，研究团队报告了一种高度稳定的小环状 RNA 疫苗（small circRNA vaccine） ，其能够持续产生抗原，从而引发强大且持久的 T 细胞反应，并具有极高的安全性，可实现有效的肿瘤联合免疫治疗 。

小环状 RNA（通常少于 300 个核苷酸） 被设计用于编码一种或多种肽抗原，并通过定点连接 RNA 寡核苷酸来合成。研究团队 还合成了一个内在荧光的适体嵌合小环状 RNA，以研究环状 RNA 的稳定性 。

小环状 RNA 显示出比相应的线性的小 RNA 以及最先进的修饰的 mRNA 和通常大于 1000 个核苷酸的大环状 RNA更高的热稳定性和生物稳定性（在 -20°C 下溶液储存半衰期约为 400 天）；此外，环状 RNA 测序（circRNA-seq）验证了转染到活细胞中的小环状 RNA 的核苷酸保真性。

小环状 RNA 的高稳定性使其能够在细胞中持续表达至少一周的抗原肽。 小环状 RNA 疫苗激活树突状细胞的 RIG-I 免疫刺激通路。 此外，与大的核苷修饰的线性 mRNA 及大的 circRNA 相比，小环状 RNA 疫苗具有良好的安全性和低的不良的蛋白激酶 R （PKR）激活。

小环状 RNA 被有效地装载到纳米载体中，例如脂质纳米颗粒（LNP），以便有效地递送到引流淋巴结中的抗原呈递细胞（APC） 。

circRNA LNP 所具有的先天免疫刺激作用，加上小环状 RNA 在长时间内持续的抗原翻译，能够实现高效且持久的抗原呈递和 T 细胞活化。 因此，编码 MHC-II 类和 MHC-I 类限制性抗原的小环状 RNA 疫苗分别诱导了强大且持久（具有记忆功能）的 CD4+ 和 CD8+ T 细胞反应，这两种反应对于癌症治疗都至关重要。

相对于多种类型的多肽/蛋白编码的修饰的 mRNA、未修饰的 mRNA以及大环状RNA，未修饰的小环状 RNA 疫苗诱导的 T 细胞应答更强、更持久，持续时间至少 6 个月。这使得小环状 RNA 疫苗有希望在体内产生治疗剂量的 TCR-T 细胞，而无需任何体外 T 细胞工程和制造。 此外，小环状 RNA 在免疫衰老小鼠中诱导了深刻的 T 细胞应答 。

模块化的小环状 RNA 很容易调整，用于诱导针对各种抗原的 T 细胞应答，包括肿瘤相关抗原、肿瘤新抗原、癌病毒抗原和病毒抗原。 在小鼠中，小环状 RNA 疫苗降低了肿瘤的免疫抑制，并增强了抗肿瘤免疫细胞的肿瘤浸润 。

单价或多价的小环状 RNA 疫苗（单独使用或与免疫检查点阻断疗法联合使用）可显著抑制甚至根除多种同系肿瘤小鼠模型体内的肿瘤，包括免疫原性低和免疫检查点抑制剂耐药的 BrafV600E 黑色素瘤。 这些结果证明了小环状 RNA 疫苗在肿瘤联合免疫治疗中的巨大潜力。

总的来说 ，该研究 证明了将编码抗原的小环状 RNA（small circRNA）负载于脂质纳米颗粒（LNP）中，经皮下注射后可在小鼠体内引发强大且持久的 T 细胞反应，从而实现有效的肿瘤免疫治疗，尤其是与免疫检查点抑制剂联合使用时效果更佳。

这种小环状 RNA疫苗稳定性高，激活蛋白激酶 R（PKR）水平更低，细胞毒性也更低，能使抗原翻译持续很长时间（在细胞内持续超过 1 周）。与未修饰或修饰过的蛋白编码的大的 mRNA 和环状 RNA 相比，小环状 RNA 疫苗在小鼠体内诱导出的抗原特异性 T 细胞数量高达 10 倍，并且在 6 个月内占外周血 CD8 + T 细胞总数的 30%-75%。编码肿瘤相关抗原、新抗原以及致癌病毒或病毒抗原的小环状 RNA 疫苗在年轻成年小鼠和免疫衰老的老年小鼠体内均引发了显著的 CD8 + 和 CD4 + T 细胞反应。 与免疫检查点抑制剂联合使用时，单价和多价的小环状 RNA 疫苗可减轻肿瘤诱导的免疫抑制，并抑制免疫原性差的小鼠肿瘤生长，包括对免疫检查点抑制剂具有耐药性的 BrafV600E 黑色素瘤。

论文链接：

https://www.nature.com/articles/s41551-025-01344-5