世界首家circRNA疗法公司Orna，面临的挑战与前景

辉瑞/BioNTech 和 Moderna 的新冠 mRNA 疫苗大获成功，激发了整个科学界对mRNA 疗法的研究。mRNA 疗法的目标不是使用 mRNA 来制造抗原，而是在患者的细胞内按需生产蛋白质，从而实现对疾病的治疗。

mRNA 的应用方向有很多，例如用来治疗罕见疾病的蛋白替代疗法、产生激素、产生用来治疗癌症的单克隆抗体或免疫刺激蛋白，产生用来治疗自身免疫疾病的细胞因子或转录因子等。

在 mRNA 疗法中，线性 mRNA 是首选，但它的缺点也很明显。必须在合成时进行大量修饰，以抵抗细胞内核酸酶的降解以及避免引起先天性免疫刺激，然后再通过脂质纳米颗粒（LNP）递送，整个生产效率低下，价格昂贵。而且，即便如此，修饰后的线性 mRNA 的半衰期仍然较短，这大大限制了其治疗性蛋白的产量。

如今，环形RNA（circRNA）已成为一种非常有吸引力的线性 mRNA 的替代品，国内外已有多家创业公司在推动基于 circRNA 的 RNA 疗法。circRNA 疗法如今火热的局面，源于2018年的一篇研究论文。

2018年，麻省理工学院（MIT）的 Daneil Aderson 等人在 Nature Communications 期刊发表论文【1】。

该研究证实工程化 circRNA 可在真核细胞中稳定、高效表达蛋白，开创了外源 circRNA 在真核细胞中表达蛋白的新应用，也证明了 circRNA 是线性 mRNA 的有效替代品。

乍一看，circRNA 似乎不太可能作为一个药物平台。 直到10年前，circRNA 在自然界中还很少被观察到，此前一直认为它们是某些 RNA 病毒的特殊形式或真核生物中 mRNA 错误剪接的副产物，人们认为 circRNA 是一类非编码 RNA，很少被翻译为蛋白质。

生物学家们很早就观察到了 circRNA 的寿命很长，这是因为它们首尾相接的环形结构导致缺少3' 和 5' 末端，从而能够抵抗核酸酶的降解作用，因此比线性 mRNA 更稳定。早在1980年代，科学家们就已经开始了人工合成 circRNA 的尝试，当时是为了研究 circRNA 在体内的功能和特性。但受限于当时只能合成短序列的 RNA，这些研究在90年代就基本停滞了。

而2018年 Daneil Aderson 团队（第一作者为Alex Wesselhoeft）的这项研究，为 circRNA 研究开辟了全新的方向——利用外源 circRNA 在真核细胞内表达蛋白质，也证明了 circRNA 是线性 mRNA 的有效替代品，可在细胞更稳定更持久的产生蛋白质。

Daneil Aderson（左），Alex Wesselhoeft（右）

基于这项研究，Daneil Aderson 和 Alex Wesselhoeft 等人于2019年创立了 Orna Therapeutics，这也是世界首家利用 circRNA 开发新疗法的公司。2021年2月，该公司完成首轮融资8000万美元，并于2022年4月再获4000万美元融资。 Alex Wesselhoeft 表示，在 circRNA 序列中添加合适的 IRES（核糖体进入位点）序列，能够让 circRNA 表达蛋白，而且由于其比线性 mRNA 更稳定，因此能够在更长时间里表达更多蛋白，circRNA 作为一种新技术，将 mRNA 领域带入新阶段。 Orna Therapeutics 目前公布了4条研发管线，分别是 原位 CAR-T 细胞治疗、DMD 疗法、新冠疫苗，以及1款未公开信息的管线。
Orna 目前的主导项目的治疗癌症的原位 CAR-T 细胞疗法。目前已有5款自体工程化 CAR-T 细胞疗法获得 FDA 批准用于治疗血液类癌症，这些疗法都需要使用慢病毒在体外基因工程改造自体 T 细胞，然后再扩增并回输到患者体内。这导致了 CAR-T 细胞疗法价格高昂，而且很难控制这些改造后的 T 细胞在患者体内发生了多少扩增，时空的扩增会导致严重的副作用——细胞因子释放综合征（细胞因子风暴）。 而 Orna 使用脂质纳米颗粒（LNP）向体内递送 circRNA 编码的 CAR，从而在体内原位产生 CAR-T。这与当前的 CAR-T 细胞疗法不同，它不再是一种活细胞药物，而是更像传统药物，有半衰期，有表达高峰，会逐渐减少，使得治疗结果更可预测，而且无需在治疗前清髓，代表了一种价格更低、更安全的癌症治疗方法。
2022年5月16日，在美国细胞基因治疗行业会议（ASGCT）上，Orna 发布的数据显示，五剂抗 CD19 isCAR 能够完全清除急性淋巴细胞白血病小鼠异种移植模型中的肿瘤。此外，在该会议上，Orna 还发布了 LNP 递送 circRNA 编码的微型肌营养不良蛋白在杜氏肌营养不良（DMD）小鼠模型中的治疗效果。 但目前 Orna 也被认为还面临两个有待解决的问题，一个是 Orna 使用的环化方法不可避免地在连接处残留蓝藻核酶 mRNA 的小片段，这可能会带来一定的免疫原性。但 Alex Wesselhoeft 认为这种担心是多余的，因为这些序列残留较短且是非编码的，并不会在细胞中产生新的肽段。另一个是针对 circRNA 的免疫反应，可能会限制 circRNA 的蛋白表达，Alex Wesselhoeft 表示，circRNA 的免疫原性显著低于线性 mRNA，而且经过严格纯化的 circRNA 能够清除环化过程中产生的线性 mRNA 或双链 RNA 这些导致免疫反应的副产物，因此这种担心也是可避免的。 Orna Therapeutics 在其官网上表示，将线性 mRNA 的想法抛之脑后，创造完全工程化的环形 RNA——oRNA，作为一种全新的 RNA 药物，可以充分发挥 RNA 的潜力，并有望改变我们治疗疾病的方式。oRNA 技术在癌症、再生医学、蛋白质替代、传染病和自身免疫疾病等多个领域具有广泛应用潜力。将 oRNA 与新型递送技术结合，有望开创 RNA 治疗的下一个突破。
新冠疫情以来，mRNA 疫苗大获成功，同时，基于 circRNA 的 mRNA 疫苗和疗法研发公司开始出现，Orna Therapeutics、Laronde，以及国内的环码生物、圆因生物、科锐迈德等公司先后成立，并受到广泛关注。 circRNA 在理论上是线性 mRNA 的良好替代品，而且目前的研究也证实了其更稳定、免疫原性更低，circRNA 疗法的真正挑战是提高 circRNA 的翻译效率和蛋白质产量。2022年7月18日，斯坦福大学张元豪（Howard Y. Chang ）团在 Nature Biotechnology 期刊发表论文【2】。 该研究开发了一种系统方法，用于快速组装和测试影响合成 circRNA 的蛋白质生产的因素。通过多处优化设计最大限度提高 circRNA 翻译蛋白质的效率，成功将 circRNA 翻译表达的蛋白质产量提高了数百倍，可在体内实现有效且持久的蛋白质生产。这项研究进一步提高了体内 circRNA 疗法的可行性。
 

撰文丨王聪

编辑丨王多鱼

排版丨水成文