mRNA疫苗已经研究了20多年，但实际中首次成功案例是在COVID-19大流行期间。此后针对多种病原体、过敏性疾病和癌症的mRNA疫苗开发势不可挡。线性mRNA和自我扩增mRNA (SAM)为基础的疫苗已被批准用于人类，也有不少研究也证实了环状mRNA (circRNA)疫苗的有效性。
线性mRNA疫苗的最大限制是其不稳定性。而SAM疫苗通常是基于甲病毒的工程基因组：疫苗抗原序列取代病毒结构蛋白编码序列，使病毒的非结构蛋白能在不产生感染性子代病毒粒子的情况下复制病毒基因组。因此，输入较少的SAM疫苗(与线性mRNA相比)即可在较长时间内产生所需数量的抗原，从而产生更强、更持久的免疫反应。
然而，SAM RNA也有一定的缺点：①长度较长，因为它包含表达病毒非结构蛋白的序列；② SAM RNA复制所必需的RNA聚合酶保真度较低，增加了在抗原编码序列中引入突变的可能性；③其载体的免疫原性仍然是一个问题；④ 在SAM复制过程中产生的dsRNA可能激活宿主防御机制，导致SAM的降解；⑤ 不能排除非结构蛋白突变导致SAM不受控制和过度复制的可能性。
circRNA与线性mRNA相比半衰期显著延长。工程circRNA能够通过IRES介导的翻译表达疫苗抗原。基于circRNA的SARS-CoV-2和猴痘疫苗已被证明可诱导有效的免疫反应，并保护动物模型免受相应的病毒攻击。
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2022-Cell | 环状RNA用于开发抵抗新冠病毒的疫苗
环状RNA疫苗新研究滚烫出炉——环码团队开发猴痘环状RNA疫苗新进展！
SARS-CoV-2冠状病毒是引起COVID-19疾病的病原体，其基因组显示出高突变率，导致多种变体的出现，包括Omicron亚变异体。而之前非Omicron感染和疫苗只对Omicron变体只有很少的保护力。SARS-CoV-2的刺突蛋白作为病毒的外表面蛋白，是疫苗研制的主要靶点。刺突蛋白的受体结合域(RBD)占总蛋白的五分之一，但目前尚无研究报道基于SARS-CoV-2全长刺突蛋白疫苗的抗体依赖增强作用(ADE)。
近日，印度生物技术部转化健康科学与技术研究所Milan Surjit研究团队在BioRxiv预印本上发表研究论文：Immunogenicity and protection efficacy of self-amplifying and circular mRNA vaccines for SARS-CoV-2。
该研究以SARS-CoV-2-RBD作为疫苗抗原，比较了circRNA和SAM RNA候选疫苗诱导免疫反应和病毒中和能力。研究表明，相比SAM-RBD，circ-RBD诱导的TH1偏向性细胞免疫反应明显更高、更持久，并有效保护小鼠免受SARS-CoV-2的攻击。circ-RBDDel和Circ-RBDOmi的二价疫苗配方诱导了针对这两种变体的高交叉中和抗体反应。与SAM疫苗相比，基于circRNA的疫苗技术在诱导免疫反应和保护效力方面展现更优越的性能，研究对基于环状RNA 技术的疫苗研发具有重要意义。
主要结果
1. SARS-CoV-2 SAM-RBD和circ-RBD疫苗制剂的生产和特性
利用鱼腥藻Ι型内含子合成circ-RBD，编码SARS-CoV-2-RBD融合CD5信号序列以及分别位于N-和C-末端的T4噬菌体fibritin蛋白的三聚体化结构域foldon。利用塞姆利基森林病毒(SFV)复制子，设计生产编码SARS-CoV-2-RBD 的自扩增RNA(SAM-RBD)。编码与circ-RBD相同的融合蛋白，并在其5′和3′端插入SFV复制子。然后将circ-RBD和SAM-RBD分别包封在LNP中。（图1）
图1 RNA候选疫苗的制备和表征。
二、SAM-RBD和circ-RBD诱导显著的TH1偏向性体液和细胞免疫反应
研究在小鼠模型中评估了两种疫苗的性能，结果发现SAM-RBD和circ-RBD疫苗都能诱导产生抗RBD IgG抗体和病毒中和抗体，但Circ-RBD疫苗诱导的TH1偏向性免疫反应明显更强烈。（图2）
图2 SAM-RBD和Circ-RBD RNA疫苗制剂诱导的免疫反应评估。
三、Circ-RBD疫苗稳定性较高
Circ-RBD疫苗制剂在4摄氏度下可保持相对稳定，且可在雌性和雄性小鼠中诱导持久的免疫反应。（图3）
图3 circ -RBD-LNP疫苗制剂诱导稳定和持久的免疫反应。
四、Circ-RBD疫苗的有效性
Circ-RBD疫苗诱可保护小鼠免受SARS-CoV-2感染，且可预防COVID-19引起的相关病理症状。二价SARS-CoV-2 Circ-RBD疫苗可诱导强大的免疫应答，并能有效中和Delta和Omicron BA.1变异病毒。（图4-6）
图4 circ-RBD诱导的免疫反应可保护小鼠免受鼻内SARS-CoV-2攻击引起的疾病症状。
图5 circ-RBD免疫可保护小鼠免受气管内SARS-CoV-2攻击引起的疾病症状。
图6 Circ-RBDDel和Circ-RBDomi二价疫苗制剂诱导的免疫反应和病毒中和潜力评估。
总结
高稳定性的circRNA与具有体内复制能力的SAM-RNA都可在较少的RNA输入情况下长时间表达抗原。相比SAM-RNA，circRNA疫苗不会在靶细胞中产生任何额外的外源蛋白，也不会在靶细胞中产生双链RNA。因此，circRNA疫苗可能比线性mRNA和SAM疫苗更有前景。此外，该研究表明了，与SAM疫苗相比，circRNA疫苗技术在免疫原性和保护效力方面展现出优越性。circ-RNA疫苗的稳定性和长效性，使其成为针对SARS-CoV-2新变种开发双价疫苗的有力候选。研究为基于circRNA技术的疫苗开发提供了概念验证，并为设计更好的RNA疫苗提供了科学依据。
