2019年爆发的新型冠状病毒病（COVID-19）是一种由严重急性呼吸系统综合征冠状病毒2（SARS-CoV-2）引起的传染性急性呼吸系统疾病[1]。截至2022年中旬，全球报告的累计病例数已超过5亿，累计死亡人数超过600万例。COVID-19的迅速传播威胁了世界各地人们的生命和健康[2]。在此背景下，我们迫切需要预防性疫苗和治疗性药物，以保护个人免受COVID-19感染。

人类对于扼制COVID-19已经开展了行动。目前，已有几种药物用于COVID-19的临床治疗，如小分子抗体、中和抗体和单克隆抗体等；腺病毒载体疫苗、灭活疫苗、重组亚单位疫苗和核酸疫苗也在加速研发和实验中。然而，疫苗疗效的稳定和不良反应因人而异。因此，开发安全有效的药物和疫苗来预防、诊断和治疗COVID-19刻不容缓。

环状RNA（circRNAs）是在细胞内丰富、稳定、普遍存在的非编码RNA分子，具有microRNA（miRNA）海绵/RNA结合蛋白/调节转录/翻译为蛋白质的功能，在各种疾病的发病机制中显示出了独特的效果。有研究表明，circRNA是病毒感染和抗病毒免疫应答的关键调控因子，并与COVID-19的病理变化密切相关[3]。在COVID-19感染过程中，circRNA不仅直接影响转录过程，干扰病毒复制，还间接调节病毒-宿主受体结合和免疫应答等生物过程[4]。

2022年10月19日，西南医科大学罗茂研究员在Frontiers in Immunology发表文章Circular RNAs as emerging regulators in COVID-19 pathogenesis and progression。文章综述了circRNA是病毒感染和抗病毒免疫应答的关键调节因子，在COVID-19感染过程中调控SARSCoV-2感染诱导的炎症反应、病毒复制、免疫逃逸和细胞因子的作用和机制；深层次的挖掘circRNA在COVID-19机制研究，为诊断和治疗COVID-19提供研究思路。

 

一、认识SARS-CoV-2与其相关的circRNA

1.SARS-CoV-2的结构及发病机制

冠状病毒（CoV）是冠状病毒科中最大的包膜单链阳性RNA病毒，已分为α、β、γ和δ4个种属。基因序列分析显示，SARS-CoV-2B属于β-冠状病毒系，可介导病毒附着于宿主细胞表面受体，通过与ACE2结合触发内吞机制，进入宿主细胞，此过程依赖TMPRSS2，是冠状病毒感染的第一步。并且，SARS-CoV-2靶点主要在上呼吸道上皮细胞中进行复制，主要靶点是纤毛支气管上皮细胞和II型肺泡细胞。

SARS-CoV-2进入细胞后，借助宿主细胞的内源性转录机制和自身特性在宿主内复制和传播，诱导细胞快速衰变。为什么SARS-CoV-2不能够被快速识别和消灭呢？主要因为SARS-CoV-2可抑制MHCI类通路的激活，而该通路在抗病毒免疫过程中有着关键的作用（如图1）。此外，SARS-CoV-2不仅直接损害肺组织，还触发细胞内环境“风暴”—过度活化细胞因子和免疫细胞，导致弥漫性肺泡损伤，加剧患者呼吸衰竭，甚至可能导致无法控制的系统性炎症反应。

图1.SARS-CoV-2进入细胞的机制和生命周期

 

2.SARS-CoV-2与其相关circRNA

circRNA可以作为多种病毒性疾病的生物标志物和治疗靶点，因为它们的异常水平反应了病理和预后的进展。病毒编码的circRNA可能通过调节病毒和宿主基因的表达，在宿主-病毒的相互作用中发挥重要作用，COVID-19也不例外。CoV编码的circRNA是冠状病毒转录组的重要组成部分。在不同的时间段或不同的组织或细胞中表达不同的circRNA介导着COVID-19发病机制。作者总结了circRNA在COVID-19、SARS和MERS发病机制中的作用（详见原文表1），为进一步了解CoV相关circRNA表达水平的变化及其在发病机制和病毒复制中的作用提供了理论基础。

 

二、潜藏于SARS-COV-2感染后的circRNA机制

1.circRNA的miRNA的海绵作用

cicrRNA作为miRNA海绵发挥ceRNA作用抑制mRNA表达进而调控下游靶基因表达的机制是每一位科研人员做circRNA机制研究必须要考虑的。并且，circRNA的海绵功能已被证实比miRNA和lncRNA转录本更有效。MERS-CoV病毒感染研究发现circRNA发挥miRNA海绵机制；SARS-CoV-1病毒感染细胞中，circRNA/lncRNA/mRNA/miRNA组成的ceRNA网络可调控着病毒的生命周期（图2）。总的来说，这些结果均为circRNA作为抗SARS-CoV-2感染的宿主靶向抗病毒策略提供了新的见解。

图2.circRNA作为miRNA海绵影响病毒复制

 

2.circRNA参与调节SARS-CoV-2感染的免疫反应

细胞因子是由多种细胞合成和分泌的小分子多肽或糖蛋白，参与免疫和炎症等反应，并在病毒感染过程中控制免疫反应和靶细胞拮抗病毒复制方面发挥着至关重要的作用。circRNA在炎症中的潜在作用是在多细胞生物中进化出的一套生物机制，通过激活先天和后天免疫反应来抑制侵入性病原体并化解损伤，介导机体产生适当的细胞因子以消除病原体和引起免疫风暴导致细胞损伤之间取得平衡。图3介绍了circRNA调控的炎症信号通路与免疫风暴和不良预后的关系。在SARS-CoV-2感染过程中，circRNA可发挥多重作用，调控白介素相关因子、表皮生长因子、缺氧诱导因子-1、雷帕霉素靶蛋白和肿瘤坏死因子等表达以及相关信号通路的变化，促进细胞因子紊乱，从而破坏了促炎和抗炎机制之间的平衡，进而导致COVID-19患者的继发性疾病。图3亦揭示了circRNA可能通过影响细胞因子来调节SARS-CoV-2感染中的免疫反应。

图3.SARS-CoV-2感染中的circRNA在炎症反应中的潜在机制

3.circRNA与SARS-CoV-2介导的免疫逃避

先天免疫反应可以有效阻止病毒入侵宿主。然而，有些病毒已经进化出了躲避宿主免疫反应的能力。如图4所示，在SARS-CoV-2增殖过程中，病毒核酸中间体和释放的基因组RNA通过一系列反应增强病毒耐药性。但是，部分研究发现，在SARS-CoV-1侵染过程中，有些circRNA发挥分子海绵作用降低ISG介导的抗病毒效应，而有些参与病毒免疫逃避和复制。已有研究报道，基因融合与多种疾病的发生发展密切相关，融合基因可能成为潜在的药物靶点。因此，SARS-CoV-2转录组中的非典型融合亦有可能为病毒突变的产生以及病毒在感染组织中的存活和免疫逃避提供条件。

图4.circRNA调节SARS-CoV-2的免疫逃避

 

三、COVID-19新疗法-circRNA的应用

1.circRNA作为COVID-19的生物标志物

circRNA抗RNase R降解，半衰期较长，表达模式受病毒感染影响，在COVID-19患者的循环系统中含量丰富并具有独特的功能。外泌体可反映细胞的病理状态，它们可以用作各种疾病的诊断标记。而最近的研究表明外泌体circRNA可能是COVID-19复发的一个关键因素。因此，外泌体相关环状RNA的鉴定和分离可能有助于COVID-19的诊断。

 

2.circRNA作为COVID-19的潜在治疗靶点

自COVID-19爆发以来，ACE2基因被认为是SARS-CoV-2进入宿主细胞的受体。因此，调控ACE2的转录和产生是防止病毒与宿主细胞结合以预防COVID-19的一种新途径。先前的研究表明，SRY基因可抑制ACE2启动子活性，而SRY转录本主要以circRNA的形式存在（占比90%以上），提示circRNA可能通过调节SRY相关基因来影响ACE2的转录过程，从而介导SARS-CoV-2感染宿主。这也可能是COVID-19的男性的发病率显著高于女性的原因。此外，有研究表明，AXL是SARS-CoV-2侵袭宿主细胞的新型候选受体。机制在于，AXL可特异与SARS-CoV-2基因组的n端结构域互作，无需ACE2协助进入宿主细胞。这提示AXL可作为未来治疗COVID-19的潜在靶点。而值得注意的是，有研究发现circRNA可调节AXL信号转导通路靶向miRNA，可能参与SARS-CoV-2的侵袭。综上所述，circRNA可能通过调节SARS-CoV-2与相关宿主受体的结合，成为治疗COVID-19的靶点。

病毒感染引起的免疫可以保护细胞功能，抵抗病毒入侵，清除病毒，清除感染。然而，过度激活免疫反应可能会对宿主造成严重的损伤。COVID-19患者中SARS-CoV-2可诱发免疫风暴，从而对组织和器官造成广泛损伤。而circRNA-miRNA-mRNA调控网络有助于调控免疫相关因子及其涉及的信号通路（NF-kB/MAPK/mTOR）降低免疫风暴，可能成为治疗COVID-19的新途径。

 

种种迹象表明，相较于易降解mRNA，具有高稳定性和RNase抗性的circRNA在与新冠病毒和癌症相关的研究必将成为众多高校、科研单位、核酸药物公司的热点和焦点。自北京大学魏文胜首次报道针对新冠病毒的circRNA疫苗发挥了较mRNA更好的免疫保护作用后，circRNA作为癌症诊断治疗的新兴技术，迅速得到业界的关注，必将开拓千亿蓝海市场。

国外以Orna Therapeutics和Laronde为代表，国内环码生物、圆因生物、吉赛生物和科锐迈德等公司先后布局环形RNA技术平台。目前尚未有基于circRNA的产业级癌症疫苗被开发出来，因此需要进一步探究circRNA疫苗在肿瘤免疫治疗中的适用性。我们期待这一创新技术能够早日进入临床开发阶段，展现它在感染性疾病、自身免疫病、罕见病以及癌症的预防或治疗的潜力。

 

原文链接：

https://doi.org/10.3389/fimmu.2022.980231

参考文献：

[1] Aleem A, Akbar Samad AB, Slenker AK. Emerging variants of SARS-CoV-2 and novel therapeutics against coronavirus (COVID-19). StatPearls. Treasure Island (FL: StatPearls Publishing Copyright © 2022, StatPearls Publishing LLC (2022).

[2] Torjesen I. Covid-19: Delta variant is now UK’s most dominant strain and spreading through schools. BMJ (Clin Res ed) (2021) 373:n1445. doi: 10.1136/bmj.n1445    

[3] Awan FM, Yang BB, Naz A, Hanif A, Ikram A, Obaid A. The emerging role and significance of circular RNAs in viral infections and antiviral immune responses: possible implication as theranostic agents. RNA Biol (2021) 18(1):1–15. doi: 10.1080/15476286.2020.1790198

[4] Zhou Z, Sun B, Huang S, Zhao L. Roles of circular RNAs in immune regulation and autoimmune diseases. Cell Death Dis (2019) 10(7):503. doi: 10.1038/s41419-019-1744-5

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