小环状干扰 RNA (sciRNA) 作为基因沉默的有效治疗平台

为了实现由RNA干扰(RNAi)途径介导的有效的治疗性基因沉默，小干扰RNA (sirna)必须经过化学修饰。一些具有在代谢上稳定sirna潜力的超rna结构已被评估其诱导基因沉默的能力，但所有这些结构都有局限性或尚未在治疗相关的背景下进行探索。共价闭合环状RNA转录本普遍存在于真核生物中，有潜力作为生物标志物和疾病靶点，环状RNA模拟正在被探索用于治疗。

本文报道了小环状干扰rna (sciRNAs)的合成和评价。为了合成scirna，将三价n -乙酰半乳糖胺(GalNAc)配体功能化并经click化学环化的sense链退火成反义链。这一策略用于small circles的合成，但也可以用于合成更大的环状RNA模拟物。作者在体内和体外评估了各种sciRNA设计。作者观察到在循环和脱靶效应被消除后，感觉链的代谢稳定性得到了改善。反义链的5- (E)-乙烯基膦酸酯修饰导致galna - scirna在治疗相关剂量的体内有效。物理化学研究和基于核磁共振的结构分析，以及分子建模研究，阐明了这类具有部分双工特征的新型sirna与RNAi机制的相互作用。

图片来源：https://doi.org/10.1093/nar/gkab724

环状rna (circrna)是共价封闭的转录本，人们现在知道它在真核生物中高度流行和保守。病毒还编码环状rna，这些环状rna似乎参与了疾病的发病机制。在真核生物中，环状RNA是通过线性RNA转录本的反向剪接形成的。尽管这些环状分子在40年前就被发现了，但它们在很大程度上直到最近才被忽视。现在有令人信服的证据表明环状rna不仅仅是剪接过程的副产物。

某些环状rna明显具有调节功能。例如，环状rna引发了导致巨噬细胞激活的级联反应。一些环状RNA与mRNA或microRNA结合，一些参与RNA结合蛋白的胞内运输，一些起隔离蛋白的作用。circRNA的失调与癌症的发展有关，它们在体液中的稳定性使这些circRNA成为有前途的生物标志物。circAGO2就是一个例子。这种环状rna在各种肿瘤中检测到高水平，在动物模型中促进肿瘤生长，并与患者预后不良有关。此外，circrna在大脑中含量丰富，与神经退行性疾病有关。

由于这些功能，合成环状rna作为潜在药物、疾病的生物标志物、治疗靶点和研究工具有相当大的兴趣。一种与miR-21互补的多区域合成环状rna可抑制癌细胞的增殖，支持在治疗中使用环状rna。环状rna可以通过体外转录制备，然后通过夹板结扎将分子环化，就像制备miRNA海绵一样。由于难以产生大量的环状rna，合成环状rna的潜在用途受到限制。

RNA圈的另一个潜在应用是RNA干扰(RNAi)领域。2021年,15年之后安德鲁火和克雷格·梅洛被授予2006年诺贝尔生理学或医学奖的RNAi途径的发现,四个小干扰rna (siRNAs)现在批准临床使用,和大量临床实验的RNAi疗法正在通过人体临床试验。目前的临床开发途径主要是与三价 N-乙酰半乳糖胺 (GalNAc) 配体结合的 siRNA，这导致靶向递送至肝细胞。三种获批的 GalNAc-siRNA 偶联物均使用 2-deoxy-2-fluoro (2-F) 和 2-O-methyl (2-OMe) 进行全面修饰，并使用硫代磷酸酯 (PS) 进行战略性修饰以赋予稳定性。

与GalNAc结合的sirna的碱基、核糖糖和磷酸主链的化学修饰对于赋予有利的药理特性是必要的，并且已经评估了大量的化学修饰。sirna三维结构水平的改变也被探索。评估的超rna结构包括发夹siRNA、哑铃状纳米环状siRNA、siRNA纳米片、分支siRNA、用于基因表达的笼型环状siRNA、作为siRNA前体的环状单链rna以及脱靶效应降低的环状siRNA。

然而，评估这些结构的实验往往没有利用治疗相关的siRNA化学修饰或实验系统，或者，在共价环化的情况下，采用低效的策略，如肽偶联或T4连接技术。环状siRNA设计的好处，正如前面其他人所描述的，减少了意义链的脱靶效应，由于增强了核酸酶抗性而延长了持续时间，以及保留效力。在描述环状 siRNA 体内分析的早期报告中，它们以高剂量局部给药，未评估内源性基因沉默。在最近对小鼠前药型共价闭合 siRNA 的评估中，与非环状 siRNA 相比，全身给药可延长循环并改善肝脏、肾脏和肌肉中的基因沉默活性；然而，所使用的剂量(20mg /kg, q3 d 3)在治疗上是不现实的。

sciRNA:Ago2 复合物的模型表明可以容纳环状有义链

图片来源：https://doi.org/10.1093/nar/gkab724

在这里，作者在体内和体外评估了sciRNA的效力。此外，作者还对肝脏和肝脏提取物中sciRNAs的代谢稳定性进行了表征，并确定了反义链在小鼠皮下给药后与Argonaute 2 (Ago2)结合的能力。基于物理化学和 NMR 的结构分析和分子建模研究揭示了具有部分双链特征的 sciRNA 与 RNAi 机制的相互作用。在的研究证实，sciRNAs在体内和体外诱导沉默的效果与临床使用的sirna相当。作者所了解到的关于sciRNAs的合成、化学修饰和物理特性将适用于其他新型环状rna。（生物谷 Bioon.com）

参考文献

Hartmut Jahns et al. Small circular interfering RNAs (sciRNAs) as a potent therapeutic platform for gene-silencing. Nucleic Acids Res 2021 Oct 11;49(18):10250-10264. doi: 10.1093/nar/gkab724.