3月31日，国际学术期刊 Nature Biotechnology在线发表了中国科学院分子细胞科学卓越创新中心（生物化学与细胞生物学研究所）陈玲玲研究组的研究成果：“Circular RNA aptamers targeting neuroinflammation ameliorate Alzheimer’s disease phenotypes in mouse models”。该研究揭示了双链RNA依赖的蛋白激酶R（Protein Kinase R, PKR）在阿尔茨海默病（Alzheimer’s disease, AD）发生与进展过程中异常激活的分子病理特征，并创新性地开发了一种基于具有分子内短双链结构环形RNA（short double-stranded region-containing circular RNAs, ds-cRNA）抑制PKR异常激活的策略，从而缓解AD症状，为临床治疗提供了新的思路。
关键作用及现有挑战
阿尔茨海默病（AD）是一种以淀粉样蛋白（Aβ）沉积、Tau蛋白过度磷酸化及神经炎症为主要特征的神经退行性疾病。目前，AD的治疗策略主要集中在 Aβ斑块的清除，但针对神经炎症的干预手段仍然有限。
研究发现，在 AD患者及AD小鼠模型中，PKR表现出异常激活，并且与神经炎症及神经元损失密切相关。然而，现有的PKR小分子抑制剂（如C16）由于特异性较差、毒副作用高，难以在临床推广应用。
环形RNA适配体（ds-cRNA）
抑制PKR异常激活
环形RNA（circRNA）是一类单链、共价，具有闭环结构的RNA分子。近十年来研究发现circRNA普遍表达，并具有特定的生成加工、降解代谢及功能发挥的途径与规律。相较于线性RNA，circRNA具有高稳定性、特殊折叠和低免疫原性的特点，使之具备改造为新型 RNA 适配体、蛋白质翻译载体等潜在生物医学应用前景1（详见陈玲玲组综述Cell 2022）。
值得注意的是，陈玲玲团队前期研究发现具有16-26bp不完美RNA双链结构的环形RNA（ds-cRNA）表现出强大的PKR抑制作用2, 3，这表明ds-cRNA可能应用于抑制阿尔茨海默病中PKR的过度激活。
此前，陈玲玲团队通过优化RNA自剪接成环的新方法，实现了大规模合成低免疫原性且具有特殊双链结构 circRNA适配体（ds-cRNA），并在单分子水平阐明了ds-cRNA与PKR的作用机制，PKR与ds-cRNA的结合呈现为长时程、低解离的稳定结合模式，表明ds-cRNA提供了更适合PKR结合并限制其解离的空间构象4。体外合成的ds-cRNA经纳米颗粒包裹递送后，在银屑病模型小鼠中表现出良好的体内稳定性、安全性和治疗效果4。
在本研究中，研究团队进一步探索了ds-cRNA在AD治疗中的潜力，并采用5×FAD（Aβ沉积为主）和PS19（Tau磷酸化为主）小鼠模型，系统分析了PKR活性在AD病理进展中的动态变化。结果表明：随着疾病进展，PKR的磷酸化水平显著升高，且与神经炎症及AD病理表型呈正相关。而PKR敲除可显著改善小鼠的空间记忆能力，进一步支持PKR在AD中的关键作用。此外，与传统的小分子抑制剂C16相比，ds-cRNA能够高效结合PKR的双链RNA结合域，特异性抑制PKR的异常激活，且未表现出显著毒性。
体内递送ds-cRNA改善AD病理表型
研究团队通过腺相关病毒（AAV）介导的递送方式，将ds-cRNA表达于AD小鼠大脑中，发现海马区域的Aβ斑块及磷酸化Tau蛋白沉积显著减少，神经元损失降低约2倍。单次给药后，治疗效果可持续至少6个月。此外，在AD早期及晚期模型中，ds-cRNA治疗均能显著改善小鼠的空间记忆能力。RNA测序分析显示，ds-cRNA通过抑制PKR激活，降低小胶质细胞的炎症通路，同时恢复突触功能相关基因的表达，从而缓解神经炎症并改善AD病理表型。
图1. AAV递送的ds-cRNA在5xFAD小鼠海马组织中减少Aβ斑沉积，抑制胶质细胞增殖。
综上，该研究阐明了PKR异常激活是AD病理中的关键分子特征，并验证了环形RNA适配体作为新型RNA疗法的潜在应用价值。通过靶向抑制PKR的异常激活，该策略有效缓解了神经炎症，并改善了AD的病理表型及认知功能，为AD的RNA治疗提供了新的策略。
图2. ds-cRNA通过抑制PKR缓解神经炎症，减少Aβ沉积和Tau蛋白磷酸化，改善记忆能力。
分子细胞卓越中心冯昕博士和姜博文博士为该论文的共同第一作者，陈玲玲研究员为论文的通讯作者。复旦大学生物医学研究院杨力研究员对该项工作给予了大力支持。该研究得到了科技部、中国科学院、上海市科委、上海尚思自然科学研究院和新基石科学基金会的资助，并获得分子细胞卓越中心分子生物学技术平台、细胞分析技术平台和动物实验技术平台的支持。
陈玲玲研究团队