谭蔚泓院士/张鹏晖 ，Nature Biomedical Engineering！

小奇

2026-06-15

核酸治疗（NATs）依托基因编辑、RNA 干扰、mRNA蛋白替代等技术，可在表观遗传、转录及翻译多层面精准调控靶基因表达，在转移性恶性肿瘤、罕见病、神经系统疾病、自身免疫病及心代谢疾病等传统药物难以攻克的疑难病症领域具备巨大应用潜力。目前已有多款核酸药物获美国 FDA 批准上市，包括靶向中枢局部给药的反义寡核苷酸药物 Nusinersen、Golodirsen；肝脏靶向 GalNAc 偶联 siRNA 制剂 givosiran、nedosiran；脂质纳米颗粒包裹的新冠 mRNA 疫苗 mRNA-1273、BNT162b2。

但游离寡核苷酸在体内应用仍存在关键短板：体内易被核酸酶快速降解清除、脱靶富集风险高、细胞膜穿透能力弱、细胞内化效率低下，除肝脏外，全身给药后难以高效靶向实体瘤等肝外病灶，是制约核酸药物大范围临床转化的核心难题。现有优化手段集中于核酸化学修饰、脂质 / 高分子载体搭载、抗体 / 多肽靶向配体偶联三类方向，但载体毒性、配体合成繁琐、载药稳定性不足等问题仍难以彻底解决。

天然环状核酸（环状 RNA、染色体外环状 DNA eccDNA）广泛存在于各类细胞与组织中，相较线性核酸具备更强核酸酶耐受稳定性，可参与基因调控、免疫调节与胞内信号传导，是理想的药物骨架候选；适配体可折叠形成特异性三维空间结构，精准结合蛋白、聚糖、小分子等靶点，还可偶联各类药效分子、纳米结构，不过天然适配体分子量偏小、体内代谢稳定性差、细胞摄取效率受限，单独应用难以满足体内靶向治疗需求。基于上述研究现状，研究团队借鉴生物体内核酸的复制、转录与翻译规律，依托核酸模板聚合技术，构建可编程环状功能分子 flare（o-FLARE）模块化核酸组装体系，旨在实现多类型药效核酸、小分子药物、免疫激动剂一体化共递送，解决实体瘤靶向给药痛点。

成果简介

近日，中国科学院杭州医学研究所谭蔚泓院士、张鹏晖等人开发基于连接酶介导 DNA 模板聚合的环状功能分子 flare（o-FLARE）模块化核酸构建体，实现适配体、沉默癌基因反义寡核苷酸 ASO、CpG 免疫佐剂、小分子细胞毒性药物的模块化共价组装。该环状核酸平台无需额外转染试剂即可实现实体瘤靶向富集，可同步完成免疫刺激激动剂与抑癌寡核苷酸共递送，在胰腺癌等多种荷瘤小鼠模型中重塑肿瘤微环境、激活抗原呈递细胞，产生强效抗肿瘤免疫应答；可通过 RNase H 通路特异性降解胰腺癌突变 KRAS mRNA、下调致癌基因表达抑制肿瘤增殖；同时可作为靶向 CpG 佐剂载体优化肿瘤疫苗效果。整套构建体理化稳定性优异、免疫原性低、体内安全性良好，建立了化学可编程的靶向核酸药物制备新策略，为肝外实体瘤精准核酸治疗提供全新技术平台。

可编程负载的 o-FLARE 精准构建

研究以环状单链 DNA 为骨架模板，将经 5’端磷酸化修饰、编码适配体、药物偶联适配体、反义寡核苷酸、CpG 基序、蛋白编码序列的短核酸密码子通过碱基互补杂交锚定至模板，借助 T4 DNA 连接酶催化共价成环，再经核酸外切酶纯化获得高纯度环状双链 o-FLARE 产物，产物合成纯度与收率均超 95%。通过调控模板碱基长度（60~240 nt）、密码子组装数量，可制备三价至十二价多价环状适配体结构，最高可整合12 个适配体单元或全长 ZsGreen 报告基因编码序列。经MALDI-TOF 质谱、冷冻电镜、动态光散射表征，产物分子量区间 86~168 kDa，流体力学粒径 11~20 nm，呈现特征性放射状环状空间构象；多价构型使靶点结合亲和力较单价适配体提升百倍，KD 低于 1 nM。借助 SPAAC 点击化学，可将 MMAE、依沙替康、KRAS 抑制剂MRTX1133、STING 激动剂 diABZI、TLR7/8 激动剂 AXC-715 等多种小分子药物定点偶联至适配体臂，形成药物 - 适配体环状偶联物，产物药物偶联比例均一、抗核酸酶及血清稳定性大于 90%，突破传统抗体药物偶联物合成与稳定性缺陷。

图 1 | 可编程 o-FLARE 的设计

多价适配体介导靶向识别与高效胞内摄取

研究选用靶向 c-Met 受体的 SL1 适配体构建荧光标记 o-FLARE，验证细胞靶向内化规律：多价环状构建体可在 4℃条件下特异性锚定 c-Met 高表达 AsPC1 胰腺癌细胞膜，37℃环境下 24 h 内持续胞内吞入，在 c-Met 阴性 HPNE 细胞中富集量仅为阳性肿瘤细胞的 1%，相较线性游离 SL1，环状结构规避核酸酶降解带来的非特异性扩散。胞内示踪结果显示，构建体经早期内体、晚期内体转运后 3 h 大量释放至细胞质；内化机制验证证实，该体系依靠 c-Met 与清道夫受体协同识别，通过小窝蛋白依赖型胞吞途径完成入胞。体内药代与组织分布实验表明，六价环状适配体血液半衰期达 10.4 h（线性适配体仅 2.1 h），尾静脉注射 3 天后肿瘤富集量为线性核酸的 12 倍，在心肝肾等正常脏器脱靶蓄积极低；相较于天然 eccDNA，o-FLARE 胞内DNA 感受器识别率低，体内外促炎因子分泌水平显著下降，5 mg/kg 高剂量给药后小鼠肝肾功能指标无异常，无急性与长期脏器毒性。

图 2|o-FLARE 在肿瘤细胞中的靶向识别与高效摄取

共载免疫激动剂与细胞毒素实现广谱抗肿瘤免疫激活

研究选取抗有丝分裂毒素 MMAE 与 STING 通路激动剂diABZI，优化药物配比构建 3:3 负载比例的六价环状药物偶联物，体外可高效诱导胰腺癌细胞免疫原性死亡，并通过 cGAS-STING 通路激活树突状细胞。在裸鼠 AsPC1 皮下瘤模型中，该双药共载构建体肿瘤富集率约 6%，单药对照组抑瘤效果显著弱于联合载药组，治疗后肿瘤内 M2 型肿瘤相关巨噬细胞向抗肿瘤 M1 亚型极化，先天抗肿瘤免疫被有效激活。在免疫健全 C57BL/6 小鼠 KPC 胰腺癌模型中，环状构建体联合 PD-1 免疫检查点抑制剂给药，8 只受试小鼠中 3 只实现肿瘤完全消退；治疗第 21 天，瘤内 CD4+、CD8 + 效应 T 细胞浸润量分别提升 2.4 倍、4.1倍，CD8+T 细胞耗竭比例降至 11%，脾脏诱导形成中枢记忆与效应记忆 T 细胞亚群；同时瘤内免疫抑制细胞 MDSCs 比例下降、引流淋巴结树突状细胞成熟度上调，先天免疫与适应性免疫协同起效，实现长效肿瘤控制。

图 3 | 通过激活固有免疫与适应性免疫实现长效抗肿瘤效果

环状靶向 CpG 佐剂提升抗肿瘤疫苗效能

研究构建搭载 CD16 靶向适配体 CLN0020 的四价环状 CpG（tetra o-mvApt/CpGs²/²）靶向佐剂，依托适配体介导特异性靶向 CD16 阳性巨噬细胞与树突状细胞，精准激活 TLR9-MyD88-IRF7 信号轴，促进 IL-6、IL-12、TNF-α 等 Th1 型促炎因子大量释放。以 B16-OVA 黑色素瘤为动物模型，OVA 抗原联合环状靶向 CpG 皮下免疫后，佐剂快速富集于引流淋巴结，DC 与巨噬细胞摄取量较游离线性 CpG 提升 5 倍；免疫后肿瘤组织CD45 + 免疫细胞、CD4+/CD8+T 细胞浸润大幅提升，OVA 特异性 CD8+T 细胞扩增400 倍，T 细胞耗竭水平被显著抑制，瘤内免疫抑制微环境被重塑，最终实现显著的体内肿瘤生长抑制。

图 4 | 环状靶向 CpG 佐剂调控抗原呈递细胞以增强抗肿瘤疫苗效果

环状 ASO 嵌合体靶向沉默肿瘤 KRAS 癌基因

针对胰腺癌高频突变致癌基因 KRAS，筛选获得活性最优 ASO#8 序列，依托 o-FLARE 平台构建双适配体 - 双反义核酸四价环状嵌合体 tetra o-mvApt/ASOs²/²。无转染试剂条件下，环状嵌合体依靠 SL1 适配体靶向 c-Met 阳性胰腺癌细胞，细胞摄取效率是游离 ASO 的 5 倍，通过 RNase H 介导靶标 mRNA 降解，体外可实现最高 80% KRAS基因沉默。体内药代结果显示该环状 ASO 血液半衰期 9.5 h，给药 3 天后肿瘤组织给药留存率 5.9%，是游离反义寡核苷酸的 5 倍；4 次静脉给药后 AsPC1 荷瘤小鼠肿瘤生长被显著抑制，给药终点瘤内 KRAS 表达下调约 60%，肝肾等正常组织靶基因无明显下调，脱靶基因沉默副作用可控。

图 5 | 环状反义核酸嵌合体靶向沉默肿瘤 KRAS 基因

小结

该研究依托连接酶介导的环状模板聚合技术建立 o-FLARE 模块化环状核酸技术体系，突破传统游离寡核苷酸体内稳定性差、实体瘤靶向递送困难、需要外源转染载体等关键技术瓶颈。该平台可模块化集成靶向适配体、细胞毒性小分子、免疫激动佐剂、癌基因沉默反义核酸等多种功能单元，在肿瘤靶向化疗、免疫联合治疗、肿瘤疫苗佐剂、致癌基因靶向沉默四大应用方向均完成体内外有效性验证。得益于环状拓扑结构带来的高核酸酶稳定性、多价适配体介导的靶向富集、低体内免疫原性与良好生物安全性，o-FLARE 为非肝脏实体瘤精准核酸药物研发提供通用可编程技术框架。后续通过拓展PNA、LNA 等修饰骨架，偶联多肽、抗体及多样化小分子药物，或引入表观修饰元件、核糖体开关等调控序列，该体系有望延伸至蛋白替代疗法、基因编辑、细胞工程等更多精准医药领域，加速新一代个体化核酸治疗药物的研发与临床转化。

参考文献：

Chi, H., An, K., He, J. et al. Modular nucleic acid-based construct for delivery of immunostimulatory agonists and oncogene-silencing oligonucleotides in tumours. Nat. Biomed. Eng (2026). 

https://doi.org/10.1038/s41551-026-01652-4