《Interdisciplinary MEDICINE》：仿生矿化circRNA纳米疫苗预防COVID-19

2026 年 06 月，中国科学院北京纳米能源与系统研究所林靓茹、任盈颖、李静为共同**作者，中国科学院北京纳米能源与系统研究所刘聪博士、清华大学临床医学院北京清华长庚医院李舟教授、北京大学口腔医学院刘燕教授、中国科学院北京纳米能源与系统研究所罗聃研究员为共同通讯作者，在国际期刊 Interdisciplinary Medicine 在线发表题为 “Biomimetic mineralization‐inspired formulation‐adjuvant integrated circRNA nanovaccine against COVID‐19” 的研究论文。

该研究基于仿生矿化原理建立了一步法合成技术，成功构建“制剂-佐剂一体化”的环状 RNA 纳米疫苗 CircRNA@FAiNVac，并系统完成了理化表征、胞内功能验证、免疫机制解析与体内药效评价，证实该疫苗兼具优异生物安全性与强效免疫应答诱导能力，为下一代核酸疫苗的研发提供了全新的设计思路。

核酸疫苗是新发传染病防控的核心技术路径，当前 mRNA 疫苗主要依赖脂质纳米颗粒（LNP）实现递送，但 LNP 中的离子型脂质、聚乙二醇化脂质等合成组分存在潜在毒性问题；此外，LNP自身的免疫刺激能力有限，加大剂量易加剧炎症副反应。环状RNA凭借共价闭合的结构特性，比线性mRNA具备更优异的核酸稳定性与更长的胞内半衰期，是**潜力的下一代疫苗平台，但其临床转化同样受制于安全高效的递送体系。因此，开发兼具高生物相容性、强免疫佐剂活性的新型递送平台，是环状 RNA 疫苗领域亟待突破的核心问题。

该研究围绕三大核心维度展开，全面验证 CircRNA@FAiNVac 的疫苗效力与作用机制：

一 纳米疫苗的构建策略与理化表征

制备工艺设计：以编码新冠病毒受体结合域（RBD）的环状 DNA 为模板，通过滚环转录合成串联重复的环状 RNA；同时通过精准调控三磷酸核糖核苷与镁离子的反应动力学，在转录过程中原位诱导焦磷酸镁（MgPPi）可控结晶，一步实现对所合成环状RNA的原位包封，形成兼具载体保护与佐剂功能的纳米颗粒；最后通过聚 - L - 赖氨酸进行表面修饰优化电荷性质，获得制剂 CircRNA@FAiNVac。

理化性质验证：透射电镜与扫描电镜证实纳米颗粒呈单分散球形形貌，动态光散射检测显示平均水动力粒径约 43 nm；高分辨透射电镜确认其晶格尺寸约 0.35 nm，对应单斜焦磷酸镁的 (022) 晶面；扫描透射电镜能谱元素映射证实氮、磷、镁元素在颗粒内均匀分布，验证环状 RNA 均匀包载于矿化颗粒内部，无明显空壳结构；凝胶电泳、紫外可见光谱与圆二色谱共同证实，包载后 RNA 的二级与三级结构得到良好保留。

二 体外细胞水平的表达、安全性与免疫激活机制

抗原表达能力：CircRNA@FAiNVac在 HEK293T 细胞中可实现报告基因与 RBD 抗原的高效、持续表达，细胞上清中 RBD 蛋白浓度可达约 136 ng/mL，且在 12 h 与 24 h 均维持有效表达水平；在原代骨髓来源树突状细胞中同样可实现高效的抗原翻译，证实其递送能力不局限于专职抗原提呈细胞，适用场景广泛。

生物安全性：与临床常用 LNP 包载的环状 RNA 相比，CircRNA@FAiNVac 在 HEK293T 细胞中细胞毒性显著更低，诱导的 I 型干扰素等先天免疫应答更弱；矿化外壳提供物理屏障保护包载的环状 RNA，避免内体 TLR3 的过早识别，减少过度炎症反应与 RNA 提前降解。

自佐剂免疫激活机制：该纳米疫苗具备天然自佐剂活性，进入细胞后通过 “内体逃逸 - 胞浆水解” 的两步释放机制发挥作用：酸性内体环境触发焦磷酸镁部分溶解，通过质子海绵效应实现内体逃逸；进入胞浆后，焦磷酸镁被内源性焦磷酸酶水解，释放的焦磷酸根激活胞内 STING 通路、镁离子激活 NLRP3 炎症小体，进而启动 NF-κB 与 MAPK 信号通路，显著促进树突状细胞成熟，上调 MHC II、CD80、CD86 等共刺激分子的表达。

转录组学验证：RNA 测序结果显示，CircRNA@FAiNVac 处理可显著上调树突状细胞中免疫应答、防御反应、抗原提呈、细胞因子与趋化因子分泌相关基因的表达，显著富集 TNF 信号、NF-κB 信号、MAPK 级联信号等多条炎症与树突状细胞成熟相关通路，从转录层面系统证实其免疫激活的分子机制。

三 体内免疫效果与生物安全性评价

体液免疫应答：采用初免-加强免疫方案（间隔 2 周），向免疫 BALB/c 小鼠肌肉注射CircRNA@FAiNVac，疫苗可诱导高滴度的 RBD 特异性 IgG 抗体，终点几何平均滴度可达约 4.3×10⁴；同时诱导高水平的 IgG1 与 IgG2a 抗体，且 IgG2a/IgG1 比值更高，呈现 Th1 型免疫偏倚，有利于病毒清除并降低疫苗相关增强性呼吸道疾病风险；假病毒中和实验证实，免疫小鼠血清具备强效的中和活性，可有效阻断新冠假病毒入侵宿主细胞，抗体具备功能性保护作用。

细胞免疫应答：免疫后小鼠脾脏中 CD4⁺与 CD8⁺效应记忆 T 细胞数量显著提升，成熟树突状细胞、M1 型巨噬细胞与 B 细胞比例均明显升高；同时调节性T细胞与 IL-4 水平无异常升高，证实疫苗可同时激活细胞免疫与体液免疫，且免疫应答具备抗原特异性，空载体仅引发自限性免疫调节反应，不会造成非特异性炎症损伤。

生物安全性：免疫后小鼠体重无明显异常变化，体内荧光成像显示超过 95% 的疫苗滞留于注射部位，极少扩散至全身器官；3 周时血常规、肝肾功能指标均处于正常范围，心、肝、脾、肺、肾等主要器官 H&E 染色无明显病理损伤；3 个月长期安全性观察同样未见异常，证实该疫苗具备良好的短期与长期生物相容性。

      本研究的核心创新点是基于仿生矿化原理实现环状 RNA 纳米疫苗的一步法合成，将递送制剂与免疫佐剂功能整合于一体，制备工艺简洁，易于规模化生产；突破传统 LNP 递送体系的组分局限，疫苗载体仅由生理性离子与核酸前体构成，从根源上降低了合成辅料带来的毒性风险；提出“抗原保护 - 佐剂激活”时空分离的双重免疫调控机制，既通过矿化外壳屏蔽 RNA 避免先天免疫过度激活，又通过载体降解产物激活多通路先天免疫实现自佐剂效应，同步保障了抗原高效表达与强效免疫激活。未来，可基于该平台快速优化抗原序列，实现针对新冠变异株的定制化疫苗开发；同时可拓展该递送体系至其他病原体抗原、肿瘤抗原等场景，验证其广谱疫苗开发潜力。