利用人类共生病毒组的未开发力量

病毒是每个生态系统中普遍存在的成员，包括人体 ( 1 )。一个常见的误解是所有病毒都是有害的。事实上，病毒与人类宿主的关系可能是致病的、共生的或共生的。在后一种情况下，病毒从宿主中受益，但既不伤害也不帮助宿主 ( 2 )。共生病毒与人类细胞一样丰富，它们共存已达数千年之久，使我们的免疫系统能够将它们识别为我们自己的一部分。指环病毒是人类共生病毒中最丰富的成员之一 ( 3 )。指环病毒科被认为从出生起就存在于每个健康人类体内，通过胎盘血在母体间传播，此类病毒在人类宿主的一生中都存在 ( 4–6 )。

指环病毒科 (Anelloviridae)包含 30 多个属 ( 7 )，其特征是二十面体病毒体包裹着一个小的单链 DNA (ssDNA) 基因组 ( 8 )。Anello在拉丁语中是“环”的意思。指环病毒因其环状基因组而得名。大多数健康人感染了构成个体“指环组”的独特指环病毒谱系，此类病毒存在于研究人员研究过的几乎所有人体组织中 ( 9–12 )。几十年来，由于这类共生病毒与人类疾病无关 ( 5 ) 且无法培养，因此对其研究不足——直到一小部分研究人员开始研究可能使指环病毒具有极高医学价值的生物学特性。

指环病毒的独特生物学

指环病毒于 1997 年首次在人类中发现（13）。此后，学术研究人员发现了该病毒家族不断扩大的多样性和宿主范围（6, 14–18）。尚未观察到与人类疾病有关的证据。指环病毒难以培养，早期研究仅限于对其多样性、分布和趋向性的基因组测序。随着时间的推移，对健康个体进行的广泛测序形成了对指环病毒作为健康人类病毒组组成部分的新视角（6, 18, 19）。

多样性：靶向测序显示，指环病毒的进化和传播几乎没有限制，因此个体指环病毒组内存在显著的多样性（6）。指环病毒的多样性甚至比其他人类病毒（包括腺相关病毒 (AAV)）的多样性高出三到四倍。指环病毒已在整个动物界中发现，但迄今为止，仅观察到三种属会长期感染人类：alphatorquevirus、betatorquevirus和gammatorquevirus。其中，alphatorquevirus 是最丰富的谱系。指环病毒的广泛多样性因人而异，并且随着时间的推移高度稳定（6, 19）。

持久性：早期证据表明指环病毒可通过输血传播（20），这引发了对指环病毒在个体内和个体间动力学和传播性的大规模研究（6）。此类研究的结果表明，一个个体的指环病毒可以传播给其他人，并在其他人体内持续存在数月，与接受者自己的指环病毒无缝融合（6）。后续研究在受试者血液样本中检测到了超过 30 年的特定指环病毒谱系（19），表明指环病毒在人类中具有长期稳定性。

趋向性：指环病毒已在心脏、肌肉、视网膜和许多其他组织类型中发现。通过对人体进行广泛的基因组测序，发现了这种天然的广泛趋向性（9–12）。 2022 年的一项研究表明，从视网膜组织中分离并注射到小鼠体内的指环病毒表现出对其分离组织的趋向性（21）。这些结果表明指环病毒衣壳具有实现组织特异性趋向性的属性。

不与宿主基因组整合：指环病毒的一个关键特征是其基因组以游离体形式存在于宿主细胞核内（6）。这种不整合消除了插入诱变的风险，并且在非分裂细胞中，游离体可以在细胞的整个生命周期中一直存在于细胞核旁边。

免疫隐身：指环病毒与人类疾病无关，并且与我们的免疫系统共存了数千年，这表明免疫系统缺乏对指环病毒感染的参与。在前面提到的输血研究中，接受者尽管被供体指环病毒“同时感染”，但并未对供体指环病毒表现出致病反应 ( 6 )。研究人员使用全面的指环病毒抗体分析工具，发现天然指环病毒的免疫优势甚至高于其他人类病毒 ( 22 )。

这种免疫隐身性一直是个谜，直到发现独特的病毒结构。我所在的公司 Ring Therapeutics 的研究人员拍摄了指环病毒衣壳的高分辨率图像，发现了 60 个开放阅读框 1 (ORF1) 蛋白片段，这些片段具有改良的果冻卷结构域核心结构，残基从表面延伸出来，形成一种新的细长表面结构，其中高变区位于顶端 ( 23 )。其中五种表面蛋白堆积在一起，形成类似皇冠的环状结构。指环病毒皇冠的顶端是一个由高变区形成的结构域，据推测该结构域在空间上阻碍抗体与关键的 ORF1 基序结合。这种空间效应可以阻止抗体识别，使指环病毒能够反复感染人类，同时逃避免疫系统的攻击。需要进一步研究来验证这一假设。

我们利用天然指环病毒的独特特性设计了一类病毒载体疗法，我们称之为“指环病毒载体疗法”。我们的合成载体旨在表现出与野生型指环病毒相同的特性（6、21–23）。这些载体提供的疗法具有安全性、可重复性和有效性的潜力，有助于更广泛地引领基因治疗和可编程医学的新方法。

制作 AnelloVector 疗法
AnelloVector 疗法的设计利用了大量有关指环病毒的新信息，这些信息可能有助于将共生病毒转化为有效的疗法。之前培养过程中的困难阻碍了对指环病毒的研究。然而，2022 年的一项研究展示了一种成功的指环病毒体外生产系统，为更深入的研究打开了大门 ( 21 )。

从展示人体中指环病毒的多样性和丰富性到加深我们对指环病毒结构的了解，Ring 致力于推进指环病毒研究，以利用病毒的特性进行治疗应用。该公司的捕获测序技术帮助构建了世界上最大的人类指环病毒基因组数据集合 ( 6 )。2021 年，该数据库包含 5,000 多个病毒序列，而且这个数字还在继续增长 ( 6 )。挖掘这些数据已开始揭示关键见解，最值得注意的是 ORF1 衣壳蛋白定义了指环病毒生物学的关键方面。

研究人员已通过实验证实ORF1基因编码相应的衣壳蛋白（21, 23）。他们还筛选了几种针对人血清的指环病毒肽（例如与 ORF1、ORF2、ORF3 和扭力环病毒凋亡诱导蛋白 (TAIP) 相关的肽），以检测潜在的免疫反应性。绝大多数（约 85%）筛选材料均未显示反应，少数抗体反应性肽主要局限于 ORF1 的 C 末端区域（22）。然而，当 ORF1 在细胞系中表达以产生病毒颗粒时，ORF1 表现出 C 末端区域的蛋白水解，表明 ORF1 的免疫原性区域可能不是颗粒形成所必需的（23）。

一旦通过体外筛选指环病毒特性验证了基因组预测，这些数据就可以反馈到机器学习系统中，以设计指环病毒的后代，以增强载体特性，如组织特异性趋向性、可重复性和无免疫原性的效力。合成并培养了一种从人视网膜上皮中分离出基因组的指环病毒 ( 21 )。然后将重组病毒重新引入其原始组织，在那里它表现出比使用 AAV 所能达到的更高、更有效的特定感染性，为应用指环病毒载体疗法提供了原理证明 ( 21 )。

现在，人们对指环病毒的组成成分有了比以往更深入的了解，设计指环病毒以运送非原生有效载荷以用于多种适应症具有巨大的潜力。有效载荷的多功能性加上可扩展制造的潜力，可能使指环病毒成为基于共生病毒组的可编程药物的有前途的平台。