传统线性mRNA依赖5’端N7-甲基鸟苷（m7G）帽结构驱动翻译，而环状mRNA依赖于内部核糖体进入位点（IRES），但大部分IRES的翻译效率有限，亟需更有效的设计以提高circRNA的翻译效率。
此前，斯坦福大学张元豪团队通过系统优化环状mRNA的拓扑结构、非翻译区（UTR）和IRES序列，使环状mRNA的翻译效率提高了几百倍。
推荐阅读：IF 68.164！华人科学家将人工制备环状RNA体外蛋白产量提升数百倍
此外，麻省理工王潇团队开发mRNA-寡聚核苷酸组装策略（RNA LEGO），并构建含枝状帽结构的环状RNA（QRNA），在体内外实现了环状RNA翻译效率的大幅提升。
近日，名古屋大学Hiroshi Abe团队在Nature Biotechnology期刊上发表了研究论文：Internal cap-initiated translation for efficient protein production from circular mRNA。研究开发了通过共价或非共价引入m7G帽的方式，设计内部帽结构启动翻译（ICIT）的circRNA，提高了circRNA的蛋白表达效率，并延长了表达时间。
共价引入m7G帽
研究通过分支结构使环状mRNA共价连接m7G帽，形成cap-circ mRNA。相比含有IRES的环状mRNA，cap-circ mRNA可以比更有效地招募翻译复合体并产生蛋白质，显著提高翻译效率，使蛋白表达水平提高2-3个数量级。
cap-circ mRNA翻译机制依赖经典帽结合蛋白（如elF4E）和poly(A)结合蛋白（PABP），表明其通过真核生物常规的帽依赖性翻译途径启动。
cap-circ mRNA还可引入碱基修饰。结合N1-甲基-假尿苷修饰（m1Ψ），相比IRES驱动翻译的circRNA，cap-circ mRNA展现更低的免疫原性，并在小鼠中维持较高的翻译水平和更持久的表达。
静脉（IV，a）或皮下（SC，b）注射包封在LNP中的mRNA后，Nluc的表达。
非共价引入m7G帽
共价ICIT研究结果可知，环状mRNA的翻译由起始密码子附近的m7G帽驱动。那么m7G帽与环状mRNA的非共价连接是否也可以促进翻译？
研究通过互补配对方式使m7G帽寡核苷酸（cORN）与环状mRNA结合，结果证明得到的circRNA可激活翻译，效率提升50倍以上，蛋白表达水平提高1-2个数量级。该系统可实现circRNA的滚环翻译，表明了该系统的可适性较强。
互补的cORN增强环状mRNA的滚环翻译
此外，通过设计与内源性带帽RNA（如mRNA和长链非编码RNA）部分序列互补的环状mRNA，也可启动翻译，该设计有望实现环状mRNA的细胞类型或疾病特异性翻译调控。
内源性hACTB mRNA可促进细胞内Nluc环状mRNA的翻译
然而，cORN不能增强含有HRV-B3-IRES的环状mRNA的翻译活性，可能是因为IRES依赖性机制已经超过了cORN介导的增强作用；或者，IRES中的较复杂的二级结构可能阻断cORN的杂交或43S前起始复合物的扫描。
总结
该研究的ICIT为治疗性环状mRNA的设计提供了一个多功能的框架，对环状RNA药物的开发具有重要意义：
提高翻译效率
通过帽结构启动翻译，解决了环状mRNA依赖低效IRES的难题，为开发高效、持久的RNA药物奠定基础。
降低免疫原性
m1Ψ修饰与帽结构的结合显著减少先天免疫激活，提升了治疗安全性，尤其适用于需多次给药的慢性疾病。
灵活的设计策略
与IRES相比，共价引入m7G帽结构驱动翻译的方式，使环状mRNA的分子更小。非共价方法可通过内源性RNA的帽结构实现“翻译开关”，可在细胞、组织或疾病中的特异性表达，为精准医疗提供新工具。
技术扩展性
该策略兼容现有mRNA化学修饰技术，且可与其他功能元件（如靶向序列）结合，推动环状mRNA在基因编辑、细胞治疗等领域的应用。
总之，该研究提供两种可选的策略，引入m7G帽取代IRES元件驱动环状mRNA，使环状mRNA分子更小化，并提高蛋白翻译效率和促进细胞类型选择性翻译，进一步拓宽环状mRNA的治疗应用。
原文链接
https://www.nature.com/articles/s41587-025-02561-8
