体外环化RNA（ivcRNA）因结构稳定、免疫原性低，在核酸药物开发中具有重要应用潜力。目前的序列设计中，通常依赖高活性的内部核糖体进入位点（IRES）和目标序列的密码子优化，来实现蛋白的高效翻译。
近日，中国科学院分子细胞科学卓越创新中心陈玲玲团队与复旦大学杨力团队在学术期刊Cell Research发表题为“IRES–cargo interplay structurally modulates circular RNA translation”的Letter文章。
该研究揭示IRES在环状RNA中并非独立发挥作用，其结构会受到下游目的基因序列（Cargo）的影响。两者间的异常碱基配对（互作或串扰）会破坏IRES的关键结构，进而显著降低翻译效率。这一发现为ivcRNA的理性设计提供了全新的理论依据
高效IRES元件的系统筛选
研究团队首先基于Anabaena PIE系统，构建了包含45种不同病毒来源IRES的体外环化RNA文库。通过双荧光素酶报告系统在多种细胞系中的表达评估，结果表明：Type V型IRES（特别是Salivirus A IRES，即SV-A）的整体翻译效率显著优于目前最常用的CVB3 IRES。
密码子优化的翻译调控局限性
在使用高活性SV-A驱动不同靶标蛋白（mCherry、VP2、Ag85A及gE蛋白）时，研究发现mCherry表达丰度最高，而gE蛋白表达极低。为提升gE蛋白表达，团队采用三种不同算法对其进行密码子优化。
实验显示，经过gE_jcat优化的序列虽然在线性mRNA背景下具有良好的翻译能力，且在环状RNA中具备相似的转录本丰度，但其在环状RNA中的蛋白表达水平依然异常低下。这提示，翻译效率受限的原因并非单纯受密码子偏好性或RNA稳定性的影响。
IRES-Cargo结构串扰机制的发现
基于上述现象，研究团队假设序列互作可能改变RNA的空间折叠。鉴于纯计算预测长链环状RNA结构存在局限性，团队引入活细胞RNA结构化学探针技术（circSHAPE-MaP）来解析ivcRNA的真实胞内折叠状态。
结构解析表明：在低翻译效率的ivc-SV-A-gE_jcat构建体中，下游gE_jcat序列与SV-A IRES的关键功能区（Domain IV）发生了显著的碱基配对交互。这种IRES与Cargo之间的结构“串扰”直接破坏了IRES Domain IV维持功能的经典十字形结构，从而阻碍了核糖体的招募与翻译的起始。
翻译活性的结构干预与恢复
为验证该机制，团队对Cargo序列或IRES功能区进行定点突变（改变<20 nt），以破坏异常的碱基配对。结果证实，通过突变解除序列串扰，IRES Domain IV的结构得以恢复，从而成功挽救gE蛋白的表达水平。
此外，研究团队提出了两项定量评价指标：
IRES-Cargo串扰率：反映IRES与下游序列的配对比例；
IRES结构一致性：反映IRES原始结构的维持程度。
分析显示，这两个结构评价指标与最终的蛋白表达量存在高度的相关性。
ivcRNA中IRES-Cargo相互作用对SV-A介导的序列翻译水平的影响
总结
该研究证实，环状RNA中的调控元件与编码序列并非完全独立，而是存在显著的结构互作。这提示在未来开发circRNA疗法（如疫苗或蛋白替代疗法）时，序列设计不能仅停留在传统的密码子优化层面。未来的优化策略需要结合计算预测与结构探测，系统评估“IRES-Cargo”之间的异常配对与结构一致性，通过维持IRES等核心功能区的折叠独立性，来切实提升circRNA的翻译效率。
原文链接：
https://www.nature.com/articles/s41422-026-01233-9?error=server_error