撰文 | 王聪
编辑 | 王多鱼
排版 | 水成文
由于细胞质中mRNA的半衰期相对较短，因此，所有mRNA疗法的表达持续时间都有限。而通过将体外合成的mRNA构建为环状mRNA，可以减少这一问题。环状mRNA缺乏5'端帽子，利用内部核糖体进入位点（IRES）来招募翻译机制。由于环状RNA不易被核酸外切酶所降解，具有高度稳定性。因此，治疗性环状mRNA可以代替线性mRNA，以实现编码蛋白质的更长时间的表达。
mRNA疗法面临的另一个主要挑战是，如何实现mRNA向特定细胞类型的递送。当系统性给药（例如静脉注射）时，mRNA主要被肝脏所吸收。由于许多应用需要mRNA被递送至肝脏以外的组织，因此，一个重要的目标是设计出治疗性mRNA在肝脏以外的细胞类型特异性的递送策略。
这些数据描述了一个合成环状mRNA的平台，以及这些环状mRNA如何改善VLP治疗。
2023年10月25日，康奈尔大学的研究人员在Cell子刊Cell Chemical Biology上发表了题为： Highly efficient cellular expression of circular mRNA enables prolonged protein expression 的研究论文。
该研究表明，Tornado系统可用于产生环状mRNA，而Tornado翻译系统是细胞中环化mRNA的最佳方法。Tornado翻译系统可用于在类病毒颗粒（VLP）中包装环状mRNA， 包装了环状mRNA的VLP可提供更长的蛋白质表达持续时间。这为使用VLP将环状mRNA递送到目标细胞提供了一种新的方法。
类病毒颗粒（VLP）是一种将mRNA递送至特定细胞类型的新方法。VLP包含组装病毒衣壳所需的主要结构蛋白，但不包装病毒基因组组分。VLP可被设计成包装和递送特定mRNA。与体外合成的mRNA不同，mRNA在哺乳动物细胞中表达，并在组装过程中被引导进入VLP。这些VLP由融合到MS2外壳蛋白（MCP）的核衣壳蛋白产生。然后，核衣壳蛋白将包含MS2发夹的mRNA招募到VLP中。
VLP的的一个主要优点是它们可以被“假型化”（pseudotyped），也就是通过替换其表面蛋白质，修改VLP的靶向性。另一个优点是VLP将mRNA传递到细胞质中，而不是内体中。使用纸质纳米颗粒（LNP）递送mRNA时，只有少量mRNA能够从内体中“逃逸”到细胞质中。而VLP则将mRNA直接递送到细胞质中，这项即使相对少量的mRNA也可以在靶细胞中实现mRNA的有效表达。
而如果可以通过VLP递送环状mRNA而不是线性mRNA，从而延长治疗性蛋白的表达时间，VLP将成为一种更有用的递送技术。要想实现这一点，就需要在细胞中生成环状mRNA。
在之前的研究中，用于制造大型环状RNA的标准方法——反向剪接系统，并不能高效地产生环状mRNA，因此直接将其应用于生产含有环状mRNA的VLP的话，效率较低。
2019年4月，该团队在Nature Biotechnology期刊发表论文【2】，开发了一种在哺乳动物细胞中高效表达环状mRNA的新方法——Tornado（Twister-optimized RNA for durable overexpression）环状RNA表达系统，该系统能够产生高水平的小环状RNA。
在这项最新研究中，研究团队通过改进，使用该系统在哺乳动物细胞中产生了显著更多的环状mRNA。研究团队测试了不同的启动子和核糖体进入位点（IRES），以确定在哺乳动物细胞中产生高蛋白产量的组合——称之为“Tornado翻译系统”。
该研究显示，Tornado翻译系统可用于产生含有环状mRNA的VLP，与含有线性mRNA的VLP相比，显示出显著延长的蛋白质合成时间。
总的来说，该研究描述了Tornado系统的适应性，以实现环状mRNA的细胞内合成。研究团队筛选了不同的启动子和核糖体进入位点（IRES），并确定了导致高水平环状mRNA和蛋白质表达的组合。这些环状mRNA可以被包装成类病毒颗粒（VLP），从而使蛋白质表达时间延长。这些实验为使用VLP将环状mRNA递送到目标细胞提供了一种新的方法。
论文链接：
1. https://doi.org/10.1016/j.chembiol.2023.09.017
2. https://www.nature.com/articles/s41587-019-0090-6/