高 爽，查笑君，潘建偉

(浙江師范大學 化學與生命科學學院，浙江 金華 321004)

蛋白質(zhì)翻譯延伸因子(translation elongation factor，EF)最初從大腸桿菌(Escherichia coli)細胞中分離獲得，具有三磷酸鳥苷(GTP)或鳥苷二磷酸(GDP)親和性，參與肽鏈的延伸過程.在原核細胞中，有3 類延伸因子，分別被命名為EF-Tu(elongation factor thermo unstable)，EF-Ts(elongation factor thermo stable)和EF-G(elongation factor G);而在真核細胞中，相對應的分別為eEF1A(eukaryotic translation elongation factor 1A)，eEF1B(eukaryotic translation elongation factor 1B)和eEF2(eukaryotic translation elongation factor 2).蛋白質(zhì)生物合成過程大致可分為3 個階段:起始、延伸和終止.在肽鏈延伸階段，EF1A 與GTP 結(jié)合產(chǎn)生EF1A·GTP 復合體，此復合體再與特異的氨酰-tRNA 結(jié)合并將其運送到核糖體A 位點，并伴隨著GTP 的水解，最后EF1A·GDP 從核糖體釋放出來.EF1A·GDP 經(jīng)EF1B 催化又重新形成EF1A·GTP.在核糖體肽酰轉(zhuǎn)移酶作用下，位于核糖體P 位點的多肽被轉(zhuǎn)移到A 位點，與新進入的氨酰-tRNA 形成新的肽鍵，再由EF2 催化肽基-tRNA·mRNA 復合物從核糖體A 位點轉(zhuǎn)移至P位點，空出的A 位點將接納下一個新的氨酰-tRNA.重復此過程，蛋白多肽鏈將最終被合成［1-2］.

eEF1A 胞內(nèi)含量很高，僅次于肌動蛋白，其基因及表達調(diào)控十分保守.eEF1A 由一個多基因家族編碼，不同的物種具有不同數(shù)量的eEF1A 同源基因，如:酵母中有2 個eEF1A 同源基因;擬南芥和水稻中分別有4 個eEF1A 同源基因;玉米中有10～15 個eEF1A 同源基因;人類有多于18 個eEF1A 同源基因.蛋白結(jié)構(gòu)分析表明，eEF1A 具有3 個構(gòu)象不同的功能結(jié)構(gòu)域，結(jié)構(gòu)域Ⅰ與GTP 結(jié)合，結(jié)構(gòu)域Ⅱ與氨酰-tRNA 結(jié)合，結(jié)構(gòu)域Ⅰ和Ⅱ還與eEF1Bα(組成eEF1B 的亞基之一)互作，結(jié)構(gòu)域Ⅱ和Ⅲ共同參與和肌動蛋白的互作［3］.過去20 年的研究表明，eEF1A 除參與蛋白質(zhì)翻譯外，還具有多種生物學功能.本文主要就真核細胞eEF1A 在蛋白質(zhì)降解、細胞骨架組織調(diào)控、細胞凋亡、核物質(zhì)輸出和病毒繁殖等過程中的生物學功能作一扼要綜述.

1 eEF1A 與蛋白降解

泛素(ubiquitin)介導的蛋白降解是蛋白質(zhì)代謝的主要機制之一，在動植物生長發(fā)育過程中具有重要的調(diào)控作用.最初發(fā)現(xiàn)eEF1A 作為一個必需因子參與泛素介導的N-α-蛋白降解過程［4］.eEF1A 的原核同源蛋白EF-Tu 被證實有類似分子伴侶的活性［5］.隨后的研究表明，eEF1A 既能與合成中的新生肽鏈互作，也能與翻譯后折疊錯誤的蛋白質(zhì)結(jié)合［6］.進一步的證據(jù)表明:eEF1A能有效緩解參與蛋白降解的RAD23 和RPN10 功能缺失后所引起的細胞生長緩慢等表型［7］;eEF1A 能與蛋白酶體的19S 調(diào)節(jié)亞基RPT1 直接互作，RPT1 的功能缺失可降低eEF1A 與蛋白酶體的互作，同時胞內(nèi)出現(xiàn)受損蛋白的代謝缺陷［7］;刀豆氨酸(canavanine)能誘導蛋白折疊錯誤而使后者進入泛素化降解途徑，但當eEF1A 的GTP 結(jié)合域第156 位天冬氨酸(Asp)突變?yōu)樘於０?Asn)后，細胞對刀豆氨酸表現(xiàn)出較高的抗性［7］.這些研究結(jié)果充分暗示，eEF1A 參與介導受損或錯誤折疊的蛋白從核糖體到蛋白酶體的過程.

2 eEF1A 與細胞骨架

細胞骨架是細胞內(nèi)錯綜復雜的動態(tài)纖維狀網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，除具有維持細胞形態(tài)和調(diào)控細胞增殖外，對蛋白質(zhì)翻譯的組織與調(diào)控也具有重要的生物學意義［8］.許多蛋白質(zhì)翻譯系統(tǒng)的組分，如氨酰-tRNA合成酶、真核起始因子eIF(eukaryotic initiation factor)和翻譯延伸因子EF 直接或間接地與細胞骨架相連.來自哺乳動物細胞和釀酒酵母的證據(jù)表明，微絲骨架系統(tǒng)的任何缺陷均會影響肽鏈合成的正常進行［9］.

盡管eEF1A 最初被鑒定為翻譯系統(tǒng)的重要作用因子，但后續(xù)的研究表明eEF1A 是一類進化上保守的肌動蛋白結(jié)合蛋白(actin-binding protein)，具有調(diào)控肌動蛋白組裝微絲的功能［10］.eEF1A 通過抑制微絲纖維末端肌動蛋白單體的加聚和解聚，從而調(diào)控微絲纖維的組裝，最終影響與微絲相關(guān)的貨物運輸、定位及mRNA 的翻譯［11］.eEF1A 與肌動蛋白纖維或氨酰-tRNA 的結(jié)合受胞內(nèi)pH 調(diào)控:當pH 值逐漸增大時，促進eEF1A 與肌動蛋白的解離，利于eEF1A 與氨酰-tRNA 的結(jié)合和肽鏈合成;而pH 值逐漸減小時，促進eEF1A與肌動蛋白的結(jié)合.而且競爭性結(jié)合實驗進一步證實，這兩種結(jié)合是相互排斥的［12］.在海膽的受精過程中，胞內(nèi)pH 值的增加作為信號刺激蛋白質(zhì)合成［13］.eEF1A 能與微絲骨架調(diào)節(jié)蛋白Rho1p的下游靶蛋白Bni1p 互作［14］.這些研究結(jié)果表明，細胞通過pH 的變化調(diào)控eEF1A 介導的肽鏈延伸和微絲骨架組織之間的切換.

為進一步提供eEF1A 在微絲骨架組織中的遺傳學證據(jù)，超表達eEF1A 的釀酒酵母在沒有顯著影響蛋白質(zhì)合成的前提下引起了微絲骨架的組織紊亂，細胞生長緩慢［15］.釀酒酵母eEF1A 遺傳突變篩選獲得2 類突變體:一類使蛋白質(zhì)合成功能維持正常，但存在微絲骨架組織缺陷，其eEF1A與肌動蛋白結(jié)合的功能維持正常，但將肌動蛋白組裝成束的功能下降［16］;另一類表現(xiàn)為更嚴重的微絲骨架組織紊亂，蛋白質(zhì)翻譯起始缺陷，細胞生長緩慢［9］.最近的體外實驗發(fā)現(xiàn)，eEF1Bα 能抑制eEF1A 對肌動蛋白組裝成束的生物學功能［17］.皮膚性人乳頭瘤病毒HPV38 的E7 蛋白能與eEF1A結(jié)構(gòu)域Ⅲ的C 末端區(qū)域結(jié)合，從而抑制后者對微絲骨架的組織功能［18］.

eEF1A 除了參與微絲骨架的組織外，也參與微管蛋白的組裝.在海膽卵中，首次發(fā)現(xiàn)eEF1A作為有絲分裂活動的重要組分［19］.體外實驗表明，胡蘿卜eEF1A 以一種Ca2+/鈣調(diào)蛋白依賴的方式結(jié)合并促進微管組裝成束，穩(wěn)定微管骨架［20-21］.非洲爪蟾和哺乳動物eEF1A 均被鑒定具有切割微管的活性［22］.然而，eEF1A 參與微管組織的分子調(diào)控機制至今仍不清楚.

3 eEF1A 與細胞凋亡

早期的研究發(fā)現(xiàn)，體外培養(yǎng)的鼠成纖維細胞內(nèi)eEF1A 表達水平與去除血清后誘導的細胞凋亡率呈正相關(guān)［23］.在過氧化氫誘導的細胞凋亡前，胞內(nèi)eEF1A 表達水平迅速上升［24］.這些結(jié)果暗示eEF1A 能促進細胞凋亡.而另一研究中篩選細胞凋亡抑制因子時，分離得到了eEF1A［25］.這似乎與之前的研究結(jié)果互相矛盾，但后續(xù)的研究為其作出了解釋.哺乳動物中存在功能差異的2種eEF1A 亞型，即eEF1A1 和eEF1A2，分別由不同的基因編碼，氨基酸序列同源性約為92%［26］.盡管兩者在多肽延伸過程中作用相似，但它們的表達模式卻具有不同的時空特異性，eEF1A1 在各組織中廣泛表達，而eEF1A2 似乎只在骨骼肌、心肌和腦細胞中表達［26-27］.在成肌細胞分化過程中，發(fā)現(xiàn)eEF1A1 具有促進細胞凋亡的作用，而eEF1A2 的作用則相反［28］.在研究脂毒性細胞凋亡機制時，也發(fā)現(xiàn)抑制eEF1A1 的表達可阻礙細胞凋亡［29］.這些研究結(jié)果表明，eEF1A1 和eEF1A2 表達水平的差異參與決定細胞的命運［27-28，30］.

最近的研究表明，脅迫刺激如病毒感染等誘導的干擾素誘導蛋白IFIT1(interferon-induced protein with tetratricopeptide repeats-1)通過與eEF1A1 互作，從而促進細胞凋亡［31］.在人巨噬細胞內(nèi)，艾滋病毒HIV-1 Nef 蛋白與eEF1A1 結(jié)合，通過eEF1A1 和tRNA 的核-質(zhì)重定位從而抑制由內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應激介導的細胞凋亡［32］.另有研究表明，eEF1A2 通過與抗氧化蛋白peroxiredoxinⅠ的互作，從而抑制由氧化脅迫誘導的細胞凋亡［33］.這些研究結(jié)果說明，eEF1A 通過與功能不同的靶蛋白互作，行使不同的功能.

上述研究所涉及的都是依賴于半胱天冬酶的細胞凋亡.然而，越來越多的證據(jù)說明，細胞還有不依賴于半胱天冬酶的凋亡途徑［34-35］.在四倍體細胞中發(fā)現(xiàn)了一種不依賴于半胱天冬酶的細胞凋亡，這種凋亡由eEF1A1 的表達下調(diào)引起，能幫助除去異常四倍體細胞和抑制腫瘤發(fā)生［36］.

4 eEF1A 與核物質(zhì)輸出

有實驗證據(jù)表明eEF1A 參與細胞核物質(zhì)的輸出過程.在釀酒酵母中，表達突變的eEF1AE286K或E291K(tRNA 結(jié)合位點突變)的菌株表現(xiàn)為核輸出氨酰-tRNA 障礙而累積于核中［37-38］.tRNA 氨?；莈EF1A 與tRNA 有效結(jié)合的前提［39］，也是tRNA 被運輸?shù)胶送獾那疤幔?7］.Exportin-5 屬于細胞核質(zhì)轉(zhuǎn)運受體importinβ 家族.在哺乳動物中，eEF1A 通過氨酰-tRNA 與Exportin-5 結(jié)合形成輸出復合物，隨后eEF1A 與氨酰-tRNA 一同被輸出到核外［40-41］.eEF1A 不僅參與核輸出氨酰-tRNA，在哺乳動物細胞核輸出蛋白質(zhì)的過程中也起到重要的作用.轉(zhuǎn)錄依賴的核輸出序列TD-NEM(transcription-dependent nuclear export motif)是一種新發(fā)現(xiàn)的核輸出信號序列［42］，eEF1A 與TD-NEM 互作，參與介導了含有此信號序列的蛋白向核外輸出的過程［43］.

自從發(fā)現(xiàn)eEF1A 參與核物質(zhì)輸出以來，其在細胞核與質(zhì)之間的穿梭成為了討論的熱點.由于正常條件下eEF1A 定位于核外，而且Exportin-5對eEF1A 的輸出也確保了其在核外，所以人們推測其在核物質(zhì)輸出過程中所起的作用都是在核膜的胞質(zhì)側(cè)完成的.然而，在一個核物質(zhì)輸出受體Msn5 突變的釀酒酵母菌株的細胞核中能檢測到eEF1A 的存在，暗示了其進入細胞核內(nèi)參與核物質(zhì)輸出的可能性［44］.因此，eEF1A 參與核物質(zhì)輸出的具體作用位置仍有待進一步驗證.

5 eEF1A 與病毒繁殖

eEF1A 作為細胞內(nèi)最豐富的蛋白質(zhì)之一，也參與了病毒生活史的循環(huán).所報道的eEF1A 參與病毒復制大都來自于正鏈RNA 病毒，如登革熱病毒(DV)［45］、黃蘿卜花葉病病毒(TYMV)［46］、煙草花葉病毒(TMV)［47］、西尼羅河病毒(WNV)［48］和蕪菁皺縮病毒(TCV)［49］;但也有報道表明其參與負鏈RNA 病毒如水皰性口炎病毒(VSV)的復制［50］.eEF1A 能與這些病毒基因組3′非編碼區(qū)的類tRNA 二級結(jié)構(gòu)結(jié)合，并與它們各自編碼的RNA 依賴性RNA 聚合酶類(RdRP)互作.eEF1A能刺激TCV 的RdRP 活性及負鏈RNA 的合成［49］.WNV 基因組的eEF1A 結(jié)合位點突變，引起eEF1A 結(jié)合障礙，表現(xiàn)為負鏈RNA 合成降低，病毒復制受阻［51］.然而，對于TYMV，eEF1A 對其基因組的結(jié)合似乎強烈抑制了負鏈RNA 的合成［46］.這可能是因為:病毒侵染早期，eEF1A 結(jié)合其基因組，阻礙了RdRP 以正鏈RNA 為模板的復制行為，但正鏈RNA 指導的翻譯活動正常進行;當RdRP 等病毒蛋白質(zhì)合成達到一定量時，RdRP與eEF1A 競爭并結(jié)合到基因組的3′端，合成負鏈RNA.在本氏煙中，eEF1A 表達下調(diào)抑制TMV 的復制和傳播［52］.eEF1A 可能作為番茄叢矮病毒(TBSV)復制酶復合體的一個組分，通過提高復制輔助因子p33 的穩(wěn)定性來促進病毒復制.從釀酒酵母中分離出的一個突變體eEF1AT22S，表現(xiàn)為p33 的半衰期縮減，病毒復制受阻［53］.以上研究結(jié)果表明，eEF1A 對病毒復制具有重要作用.病毒的復制由一系列程序化事件組成，eEF1A 可能幫助維持了這種程序.

6 展 望

綜上所述，eEF1A 是一類具有多種生物學功能的重要調(diào)控蛋白.對于eEF1A 生物學功能的研究具有重要的應用價值.由于eEF1A 參與調(diào)控細胞凋亡，為腫瘤疾病的防治提供了新的策略和靶點，經(jīng)工程改良的eEF1A 很可能成為腫瘤治療的重要藥物.同時，eEF1A 也參與心血管系統(tǒng)的調(diào)節(jié)，為相關(guān)疾病的防治提出了新的思路［54］.eEF1A 作為細胞內(nèi)含量第2 高的蛋白質(zhì)，其基因的表達必定由強啟動子啟動，該啟動子可用來提高外源基因的表達和一些蛋白質(zhì)的工業(yè)生產(chǎn)［55］.另外，eEF1A 還可作為玉米、大麥和高粱胚乳賴氨酸含量的指示物，谷物籽粒的賴氨酸含量是判斷其營養(yǎng)價值的重要指標［56］.

目前，有關(guān)eEF1A 生物學功能的證據(jù)主要來自于酵母和哺乳動物，對于植物eEF1A 的生物學功能和作用機制知之甚少.因此，對于植物eEF1A的研究還有待進一步深入.

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