真核翻译延伸因子eEF1A 功能研究进展

何天琦，卢松岩，朱东韦，裴翊峰，鄢雨晴，董 浩

（1. 吉林农业大学 生命科学学院，吉林 长春 130118；2. 吉林省动物疫病预防控制中心，吉林 长春 130062）

延伸因子（Elongation factors，EF）是在mRNA 翻译时促进多肽链延伸的蛋白质因子，在原核生物和真核生物中并不相同。原核延伸因子分为EF-Tu、EF-Ts 及EF-G3 种，主要在原核细胞翻译时发挥作用。真核细胞的延伸因子包括eEF1 和eEF2。eEF1的作用相当于原核生物的EF-Tu 和EF-Ts，eEF2 相当于EF-G。真核翻译伸长因子1A （Eukaryotic translation elongation factor，eEF1A）是蛋白质合成中含量最高的因子之一，在机体内其含量仅次于肌动蛋白，占总蛋白量的2%左右[1]。两个eEF1A 和一个eEF1B 构 成eEF1 复 合 物， 同 时eEF1B 又 包 括eEF1B2、eEF1D 和eEF1G。eEF1A 负责将除启动子和硒代半胱氨酸外的所有氨酰tRNA 传递到核糖体[2]。除了在多肽链延伸中的作用外，eEF1A 在真核生物，包括酵母、植物和哺乳动物中还具有独特的细胞和病毒活性。

eEF1A 不仅遗传和表达非常保守，而且对不同生物来说功能也十分相似。一方面，eEF1A 能与新生肽链结合，具有与胞质中不能正确折叠的蛋白相互作用的功能，从而降解折叠错误蛋白质；另一方面，它还参与了细胞凋亡及病毒复制等过程。同时，eEF1A 在肿瘤及疾病的防治方面均发挥了重要作用。当前关于eEF1A 的研究报道比较广泛，但具体作用机制并不明确。为了后续更明确了解eEF1A的作用机制以及更快发掘eEF1A 潜在的功能，主要对eEF1A 研究现状进行阐述，为后续研究提供理论参考。

1 eEF1A 与蛋白质翻译

蛋白质生物合成也称为翻译（Translation），是一个非常复杂的生命现象。蛋白质在翻译后其生物化学官能团包括醋酸盐、磷酸盐、不同的脂类及碳水化合物等会附在蛋白质上从而改变蛋白质的化学性质，或是造成结构的改变，来扩展蛋白质的功能。其修饰如磷酸化，是控制蛋白质活动机制的一部份。延伸因子的化学本质都是蛋白质，eEF1A 属于GTP 结合蛋白家族，在蛋白质生物合成及翻译过程中促进氨基酰基tRNA 与核糖体A 位点的GTP 结合。此外，eEF1A 的GTP 活性也被用来提高密码子识别的准确性。

1.1 eEF1A 与蛋白质修饰

从对eEF1A 的初步了解和分析过程中发现其具有各种生理及生化作用，证实eEF1A 在所有的翻译因子中被赋予了蛋白质合成之外的大部分功能。军团菌是一种致病性革兰氏阴性细菌，可在真核细胞内繁殖。Yury 等人研究发现嗜肺军团菌的一个效应因子是葡萄糖基转移酶Lgt1，它可以在哺乳动物翻译延伸因子eEF1A 中通过对丝氨酸的修饰抑制蛋白质合成并减少细胞死亡数量，与此同时该研究发现在真核生物中eEF1A 丝氨酸53 位发生的糖基化可以抑制蛋白质的生物合成，更进一步说明了翻译延伸因子由于发生糖基化修饰而与其他蛋白质或因子相互作用，进而影响蛋白质的翻译[3]。赖氨酸甲基化在组蛋白上大量存在，在真核延长因子1A 等许多非组蛋白上也很常见，是染色质状态和基因活性的动态调控因子。真核生物翻译延伸因子eEF1A 的α亚基同样含有几个甲基化赖氨酸。如酿酒酵母中的eEF1A 含有4 个甲基化赖氨酸残基，即Lys-30、Lys-79、Lys-316 和Lys-390，其中两个也在人类eEF1A 中发现，即Lys-79 和Lys-316。同时人类eEF1A 中含有几种酵母蛋白中未发现的甲基化赖氨酸，即赖氨酸-36、赖氨酸-55 和赖氨酸-165。人甲基转移酶METTL21B 是一种高度特异性的酶，能够修饰lys-165 位点使eEF1A 发生甲基化，该修饰为脊椎动物特有的一种修饰[4]。随后Magnus 等人研究发现METTL21B 介导的eEF1A 甲基化具有高度的动态性，并在翻译水平上影响基因表达[5]。然而，人类eEF1A 赖氨酸甲基化的功能和意义并不明确，随着现代技术如基因编辑（CRISPR Cas9）的发展，也已经为研究因赖氨酸甲基化影响eEF1A 的典型和非典型功能奠定了基础。

1.2 eEF1A 与细胞骨架

细胞骨架（Cytoskeleton）是指真核细胞中的蛋白纤维网络结构，主要由微管、微丝和中间纤维组成。在真核细胞中细胞骨架作为细胞器的一种，不仅对维持细胞的基本形态结构起着至关重要的作用，同时还参与许多重要的生命活动，如有丝分裂中牵引染色体分离，在胞质运输中帮助各类小泡和细胞器定向转运等等。胰腺β细胞是一种促进有丝分裂影响细胞凋亡的因子。甲状腺激素不仅能与葡萄糖共同调节胰岛素的分泌，而且能够调节胰腺β细胞的活力。在甲状腺激素与胰腺β细胞的相互作用的研究中Goulart-Silva 等人发现胰岛素转录物与细胞骨架的正确结合是通过eEF1A 蛋白和肌动蛋白的相互作用实现的[6]。在甲状腺功能衰退时细胞骨架结合的eEF1A 蛋白明显减少，由此证实了eEF1A对于将转录物附着于细胞骨架是必需的，进而调节转录的稳定性和翻译速率。翻译延伸因子eEF1A 不仅是影响翻译的重要蛋白，同时影响着蛋白质的翻译及细胞骨架的稳定。其中mRNA 与细胞骨架的关联在靶向机制以及mRNA 从细胞核到细胞质中正确位置的转运中起重要作用。大量研究已经证明了mRNA、多核糖体和翻译因子与细胞骨架结构有关[7-10]。mRNA 的靶向作用和局部蛋白质合成对于细胞极性的产生和维持是重要的。Liu 等人研究发现eEF1A 可以与F-肌动蛋白和β-肌动蛋白mRNA 产生靶向作用，证实了这种靶向作用对于维持细胞骨架的稳定及蛋白质的翻译起着至关重要的作用[11]。

2 eEF1A 与细胞凋亡

细胞凋亡是细胞的一种基本生物学现象，在多细胞生物去除不需要的或异常的细胞中起着必要的作用。它在生物体的进化、内环境的稳定以及多个系统的发育中起着重要的作用。细胞凋亡不仅是一种特殊的细胞死亡类型，而且具有重要的生物学意义及复杂的分子生物学机制。eEF1A 在细胞凋亡过程中起到重要作用。eEF1A 的两种亚型eEF1A1 和eEF1A2 虽然编码基因不同，但是氨基酸序列约有90%以上的同源性。在高等脊椎动物的发育过程中eEF1A1 大量表达，但在成体肌肉和心脏中表达量很低甚至不表达，而eEF1A2 的表达水平不仅在成体肌肉和心脏中较高，在其他细胞类型中如大型运动神经元、胰腺中的胰岛细胞和肠道中的神经内分泌细胞中也是如此。

2.1 eEF1A 抑制细胞凋亡

细胞的增殖和死亡对细胞正常的生长和维持机体稳定性具有重要作用。不正常的细胞凋亡可以导致自身免疫和恶性肿瘤的发生。研究表明eEF1A1可以抑制细胞凋亡。Liu 等人研究发现下调eEF1A1可抑制OGD 诱导的JNK 通路的激活从而抑制细胞凋亡，证明eEF1A1 通过抑制内皮细胞凋亡而在脑缺血损伤中具有同HSC70 类似的保护作用[12]。在研究eEF1A1 特异性抑制剂基础上发现，翻译延伸因子可以减轻脂肪酸诱导的细胞死亡，从而证明eEF1A 可以抑制细胞凋亡[13]。Peroxiredoxin-1（Prx-1）是一种在所有哺乳动物细胞中都普遍表达的蛋白质，能够保护细胞免受氧化应激反应。eEF1A 可以与Prx-1 直接作用，通过下调caspase-3 和caspase-8 激活来保护细胞进而抑制细胞凋亡[14]。

2.2 eEF1A 促进细胞凋亡

许多研究证实了eEF1A1 可以抑制细胞凋亡，降低eEF1A1 的表达也能够诱导细胞凋亡。Borradaile等人通过对氧化应激、内质网应激和诱导脂肪毒性心肌病小鼠模型中eEF1A1 表达分析，发现沉默eEF1A1 的表达会破坏肌动蛋白细胞骨架并产生棕榈酸盐的反应，这表明eEF1A1 通过改变细胞骨架的结构，介导了脂肪毒性细胞的凋亡，随后证实了引起细胞凋亡的原因是通过氧化和内质网应激诱导[15]。Abbas 等人研究发现抑制巨噬细胞内eEF1A 表达后，核质转运增强，线粒体细胞色素c 释放减少，tRNA与细胞色素c 结合增加，最终导致caspase 活化受到抑制，说明抑制eEF1A 表达能够引起细胞凋亡[16]。周淑亭等人研究发现通过靶向翻译延伸因子eEF1A的shRNA 进而抑制eEF1A1 表达可以诱导细胞凋亡，进而研究了eEF1A1 的表达对肝癌细胞增殖的影响[17]。杜玉文研究发现miR-663 可以靶向eEF1A2发生相互作用进而促进胰腺癌细胞的凋亡[18]。总而言之，eEF1A 在细胞凋亡过程中起到了不可忽视的作用。

3 eEF1A 与病毒复制

病毒不仅体积非常微小，而且结构极其简单，同时病毒同所有的生物一样具有遗传、变异、进化的能力。病毒具有高度寄生性，获取生命活动所需的物质和能量以及能量和代谢完全依赖宿主细胞。病毒一旦遇到宿主细胞它会通过吸附、侵入、复制、装配、释放子代病毒而显示典型的生命体特征，所以病毒是介于生物与非生物的一种原始的生命体。

3.1 eEF1A 促进病毒的复制

大多数病毒的复制都需要宿主蛋白的参与，eEF1A 作为细胞内最重要的功能蛋白之一，不仅参与很多病毒的复制过程，而且在其中发挥重要的作用。由于eEF1A 可以与氨酰-tRNA 结合，许多RNA病毒序列中存在类似aa-tRNA 的结构，正由于存在这种特异性的结合，从而更能够说明eEF1A 能够影响病毒的复制。关于番茄斑驳枯萎病病毒（Tomato spotted wilt virus，TSWV）的研究表明真核延长因子eEF1A 是促进TSWV 转录和复制的宿主因子，eEF1A抑制剂的存在降低了RNA 的合成，说明eEF1A 在TSWV 的RNA 合成中起到促进作用[19]。另外，有关烟草花叶病毒（Tobacco mosaic virus，TMV）的研究发现当真核翻译伸长因子1A（eEF1A）或1B（eEF1B）被沉默后，病毒膜蛋白的含量降低且病毒的传播明显受到抑制，表明eEF1A 和eEF1B 都是TMV 感染所必需的宿主因子，并且能够促进病毒复制[20]。Davis 研究发现eEF1A 与西尼罗病毒基因组RNA 的3 端茎环之间能够发生相互作用，进而可以促进病毒负链RNA 合成[21]。Daniel 等人通过对人类免疫缺陷病毒（Human immunodeficiency virus，HIV）的 研 究 发 现HIV-1 逆转录酶（RT）和细胞真核翻译延伸因子1A（eEF1A）之间存在相互作用，并且在HIV-1 复制过程中十分重要，通过破坏这种相互作用可以抑制HIV-1 的脱壳、逆转录和复制，从而说明eEF1A 在HIV 的复制中起到促进作用[22]。Li 等人研究同样发现eEF1 复合物与HIV-1 逆转录复合物（RTC）相关。eEF1 和RTC 之间是通过eEF1 中的一个亚基eEF1A和逆转录酶之间相互作用而结合，随后这种相互作用被证实了可以影响HIV 的逆转录和复制，说明eEF1A 可作为一种潜在的新型药物靶点[23]。

3.2 eEF1A 抑制病毒的复制

研究表明eEF1A 不仅能够促进病毒的复制，而且能够抑制病毒的复制。明凡研究发现人源翻译延伸因子eEF1A 能够抑制禽源流感病毒在A549 细胞上的增殖，进而降低病毒的复制，进一步证明翻译延伸因子可能作为禽流感病毒感染人过程中的关键作用因子[24]。有关呼吸道合胞体病毒（Respiratory syncytial virus，RSV）研究发现通过结合N 蛋白证实eEF1A 与RSV 复制复合物之间可以发生相互作用，从而促进基因组RNA 的合成和病毒的产生，进一步证明了下调eEF1A 可以抑制病毒基因组RNA 的表达及病毒的释放[25]。Li 等人研究发现eEF1A 能够与经典猪瘟病毒（Classical swine fever virus，CSFV）NS5A蛋白发生蛋白互作，并对CSFV 的复制及增殖具有抑制作用[26]。

总而言之，病毒的复制是一个十分复杂的过程，翻译延伸因子eEF1A 在病毒的复制中发挥着十分重要的作用。一方面eEF1A 可以通过与RNA 的某一段序列或特殊结构相结合进而影响病毒的复制；另一方面可以与多种宿主蛋白相互作用对病毒的复制起到影响。同时，eEF1A 的表达量上调或下降也对病毒的复制至关重要，但其具体作用机理尚不明确。

4 eEF1A 与肿瘤

真核翻译延伸因子在不同肿瘤的发生和发展过程中所起的作用现已引起广泛关注。真核翻译伸长因子eEF1A1 和eEF1A2 不仅是翻译因子，也是在人类肿瘤包括乳腺癌、卵巢癌和肺癌中高度表达的多效性蛋白。近年来对eEF1A 蛋白的研究结果表明eEF1A 蛋白在肿瘤的发生发展中起着重要的作用。eEF1A1 不仅对维持细胞骨架稳定性起重要作用，还能影响细胞增殖甚至死亡，相比eEF1A1 来说eEF1A2 蛋白的过表达更能促进肿瘤的发生。eEF1A1 的失活可能导致机体出现免疫缺陷并能促进细胞凋亡。

在人类中，eEF1A 亚型的氨基酸序列几乎相同，只有在第二亚型中存在一个添加的C 端氨基酸残基时，氨基酸序列长度不同。尽管具有90%以上的序列一致性，但可能具有不同的功能。eEF1A1 已被证明参与包括肌动蛋白结合和捆绑、凋亡、核转运、蛋白酶体介导的受损蛋白降解、热休克和转化等过程，还有研究发现在人类机体eEF1A2 过表达时具有致癌特性[27]。张文明等人通过对eEF1A1 与肝癌侵袭转移影响机制的研究发现，肝癌细胞中eEF1A1 正向调控NOB1 的表达，进而可以影响肝癌细胞的侵袭和迁移[28]。Kobayashi 研究发现真核翻译伸长因子eEF1A1 表达下调消除了由受损染色体凝聚产生的四倍体细胞，这是一种不同于caspase 依赖的细胞凋亡的新型细胞死亡方式，而这种新的细胞死亡机制有助于消除异常的四倍体细胞和抑制肿瘤的发生[29]。丁沐然等人通过对人翻译延伸因子eEF1A1 及肺癌细胞H1299 的研究发现eEF1A1 的高表达可显著提高H1299 细胞对阿霉素和紫杉醇的耐受性，进而证明eEF1A 在肿瘤发生过程中具有重要作用[30]。然而，翻译延伸因子在不同癌症中的表达水平和意义仍未能得到充分的研究，eEF1A1 和eEF1A2 两种亚基具体功能目前尚不能完全确定，潜在的致癌机制仍需要进一步的探索。

5 展 望

综上所述，eEF1A 是一种具有十分复杂生物学功能的蛋白。eEF1A 能够影响蛋白质的翻译，也可以作为一种肌动蛋白结合蛋白来维持细胞骨架的稳定。一方面eEF1A 能作为病毒感染细胞时的宿主因子，在病毒感染宿主细胞时发挥一定的作用；另一方面eEF1A 的大量研究结果在一定程度上揭示了其可能参与更多的生命过程，包括可能作为细胞通路中的重要因子影响细胞通路之间的重要通信，进一步阐明蛋白质合成翻译以及与细胞死亡间的联系而影响基因表达。eEF1A 可以调控并参与细胞内的重要的生理代谢过程，可以为肿瘤的治疗和疾病的预防提供新的靶点和治疗策略[31-32]。

目前，国内外对eEF1A 的研究已经比较深入，大量研究表明宿主细胞内的eEF1A 可以与外来病毒蛋白发生互作，从而抑制病毒的复制。通过研究eEF1A 与动植物病毒复制的关系，可以为种植业和畜牧业提供更有针对性的防治病毒的手段。也有研究发现eEF1G能够在甲型流感病毒复制的过程中起到重要作 用，eEF1G 是通 过C 端 与eEF1B2 和eEF1D 相 连接，eEF1B2 和eEF1D 分别与eEF1A 连接，从而证明了eEF1G 的C 端区对于蛋白质的表达至关重要[33]。然而，关于翻译延伸因子是否还具有其他的特殊功能尚不能完全明确。因此，进一步研究其功能以及在生物内的作用机制还是十分必要的。