综述：人类线粒体翻译调控的新兴机制

《TRENDS IN Biochemical Sciences》：Emerging mechanisms of human mitochondrial translation regulation

这篇综述聚焦于线粒体翻译调控。线粒体翻译可精准控制细胞器基因组编码的疏水蛋白合成，其在 mRNA 翻译的起始、延伸、终止和循环各阶段都受调控。研究揭示了 mRNA 结构、翻译因子等相互作用的调控机制，有助于深入理解线粒体基因表达。

　　

线粒体翻译调控：细胞能量工厂的精密 “指挥家”

在细胞这个微观世界里，线粒体堪称能量生产的 “核心工厂”，负责为细胞各项生命活动供应能量。线粒体拥有自己的基因组，能够独立合成部分蛋白质，这一过程中的线粒体翻译调控，就像是一位精密的 “指挥家”，精准把控着蛋白质合成的节奏与质量。

线粒体翻译调控在 mRNA 翻译的各个阶段 —— 起始、延伸、终止和循环，都发挥着至关重要的作用。这一调控过程，实现了对由细胞器基因组编码的疏水蛋白合成的精确控制，这些疏水蛋白在细胞膜插入、积累，最终组装形成氧化磷酸化（OXPHOS）复合物，是细胞产能的关键环节。

mRNA 结构：调控的 “密码本”

mRNA 结构在整个线粒体翻译调控中占据着核心地位。近期研究借助先进的 mRNA 结构分析技术，发现 mRNA 就像一本隐藏着调控 “密码” 的 “密码本”。其特定的二级和三级结构，如同复杂的 “锁具”，只有特定的翻译因子 “钥匙” 才能匹配开启，从而启动或抑制翻译过程。例如，某些 mRNA 区域形成的茎环结构，能够阻碍核糖体的结合，让翻译起始无法顺利进行；而另一些结构则能招募特定的调控蛋白，引导核糖体精准定位到起始密码子，为翻译起始创造有利条件 。

翻译因子：调控的 “关键钥匙”

除了 mRNA 结构，专门的翻译因子也是线粒体翻译调控不可或缺的 “关键钥匙”。这些翻译因子种类繁多，功能各异。有些翻译因子能够识别 mRNA 上的特定序列，帮助核糖体准确找到起始位点，就像为迷失在 mRNA “迷宫” 中的核糖体指明方向；有些则在翻译延伸阶段发挥作用，协助 tRNA 顺利进入核糖体，确保氨基酸按照 mRNA 的编码顺序依次连接，如同为生产线精准运送 “零件”；还有一些翻译因子参与翻译终止和循环过程，当核糖体读到终止密码子时，它们能及时介入，让翻译过程有序结束，并协助核糖体重新开始新一轮的翻译工作 。

独特的调控机制：翻译过程的 “特殊指令”

线粒体翻译还存在一些独特的调控机制，如同下达给翻译过程的 “特殊指令”。其中，mRNA 编程的核糖体暂停现象尤为引人注目。在翻译过程中，核糖体有时会在 mRNA 的特定位置短暂停留，这种暂停并非偶然。一方面，它可能是为了等待合适的 tRNA 携带正确的氨基酸前来 “报到”，保证蛋白质合成的准确性；另一方面，也可能是为了调整翻译速度，避免蛋白质合成过快或过慢，影响后续的折叠和组装。

移码（frameshifting）也是一种有趣的调控机制。在正常情况下，核糖体沿着 mRNA 的密码子顺序依次读取进行翻译。然而，在某些特殊情况下，核糖体可能会发生移码，跳过或多读几个核苷酸，从而翻译出与正常序列不同的蛋白质。这种现象看似 “混乱”，实则是细胞应对特定环境或生理需求的一种策略，能够增加蛋白质组的多样性，为细胞提供更多的功能选择。

终止依赖的重新起始（termination-dependent re-initiation）同样不容忽视。当核糖体完成一次翻译到达终止密码子后，在特定条件下，它不会直接 “解散”，而是在终止因子的帮助下，重新回到起始位点，开始新一轮的翻译。这种机制有效地提高了 mRNA 的利用效率，使得有限的 mRNA 能够合成更多的蛋白质 。

双顺反子转录本与重叠开放阅读框：翻译调控的 “复杂谜题”

线粒体中存在双顺反子转录本，这一现象为翻译调控增添了更多复杂性。双顺反子转录本包含两个开放阅读框（ORFs），核糖体需要精准地在两个 ORF 之间切换，完成两种不同蛋白质的合成。而重叠开放阅读框的存在更是让调控变得如同解开一道 “复杂谜题”。由于两个 ORF 部分重叠，核糖体在翻译过程中需要巧妙地识别不同的起始和终止信号，确保两种蛋白质都能正确合成。这一过程涉及到 mRNA 结构、翻译因子以及多种调控机制的协同作用，目前仍有许多未解之谜等待科学家们去探索 。

线粒体翻译调控与疾病：健康的 “警示灯”

线粒体翻译调控一旦出现异常，就如同 “指挥家” 失去了节奏，会引发一系列疾病。因为线粒体蛋白质合成异常会影响 OXPHOS 复合物的组装和功能，导致细胞能量供应不足。例如，一些神经退行性疾病，如帕金森病、阿尔茨海默病等，就与线粒体翻译调控异常密切相关。在这些疾病中，线粒体翻译过程出现紊乱，影响了神经元的能量代谢，进而导致神经元功能障碍和死亡。此外，心血管疾病、糖尿病等代谢性疾病也与线粒体翻译调控的异常有关。通过深入研究线粒体翻译调控机制，我们有望找到这些疾病的潜在治疗靶点，为开发新的治疗方法提供理论依据 。

研究展望：探索线粒体翻译调控的 “未知领域”

尽管目前我们对线粒体翻译调控有了一定的了解，但这一领域仍存在许多未知等待我们去探索。未来的研究将聚焦于进一步解析 mRNA 结构与翻译因子之间的相互作用机制，深入探究各种调控机制在不同生理和病理条件下的变化规律。同时，随着技术的不断进步，如冷冻电镜技术的发展，我们将能够获得更精确的线粒体核糖体结构信息，这将有助于揭示线粒体翻译调控的更多细节。相信在未来，对线粒体翻译调控的深入研究将为生命科学和健康医学领域带来更多的突破和惊喜，为人类健康保驾护航 。