人类胰岛素受体mRNA内蕴核糖体进入位点的功能验证与机制探索

《Nucleic Acids Research》：Editor’s Note on ‘The human insulin receptor mRNA contains a functional internal ribosome entry segment’

本刊编辑针对2009年发表的胰岛素受体(IR)mRNA内部核糖体进入片段(IRES)功能研究发布说明，该研究通过核糖体结合实验证实IR mRNA存在非帽依赖翻译机制，为解决肿瘤细胞中胰岛素信号通路异常调控问题提供新视角，对理解II型糖尿病和癌症的分子病理具有重要意义。

　　

在真核生物中，mRNA的翻译通常依赖于5'端帽子结构识别机制，但在应激条件下某些基因能够通过内部核糖体进入位点(Internal Ribosome Entry Site, IRES)实现非帽依赖的翻译起始。这一机制在病毒基因表达和细胞应激反应中已有深入研究，然而在人类重要受体基因中的存在与否仍存争议。胰岛素受体(Insulin Receptor, IR)作为代谢调控的核心分子，其表达异常与2型糖尿病和多种癌症密切相关。传统理论认为IR表达主要受转录水平调控，但研究人员发现即使在整体翻译抑制的应激状态下，IR蛋白仍能维持一定表达水平，这提示可能存在非经典翻译调控机制。

为验证这一假设，Keith A. Spriggs等研究团队在《Nucleic Acids Research》发表论文，系统探究了人类IR mRNA是否包含功能性IRES。研究通过构建含IR mRNA 5'非翻译区(5'UTR)的双顺反子报告载体，利用双荧光素酶报告系统证实了IRES活性；采用核糖体结合实验证明核糖体可直接结合IRES区域；通过RNA结合蛋白筛选发现hnRNPK和PTB等蛋白参与调控；最后利用小干扰RNA(siRNA)敲低技术验证这些蛋白对IR翻译的关键作用。

关键技术方法包括：双顺反子报告基因系统检测IRES活性、体外翻译实验分析核糖体结合机制、凝胶阻滞实验(EMSA)验证RNA-蛋白相互作用、RNA干扰技术筛选调控蛋白。所有实验均使用标准分子生物学方法，细胞模型为常用的人胚肾HEK293细胞系。

研究结果

双顺反子载体验证IRES功能

通过精巧设计的双顺反子载体，研究人员将IR mRNA的5'UTR插入两个报告基因之间，发现下游报告基因表达显著增强，证明该区域具有驱动内部翻译起始的能力。对照实验排除隐蔽启动子干扰，突变分析确定IRES核心序列位于+1至+300核苷酸区域。

核糖体与IRES直接结合的证据

采用蔗糖密度梯度离心分离核糖体复合物，显示IRES RNA可与40S核糖体亚基直接结合。体外翻译实验进一步证实，在帽子结构抑制剂存在下，IRES仍能启动蛋白合成，说明其不依赖经典帽结合蛋白eIF4E。

RNA结合蛋白的调控网络

通过RNA亲和层耦联质谱分析，鉴定出hnRNPK、PTB1、nPTB等多个可与IRES特异性结合的蛋白。凝胶阻滞实验显示这些蛋白可形成特异的RNA-蛋白复合物，且结合强度受细胞应激状态影响。

功能验证与病理意义

在葡萄糖剥夺的代谢应激模型中，IR IRES活性显著上调，而传统帽依赖翻译普遍抑制。通过siRNA敲低hnRNPK表达后，IR蛋白合成明显受阻，证明该蛋白是维持IRES功能的关键因子。这一发现为解释糖尿病中胰岛素抵抗现象提供了新机制。

研究结论与讨论

本研究首次证实人类IR mRNA包含功能性IRES元件，揭示其在代谢应激条件下维持IR表达的重要作用。hnRNPK和PTB等RNA结合蛋白构成的调控网络，可能成为连接细胞应激与胰岛素信号通路的新枢纽。该发现不仅深化了对mRNA翻译调控机制的理解，还为2型糖尿病和癌症等疾病的治疗提供了潜在新靶点。值得注意的是，由于原始数据缺失，编辑建议读者审慎评估文中部分图像证据，但核心结论仍为后续研究奠定了重要基础。