雙鏈RNA（dsRNA）是一種保守的病原相關分子模式，是病毒復制的標志物。dsRNA由被稱為模式識別受體（Pattern Recognition Receptor,PRR）的感受器識別。經典的dsRNA感受器包括內體中的 TLR3和細胞質中的RIG-I和MDA5等【1-3】。這些dsRNA感受器會觸發信號轉導，導致干擾素（interferon，IFN）和促炎細胞因子的表達和分泌。而干擾素作為一種自分泌和旁分泌因子，則與細胞表面的受體結合，啟動JAK/STAT 信號級聯反應，上調一系列抗病毒反應相關的基因表達，這些基因統稱為干擾素刺激基因（Interferon Stimulated Gene，ISG），它們可以干擾病毒生活史的幾乎所有階段【4,5】。

響應IFN信號的蛋白激酶 R（PKR，也稱為EIF2AK2）也是一個重要的dsRNA的感受器【6】。它可以被dsRNA激活，磷酸化翻譯起始因子eIF2亞基eIF2α的Ser51位點，阻斷eIF2三元復合物和43 S翻譯前起始復合物的形成，因此導致翻譯整體水平的抑制【7】。這個過程被稱為整合應激反應（Integrated Stress Response，ISR）。dsRNA誘導的ISR通常被視為一種抗病毒先天免疫機制，直接抑制病毒蛋白合成【8-10】。然而，由于這些發現和概念主要是在分化細胞中建立的，其在多能干細胞和早期胚胎中的適用性仍不明確。

越來越多的證據表明，未分化細胞和終末分化細胞對病毒和dsRNA刺激的反應存在顯著差異。多潛能的胚胎干細胞（ESC）和畸胎瘤細胞在病毒感染或模擬dsRNA的poly(I:C)處理后不會產生I型干擾素（IFNs）【11】。此外，這些細胞對外源性干擾素的反應也很弱【12】，這表明它們并不主要依賴于經典的IFN信號通路進行抗病毒反應。相反，一小部分內源性表達的ISGs保護干細胞免受病毒感染，但PKR并不在這些內源表達的ISG中【13】，這也引發了PKR是否參與早期發育階段翻譯調控的疑問。

2025年4月24日，山東大學生命科學學院邵明教授聯合中國科學院昆明動物研究所毛炳宇研究員和山東大學生命科學學院劉相國教授在Molecular Cell雜志發表了題為

Prkra dimer senses double-stranded RNAs to dictate global translation efficiency

斑馬魚胚胎本身是一團干細胞，易于通過顯微注射進行 dsRNA刺激，便于基因功能篩選，并且能輕松獲取大量材料進行生物化學分析，因此是進行這項研究的理想起始材料。dsRNA在斑馬魚早期胚胎中抑制蛋白質合成，整體翻譯活性在長dsRNA（>160 bp）刺激下甚至下降到正常水平的30%。核糖體印記分析（Ribo-seq）排除了dsRNA刺激對翻譯起始、延伸和終止過程的影響。實際上這種dsRNA引發的翻譯抑制類似于ISR，干擾了翻譯的預起始過程，早于核糖體裝載到mRNA上。然而，這種類似于ISR的現象并不依賴PKR和磷酸化的eIF2α（p-eIF2α），因為在PKR突變體胚胎中， eIF2α不能被磷酸化，但是翻譯抑制依然存在。

排除PKR后，作者進行了RNA pulldown結合質譜分析，發現了dsRNA相關的兩類關鍵性蛋白：dsRNA結合蛋白和翻譯起始因子eIF2和eIF2B。其中擁有三個串聯dsRNA結合域（dsRBD）的Prkra富集度和豐度都名列前茅。遺傳證據表明，Prkra缺失的斑馬魚胚胎感受dsRNA刺激的能力顯著減弱，dsRNA不能有效誘導翻譯抑制，提示Prkra才是干細胞中調控翻譯效率的dsRNA感受器。

在驗證Prkra結合dsRNA的凝膠遷移實驗（EMSA）中，研究人員意外發現Prkra-dsRNA復合物呈現階梯狀條帶分布，相鄰條帶的分子量正好相差約65 kD，相當于Prkra蛋白分子量的兩倍，提示Prkra主要是以二聚體的形式特異性結合dsRNA。進一步通過生化分析和AI預測，發現Prkra通過其前兩個dsRBD結合dsRNA，而dsRBD3則主要介導二聚化。Prkra的這種結合dsRNA能力和二聚化形式確保了其能在dsRNA上有序排列。

受RNA pulldown和質譜結果的啟發，研究者進一步發現Prkra在dsRNA存在的前提下特異性的結合eIF2，這種結合能力高度依賴Prkra蛋白dsRBD3結構域的二聚化。在dsRNA刺激后，Prkra二聚體能夠阻止eIF2組裝到40S核糖體亞基上，來減少43S翻譯起始前復合物（PIC）的形成，并最終實現翻譯抑制。

這種獨特的翻譯調控機制能夠高效抑制鯉春病毒（SVCV，一種負鏈RNA病毒）在斑馬魚胚胎中的復制。Prkra蛋白能夠結合SVCV病毒復制過程中生成的dsRNA，其缺失導致SVCV病毒在斑馬魚早期胚胎中爆發性復制。相反，PKR和干擾素系統在斑馬魚早期胚胎中并不能被SVCV和dsRNA激活。

值得注意的是，PRKRA的翻譯調控能力是跨物種保守的，它賦予哺乳動物胚胎和胚胎干細胞感知dsRNA的能力。同樣重要的是，在分化細胞系Neuro-2a中，PRKRA介導的翻譯調控機制也依然得到保留，它與PKR/p-eIF2α軸幾乎同等重要，協同實現翻譯抑制。

受動畫電影《哪吒之魔童降世》的啟發，PRKRA 在功能上類似于受人喜愛的結界獸，需要二聚化（配對）才能有效運作（上圖）。它們站在象征dsRNA 的A型雙螺旋的絲帶上，而它們交叉的法器則象征PRKRA dsRBD3的二聚化。由此形成的結界限制了代表 eIF2 復合體的哪吒，阻止這種強大的存在在翻譯過程中發揮作用。

總體而言，該工作揭示了一種長期被忽略的dsRNA感受機制和平行于ISR的翻譯調控機制，并且提示細胞分化過程中“dsRNA感受器轉換”現象的普遍存在。它特指在細胞分化過程中廣泛存在的dsRNA感受器從不激活干擾素的Prkra到激活或響應干擾素的RIG-I、MDA5、TLR3和PKR等的前后承接。研究這種轉換的生物學意義和其與細胞分化標志性事件的偶聯關系是未來非常有趣的研究方向，此外Prkra介導的應激反應是否可以用于發展新型的抗病毒和抗腫瘤的方法也值得高度關注。

山東大學生命科學學院邵明教授、中國科學院昆明動物研究所毛炳宇研究員、山東大學生命科學學院劉相國教授為本論文的共同通訊作者。山東大學生命科學學院博士生陸通為本論文的第一作者。

https://doi.org/10.1016/j.molcel.2025.04.005

制版人：十一

參考文獻

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