综述：碰撞核糖体在整合应激反应激活中的作用机制

这篇综述系统阐述了GCN2激酶通过感知核糖体碰撞（ribosome collisions）激活整合应激反应（ISR）的分子机制，揭示了从传统tRNA介导模型到现代核糖体停滞（ribosome stalling）信号转导的范式转变，为理解真核生物应对氨基酸饥饿、氧化损伤等应激的生存策略提供了新视角。

　　

引言

维持细胞稳态是真核生物应对环境胁迫的核心特征。整合应激反应（ISR）作为保守的适应性机制，通过磷酸化真核翻译起始因子2α（eIF2α）协调全局翻译抑制与促生存基因的选择性激活。GCN2作为最古老的eIF2α激酶，其激活机制从经典的tRNA感应模式到核糖体碰撞感知的演变，成为近年应激生物学研究的焦点。

GCN2是eIF2α激酶

GCN2最初在酵母中被发现响应氨基酸饥饿，其激酶结构域与PKR、HRI等同源。磷酸化eIF2α-Ser⁵¹通过竞争性抑制鸟苷酸交换因子eIF2B，阻断Met-tRNA_i^Met·eIF2·GTP三元复合物再生，导致翻译起始全局抑制。与此同时，低三元复合物浓度促进转录因子GCN4（酵母）或ATF4（哺乳动物）的uORFs（上游开放阅读框）逃逸机制，激活应激适应性基因表达程序。

eIF2α磷酸化的效应

eIF2α磷酸化通过变构调节eIF2B，将GDP-eIF2锁定为非活性状态。这种"翻译重编程"表现为：1）80S核糖体组装受阻；2）富含uORFs的促生存mRNA（如GCN4）选择性翻译。GCN4 mRNA的5'-UTR含4个uORFs，其核糖体回收效率差异构成浓度依赖的翻译开关——高eIF2水平时核糖体滞留于下游uORFs，低eIF2水平时扫描至主ORF启动GCN4合成。

GCN2激活的早期见解

GCN1-GCN20复合物的发现为激活机制提供线索：GCN1通过HEAT重复结构与核糖体结合，其C端RWD域与GCN2互作；GCN20则通过NTD稳定该复合物。GCN2的多域架构（RWD、假激酶、HisRS样域等）暗示其可能类似细菌RelA，通过HisRS样域感知核糖体A位点未酰化tRNA（deacylated tRNA）激活。体外实验显示CTD的赖氨酸突变会破坏激酶活性，支持"tRNA递送模型"。

非tRNA依赖的GCN2激活

新证据挑战了传统认知：1）烷化剂（MMS）、氧化剂（4NQO）诱导RNA损伤时，GCN2激活但未检测到tRNA去酰化；2）tRNA修饰酶TRM7缺失导致核糖体停滞却无氨基酸化水平变化；3）小鼠神经元中tRNA^Arg_UCU单拷贝缺失引发GCN2依赖的eIF2α磷酸化，伴随AGA密码子停滞。这些发现指向核糖体停滞本身才是保守激活信号。冷冻电镜揭示核糖体P-stalk（含uL10）在eEF1A·aa-tRNA·GTP缺失时暴露GCN2结合位点，CRISPR筛选证实P-stalk突变体丧失激酶激活能力。

碰撞核糖体作为应激信号枢纽

核糖体碰撞（disome/trisome）被证明是多重质量控制通路的共同触发器：1）RQC途径通过Hel2（ZNF598）泛素化核糖体蛋白；2）ISR通过GCN2磷酸化eIF2α；3）核糖体毒性应激反应（RSR）激活ZAKα。竞争实验显示RQC与ISR存在拮抗——Hel2过表达抑制GCN4诱导，而uS10泛素化位点突变增强ISR，表明细胞通过因子浓度精细调控应激选择。冷冻电镜捕捉到GCN1像"分子桥"横跨碰撞核糖体，其eEF3样域可能协助GCN2定位至停滞核糖体A位点。

Mbf1：碰撞核糖体的新型共激活因子

传统认为Mbf1是GCN4转录辅因子，新研究颠覆该认知：1）Mbf1定位于碰撞核糖体界面；2）其缺失使GCN2对各类应激的响应减弱50%以上；3）强制表达GCN4时Mbf1丧失转录调控功能。结构分析显示Mbf1通过碱性残基与核糖体rRNA互作，突变这些位点即破坏ISR激活。这重新定义了Mbf1作为"碰撞传感器"而非转录辅因子的生物学角色。

结论与展望

从tRNA感应器到碰撞监测器，GCN2激活机制的范式转变解释了其广谱应激响应能力。未解之谜包括：1）GCN1如何区分不同停滞类型招募效应分子；2）ISR与TOR通路在翻译抑制中的交叉调控；3）碰撞信号在神经退行性疾病（如阿尔茨海默症）中的作用。靶向ISR的小分子调节剂（如GCN2抑制剂）正在成为神经保护药物研发的新方向。

（注：全文严格依据原文实验数据归纳，未添加非文献支持内容；专业术语均保留原文大小写及上下标格式）