蛋白质合成是生命体内极其重要且高度精密的过程，在细菌等生物体中由核糖体来完成。传统观点认为，核糖体能够高效且准确地翻译大部分mRNA序列直至遇到终止密码子，进而释放完整的肽链结束翻译。然而，近年来科学家们发现某些新生肽链本身能与核糖体内部的出口通道相互作用，诱导翻译停滞甚至阻断翻译终止，有效调控基因表达。最新研究揭示了一种名为PepNL的迷你发夹肽，这种仅由十四个氨基酸组成的小肽能通过与核糖体释放因子发生相互作用，独特地阻断蛋白质翻译的终止阶段，其机制与以往研究的肽截然不同，具有重要的生命科学研究和应用价值。 PepNL肽的发现来自于对大肠杆菌中大量未注释小开放阅读框（sORFs）的筛选。研究人员通过过表达不同sORFs观察细胞生长抑制表型，结合质谱和蛋白质组学深度分析，确定了PepNL和NanCL这两个新型的核糖体停滞肽（RAPs）。
PepNL在翻译至UGA终止密码子时能够诱导以释放因子RF2为核心的翻译终止过程受阻。进一步利用冷冻电子显微镜技术（cryo-EM）解析了PepNL肽被合成时停滞肽核糖体的高分辨率三维结构，发现其折叠为一种迷你发夹形态，N末端折回靠近核糖体出口通道入口，导致肽链C末端构象发生扭曲。 这种迷你发夹形态不仅稳定了新生肽在出口通道中的特殊构象，还对释放因子RF2的关键催化GGQ序列造成了空间上的阻碍，阻止其正确进入肽酰转移酶中心（PTC），最终抑制翻译终止过程。研究中证实，PepNL肽中第13位异亮氨酸（Ile13）是造成与RF2催化位点空间冲突的罪魁祸首。此类非典型的构象重排不仅阻断了肽链释放，还引发释放因子RF2的结构变化，使其处于不可催化的非活动构象，从而达到翻译终止的抑制效果。 PepNL肽机制的独特性还体现在其调控方式上，传统的感应型RAP如TnaC肽，需要依赖环境中某些分子（如色氨酸）作为“诱导剂”才能实现停滞功能，而PepNL本身无需诱导剂便能形成该折叠阻断释放因子。
然而，PepNL调控中存在一种以静默阅读（读穿）作为“阻断抑制因子”的机制：当细胞内色氨酸（Trp）水平充足时，Trp-tRNATrp能使核糖体识别UGA终止密码子为编码色氨酸的密码子，从而实现终止密码子的读穿，模块翻译继续向下游开放阅读框延伸，避免PepNL介导的终止阻断。此读穿机制使得PepNL调节翻译终止停滞的效应得以动态平衡，成为一种新颖的生理调控策略。 科学研究还揭示，PepNL肽的这一精巧结构形成过程可能并非同步发生于肽链合成的每一时刻。Trp-tRNATrp更可能在PepNL肽迷你发夹尚未完全折叠之前介导读穿，从而防止停滞的发生。一旦迷你发夹结构完成形成，反而阻碍继续读穿以及释放因子的结合，导致翻译结束延迟或者翻译停滞。结合这一时间依赖性和构象依赖的独特机制，PepNL显现出细胞在环境氨基酸浓度改变时对蛋白质合成终止环节进行调控的高级策略。
PepNL肽上游与下游基因之间也存在显著的功能关联。PepNL肽翻译引发的核糖体停滞可调控其下游编码氨基肽酶PepN的表达，PepN在细胞降解寡肽和全长多肽中发挥重要作用，协助细菌针对营养匮乏环境进行氨基酸补充和代谢适应。这种调控为细菌繁殖和环境适应提供了精密的分子基础，展示了翻译调控在基因表达调节中不可替代的功能。 此外，PepNL的研究推动了人们对核糖体出口通道中肽链构象和核糖体功能间复杂相互作用的认识。核糖体出口通道虽结构紧凑，负电荷密布，但仍能识别和响应特定肽链的空间构象，诱导翻译阻滞、靶向释放因子或翻译延伸调控。PepNL迷你发夹式折叠是迄今报道的第一种将肽链N端折返朝向通道入口的独特构象，拓展了核糖体与新生肽间相互作用的结构多样性和分子机制深度。
同理，PepNL机制也启发了合成生物学和药物开发的新思路。通过设计具有特定构象和功能的短肽段，有望调控翻译效率，实现对蛋白质表达的精准控制，亦可作为抗生素的新靶点，协助筛选或设计干预核糖体终止阶段的新型药物。此类基于核糖体-新生肽交互的调控机制有望在未来的基因表达调控工具和抗菌策略开发中发挥广泛作用。 当下，除了PepNL和NanCL，研究团队还鉴定了多个潜在的小开放阅读框编码的核糖体停滞肽，提示细胞内这一翻译调控网络或远比现有认识复杂，涉及环境感应、代谢反馈及生理状态适应等多重层面。未来通过结合高通量核糖体分析、质谱技术以及结构生物学方法，将进一步解密此类“小肽调控”序列的存在谱及其功能机制，对理解生命分子合成调控和演化提供关键视角。 综上，迷你发夹肽PepNL通过形成紧凑的折叠结构，阻断核糖体释放因子RF2的催化活性，实现独特的翻译终止阻断机制。
其依赖于肽链构象与核糖体内部空间重排，结合环境中氨基酸的调控，实现了一种新颖的基因表达调节方式。该发现不仅深化了对蛋白质合成后期调控机制的理解，也为转录后调控机制及抗菌策略提供了重要启示，未来相关领域的研究有望带来更多突破和创新。
