文章来源公众号：纯化大师                作者：玉珠隆磁珠

信号肽是位于蛋白质N端的一段短肽，充当至关重要的作用,它能被细胞内的信号识别颗粒（SRP）特异性识别，从而引导新合成的蛋白质靶向至内质网等膜性结构，并完成跨膜转运。这一过程是蛋白质分泌途径的起始关键，广泛应用于生物工程中以优化蛋白表达、提高产量并简化下游纯化。接下来，玉珠隆生物小编将详细介绍其作用机制及常见序列。

一、信号肽介绍
信号肽，也称为信号序列（Signal Sequence），是一段存在于蛋白质肽链N端的短肽（通常由1530个氨基酸残基组成）。它的主要功能是引导新合成的蛋白质到特定的细胞器或细胞膜，并最终使蛋白质分泌到细胞外。

核心作用机制（“邮递区号”理论）：
可以将信号肽理解为蛋白质上的一个“邮递区号”。其工作流程通常如下：

1.识别与结合：在细胞质中，核糖体开始合成蛋白质。当N端的信号肽一被合成出来，就会被一种称为信号识别颗粒（SRP, Signal Recognition Particle） 的核糖核蛋白复合物识别并结合。

2.靶向运输：SRP核糖体新生肽复合物被引导到细胞膜（原核）或内质网膜（真核）上的SRP受体（又称停泊蛋白）。

3.易位与穿膜：该复合物与膜上的蛋白质转运通道（如SecYEG复合物 in 原核；Sec61复合物 in 真核） 结合。核糖体将新生肽链通过这个通道“推”出膜外。

4.切除与成熟：当蛋白质穿过膜后，位于膜另一侧的信号肽酶（Signal Peptidase） 会在一个特定位点（ cleavage site ）将信号肽从成熟蛋白上精确地切割掉。

5.折叠与释放：被切除信号肽的成熟蛋白质在腔体内或细胞外正确折叠，最终发挥功能。而被切除的信号肽则被其他蛋白酶降解。

主要优点（在生物技术中的应用）：
提高蛋白产量：将目的蛋白分泌到胞外，可以避免胞内积累对宿主细胞造成毒性，从而提高表达量。

简化下游纯化：培养基中的成分远少于胞内裂解液，杂蛋白少，极大简化了纯化步骤，降低了成本。

促进正确折叠：真核细胞中，分泌到内质网腔的蛋白可以在分子伴侣帮助下进行正确折叠和二硫键形成，提高可溶性蛋白的比例。

获得天然N端：信号肽被切除后，成熟的蛋白质拥有与其天然状态一致的N端氨基酸序列。

二、常用的信号肽序列
选择哪个信号肽取决于宿主系统（原核/真核） 和目标蛋白本身的性质，通常需要通过实验筛选最高效的那个。

（一）原核表达系统（主要用于大肠杆菌 E. coli）
原核信号肽主要引导蛋白质穿过细胞内膜到达周质空间或培养基中。
1. PelB（来自欧文氏菌 Erwinia carotovora 的果胶酸裂解酶）
序列：MKYLLPTAAAGLLLLAAQPAMA
特点：在大肠杆菌中非常常用，高效，尤其常用于抗体scFv片段的表达。

2. OmpA（来自大肠杆菌的外膜蛋白A）
序列：MKKTAIAIAVALAGFATVAQA
特点：是大肠杆菌自身的高效信号肽，能将蛋白高效分泌到周质空间。

3. PhoA（来自大肠杆菌的碱性磷酸酶）
序列：MKQSTIALALLPLLFTPVTKA
特点：也是自身信号肽，效率很高。

4. MalE（来自大肠杆菌的麦芽糖结合蛋白）
序列：MKIKTGARILALSALTTMMFSASALA
特点：不仅引导分泌，本身也是一个常用的亲和纯化标签。

5. DsbA（来自大肠杆菌的硫氧还蛋白）
序列：MKKIWLALAGLVLAFSASA
特点：引导蛋白到周质空间，该环境有利于二硫键的形成，非常适合表达需要形成正确二硫键的蛋白。

6. HlyA（来自大肠杆菌的溶血素A）
序列：MKKVILLAVTMFVAFSVSQA
特点：这是一种特殊的I型分泌系统（T1SS） 信号，能直接将蛋白从胞质分泌到细胞外培养基中，无需停留在周质空间。这对于需要直接获得大量分泌蛋白的情况非常有用。

（二）真核表达系统（酵母、昆虫细胞、哺乳动物细胞）
真核信号肽引导蛋白质进入内质网（ER）腔，随后通过高尔基体进一步加工并分泌到胞外。
1. 酵母表达系统（如毕赤酵母 P. pastoris）
①αfactor（来自酿酒酵母的α交配因子）
序列：MRFPSIFTAVLFAASSALA
特点：这是在毕赤酵母中最常用、最强大的信号肽。它非常高效，能驱动重组蛋白大量分泌到培养基中。其前导序列较长，需要经过两次酶切（Kex2和Ste13）才能完全去除。

②PHO1 ( acid phosphatase )
来源：酿酒酵母的酸性磷酸酶。
序列: MALSSTTLLAVLTVASAHA
特点：一种组成型表达的强分泌信号，在某些情况下可作为α-factor的替代方案。

③SUC2 ( invertase )
来源：酿酒酵母的蔗糖酶。
序列: MLQSLLFLLFLFSCLSAVSA
特点：另一个高效的分泌信号肽。

2. 昆虫细胞表达系统（杆状病毒表达系统）
杆状病毒系统使用来自病毒或昆虫自身的强效信号肽来驱动高水平蛋白分泌。
①.gp67 Signal Peptide
来源：苜蓿银纹夜蛾核型多角体病毒（AcMNPV）的包膜糖蛋白gp67。
序列: MKLSLVAAMLFTATLAHA
特点：这是杆状病毒系统中最常用、最高效的信号肽之一，能实现高水平分泌表达。

②Honey Bee Melittin Signal Peptide
来源：蜜蜂蜂毒肽前体。
序列: MKFLVNVALVFMVVYISYIYA
特点：同样是一个非常强效的分泌信号，在许多商业载体中常见。

3. 哺乳动物细胞表达系统（如HEK293, CHO细胞）
哺乳动物细胞的信号肽通常来源于本身高水平分泌表达的天然蛋白。
①Immunoglobulinκ(Igκ) Light Chain Signal Peptide
来源：免疫球蛋白κ轻链。
序列: METDTLLLWVLLLWVPGSTGD 或 MDMRVPAQLLGLLLLWLPGARC
特点：非常通用和可靠，是哺乳动物表达载体中最常见的信号肽之一。它能高效引导抗体和多种其他重组蛋白的分泌。

②Human Serum Albumin (HSA) Signal Peptide
来源：人血清白蛋白。
序列: MKWVTFISLLFLFSSAYS
特点：来源于人体含量最丰富的血浆蛋白，其信号肽经过高度优化，效率很高。

③Trypsinogen Signal Peptide
来源：胰蛋白酶原。
序列: MDPNRCMLGTLLLLLTVLTVSHS
特点：另一个高效的分泌信号。

④Tissue Plasminogen Activator (tPA) Signal Peptide
来源：人组织纤溶酶原激活剂。
序列: MDAMKRGLCCVLLLCGAVFVSPS
特点：以极其高效的分泌能力著称，常被用于增强难表达蛋白的分泌水平。但需注意：其切割效率可能受到下游目标蛋白N端序列的影响，有时会导致N端不均一。

⑤Interleukin-2 (IL-2) Signal Peptide
来源：人白细胞介素-2。
序列: MYRMQLLSCIALSLALVTNS
特点：常用于细胞因子和免疫相关蛋白的表达。 

常见的哺乳动物细胞信号肽汇总至下表：

三、重要注意事项
1. 切割效率：信号肽的切割不是100%准确的。错误的切割会导致蛋白N端不均一，可能影响活性和稳定性。
2. 上下文依赖性：信号肽的效率不仅取决于自身序列，还与其引导的目标蛋白的第一个氨基酸密切相关。有时需要优化信号肽后的几个氨基酸以确保高效切割。
3. 宿主选择：虽然有些信号肽具有交叉活性（如某些真核信号肽在大肠杆菌中也能工作），但最好使用与宿主系统匹配的信号肽以获得最佳效果。
4. 实验验证：没有一个信号肽是万能的。对于重要的表达项目，最好能同时测试23种不同的信号肽，通过实验确定哪一个对您的特定蛋白最有效。