程序性细胞死亡可能有18亿年的历史

　　细胞凋亡或程序性细胞死亡的起源可以追溯到线粒体驯化的时代，这表明在18亿年的时间里，细胞凋亡具有显著的保守性。

　　

细胞凋亡，通常被称为程序性细胞死亡，是多细胞生物生长发育的重要基础过程。这一过程，或其原始形式，也在单细胞真核生物如酵母和其他微真核生物(又名原生生物)中观察到。真核细胞凋亡的起源在生物学上仍然是一个悬而未决的问题。然而，研究指出，许多细胞凋亡启动因子具有细菌或线粒体起源，为这一普遍现象的进化史提供了线索。在《基因组生物学与进化》杂志上发表的一项新研究中，来自波兰科学院生物化学和生物物理研究所的科学家们揭示，许多凋亡因子的起源可能追溯到线粒体驯化的时期，这表明在18亿年的时间里，凋亡因子的保守性非常显著。

在不同的真核生物中，引发细胞凋亡的过程表现出惊人的相似性:线粒体膜通透性的增加引发了一系列涉及凋亡诱导因子(aif)蛋白的事件，启动了最终导致细胞死亡的途径。根据系统发育分析，这些aif通常具有细菌/线粒体起源。为了进一步阐明真核生物细胞凋亡的进化，由Szymon Kaczanowski和Urszula Zielenkiewicz领导的研究小组通过酵母互补试验研究了凋亡因子的功能保存。研究人员用来自不同真核生物和原核生物的相关蛋白替换了酵母中四个凋亡基因中的每一个。然后，他们用细胞凋亡诱导剂处理新的酵母菌株，以评估引入的基因是否保持诱导酵母菌细胞凋亡的能力。

值得注意的是，该研究发现，来自植物、动物、黏菌和细菌的远亲蛋白在很大程度上能够在功能上替代原始的酵母蛋白。Kaczanowski和Zielenkiewicz说:“这一令人惊讶的发现表明，自从线粒体被驯化以来，细胞死亡的古老机制在进化上一直保持着保守。”这一事件发生在大约18亿年前。

这项研究的发现进一步支持了细胞凋亡的内共生起源，这是1997年由Guido Kroemer首次提出的假设。Kroemer认为，线粒体的细菌前体同时产生毒素(凋亡因子)和抗毒素(抗凋亡因子)。在这种情况下，抗毒素充当了“成瘾分子”，确保了共生体的持续存在。在细菌内共生体和宿主之间的进化冲突的推动下，毒素最终进化成我们今天所认识的凋亡因子。

Kaczanowski和Zielenkiewicz提出了细胞凋亡进化的另一种情况。他们提出，早期的原真核生物是捕食者，依靠细菌作为猎物。这些细菌在被捕食时产生毒素作为一种防御机制。随着时间的推移，这些细菌被驯化为真核细胞内的线粒体，它们的毒素进化成凋亡因子。目前存在的aif不同家族及其在远亲真核生物中的零星分布表明，原线粒体中存在多种冗余毒素，并暗示了原线粒体与其原真核宿主之间的共同进化军备竞赛。

无论细胞凋亡是源于内共生毒素/抗毒素系统还是捕食者/猎物动态，该研究结果表明真核细胞内复杂的生死平衡深深植根于线粒体的起源，为研究线粒体和真核生物的共同进化以及细胞死亡机制的古老起源开辟了新的途径。此外，类似的方法可以用于研究程序性细胞死亡之外的其他古老细胞机制，并询问合作伙伴/参与者之间的冲突在多大程度上推动了基因组特征的进化。“未来的研究可能会揭示其他衰老机制的进化史，并可能对衰老研究做出重大贡献，”Kaczanowski和Zielenkiewicz强调他们的研究具有更广泛的意义。