PNAS讲述新故事：古老的凋亡

根据发表在PNAS上的一篇研究论文报道，自祖先谱系进化分歧以来人类和珊瑚之间一直共享一条重要的细胞死亡诱导信号通路。这条由细胞因子和肿瘤坏死因子（TNF）受体介导的信号通路，曾被认为起源于脊椎动物和无脊椎动物分歧之前，在脊椎动物谱系中出现多样化。事实证明，珊瑚与人类一样具有多种TNF蛋白，并且TNF诱导的凋亡与珊瑚白化相关。

　　

生物通报道  根据发表在6月9日《美国国家科学院院刊》（PNAS）上的一篇研究论文报道，自祖先谱系进化分歧以来人类和珊瑚之间一直共享一条重要的细胞死亡诱导信号通路（延伸阅读：天津医科大学Nature子刊凋亡检测新技术）。

这条由细胞因子和肿瘤坏死因子（TNF）受体介导的信号通路，曾被认为起源于脊椎动物和无脊椎动物分歧之前，在脊椎动物谱系中出现多样化。事实证明，珊瑚与人类一样具有多种TNF蛋白，并且TNF诱导的凋亡与珊瑚白化相关。

研究的主要作者、圣地亚哥周立大学海洋生物学家Steven Quistad 说：“传统教条认为，如果某物不存在于果蝇或线虫中，而是存在于更古老的生物如珊瑚中，那么它应该更为简单。而珊瑚实际上比我们认为的要更像人类。”

美国农业部农业研究局国家冷水水产养殖中心免疫学家Greg Wiens说：“珊瑚基因组中有着惊人大量的TNF配体和TNF受体编码基因，改变了我们对于这些基因家族起源和分歧的理解。”

悉尼科技大学珊瑚科学家Mathieu Pernice（未参与该研究）说，发育过程中凋亡帮助了塑造人类和珊瑚。人类和珊瑚同样还利用了凋亡来响应病毒和细菌威胁，杀死受累细胞。Pernice和其他的研究人员过去曾证实，热应力会导致珊瑚凋亡和白化，然而直到现在也没有人调查哪些上游的配体和受体诱导了这种细胞死亡。

从事TNF诱导凋亡研究的研究人员曾在果蝇中寻找TNF受体和配体，发现尽管人类有18种TNF受体和29种配体，在果蝇中却只存在一个受体和配体。由此，研究人员推断TNF诱导的凋亡有可能溯源至节肢动物的单个基因，在脊椎动物谱系中出现了多样化。

2011年，科学家们发布了鹿角珊瑚（Acropora digitifera）的基因组，基于序列数据Quistad和同事们推测珊瑚中的TNF受体和配体应该更为古老。然而，他们发现鹿角珊瑚中似乎有40种TNF受体和13种配体。

为了测试TNF家族蛋白的功能保守性，研究人员将珊瑚暴露于人类凋亡诱导配体TNF-α之下，TNF-α诱导了珊瑚细胞凋亡显著增高。

更重要的是，将珊瑚暴露于人类TNF-α之下导致了珊瑚白化迹象。当珊瑚暴露于高温等应激源之下时会发生白化。在白化过程中，珊瑚排出它们生存所需的光合藻类。相比于未处理的珊瑚，用人类TNF-α处理7小时后的珊瑚排出了高2倍的藻类。

珊瑚TNF配体同样也可导致表达TNF受体的人类免疫细胞凋亡率增高。

研究结果表明，早在5.5亿年前，珊瑚中的TNF配体和受体很丰富，节肢动物谱系随后丧失了许多的TNF相关基因。

Quistad推测，在大约5亿年前的寒武纪大爆发期间，TNF诱导的凋亡其演化有可能在动物身体图式（body plan）的快速多样化中发挥了作用。他指出，一些珊瑚TNF基因终止于这一时期，早期与人类谱系分歧的动物，例如海绵似乎都没有TNF诱导凋亡基因。

研究人员认为，科学家们现在必须在珊瑚中系统地检测许多TNF家族细胞死亡配体和受体组合的效应。这将帮助他们弄清楚哪些分子与珊瑚白化有关，哪些与其他的凋亡相关活性有关。

Pernice也认为，了解TNF诱导凋亡信号通路的作用十分重要。“这有可能并不是导致珊瑚白化的唯一机制，但它却是其中主要的一个机制。”

Quista认为，珊瑚凋亡配体有可能提供一个新的多种细胞死亡诱导因子文库，这或许可以推动癌症药物开发。“总体上讲，通过研究珊瑚我们可以更多地了解我们自身的免疫系统，以及我们从何而来。”

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文索引：

S.D. Quistad et al., “Evolution of TNF-induced apoptosis reveals 550 My of functional conservation,” PNAS, doi:10.1073/pnas.1405912111, 2014.