祖先的神经受体是细菌的附属毒素

从细菌武器到大脑连线

我们的脑依赖极其精确的神经元连接，其中部分由一种不寻常的表面蛋白——Teneurins（张力蛋白）引导。本研究揭示，这些关键的神经受体起初并非温和的向导。相反，它们起源于细菌，作为微生物战斗中使用的有毒武器成分。通过揭示这些古老毒素如何被重新利用为通讯工具，这项工作生动地展示了进化如何将战争工具转化为复杂多细胞生命的构建模块。

具有惊人过去的古老蛋白质

Teneurins 是大型、结构复杂的蛋白，位于动物细胞膜上，帮助神经元找到并连接到正确的伙伴。它们在具有神经系统的动物中广泛存在，甚至在某些有单细胞亲缘关系的生物中也能发现，但细菌根本没有神经。早先的研究提示 Teneurins 可能通过水平基因转移来自细菌，即基因在物种间跳跃而非通过家系传承。作者着手追溯这种血统，并理解细菌版本（称为 Teneurin-样蛋白，TLPs）在微生物生活中扮演的角色。

隐藏的外壳与有毒的核心

在对数十万细菌基因组的扫描中，研究团队发现只有极少数物种携带 TLP 基因，但这些物种分布在细菌谱系的许多分支中。TLP 具有保守的中心构架：由重复结构单元构成的巨大蛋白“外壳”，以螺旋方式形成封闭腔室。对来自细菌 Bacillus inaquosorum 的一型 TLP 进行高分辨率冷冻电子显微镜研究显示，该外壳与动物 Teneurins 的中心支架极为相似。然而，与向外伸展不同，细菌 TLP 的末端折回到外壳内部，形成一个紧凑且完全封闭的核心。

细菌战争与内置防护

团队探究了这一埋藏核心的功能。对大量 TLP 的计算结构预测显示，这些 C 端核心类似于多种能够破坏细胞的酶，包括核酸酶、蛋白酶、水解酶和 ADP-核糖基转移酶——许多都是经典的毒素类型。在大肠杆菌中的实验表明，表达这些核心可以阻止生长、刺穿膜或耗尽关键细胞分子，证实它们确实具有毒性。重要的是，几乎每个 TLP 基因旁边都紧挨着一个小型伴随基因，编码与之配对的“免疫”蛋白。当共同产生时，这些免疫蛋白结合有毒核心并使其失活，既保护宿主细菌自身，又允许它对竞争对手释放毒性。

从细胞攻击到细胞通讯

超出具体个案，作者发现 TLP 在以复杂社会行为著称的细菌科群中特别富集，例如捕食和协同群游。这一模式连同模块化的毒素加免疫布局，将 TLP 确定为一类独特的多态毒素：可定制的武器，不同细菌可根据生态需求进行调节。TLP 的结构骨架——用于封装其有毒核心的外壳——本质上是形成动物 Teneurins 核心的同一“超级折叠”。然而在动物中，这种毒性功能已被丢弃。相反，Teneurin 的支架与膜锚相连，被用作稳定的表面受体，介导邻近细胞间，尤其是神经元间的黏附与信号传递。

武器如何帮助构建神经系统

对非专业读者而言，核心信息是：曾被细菌用于毒害竞争对手的蛋白系统，被早期动物亲缘生物夺取并改造为神经组织的通讯枢纽。在细菌中，TLP 作为递送平台，封装并保护小型、高度可变的毒素，同时配有相应的解毒剂。当相似的结构支架通过（很可能是被捕食的）细菌向早期真核生物转移时，它被重新用途化：不再发射毒素，而成为细胞识别与黏附的方式。随着进化的推进，这一转变助力了有组织组织的出现，最终支持了产生动物行为与认知所依赖的复杂神经回路的发展。

引用: Raoelijaona, F., Szczepaniak, J., Schahl, A. et al. Ancestral neuronal receptors are bacterial accessory toxins. Nat Commun 17, 2753 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-69246-x

关键词: 水平基因转移, 细菌毒素, teneurin 受体, 神经系统进化, 细胞间通讯