综述：细菌和古菌ESCRT-III样系统的进化与机制

这篇综述深入解析了ESCRT-III（内体分选复合体-III）超家族在细菌、古菌和真核生物中的进化起源与功能多样性，揭示了其作为膜重塑核心机器的保守机制。文章通过系统发育和结构分析，阐明ESCRT-III在LUCA（最后共同祖先）时期已存在，并重点探讨了细菌PspA/Vipp1和古菌Cdv系统的独特适应性，为理解膜修复、细胞分裂和囊泡运输等关键生命过程提供了新视角。

　　

引言

ESCRT-III（endosomal sorting complex required for transport-III）是一类古老且广泛存在的蛋白质家族，以其形成多聚体并参与膜结合与重塑的能力著称。最初在真核生物中发现其参与多泡体 cargo 分选，后续研究揭示其在细胞分裂、膜修复和病毒出芽等过程中的作用。近年来，系统发育分析表明ESCRT-III存在于所有生命领域，包括细菌和古菌，暗示其起源可追溯至LUCA。

ESCRT-III的功能多样化与进化

细菌中的ESCRT-III同源蛋白PspA广泛分布于变形菌（Proteobacteria）、放线菌（Actinobacteria）等主要类群，通常定位于内膜以响应细胞膜应激。PspA常与AAA+ ATP酶PspF等辅助蛋白协同作用，但缺乏古菌和真核生物中调控ESCRT-III组装的Vps4同源物。值得注意的是，蓝细菌及其衍生的质体含有PspA旁系同源物Vipp1，后者在类囊体膜维持和修复中发挥关键作用。

古菌中，ESCRT-III同源物存在于除DPANN超门外的所有主要谱系。TACK古菌（如Crenarchaeota）的Cdv系统利用ESCRT-III进行细胞分裂，而Asgard古菌则通过基因复制产生ESCRT-IIIA和ESCRT-IIIB两类旁系同源物，为真核生物ESCRT系统的复杂性奠定基础。

ESCRT-III保守原丝构建机制

ESCRT-III蛋白的核心结构由五个螺旋域（H1-H5）构成，通过三个铰链区实现构象变化。原丝组装遵循“j+4”或“j+3”交互模式：细菌PspA/Vipp1中H5同时结合相邻原丝亚基的hairpin，而真核CHMP1B和古菌同源物则形成螺旋或环形多聚体。这种原丝作为基本单元，可进一步组装成螺旋管、圆顶环等复杂结构，适应不同膜曲率。

动态多聚体与膜重塑

ESCRT-III能形成多样化的2D和3D结构：

• 细菌系统：PspA形成直径18-25 nm的螺旋管，通过N端两亲螺旋（H0）嵌入膜内腔，ATP水解促进膜内陷；Vipp1则组装圆顶环，通过“毛细作用”机制内化膜脂。
• 古菌系统：Asgard ESCRT-IIIB（如CHMP4-7）形成35-55 nm螺旋管，而ESCRT-IIIA偏好高曲率膜，二者协同实现逐步膜重塑。

跨域共性

1. 原丝保守性：开放构象亚基通过j+3/j+4交互构建原丝。
2. 膜结合倾向：体外实验显示对平坦或正曲率膜的偏好。
3. 结构可塑性：亚基滑动或扭转可适应不同膜拓扑。
4. 功能模块化：多组分系统（如真核ESCRT-III）通过亚基序列切换实现曲率渐变。

细菌细胞的膜应激响应

在E. coli和B. subtilis中，PspA/LiaH被膜应激激活，可能形成密封环或支架结构保护膜完整性。蓝细菌Vipp1的2D螺旋片层或圆顶环可修复光系统II损伤，其膜融合活性可能参与类囊体脂质运输。

结论与展望

细菌和古菌ESCRT-III的研究揭示了其作为膜修复核心机器的古老起源，而Asgard系统的发现填补了真核内膜系统演化的关键空白。未来需解析PspA/Vipp1在细胞内的真实聚合物形态，并探索ESCRT-III与DNA相互作用的潜在新功能。真核ESCRT-III在负曲率膜（如出芽颈）中的定位矛盾，提示其可能通过“受挫聚合”产生机械力，而原核的毛细作用机制或为膜分裂提供辅助动力。