王曉東團(tuán)隊(duì)最新PNAS

SARM1是一種神經(jīng)元煙酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD+）水解酶，它通過(guò)消耗NAD+來(lái)驅(qū)動(dòng)軸突變性和神經(jīng)元死亡，然而NAD+的缺失如何引發(fā)軸突丟失和細(xì)胞死亡尚不清楚。

2025年12月9日，北京生命科學(xué)研究所王曉東獨(dú)立通訊在PNAS在線發(fā)表題為“A metabolic cell death program downstream of SARM1 couples NAD+depletion to BAX activation and APAF1 degradation”的研究論文。該研究利用一種遺傳學(xué)上易于操作的非神經(jīng)元eHAP細(xì)胞模型，定義了內(nèi)源性SARM1激活和NAD+缺失下游的一個(gè)非凋亡性死亡程序。在NAD+耗竭后，BAX被激活，但由于E3連接酶HERC4介導(dǎo)的APAF1降解，caspase的激活受到抑制，從而有效地解耦了線粒體外膜通透化與凋亡小體的形成。

從機(jī)制上講，NAD+耗竭抑制了mTOR/AKT信號(hào)通路，導(dǎo)致MCL1失穩(wěn)并解除了其對(duì)BAX的抑制。作者進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，2型神經(jīng)纖維瘤病蛋白NF2是通過(guò)Hippo–YAP/TAZ通路促進(jìn)SARM1轉(zhuǎn)錄的調(diào)控因子。SARM1依賴的BAX激活以及NF2在軸突降解中的作用，在軸突變性的神經(jīng)元模型中得到了驗(yàn)證。綜上所述，這些發(fā)現(xiàn)揭示了SARM1驅(qū)動(dòng)的代謝崩潰如何重編程細(xì)胞死亡執(zhí)行過(guò)程，將BAX、MCL1、APAF1、NF2和HERC4確立為連接代謝應(yīng)激與神經(jīng)退行性變的非凋亡性退行通路中的核心效應(yīng)因子。

煙酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD+）是維持氧化還原平衡和能量代謝的核心代謝輔因子。除了這些經(jīng)典功能外，NAD+還調(diào)控多種細(xì)胞程序，包括DNA修復(fù)、應(yīng)激反應(yīng)、免疫信號(hào)傳導(dǎo)和衰老過(guò)程。NAD+耗竭具有廣泛的細(xì)胞毒性，NAD+耗竭誘導(dǎo)的細(xì)胞死亡是一種在從原核生物到真核生物中均觀察到的保守現(xiàn)象。然而，在哺乳動(dòng)物細(xì)胞中，將NAD+缺失與細(xì)胞死亡程序執(zhí)行聯(lián)系起來(lái)的分子事件仍不清楚。

SARM1（含無(wú)菌α和TIR基序蛋白1）是一種NAD+水解酶，是軸突退化的核心執(zhí)行者。SARM1主要在神經(jīng)元中表達(dá)，處于自抑制狀態(tài)，并在軸突損傷時(shí)被激活。激活后，其NAD酶活性會(huì)耗竭NAD+，從而在從果蠅到哺乳動(dòng)物的生物體中引發(fā)瓦勒樣變性。在果蠅中，下游效應(yīng)因子Axundead（Axed）在dSarm1下游發(fā)揮作用以促進(jìn)變性，這提示存在一條NAD+相關(guān)的死亡通路。然而，Axed的哺乳動(dòng)物直系同源物尚未確定，并且NAD+耗竭導(dǎo)致哺乳動(dòng)物軸突丟失和細(xì)胞死亡的下游機(jī)制仍未闡明。多項(xiàng)研究提示MAP激酶通路（包括JNK）是SARM1的下游效應(yīng)因子，但這些通路廣泛參與應(yīng)激反應(yīng)，在細(xì)胞死亡的執(zhí)行階段缺乏明確作用。

BAX（BCL-2相關(guān)X蛋白）是一種促凋亡的BCL-2家族成員，介導(dǎo)線粒體外膜通透化（MOMP），從而導(dǎo)致細(xì)胞凋亡，其過(guò)程包括線粒體順序性釋放細(xì)胞色素c、通過(guò)APAF1組裝凋亡小體以及激活caspase-9。BAX與神經(jīng)元損傷和軸突變性密切相關(guān)，小鼠模型表明BAX激活有助于體內(nèi)軸突破壞。然而，SARM1介導(dǎo)的NAD+耗竭與BAX激活之間的機(jī)制聯(lián)系尚未建立。由于SARM1在大多數(shù)標(biāo)準(zhǔn)細(xì)胞系中表達(dá)水平較低，使用細(xì)胞系的研究通常依賴于過(guò)表達(dá)系統(tǒng)，這可能無(wú)法真實(shí)反映內(nèi)源性信號(hào)動(dòng)態(tài)。

eHAP細(xì)胞內(nèi)源性SARM1介導(dǎo)NAD+耗竭和非凋亡細(xì)胞死亡（圖片源自PNAS）

在本研究中，作者建立了一種基于人eHAP細(xì)胞的模型，其中內(nèi)源性表達(dá)的SARM1介導(dǎo)NAD+耗竭，并在向細(xì)胞培養(yǎng)基中添加NMN模擬物激活時(shí)觸發(fā)細(xì)胞死亡。利用該系統(tǒng)和無(wú)偏遺傳篩選，作者確定BAX是SARM1激活后線粒體損傷的關(guān)鍵下游效應(yīng)因子，其功能依賴于對(duì)mTOR/AKT信號(hào)軸的抑制。出乎意料的是，盡管BAX激活誘導(dǎo)了細(xì)胞色素c釋放，但NAD+耗竭也通過(guò)E3泛素連接酶HERC4導(dǎo)致APAF1發(fā)生蛋白酶體依賴性降解，從而阻止凋亡小體組裝和caspase激活。遺傳篩選還確定了BCL-2和mTOR/AKT通路中的調(diào)控因子以及腫瘤抑制因子NF2，為NAD+耗竭如何觸發(fā)非凋亡性細(xì)胞死亡提供了機(jī)制見(jiàn)解。BAX和NF2在SARM1介導(dǎo)的軸突變性中的作用已通過(guò)動(dòng)物模型得到驗(yàn)證，表明NAD+相關(guān)的細(xì)胞死亡和神經(jīng)變性存在保守的信號(hào)通路。

https://doi.org/10.1073/pnas.2522444122