王曉東團隊最新PNAS

SARM1是一種神經元煙酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD+）水解酶，它通過消耗NAD+來驅動軸突變性和神經元死亡，然而NAD+的缺失如何引發軸突丟失和細胞死亡尚不清楚。

2025年12月9日，北京生命科學研究所王曉東獨立通訊在PNAS在線發表題為“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上易于操作的非神經元eHAP細胞模型，定義了內源性SARM1激活和NAD+缺失下游的一個非凋亡性死亡程序。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。

從機制上講，NAD+耗竭抑制了mTOR/AKT信號通路，導致MCL1失穩并解除了其對BAX的抑制。作者進一步發現，2型神經纖維瘤病蛋白NF2是通過Hippo–YAP/TAZ通路促進SARM1轉錄的調控因子。SARM1依賴的BAX激活以及NF2在軸突降解中的作用，在軸突變性的神經元模型中得到了驗證。綜上所述，這些發現揭示了SARM1驅動的代謝崩潰如何重編程細胞死亡執行過程，將BAX、MCL1、APAF1、NF2和HERC4確立為連接代謝應激與神經退行性變的非凋亡性退行通路中的核心效應因子。

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。除了這些經典功能外，NAD+還調控多種細胞程序，包括DNA修復、應激反應、免疫信號傳導和衰老過程。NAD+耗竭具有廣泛的細胞毒性，NAD+耗竭誘導的細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象。然而，在哺乳動物細胞中，將NAD+缺失與細胞死亡程序執行聯系起來的分子事件仍不清楚。

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

BAX（BCL-2相關X蛋白）是一種促凋亡的BCL-2家族成員，介導線粒體外膜通透化（MOMP），從而導致細胞凋亡，其過程包括線粒體順序性釋放細胞色素c、通過APAF1組裝凋亡小體以及激活caspase-9。BAX與神經元損傷和軸突變性密切相關，小鼠模型表明BAX激活有助于體內軸突破壞。然而，SARM1介導的NAD+耗竭與BAX激活之間的機制聯系尚未建立。由于SARM1在大多數標準細胞系中表達水平較低，使用細胞系的研究通常依賴于過表達系統，這可能無法真實反映內源性信號動態。

eHAP細胞內源性SARM1介導NAD+耗竭和非凋亡細胞死亡（圖片源自PNAS）

在本研究中，作者建立了一種基于人eHAP細胞的模型，其中內源性表達的SARM1介導NAD+耗竭，并在向細胞培養基中添加NMN模擬物激活時觸發細胞死亡。利用該系統和無偏遺傳篩選，作者確定BAX是SARM1激活后線粒體損傷的關鍵下游效應因子，其功能依賴于對mTOR/AKT信號軸的抑制。出乎意料的是，盡管BAX激活誘導了細胞色素c釋放，但NAD+耗竭也通過E3泛素連接酶HERC4導致APAF1發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通路中的調控因子以及腫瘤抑制因子NF2，為NAD+耗竭如何觸發非凋亡性細胞死亡提供了機制見解。BAX和NF2在SARM1介導的軸突變性中的作用已通過動物模型得到驗證，表明NAD+相關的細胞死亡和神經變性存在保守的信號通路。

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