Nat Commun丨钠离子过载如何执行一种新型细胞坏死？

钠离子是细胞内含量最丰富的阳离子， 在维持细胞膜电位、调节胞内渗透压以及保障细胞正常生理功能方面发挥着 至关重要 的作用。为维持钠离子稳态，细胞进化出了精密而高效的调控体系，包括各类离子通道以及高度依赖能量的钠钾泵 。 然而，在多种病理条件下，如缺血性损伤、高渗应激及器官衰竭等，细胞内钠离子可发生异常积聚，并与细胞死亡密切相关。但钠离子过载如何被感知、如何驱动细胞死亡，其分子机制长期未明。

围绕这一关键问题，上海交通大学医学院钟清研究团队开展了系统而深入的研究。团队 先于 2023 年报道，小分子化合物 Necrocide-1 （ NC1 ）可诱导一种不同于坏死性凋亡（ necroptosis ）、铁死亡（ ferroptosis ）、焦亡（ pyroptosis ）及其他已知通路的细胞坏死形式【1】。通过全基因组 CRISPR-Cas9 筛选，研究人员进一步鉴定出非选择性单价阳离子通道 TRPM4 （ transient receptor potential cation channel subfamily M memb er 4 ）在 NC1 诱导的细胞坏死中起关键作用，并证实 NC1 通过直接结合并持续性激活 TRPM4 ，引发显著的 Na⁺ 内流，从而 驱动 细胞坏死的发生。基于这一核心特征，该死亡方式被定义为一种以钠离子过载为主要特征的新型细胞坏死形式——NECSO（ necrosis by sodium overload ）。研究还发现， NECSO 在表型上与能量衰竭诱导的坏死具有 高度 相似性【2】（ ） 。然而， NECSO 中的能量代谢特 征、能量状态如何调控其发生，以及 TRPM4 介导的钠离子内流如何执行这一死亡程序，仍有待阐明。

近日，钟清团队与 清华大学药学院胡泽平团队合作 在 Nature Communications 在线发表 了 题为

Sodium disrupts mitochondrial energy metabolism to execute NECSO

研究 人员 在对 NECSO 中的关键 事件（包括钠离子内流、 ATP 水平 变化及其 细胞 膜 损伤 ） 进 行时序性 分析时发现， Na + 内流在 NECSO 早期就发生， 证明其并非细胞死亡过程中的被动伴随现象，而是直接触发 NECSO 的关键起始事件。 尤为值得注意的是， ATP 水平的下降同样发生在 NECSO 的早期阶段，而细胞膜泄漏（如 PI 摄取和 LDH 释放）则明显滞后，且进程相对缓慢。这一特征提示：能量生成障碍可能是调控 NECSO 的核心环节，同时也暗示 NECSO 中的质膜破裂并非瞬时、剧烈的过程，而是以相对“温和”的方式逐步发生。功能性实验进一步支持了这一观点 , 当研究人员 通过补充 creatine 或 α- Lipoic acid 来促进 ATP 生成时， NECSO 可被显著抑制，证明 ATP 的下降不是 NECSO 发生时的伴随现象， 而是促进 NECSO 发生的重要因素 。

研究人员 进一步通过 Seahorse 、 活细胞成像、 电镜等手段 ， 证明 在 NECSO 中， ATP 生成的显著下降主要源于线粒体功能障碍 。在 NECSO 早期阶段，线粒体内即 出现明显 离子紊乱 （ 表现为线粒体 Na + 的增加及 Ca 2+ 的下降 ）， 伴随着线粒体膜电位降低、耗氧率下降 及 线粒体 的 肿胀。 此外 ， 清华大学胡泽平团队 的 代谢组学分析 显示 ，三羧酸循环（ TCA cycle ）相关代谢物在 NECSO 中 全面 累积，提示 TCA 循环受阻 。这些结果 均表明 NECSO 伴随着严重的线粒体能量代谢障碍。

通过使用等渗的 NMDG⁺ 置换 细胞外液中的 Na⁺ 以阻断 Na⁺ 内流，可显著减轻 NECSO 中的线粒体损伤；而敲除 TRPM4 则能完全逆转 NECSO 所引起的线粒体损伤和能量代谢障碍。这些结果进一步表明， NECSO 中的线粒体功能障碍和能量代谢异常均位于 TRPM4 介导的 Na + 内流的下游。

NCLX 是位于 线粒体内膜上的 关键 钠钙 交换 蛋白【3】， 它可被 胞浆中 增高的 Na + 激活。 研究 人员 发现 TRPM4 介导的 胞浆 Na + 过载通过 激活 NCLX ， 导致线粒体内 Na + 增加 ，并同时 促进 线粒体 Ca 2+ 流出 。 线粒体内 累积 的 Na + 通过抑制线粒体复合物 II+III 的活性 ，从 而抑制氧化磷酸化 ； 而线粒体 Ca 2+ 是 TCA 循环内多个 脱氢 酶的辅助因子【4】， 其减少 使 TCA 循环受到抑制， 最终导致 线粒体 ATP 生成能力下降 。

钠钾泵是位于细胞膜上维持细胞 Na + 稳态 的核心 蛋白， 其 正常 运作高度依赖 ATP 供应 。 匮乏的能量使得钠钾泵活性在 NECSO 中 受到 显著 抑制， 进而 诱发 细 胞内 发生 “ 二次 ” 钠离子过载，使得细胞内离子梯度进一步崩塌，导致细胞内渗透压增加、水分子大量涌入，最终导致细胞肿胀、裂解。使用渗透性保护剂或 抑制 水通道蛋白 AQP4 （ 包括药物抑制及 siRNA 干扰 ）， 均可以显著抑制 NECSO 中的膜破裂。

综上，本研究发现了能量生成是NECSO的重要调控因素，阐明了TRPM4介导的Na⁺内流通过激活NCLX通道影响线粒体离子稳态，进而抑制TCA循环和氧化磷酸化，导致能量匮乏，并进一步使钠钾泵失活、细胞离子梯度崩塌，最终导致细胞肿胀、裂解。

NECSO 拓展了我们对细胞死亡形式的理解 ， Na⁺ 不 仅 是渗透压和膜电位的调节者， 还可 作为一种能量代谢的调控因子，深度参与程序性 细胞 死亡 。 对 NECSO 分子通路的解析 ， 不仅为理解以 Na⁺ 升高为特征的病理状态提供了新的理论框架，也为缺血性损伤、感染及器官衰竭等相关疾病的干预策略提供了潜在的新靶点。

上海交通大学医学院博士生 乔钰惠 （ 现就职于 上海 交通大学医学院附属上海 儿童医学中心） 为本论文的第一作者， 上海交通大学医学院 钟清 研究员 、 清华大学药学院 胡泽平 研究员 和 上海交通大学医学院 付婉 助理研究员 为 共同 通讯作者。

https://www.nature.com/articles/s41467-025-67181-x

制版人： 十一

参考文献

1. Zhang, J. et al. Necrocide 1 mediates necrotic cell death and immunogenic response in human cancer cells.Cell Death Dis14, 238 (2023).

2. Fu, W. et al. Persistent activation of TRPM4 triggers necrotic cell death characterized by sodium overload.Nat Chem Biol(2025).

3. Palty, R. et al. NCLX is an essential component of mitochondrial Na+/Ca2+ exchange.Proc Natl Acad Sci U S A107, 436-441 (2010).

4. Denton, R.M., Richards, D.A. & Chin, J.G. Calcium ions and the regulation of NAD+-linked isocitrate dehydrogenase from the mitochondria of rat heart and other tissues.Biochem J176, 899-906 (1978).

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