王晓东团队最新PNAS

SARM1是一种神经元烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD+）水解酶，它通过消耗NAD+来驱动轴突变性和神经元死亡，然而NAD+的缺失如何引发轴突丢失和细胞死亡尚不清楚。

2025年12月9日，北京生命科学研究所王晓东独立通讯在PNAS在线发表题为“A metabolic cell death program downstream of SARM1 couples NAD+depletion to BAX activation and APAF1 degradation”的研究论文。该研究利用一种遗传学上易于操作的非神经元eHAP细胞模型，定义了内源性SARM1激活和NAD+缺失下游的一个非凋亡性死亡程序。在NAD+耗竭后，BAX被激活，但由于E3连接酶HERC4介导的APAF1降解，caspase的激活受到抑制，从而有效地解耦了线粒体外膜通透化与凋亡小体的形成。

从机制上讲，NAD+耗竭抑制了mTOR/AKT信号通路，导致MCL1失稳并解除了其对BAX的抑制。作者进一步发现，2型神经纤维瘤病蛋白NF2是通过Hippo–YAP/TAZ通路促进SARM1转录的调控因子。SARM1依赖的BAX激活以及NF2在轴突降解中的作用，在轴突变性的神经元模型中得到了验证。综上所述，这些发现揭示了SARM1驱动的代谢崩溃如何重编程细胞死亡执行过程，将BAX、MCL1、APAF1、NF2和HERC4确立为连接代谢应激与神经退行性变的非凋亡性退行通路中的核心效应因子。

烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD+）是维持氧化还原平衡和能量代谢的核心代谢辅因子。除了这些经典功能外，NAD+还调控多种细胞程序，包括DNA修复、应激反应、免疫信号传导和衰老过程。NAD+耗竭具有广泛的细胞毒性，NAD+耗竭诱导的细胞死亡是一种在从原核生物到真核生物中均观察到的保守现象。然而，在哺乳动物细胞中，将NAD+缺失与细胞死亡程序执行联系起来的分子事件仍不清楚。

SARM1（含无菌α和TIR基序蛋白1）是一种NAD+水解酶，是轴突退化的核心执行者。SARM1主要在神经元中表达，处于自抑制状态，并在轴突损伤时被激活。激活后，其NAD酶活性会耗竭NAD+，从而在从果蝇到哺乳动物的生物体中引发瓦勒样变性。在果蝇中，下游效应因子Axundead（Axed）在dSarm1下游发挥作用以促进变性，这提示存在一条NAD+相关的死亡通路。然而，Axed的哺乳动物直系同源物尚未确定，并且NAD+耗竭导致哺乳动物轴突丢失和细胞死亡的下游机制仍未阐明。多项研究提示MAP激酶通路（包括JNK）是SARM1的下游效应因子，但这些通路广泛参与应激反应，在细胞死亡的执行阶段缺乏明确作用。

BAX（BCL-2相关X蛋白）是一种促凋亡的BCL-2家族成员，介导线粒体外膜通透化（MOMP），从而导致细胞凋亡，其过程包括线粒体顺序性释放细胞色素c、通过APAF1组装凋亡小体以及激活caspase-9。BAX与神经元损伤和轴突变性密切相关，小鼠模型表明BAX激活有助于体内轴突破坏。然而，SARM1介导的NAD+耗竭与BAX激活之间的机制联系尚未建立。由于SARM1在大多数标准细胞系中表达水平较低，使用细胞系的研究通常依赖于过表达系统，这可能无法真实反映内源性信号动态。

eHAP细胞内源性SARM1介导NAD+耗竭和非凋亡细胞死亡（图片源自PNAS）

在本研究中，作者建立了一种基于人eHAP细胞的模型，其中内源性表达的SARM1介导NAD+耗竭，并在向细胞培养基中添加NMN模拟物激活时触发细胞死亡。利用该系统和无偏遗传筛选，作者确定BAX是SARM1激活后线粒体损伤的关键下游效应因子，其功能依赖于对mTOR/AKT信号轴的抑制。出乎意料的是，尽管BAX激活诱导了细胞色素c释放，但NAD+耗竭也通过E3泛素连接酶HERC4导致APAF1发生蛋白酶体依赖性降解，从而阻止凋亡小体组装和caspase激活。遗传筛选还确定了BCL-2和mTOR/AKT通路中的调控因子以及肿瘤抑制因子NF2，为NAD+耗竭如何触发非凋亡性细胞死亡提供了机制见解。BAX和NF2在SARM1介导的轴突变性中的作用已通过动物模型得到验证，表明NAD+相关的细胞死亡和神经变性存在保守的信号通路。

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