细胞死亡是生命活动中的重要环节，其机制复杂多样，包括凋亡、坏死、自噬等多种形式。近年来，随着对细胞死亡机制的深入研究，人们逐渐认识到除了经典的凋亡途径外，坏死等非凋亡形式的细胞死亡在多种疾病的发生发展中也扮演着重要角色。例如，在缺血再灌注损伤、神经退行性疾病、炎症反应以及肿瘤治疗等领域，坏死细胞死亡的调控机制及其潜在的治疗干预点成为研究热点。
在这一背景下，钠离子过载与细胞死亡之间的关系逐渐受到关注。钠离子在细胞内外的平衡对于维持细胞的正常生理功能至关重要。钠离子过载可能导致细胞渗透压失衡、细胞水肿、膜电位改变等一系列病理生理变化，进而可能引发细胞死亡。然而，钠离子过载是否直接触发细胞坏死以及其具体的分子机制尚不清楚。此外，钠离子通道在细胞死亡中的作用也尚未完全明确，这为相关领域的研究提供了新的方向。
从药物开发的角度来看，目前针对细胞死亡途径的药物研发主要集中在凋亡相关靶点上，而对于坏死等非凋亡细胞死亡途径的药物开发相对较少。随着对坏死细胞死亡机制的深入理解，特别是钠离子过载在细胞坏死中的作用，有望为开发新型治疗药物提供新的靶点和思路。例如，开发能够调节钠离子通道活性、抑制钠离子过载或干预钠离子过载引发的细胞死亡信号通路的小分子化合物，可能为治疗缺血性疾病、神经损伤、心血管疾病等提供新的策略。
上海交通大学附属上海第九人民医院
钟清
和
中国科学院上海药物所
李扬
等人
研究了一种名为NECSO（钠过载诱导的坏死）的新型细胞死亡机制，揭示了其分子基础和调控机制。研究发现，化合物NC1能够特异性激活人类TRPM4通道，导致钠离子大量内流，从而引发细胞坏死。这种坏死方式与能量耗竭诱导的细胞死亡具有相似特征，且与心律失常相关突变的细胞对NECSO更为敏感。研究还鉴定了一些小分子抑制剂，能够阻断NECSO过程，为相关疾病的治疗提供了潜在的干预靶点。
相关内容以“Persistent activation of TRPM4 triggers necrotic cell death characterized by sodium overload”为题发表在《
Nature Chemical Biology
》上。
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主要内容
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图1 NC1诱导的细胞死亡依赖于TRPM4
实验结果表明，TRPM4基因敲除（KO）的细胞对NC1诱导的细胞死亡具有显著的抵抗性，而重新表达人类TRPM4（hTRPM4）则恢复了对NC1的敏感性。电生理学实验进一步证实了NC1能够特异性激活hTRPM4，且这种激活是持续且不可逆的，表明TRPM4在NC1诱导的细胞死亡中起着核心作用。
图2 钠离子内流是NC1诱导细胞死亡的关键
实验通过检测细胞内钠离子和钾离子的浓度变化，发现NC1处理后细胞内钠离子水平显著增加，而钾离子水平下降。此外，实验还表明，在无钠离子的培养基中，NC1诱导的细胞死亡被显著抑制，而增加细胞外钾离子浓度则无明显影响，进一步证实了钠离子内流在细胞死亡中的决定性作用。膜电位的变化也与钠离子内流密切相关，表明钠离子过载是NC1诱导细胞死亡的主要驱动力。
图3 NC1特异性激活人类TRPM4
实验发现，NC1能够特异性激活人类TRPM4（hTRPM4），但对小鼠TRPM4（mTRPM4）无效。通过结构域交换实验，研究者发现hTRPM4的跨膜区域是NC1敏感性的关键。分子对接分析进一步揭示了NC1与hTRPM4结合的口袋，关键残基（如W864、H908、F936）通过氢键和疏水相互作用与NC1结合，这些残基的突变显著降低了NC1的激活效果和细胞死亡敏感性。
图4 分子对接与突变分析揭示NC1激活TRPM4的关键残基
研究发现，NC1与hTRPM4的结合口袋由多个关键残基组成，这些残基通过氢键和疏水相互作用与NC1结合。实验中，这些关键残基的突变显著降低了NC1的激活效果和细胞死亡敏感性。此外，分子动力学（MD）模拟进一步验证了NC1与TRPM4结合的稳定性和关键残基的贡献，为理解NC1的激活机制提供了重要的结构基础。
图5 能量耗竭诱导的细胞死亡与NECSO共享特征
实验通过2-脱氧葡萄糖（2DG）和NaN3处理模拟能量耗竭条件，发现这种处理诱导的细胞死亡与NECSO具有相似的形态学和化学特征。电生理学实验表明，能量耗竭条件下hTRPM4被激活，且钠离子内流和细胞死亡可通过钠离子耗竭被抑制。此外，研究还发现与心律失常相关的TRPM4功能获得性突变（GOF）增加了细胞对NECSO的敏感性，为理解这些突变的病理机制提供了新的视角。
图6 NECSO抑制剂的鉴定
研究通过计算机辅助药物设计和FDA批准药物库筛选，鉴定了一些小分子抑制剂，如CLT（克霉唑）和DHPs（二氢吡啶类药物）。CLT通过直接竞争性结合TRPM4的NC1口袋抑制NECSO，而DHPs通过抑制L型钙通道间接抑制TRPM4的激活。实验结果表明，这些抑制剂能够有效保护细胞免受NC1或能量耗竭诱导的NECSO，为开发针对NECSO的治疗药物提供了重要的候选化合物。
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全文总结
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本文研究了化合物NC1诱导的坏死性细胞死亡（NECSO）机制，揭示了其依赖于钠离子过载和TRPM4通道的激活。通过CRISPR筛选和电生理学实验，研究者发现NC1特异性激活人类TRPM4（hTRPM4），导致钠离子大量内流，进而引发细胞坏死。实验表明，钠离子内流是NC1诱导细胞死亡的关键因素，而钾离子外流并非主要原因。此外，研究还发现NC1对hTRPM4具有特异性激活作用，而对小鼠TRPM4（mTRPM4）无效，这种物种特异性与hTRPM4的跨膜区域密切相关。通过分子对接和突变分析，研究者进一步明确了NC1与hTRPM4结合的关键残基，这些残基的突变显著降低了NC1的激活效果和细胞死亡敏感性。能量耗竭条件下，细胞死亡与NECSO共享相似的特征，且与心律失常相关的TRPM4功能获得性突变（GOF）增加了细胞对NECSO的敏感性。最后，研究通过药物筛选鉴定了一些小分子抑制剂，如CLT（克霉唑）和DHPs（二氢吡啶类药物），这些抑制剂能够有效保护细胞免受NC1或能量耗竭诱导的NECSO，为开发针对NECSO的治疗药物提供了重要的候选化合物。
