Nat Chem Biol丨上海交大钟清团队发现TRPM4持续激活触发钠离子超载导致的细胞坏死
Nat Chem Biol丨上海交大钟清团队发现TRPM4持续激活触发钠离子超载导致的细胞坏死
钠离子的稳态调节对维持细胞正常生理功能至关重要。在多种人类疾病和组织损伤中都观察到钠离子内流和超载现象，如高血压、心血管疾病、肾病、脑水肿和糖尿病等。异常的钠离子内流会破坏渗透平衡，导致组织水肿，这与组织损伤、中风和肿瘤等病理状态密切相关。然而,与钙离子、铁离子或铜离子不同，目前尚不清楚钠离子超载是否会直接触发细胞死亡以及其中的分子机制。
在生理状态下，细胞内外的钠离子浓度主要由Na+-K+ ATP酶和各种离子通道严格调控，维持胞内低浓度和胞外高浓度的分布。钠离子内流对维持膜电位、动作电位传导和细胞间通讯至关重要，受到配体和信号通路等多种因素的调控。研究人员此前发现了一种称为necrocide 1(NC1)的化合物，可诱导特定癌细胞系发生不同于已知细胞死亡途径的调控性坏死,但其具体分子机制尚不清楚。揭示钠离子超载与细胞死亡之间的关系，对于理解相关疾病的发病机制具有重要意义。
近日，上海交通大学医学院病理生理学系钟清团队与中科院上海药物所李扬团队在Nature Chemical Biology上发表了题为Persistent Activation of TRPM4 Triggers Necrotic Cell Death Characterized by Sodium Overload的研究论文。该研究揭示了钠过载诱导的新型细胞坏死机制，并发现了依赖于TRPM4通道的关键作用及其潜在药物抑制剂。
文章要点
1）研究人员首先通过全基因组CRISPR-Cas9筛选发现，TRPM4是NC1诱导细胞死亡的关键靶点。敲除TRPM4可完全阻断NC1诱导的细胞死亡，重新表达人源TRPM4可恢复细胞对NC1的敏感性。通过细胞热稳定性实验和表面等离子共振分析证实NC1可直接与TRPM4结合，结合亲和力约为0.88 μM。全细胞膜片钳记录显示NC1可持续激活TRPM4通道活性，且该效应不可逆。
2）进一步研究发现，NC1通过激活TRPM4触发大量钠离子内流是导致细胞死亡的关键。质谱分析显示NC1处理后细胞内钠离子水平显著升高，而钾离子水平降低。用钠离子指示剂CoroNa和钾离子指示剂PBFI证实了这一变化。用N-甲基-D-葡萄糖胺(NMDG-Cl)替代细胞外钠离子可显著抑制NC1诱导的细胞死亡，而抑制钾离子外流对细胞死亡无影响。
3）NC1特异性激活人源TRPM4而不影响小鼠TRPM4。尽管人源和小鼠TRPM4具有88%的序列同源性,但NC1只能激活人源TRPM4。通过结构域交换和分子对接分析发现,这种物种特异性差异主要由跨膜区域决定。NC1结合于TRPM4的香草醇结合口袋样结构域,通过氢键和π-π堆积等相互作用稳定结合。
4）能量耗竭诱导的细胞坏死与NECSO具有相似特征。研究发现能量耗竭也可通过TRPM4依赖的方式触发钠离子超载和细胞坏死。与心律失常相关的TRPM4功能获得性突变体对NECSO更为敏感。16项转录组学研究分析显示，在心力衰竭患者的左心室样本中TRPM4表达水平显著上调。
5）通过分子对接和药物筛选,研究人员发现了两类NECSO抑制剂：抗真菌药物克霉唑(CLT)可通过直接竞争NC1结合位点抑制TRPM4，而二氢吡啶类钙通道阻滞剂则通过间接方式抑制NECSO。这些抑制剂可有效保护细胞免受能量耗竭诱导的坏死。
小结
本研究首次揭示了钠离子超载可直接触发一种新型的调控性细胞坏死方式(NECSO)，并阐明了其分子机制。这一发现为理解钠离子稳态失衡相关疾病的发病机制提供了新的视角。特别是在心血管疾病方面，TRPM4功能获得性突变体对NECSO的高度敏感性提示了一种潜在的治疗靶点。此外，该研究发现的NECSO抑制剂为防治相关疾病提供了新的药物开发思路。这些发现不仅丰富了对细胞死亡机制的认识，也为开发针对性治疗策略奠定了基础。未来研究有望进一步探索NECSO在其他疾病中的作用及其临床应用价值。
参考文献
Fu, Wan et al. “Persistent activation of TRPM4 triggers necrotic cell death characterized by sodium overload.” Nature chemical biology, 10.1038/s41589-025-01841-3. 6 Feb. 2025,
doi:10.1038/s41589-025-01841-3
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