文献解析 | TRPM4 的持续激活触发以钠超载为特征的坏死性细胞死亡

这篇发表于《Nature Chemical Biology》的研究是细胞死亡领域的重要突破，首次鉴定出以钠超载为核心特征的新型程序性坏死方式 ——NECSO（Necrosis by Sodium Overload），明确了瞬时受体电位阳离子通道 TRPM4 是该过程的核心调控分子，并解析了其分子机制、物种特异性及疾病关联，同时筛选出首个 NECSO 抑制剂，为细胞死亡调控和相关疾病治疗提供了全新靶点与策略。

一、研究背景

过量的钠离子与多种人类疾病（如高血压、心血管疾病、脑水肿等）密切相关。虽然钙、铁、铜等离子的超载已被证实可直接导致细胞死亡，但钠离子超载是否具有类似的直接致病机制尚不清楚。该研究鉴定了一种名为“Necrocide 1”（NC1）的手性小分子化合物，它能诱导一种独特的免疫原性坏死性细胞死亡，且不被已知的凋亡、坏死性凋亡、自噬或铁死亡抑制剂所阻断。

研究团队通过全基因组CRISPR-Cas9筛选，发现瞬时受体电位阳离子通道亚家族M成员4（TRPM4）是NC1的关键靶点。NC1通过特异性地激活人源TRPM4（hTRPM4），导致大量钠离子内流，进而引发细胞坏死。这种新型细胞死亡方式被命名为“钠超载诱导的坏死”（NECSO）。

二、研究结果

1. TRPM4是NC1诱导细胞死亡的关键因子

研究通过全基因组CRISPR-Cas9筛选发现TRPM4基因是NC1抵抗性细胞中富集度最高的候选基因。在MCF7细胞中敲除TRPM4可完全阻断NC1诱导的细胞死亡和乳酸脱氢酶（LDH）释放，而重新表达人源TRPM4则可恢复其对NC1的敏感性。此外，TRPM4的离子通道活性对于NC1诱导的坏死至关重要，因为重新表达离子不可渗透的突变体D984A无法挽救坏死表型。

实验证实NC1直接与TRPM4结合，细胞热位移实验（CETSA）显示NC1在高温下能稳定TRPM4蛋白，且表面等离子共振（SPR）分析测得亲和力为0.88 μM。全细胞膜片钳记录显示，NC1能诱导TRPM4依赖的电流，且这种激活具有持续性，即使在洗脱后电流也不会消失，这表明NC1导致TRPM4通道的持续和不可逆激活。

图1 | NC1触发依赖于TRPM4的独特细胞死亡途径

2. NC1 通过 TRPM4 诱导的坏死依赖钠离子内流

TRPM4作为非选择性单价阳离子通道，其激活导致钠离子大量内流。电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）分析显示NC1处理后细胞内钠水平显著升高。通过替换细胞外液中的钠离子，研究发现钠离子的耗竭能显著阻断细胞死亡，而抑制钾外流则无明显影响，证明了钠内流而非钾外流是导致细胞坏死的关键因素。这种由钠超载引起的细胞死亡被定义为“钠超载诱导的坏死”（NECSO）。

图2 | 钠离子内流是NC1诱导细胞死亡的关键

3. NC1 特异性靶向人类 TRPM4

研究指出，NC1特异性激活人源TRPM4，而对小鼠源TRPM4（mTRPM4）无激活作用，尽管两者具有88.4%的序列相似性。通过构建人鼠嵌合体蛋白，研究人员确定跨膜区是决定NC1敏感性的关键区域。这些结果表明，NC1 是人类 TRPM4 的高特异性激动剂，仅能在表达 hTRPM4 的细胞中诱导钠过载性坏死。

图 3 | NC1 通过与跨膜区的相互作用特异性靶向人类 TRPM4

4. 分子对接鉴定 NC1 激活 TRPM4 的关键氨基酸残基

分子对接和突变分析揭示，NC1结合在TRPM4跨膜区的一个类似香草素结合口袋（VBP），该位点涉及S3、S4、S5和S6螺旋上的关键残基。将关键残基（如W864, H908, F936）突变为丙氨酸会破坏NC1的结合和通道激活，证实了该结合口袋是 NC1 诱导 TRPM4 激活的必要结构。

图4 | 通过分子对接和突变分析揭示了TRPM4中对于NC1激活至关重要的残基

5. 能量耗竭诱导的坏死与钠过载性坏死具有共同特征

研究发现，能量耗竭（如2DG+NaN₃处理）也能激活TRPM4并引发钠内流和坏死，这与NC1诱导的NECSO具有相似的遗传和化学干预特征。此外，与心脏疾病相关的TRPM4功能获得性突变体对NC1或能量耗竭诱导的细胞死亡表现出更高的敏感性。

图 5 | 能量耗竭诱导的细胞死亡与钠过载性坏死具有共同特征

6. 发现NECSO的潜在抑制剂

研究鉴定了克霉唑（CLT）和二氢吡啶类化合物（DHPs）可作为NECSO的抑制剂。CLT通过直接竞争结合TRPM4抑制NECSO，而DHPs则作为L型电压门控钙通道阻滞剂间接抑制这一过程。这些抑制剂能有效保护心肌细胞免受TRPM4功能获得性突变相关的细胞损伤。

图6 | DHPs和CLT作为NECSO的小分子抑制剂发挥作用

三、总结

该研究不仅定义了一种由钠离子超载驱动的新型细胞坏死形式NECSO，还揭示了其核心执行蛋白TRPM4及其特异性激动剂NC1的作用机制。这一发现将细胞死亡研究与钠离子稳态联系起来，为理解缺血性损伤、心力衰竭及TRPM4相关疾病的病理机制提供了新视角。此外，CLT和DHPs作为潜在的治疗药物，展示了通过靶向TRPM4或其相关通路来干预细胞死亡的可行性。

文献来源

Fu W, et al. Persistent activation of TRPM4 triggers necrotic cell death characterized by sodium overload. Nat Chem Biol. 2025 Aug;21(8):1238-1249. doi: 10.1038/s41589-025-01841-3. Epub 2025 Feb 6. PMID: 39915626.

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