Cell（IF=42.5）：大连医科大学团队发现新型DNA传感器，有望减轻化疗副作用
识别异我（non-self或abnormal-self）成分是生命的基本防御策略。为识别庞大的异我致病因子，生物体进化出基于DNA感知的重要策略。在哺乳动物体内，DNA在不同细胞背景下诱发从细胞因子分泌到细胞死亡的免疫反应，表明存在差异化的DNA检测机制。然而，DNA感知机制尚未完全阐明，这阻碍了治疗干预的推进。
例如，化疗通常以DNA为靶点来杀死癌细胞。遗憾的是，30%-68%的癌症幸存者会患上化疗诱导的周围神经病变（CIN），部分化疗药物（如奥沙利铂）导致神经病变的发生率甚至高达90%，严重影响患者生活质量。这些现状凸显了深入了解DNA感知机制的必要性。
作为轴突变性的关键执行者，SARM1（Sterile alpha and TIR motif containing 1）蛋白是哺乳动物中唯一具有NAD+水解酶活性的TIR蛋白，可通过降解NAD+诱导细胞死亡。鉴于其在细胞死亡中的作用，SARM1的激活受到严格调控。尽管有研究表明NMN（NAD+前体）能激活SARM1，但关于其激活的机制仍有待深入探索。
大连医科大学肿瘤干细胞研究院杨庆凯教授和宋成丽教授领导的研究团队近日揭示了SARM1作为DNA传感器的作用机制。SARM1能够感知DNA并触发下游反应，包括NAD+降解和细胞死亡。这项突破性研究成果于10月24日发表在《Cell》杂志上，有望减轻化疗副作用。
图片来源：《Cell》
（https://doi.org/10.1016/j.cell.2025.09.026）
研究材料与方法
在这项研究中，研究人员采用质谱分析来定量NAD+及其裂解产物的水平，并通过电泳迁移率变动实验（EMSA）、代谢物亲和反应靶标荧光淬灭（MARTFQ）和微量热泳动（MST）等方法来分析SARM1与dsDNA的相互作用。他们利用冷冻电镜（cryo-EM）解析SARM1的结构，并结合AlphaFold 3来构建SARM1-dsDNA复合物模型。他们还使用了SARM1基因敲除小鼠和DNA结合位点突变（3KE）小鼠模型（由赛业生物提供），以评估化疗诱导的神经损伤。
技术路线
01 利用人源和鼠源SARM1全长蛋白开展分析，评估dsDNA是否能激活其降解NAD+
02 通过EMSA等分析评估SARM1与dsDNA的直接相互作用，并解析SARM1的结构以及介导dsDNA结合的重要位点
03 利用HEK293T细胞和小鼠原代神经细胞开展实验，探究异我dsDNA是否能激活SARM1
04 利用多个小鼠模型来评估SARM1敲除是否能阻断化疗诱导的神经病变
研究结果
1 dsDNA激活SARM1以降解NAD+
基于SARM1的结构特征和功能特性，研究人员推测其可能参与DNA感知过程。SARM1将NAD+裂解为烟酰胺（NAM）和环腺苷二磷酸核糖（cADPR），故他们采用质谱分析来测定cADPR、NAM和NAD+的水平。将一系列细胞化合物分别与人源SARM1（hSARM1）和NAD+共同孵育后，他们发现dsDNA显著提升了cADPR的生成量，表明dsDNA激活了hSARM1。dsDNA还降低了NAD+水平并提高了NAM水平，进一步证实其激活作用（图1）。
此外，各种随机序列（pUC19质粒）、poly (dC:dG)和poly (dA:dT) dsDNA均能激活hSARM1，表明这种激活与序列无关。动力学分析还表明，无论是在高浓度还是低浓度的NAD+环境中，dsDNA均能有效激活hSARM1。与hSARM1的结果一致，dsDNA同样能激活鼠源SARM1（mSARM1），导致NAD+降解。
图1 dsDNA激活SARM1以降解NAD+[1]
2. SARM1通过TIR结构域与dsDNA结合
之后，研究人员验证了SARM1是否直接与dsDNA结合。EMSA、MARTFQ和MST分析的结果均表明，hSARM1与dsDNA直接结合。为了确定SARM1的哪个结构域与dsDNA结合，他们纯化了含ARM、SAM和TIR结构域的截短蛋白。分析结果显示，SARM1通过TIR结构域与dsDNA结合。催化失活突变体（E642A）及NMN结合位点突变体（W103A）均不影响hSARM1与dsDNA的结合，提示DNA结合机制可能独立于NAD+和NMN结合机制。利用mSARM1开展的实验也观察到类似结果，表明SARM1通过TIR结构域与dsDNA结合。
研究人员接着探究了TIR结构域中的哪些残基参与DNA结合。他们成功解析了hSARM1的cryo-EM结构，但DNA诱导的相分离给直接解析SARM1–dsDNA复合物的结构带来了巨大挑战。结合AlphaFold 3分析，他们构建了SARM1–dsDNA复合物的模型示意图（图2）。SARM1-TIR以八聚体形式组装成类似激活态的结构，可结合两条约45 bp的dsDNA。
后续的分析表明，三个碱性的赖氨酸（K）残基（K602、K628和K636）参与了DNA结合。将它们突变为酸性的谷氨酸（E）后，hSARM1与dsDNA的结合完全被破坏。他们还发现，在高浓度NAD+（抑制SARM1活性）环境下，3KE突变完全抑制了dsDNA对hSARM1的激活。mSARM1也呈现类似的现象。这些结果表明，
图2 SARM1–dsDNA复合物的模型示意图[1]
3. dsDNA以长度依赖性方式结合并激活SARM1
DNA通常以长度依赖性方式激活传感器。因此，研究人员评估了长度对dsDNA结合并激活SARM1潜力的影响。EMSA、MST和MARTFQ等分析显示，45 bp和90 bp dsDNA能有效结合并激活hSARM1，而20 bp和30 bp dsDNA则不能。mSARM1也呈现类似现象，表明dsDNA以长度依赖性方式结合并激活SARM1。
之后通过等温滴定量热（ITC）和凝胶渗透色谱（SEC）分析，他们发现结合亲和力随dsDNA长度增加而增强，且45 bp和90 bp复合物中dsDNA与hSARM1八聚体的比例分别为1:1和1:2。这些结果显示hSARM1-dsDNA复合物中可能包含两条dsDNA分子，提示形成了SARM1八聚体2n-dsDNA2复合物（n≥1）。
4. SARM1感知异我dsDNA并促进细胞死亡
接下来，研究人员利用稳定表达SARM1的HEK293T细胞开展实验。在转染dsDNA或感染dsDNA病毒（单纯疱疹病毒HSV）后，结果显示dsDNA与hSARM1蛋白共定位，并激活其降解NAD+，最终导致细胞死亡。催化失活突变（E642A）和DNA结合突变（3KE）阻断了dsDNA诱导的细胞死亡。
之后的实验在mSARM1 WT、3KE和KO小鼠（由赛业生物提供）的神经细胞上展开。研究人员发现，与HEK293T细胞的结果一致，dsDNA转染或HSV感染均可激活mSARM1降解NAD+，导致神经突退化和神经细胞死亡，该效应被3KE或KO突变逆转。这些结果表明，SARM1感知异我dsDNA并促进细胞死亡。
5. SARM1敲除阻断化疗诱导的神经病变
化疗几乎不可避免地诱导胞质DNA的积累。研究人员利用奥沙利铂处理表达SARM1的HEK293T细胞，发现化疗诱导的胞质dsDNA与SARM1蛋白共定位，并激活其活性，引发细胞死亡。他们还使用了SARM1基因敲除小鼠和DNA结合位点突变（3KE）小鼠模型（由赛业生物提供）进行小鼠实验证明了这一点。此外，他们评估了SARM1对化疗诱导周围神经病变的影响。小鼠在注射化疗药物后出现肢体蜷缩、热痛觉过敏和机械痛觉过敏，而KO或3KE突变可减轻这些症状，表明SARM1敲除可阻断化疗诱导的周围神经病变。
研究结论
图3 SARM1感知dsDNA并促进NAD+降解和细胞死亡[1]
这项研究首次揭示SARM1作为一种新型DNA传感器。dsDNA以无关序列、长度依赖性的方式结合并激活SARM1，进而降解NAD+，并引发细胞死亡（图3）。这些发现不仅加深了对DNA感知机制的了解，阐明了SARM1激活的新途径，还解释了化疗诱导周围神经病变的发病机制。考虑到大量癌症患者遭受神经病变困扰，这些发现具有重大临床价值。
参考文献：
[1]Wang et al., SARM1 senses dsDNA to promote NAD+ degradation and cell death, Cell (2025), https://doi.org/10.1016/j.cell.2025.09.026
