作者：杜爽，遵义医科大学研究生院；冉启山，遵义医科大学附属医院神经外科二病区

轴突变性发生在神经损伤后，在神经退行性疾病中，轴突退行性变会导致神经功能的进行性丧失，部分原因是回路完整性的破坏。沃勒氏退行性变（WD）是轴突内在的损伤激活分子途径，该通路的中心是哺乳动物的不育α和包含SARM1的TIR基序，是轴突自我破坏的主要调节因子。既往在定义SARM1缺失的表型后果、SARM1的酶学和信号转导，以及NAD+代谢物如何调控SARM1激活等方面取得了重大进展。本文讨论SARM1在损伤神经系统中的作用，报告如下。

1. SARM1结构和功能

1.1 SARM1结构

SARM1是一个保守的基因，被发现存在于蠕虫（TIR-1）、果蝇（dSarm）、鼠（SARM1）及人类（SARM1）的基因中。目前已知SARM1在发育、免疫炎症反应、细胞死亡及轴突变性等都发挥了重要的病理生理功能。由于SARM1的C端含有一个Toll-白介素受体结合域，所以SARM1被认为是Toll样受体的一个适配分子，与其他4个适配分子（MyD88、TRIF、MAL、TRAM）一起，参与Toll样受体的信号通路。

比如，SARM1可以抑制TRIF及MyD88依赖的Toll样受体信号通路，但是与其他4个适配分子不同，SRAM1有其独立于Toll样受体适配分子的特点，比如敲除SARM1基因后不影响Toll样受体的信号通路。除了TIR结构域，任何生物的SARM1都含有3个不同的结构域，N端的线粒体锚定序列及ARM结构域和SAM结构域。

1.2 SARM1功能

SARM1不同结构域的相互作用在损伤时可以发挥不同的作用，比如ARM参与不同蛋白的相互作用；SAM能聚合形成同源或不同源的多聚体；SARM1的N端结构域有自我抑制功能，能抑制其促变性能力。然而无损伤时，过表达SARM1全蛋白并不能引起或加重轴突降解。C端的TIR是SARM1的效应结构域，TIR必须与SAM协同作用才能产生促变性作用。

有研究显示，SARM1在T细胞及B细胞高表达，而在中枢神经系统中只在神经元表达。SARM1是一种可溶性的胞浆蛋白，有研究报道，SARM1定位于微管，SARM1的C端有线粒体靶向序列，可以锚定于线粒体外膜。

2. SARM1在体内如何发出信号

轴突切开术将轴突远端残端与其胞体分离，经过一个潜伏期后，远端残端发生突然碎裂，即发生WD。驱动轴突发生退变的可能因素是钙增加和NAD+/ATP耗尽。在许多实验系统中，轴突钙水平在退行性变发生前突然急剧上升，而阻断钙内流可以显著延长轴突的存活时间。

SARM1在轴突变性中的作用最早由Osterloh JM等在果蝇（dSarm）及小鼠（SARM1）轴突离断模型中发现，SARM1的无效等位基因阻断了果蝇轴突变性的发生。SARM1信号的初始模型是通过对TIR-1（秀丽隐杆线虫SARM1）的研究建立的。

TIR-1及dSarm/SARM1具有3个主要结构特征：一个N端ARM，两个SAM和一个C端TIR结构域。TIR-1介导的信号传导通过激活上游UNC-2 Ca2+通道发生，这导致激活的CamK-Ⅱ与TIR-1的N端自抑制ARM结构域结合，导致TIR-1通过SAM结构域重新定位到突触后，促进丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）信号转导。在小鼠中，SARM1基因缺失后对神经轴突的保护作用得到了很好的保存，以及果蝇或老鼠SARM1基因中ARM结构域的缺失导致自发性轴突变性，均表明SARM1在轴突变性中起重要作用。从蠕虫到哺乳动物，TIR-1通路的所有成分都被很好地保存了。

TIR-1是UNC-2电压门控钙通道的遗传下游。然而，相较于线虫中的TIR-1介导的信号通路，果蝇TIR-1信号通路成分同源基因的零等位基因不能在体内阻断轴突变性发生。在哺乳动物中，阻断MAPK信号通路或下游靶点可部分抑制轴突变性，但该保护不及在无SARM1的动物中。

3. SARM1与MAPK信号通路

MAPK信号通路在SARM1介导的轴突变性中的确切作用不清。MAPK信号级联的成分（MKK4和MKK7）在轴突离断术后15 min内被磷酸化，表明SARM1上游在损伤的轴突反应中发挥作用。MAPK磷酸化水平在轴突离断后数小时内下降并保持在较低水平，尽管轴突变性在细胞中发生的时间要晚得多。

MKK4和MKK7的缺失延迟了轴突离断术诱导的轴突退化和轴突NADP和ATP的缺失。虽然被SARM1分子激活导致MAPK组分的磷酸化，但MKK4和MKK7的缺失部分或完全抑制了轴突变性，其被用来论证MAPK信号是SARM1的上游。

随着研究的深入，轴突退变的上游调控因子Nmnat2已经取得了重大的进展。Nmnat2是一种生物合成酶，其是一种正常沿轴突向下运输的生存因子。Nmnat2从NMN生成NAD+。Nmnat2是不稳定的，因此轴突切开术导致轴突远端残端现有的Nmnat2池最终耗尽，这可能解释了轴突离断和退变间的潜在关系。

Nmnat2的缺失导致轴突NAD+的降低和NMN的增加。NAD+的耗尽对轴突来说是潜在的能量灾难，NMN的增多导致轴突退行性变的加剧。有研究发现，SARM1本身可以快速驱动NAD+耗竭，通过其TIR结构域中的水解酶活性揭示了一个SARM1之间意外而重要的直接链接和NAD+耗损。目前SARM1 NADase活性已经降低，轴突退行性变后最终自动消亡。

在果蝇研究中，对SARM1和MAPK信号间复杂的相互作用有了一些认识。在果蝇L1翼神经中，可以损伤一部分神经元，然后用单细胞/轴突解析法检测远端切断的轴突残端和完整的相邻神经元（称为旁观者）的反应。

即使是少量轴突损伤后的数小时内，自噬体、溶酶体和突触囊泡沿轴突的运输在切断的轴突残端被强烈抑制，而相邻的、未受伤的旁观者神经元的转运也被阻断了，其机械感觉或化学感觉功能也是如此。表明部分神经损伤不仅影响受损的轴突，也影响相邻的完整神经元，这就提出了神经系统如何发生功能丧失的重要观点。

我们一般认为功能损失是由于电路中的物理连接中断造成的，而这种旁观者效应表明损伤后神经元功能的抑制不仅限于受损神经元。如果类似的效应发生在神经退行性疾病中，会使我们重新考虑患者功能丧失的细胞基础。这种旁观者效应可在哺乳动物部分坐骨神经损伤或小鼠TBI模型中观察到。这种情况是否会发生在SARM1基因敲除的动物身上是尚未解答的问题。

4. 调节体内SARM1结构模型和蛋白酶学信息

目前尚不清楚SARM1在信号转导的每个阶段是如何被激活的。在轴突退行性变下，Nmnat（NMN）和SARM1（NAD+）的分支被认为是SARM1的调节因子。至少在体外，NAD+稳定ARM结构域以抑制SARM1 NADase活性，而NMN破坏ARM结构域的稳定，从而潜在地促进其发生。

一个简单的模型是，被切断轴突的Nmnat转换增加了NMN、减少了NAD+，SARM1被激活。这种依赖于Nmnat的双触发模型（高NMN、低NAD+）与在多个物种中观察到的Nmnat损失驱动SARM1依赖的轴突变性一致，而NMN脱酰胺酶（可分解NMN）抑制WD。

若NMN的增加、NAD+的下降需同时进行，这也可能解释为什么NMN的显著增加不足以诱导轴突变性。在神经轴突损伤后，Nmnat、SARM1和MAPK间存在复杂的相互作用。SARM1介导的MAPK信号通路在轴切开术后15 min内被激活，尽管在早期时间点并未观察到Nmnat缺失或NAD+下降。可以合理地假设，在轴突离断反应中，dSarm和SARM1及MAPK组件以类似于蠕虫中的TIR-1信号的方式相互作用，电压门控钙通道信号通过CamK-II激活dSarm，最终激活MAPK。

神经胶质细胞通过胶质细胞感知将损伤信号传递给周围神经元，果蝇dSarm可通过Toll-like受体的下游信号，促进胶质细胞中的炎症样信号，这种信号级联可用于激活轴突中的早期MAPK信号。令人困惑的是，胶质细胞可以有效地抑制未受伤细胞的轴突运输和感觉功能，即胶质细胞能控制神经元停止功能。如果darm1 NAD+水解酶活性不驱动早期SARM1介导的MAPK信号事件，在哺乳动物体内，SARM1是否依赖于NAD+对水解酶的抑制，从而促进早期神经生理抑制，这仍有待确定。截止目前，SARM1与MAPK组件的相互作用似乎是间接的。

有研究表明，当轴突离断后的钙含量很低，但在发生退行性变之前的钙含量立即升高。原因是细胞内NAD+水解酶活性可导致cADPR的产生，cADPR可门控细胞内钙储存，也许这有助于驱动反应，但细胞外钙的进入也很重要。钙增加的部分活性表现为钙蛋白酶的激活，但阻断这些蛋白酶对轴突退化的影响较弱，而这是轴突变性的关键阶段。未来旨在确定SARM1信号转导与病理性钙升高之间联系的研究将至关重要。

5. 展望

综上所述，尽管最近的结构、生化和体内功能研究推动了对SARM1信号传导机制的理解，但关于SARM1如何介导神经元对损伤或疾病的反应仍需探索。确定SARM1在不同环境下如何被激活，以及其如何执行轴突退化，是重要的问题之一。SARM1基因敲除能有效抑制一系列小鼠神经损伤模型，其中当然也包括颅脑损伤、神经退行性疾病和周围神经病变。这表明在人类疾病的背景下，SARM1的体外阻断有望纠正或延缓轴突退行性变的发生，为以后临床治疗提供可靠的理论依据。

来源：杜爽,冉启山.SARM1信号机制在神经损伤系统中的研究进展[J].中国冶金工业医学杂志,2024,41(02):139-141.