OTUD1通过调控HK2线粒体释放驱动小胶质细胞焦亡加剧脓毒症相关脑病

本研究揭示了卵巢肿瘤去泛素化酶1(OTUD1)在脓毒症相关脑病(SAE)中的关键作用。研究人员通过单细胞测序发现OTUD1通过选择性去除HK2蛋白的K63连接泛素链，促进其从线粒体解离，从而激活NLRP3炎症小体并触发小胶质细胞焦亡，最终导致神经元损伤和认知功能障碍。该研究为SAE的治疗提供了新的潜在靶点。

　　

脓毒症相关脑病(SAE)是脓毒症患者常见的严重并发症，表现为意识障碍、认知功能下降甚至昏迷，显著增加患者死亡率。尽管已知神经炎症在SAE发病中起关键作用，但具体分子机制尚不清楚。小胶质细胞作为中枢神经系统的主要免疫细胞，其过度激活导致的焦亡(pyroptosis)被认为是SAE神经损伤的核心环节。然而，调控小胶质细胞焦亡的关键分子开关仍有待阐明。

武汉大学的研究团队在《Journal of Neuroinflammation》发表的研究成果揭示了OTUD1-HK2轴在SAE中的核心调控作用。通过整合单细胞测序、基因敲除动物模型和分子互作分析，研究人员发现OTUD1通过去泛素化HK2促进其从线粒体解离，进而激活NLRP3炎症小体并触发小胶质细胞焦亡，最终导致神经元损伤和认知功能障碍。这一发现不仅填补了SAE发病机制的关键知识空白，也为开发靶向干预策略提供了新思路。

研究采用了多项关键技术：单细胞RNA测序(scRNA-seq)分析小鼠海马细胞图谱；构建OTUD1基因敲除小鼠并进行盲肠结扎穿刺(CLP)诱导SAE模型；通过共免疫沉淀(Co-IP)和分子对接验证OTUD1-HK2互作；采用三维共聚焦显微镜观察蛋白共定位；利用ELISA和行为学测试评估神经炎症和认知功能。

ScRNA-seq identifies SAM in the hippocampus of SAE mice
通过单细胞测序分析CLP和假手术小鼠海马细胞，研究人员鉴定出15种细胞类型，其中小胶质细胞可分为三个亚群：神经调节相关小胶质细胞(NAM)、稳态小胶质细胞(HM)和SAE相关小胶质细胞(SAM)。伪时序分析显示SAM由HM转化而来，且在脓毒症小鼠中比例显著增加。

OTUD1 and pyroptosis-related gene expression is increased in SAM
差异表达分析显示SAM中炎症和焦亡相关基因(Nlrp3、Tnf、Il1b等)显著上调。在98种去泛素化酶(DUBs)中，OTUD1在SAM中表达增幅最为显著。免疫荧光证实OTUD1主要在小胶质细胞中表达。

OTUD1 knockout alleviates cognitive dysfunction in SAE mice
行为学实验表明OTUD1敲除显著改善CLP诱导的SAE小鼠认知功能障碍。HE和尼氏染色显示OTUD1缺失减轻海马神经元损伤，电镜观察发现突触结构完整性改善，突触蛋白PSD95和SYP表达回升。

OTUD1 deficiency reduces pyroptosis of microglia in vivo
Western blot显示OTUD1敲除降低海马组织中Iba-1、NLRP3、Caspase-1 P20和GSDMD-NT水平。ELISA检测证实炎症因子(IL-1β、IL-18等)释放减少。免疫荧光显示GSDMD-NT/Iba-1双阳性细胞减少。

OTUD1 deficiency reduces pyroptosis of microglia in vitro
LPS/nigericin刺激的原代小胶质细胞中，OTUD1敲除降低焦亡相关蛋白表达和ASC斑点形成。小胶质细胞条件培养基实验证实OTUD1缺失减轻神经元损伤。

OTUD1 promotes pyroptosis by facilitating the release of HK2 from mitochondria
蛋白互作网络预测HK2是OTUD1潜在作用靶点。免疫荧光显示OTUD1缺失增强HK2与线粒体外膜蛋白VDAC1的共定位，减少内质网Ca²⁺
释放和mtDNA胞质泄漏。

OTUD1 interacts with HK2
分子对接预测OTUD1与HK2存在14个氢键和1个盐桥。Co-IP和三维共聚焦证实两者直接互作，其中OTUD1的Ala-rich结构域与HK2的C端结构域结合。

OTUD1 drives HK2 mitochondrial dissociation via Ala-rich domain binding and K63-specific deubiquitination
酶活性突变体OTUD1-C320S丧失去泛素化能力。泛素化实验证实OTUD1特异性去除HK2的K63连接泛素链，而K63R突变体阻断这一过程。

OTUD1 is closely associated with human sepsis and 28-day survival rate
临床数据分析显示脓毒症患者OTUD1表达升高，且高表达组28天死亡率增加(53% vs 47%)。OTUD1水平与TNF-α、IL-1β等炎症因子正相关。

该研究系统阐明了OTUD1通过去泛素化HK2调控小胶质细胞焦亡的新机制：在SAE状态下，OTUD1选择性去除HK2的K63连接泛素链，导致HK2从线粒体解离，进而通过VDAC1寡聚化-mtDNA释放途径激活NLRP3炎症小体，最终触发焦亡和神经炎症。这一发现不仅揭示了SAE发病的分子开关，其临床相关性分析还表明OTUD1可能作为预后标志物和治疗靶点。研究创新性地将蛋白翻译后修饰、细胞器互作和免疫反应联系起来，为理解神经-免疫交叉对话提供了新视角。未来研究可探索靶向OTUD1-HK2互作的特异性抑制剂，或开发小胶质细胞选择性递送系统，为SAE治疗开辟新途径。