█ 导语 .

  脓毒症不仅攻击身体，还会悄悄 “偷” 走大脑记忆！最新研究发现，一种叫 OTUD1 的酶就像 “破坏者”，会让大脑免疫细胞 —— 小胶质细胞 “自爆”，引发神经炎症。中国团队揭开背后机制，为逆转脓毒症脑病带来新希望，快来看这场大脑保卫战的关键线索！

  2025年6月11日，武汉大学附属中南医院麻醉科宋学敏团队在《Journal of Neuroinflammation》发表题为《OTUD1 exacerbates sepsis-associated encephalopathy by promoting HK2 mitochondrial release to drive microglia pyroptosis》的研究论文。通过单细胞测序、OTUD1 基因敲除小鼠模型及多种分子实验发现：OTUD1 酶会 “拆解” 线粒体上的 HK2 蛋白，让大脑免疫细胞（小胶质细胞）因 “焦亡” 而释放炎症因子，最终导致神经元损伤。该研究首次揭示 OTUD1-HK2 轴在脓毒症相关脑病（SAE）中的核心作用，为阻断神经炎症、改善患者认知功能提供了全新治疗靶点，也为破解 SAE 的 “免疫 - 代谢” 调控密码打开了新思路。

  北京寻因生物在本项目中提供了专业的单细胞转录组测序服务-SeekOne®  DD平台，确保研究团队获得高质量的单细胞转录组数据。

  英文标题：OTUD1 exacerbates sepsis-associated encephalopathy by promoting HK2 mitochondrial release to drive microglia pyroptosis

  中文标题：OTUD 1通过促进HK2线粒体释放以驱动小胶质细胞焦亡而加重脓毒症相关脑病

  发表期刊：Journal of Neuroinflammation

  影响因子：10.1

  发表时间：2025年6月11号

  DOI：10.1186/s12974-025-03480-w

  技术路线图

  1.ScRNA-seq鉴定SAE小鼠海马中的SAE相关小胶质细胞（SAM）

  为了探究脓毒症相关脑病（SAE）中小胶质细胞的变化，研究团队选取 CLP 诱导的 SAE 小鼠（脓毒症组，n=2）和假手术小鼠（对照组，n=2），分别提取两组小鼠的海马组织，进行单细胞 RNA 测序（scRNA-seq）。实验设计如图 A 所示，通过无监督聚类和标记基因分析，成功识别出 15 种细胞类型，其中微胶质细胞、少突胶质细胞和星形胶质细胞最为丰富（图 B-C）。进一步聚焦微胶质细胞，根据基因表达模式将其分为三个亚群：Cluster1 高表达 Ttr、Zbtb20 等神经系统稳态相关基因，Cluster2 富集 P2ry12、Tmem119 等微胶质细胞稳态基因，Cluster3 则显著上调 Il1b、Tnf 等炎症相关基因及 Ccl5、Ccl3 等单核细胞趋化因子（图 D）。SCENIC 分析显示，Cluster3 中 Foxp4、Cebpb、Nf-κb2 等炎症相关转录因子处于激活状态（图 E），据此将三个亚群命名为神经调节相关微胶质细胞（NAM）、稳态微胶质细胞（HM）和 SAE 相关微胶质细胞（SAM）（图 F）。对比不同组间微胶质细胞亚群分布发现，Sham 组以 HM 为主，CLP 组中 SAM 比例显著增加、HM 减少，NAM 比例则保持稳定（图 G-H）。伪时间分析进一步证实，微胶质细胞存在从 HM 向 SAM 转变的转录轨迹（图 I）。这一系列发现表明，SAM 是参与 SAE 发展的关键微胶质细胞亚群，为后续研究 OTUD1 在 SAE 中的作用提供了重要的细胞亚群证据（图 A-I）。

图1 ScRNA-seq鉴定SAE小鼠海马中的SAE相关小胶质细胞（SAM）

  2. SAM中OTUD 1和细胞焦亡相关基因表达增加

  在脓毒症相关脑病中，小胶质细胞究竟藏着什么 “破坏密码”？图 2 揭开关键一幕：通过对比分析 SAE 小鼠海马区的小胶质细胞亚群发现，SAE 相关小胶质细胞（SAM）里，OTUD1 基因和焦亡 “导火索” 基因 Nlrp3、Il1b 等疯狂表达（图 A-F），就像被点燃的炸药包！更值得关注的是，在众多去泛素化酶中，OTUD1 的表达变化最为突出（图 G），而且它就像 “专属保镖” 一样，主要守在小胶质细胞里 —— 免疫荧光清晰显示，OTUD1 与小胶质细胞标记物 Iba-1 紧紧 “贴贴”，和神经元、星形胶质细胞却 “界限分明”（图 H-I）。这意味着 OTUD1 很可能就是撬动小胶质细胞焦亡、引发 SAE 神经炎症的关键开关，为咱们破解脑病谜团找到了重要线索！

图2 SAM中OTUD 1和细胞焦亡相关基因表达增加

  3. OTUD1基因敲除通过减少神经元和突触损伤减轻SAE小鼠的认知功能障碍

  为破解脓毒症脑病（SAE）谜题，研究直击关键 ——OTUD1！图 3A 显示研究通过构建 OTUD1 敲除小鼠，对比野生型小鼠探究其作用。Western blot（图 3C）证实 SAE 会让小鼠海马区 OTUD1 蛋白表达飙升；行为学测试（图 3E）更直观展现，感染 SAE 的野生型小鼠记不住新事物、找不准水迷宫平台，而 OTUD1 敲除小鼠的认知能力明显 “回血”；再看组织层面（图 3I、3L），野生型小鼠海马神经元因 SAE 变得 “伤痕累累”，突触结构模糊，OTUD1 敲除却能让神经元和突触损伤大幅减轻。由此可见，OTUD1 正是加剧 SAE 认知衰退与神经损伤的 “帮凶”

图3 OTUD1基因敲除通过减少神经元和突触损伤减轻SAE小鼠的认知功能障碍

  4.OTUD1 缺失抑制小胶质细胞焦亡

  接着分别从体内和体外实验证实了 OTUD1 缺失可抑制小胶质细胞焦亡，减轻神经炎症及神经元损伤。在体内实验中，OTUD1 敲除小鼠海马组织中 Iba-1（小胶质细胞激活标记）、NLRP3、Caspase-1 P20 及 GSDMD-NT（焦亡相关蛋白）的表达显著降低（图 4A-B），同时促炎细胞因子 TNF-α、IL-6、IL-1β 和 IL-18 的水平也明显下降（图 4C-F）。免疫荧光染色进一步显示，OTUD1 缺失减少了 GSDMD-NT 与 Iba-1 共定位的阳性细胞数量，表明焦亡发生在小胶质细胞中且受 OTUD1 调控（图 4G）。体外实验中，用 LPS 和尼日利亚菌素刺激原代小胶质细胞后，OTUD1 缺失导致 NLRP3、Caspase-1 P20 和 GSDMD-NT 的蛋白表达及 IL-1β、IL-18 等炎症因子的 mRNA 水平显著降低（图 5C），ASC 寡聚化形成的斑点数量也明显减少，提示焦亡过程受到抑制（图 5I）。此外，OTUD1 缺失的小胶质细胞条件培养基可改善 HT22 神经元的活力，并上调突触相关蛋白 PSD95 和 SYP 的表达（图 5K-M），表明 OTUD1 缺失通过抑制小胶质细胞焦亡减轻了对神经元的损伤。

图4 OTUD1 缺失抑制小胶质细胞焦亡

   5.OTUD1 通过 HK2 泛素化促焦亡及临床关联

  最后作者揭示了 OTUD1 通过调控 HK2 泛素化促进小胶质细胞焦亡的机制及临床关联。FIGURE 6 显示，OTUD1 缺失可增强 HK2 与线粒体膜蛋白 VDAC1 的结合（图 6D），减少 ER 钙释放及线粒体 DNA（mtDNA）胞质释放（图 6G、H），从而抑制 NLRP3 炎症小体激活。FIGURE 7 中，分子对接（图 7A）及免疫共沉淀（Co-IP）实验（图 7E）证实 OTUD1 与 HK2 直接结合，其 Ala-rich 结构域与 HK2 的 C 端特异性互作。FIGURE 8 进一步发现，OTUD1 通过催化活性选择性去除 HK2 的 K63 泛素链（图 8F），促使 HK2 从线粒体解离，而催化失活突变体（C320S）丧失该功能（图 8E）。FIGURE 9 则表明，败血症患者 OTUD1 表达显著升高（图 9A），且高表达与 28 天死亡率正相关（图 9B），其表达水平与促炎因子 TNF-α、IL-1β 呈显著正相关（图 9D-F），提示 OTUD1 可作为败血症神经炎症的潜在标志物。

图5 OTUD1 通过 HK2 泛素化促焦亡及临床关联

    研究结论  

  1. OTUD1 通过去泛素化 HK2 驱动小胶质细胞焦亡，加剧 SAE： OTUD1 结合 HK2 的 C 端，去除其 K63 泛素链，促使 HK2 脱离线粒体，激活 NLRP3 炎症小体，引发小胶质细胞焦亡

  2. OTUD1 缺失可减轻 SAE 小鼠的神经损伤和认知障碍：OTUD1 敲除小鼠在 SAE 模型中认知功能改善，海马神经元及突触损伤减轻，小胶质细胞焦亡及炎症因子释放减少。

  3. OTUD1 通过 K63 去泛素化 HK2 触发焦亡级联反应：OTUD1 的 Ala-rich 结构域与 HK2 结合后，特异性水解其 K63 泛素链，导致 HK2 解离、内质网钙释放及 mtDNA 激活焦亡通路。

  4. OTUD1 表达与 SAE 患者炎症水平及死亡率正相关：脓毒症患者 OTUD1 表达升高，与促炎因子浓度及 28 天死亡率正相关，可作为 SAE 诊断及预后的潜在标志物。

  参考文献：

  [1] Jing G, Gong H, Wang H, Zuo J, Wu D, Liu H, Wang X, Yuan M, Xia Y, Du T, Liu W, Wu X, Song X. OTUD1 exacerbates sepsis-associated encephalopathy by promoting HK2 mitochondrial release to drive microglia pyroptosis. J Neuroinflammation. 2025 Jun 11;22(1):154. doi: 10.1186/s12974-025-03480-w. PMID: 40500776; PMCID: PMC12153095.

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