USP13 stabilizes prohibitin 1 to support CD14 turnover and restrain TLR4-NLRP3 inflammatory signaling in sepsis

当人体面临严重感染时，必须在钢丝绳上行走。它需要召唤强大的防御力量来对抗入侵的病菌，但如果这种防御变得过于激进，它就会反过来攻击自身，导致器官衰竭和死亡。这种危险的过度反应是脓毒症（sepsis）的一个特征，在脓毒症中，免疫系统失去了校准其反应的能力。在这场战斗的前线，是免疫细胞表面的特化传感器。这些传感器就像门铃一样，在检测到细菌迹象时鸣响警报。其中一种被称为 CD14 的传感器，通过与另一种传感器 TLR4 紧密协作，来识别一种常见的细菌成分并触发炎症反应。人体内置了关闭这些传感器的机制，以便在任务完成后停止工作，防止警报永不停歇。这个关闭传感器的过程涉及将它们标记为待移除，有点像在包裹上贴上“丢弃”标签，以便细胞的回收中心知道将其分解。如果这个回收系统失效，传感器就会堆积，警报会持续鸣响，人体就会遭受不受控制的炎症。

研究人员早已知道，一种名为 prohibitin 1（或称 PHB1）的蛋白质有助于管理 CD14 传感器的回收过程。然而，来自上海交通大学和复旦大学科学家的一项新研究表明，PHB1 本身很脆弱，需要保护才能履行职责。该团队发现，另一种蛋白质 USP13 起到了 PHB1 “守护者”的作用。当人体处于脓毒症的压力下时，这种守护蛋白的水平会下降。由于缺乏足够的 USP13，PHB1 会过快地降解。这使得 CD14 传感器失去了它们的管理者，导致它们在细胞表面堆积。其结果是失控的炎症信号，这会损伤肺部并增加死亡风险。研究人员发现，即使在缺少守护蛋白的情况下，恢复 PHB1 的水平也能平息这场风暴并提高动物模型的存活率。这项工作确定了一个控制免疫系统如何关闭自身警报的具体事件链，为理解脓毒症为何失控提供了新的视角。

这一发现之旅始于对人类数据的观察。研究人员分析了 51 名脓毒症患者和 22 名健康受试者的血液样本遗传信息。他们发现，与健康组相比，脓毒症患者体内 USP13 的基因表达显著降低。为了确保这不仅仅是因为感染期间白细胞循环过多而产生的副作用，他们调整了分析方法，结果显示 USP13 的下降依然清晰可见。他们还观察了一组在上海入院的住院老年患者，追踪他们从诊断出脓毒症到发病一周后的情况。在这些患者中，USP13 的水平在开始时较低，但随着病程进入早期阶段，显示出恢复的迹象。这种模式表明，USP13 的缺失是该疾病的一个真实特征，而非随机波动。

为了了解缺失这种蛋白质会发生什么，团队转向了实验室模型。他们在培养皿中培养了人类肺细胞，并减少了它们产生 USP13 的量。当这些缺乏 USP13 的细胞暴露在已知会触发炎症的细菌毒素中时，它们遭受的损伤要大得多。它们产生了更多的有害分子——活性氧（reactive oxygen species），这些分子就像细胞内部的“铁锈”；并且它们表现出比正常细胞更快的死亡迹象。这些细胞还释放了更高水平的炎症化学物质，例如 TNF-alpha 和 IL-6，这些物质是人体求救的方式，但过量时会具有破坏性。这些实验证实，如果没有 USP13，细胞无法像预期那样应对感染压力。

科学家随后研究了 USP13 如何保护细胞。他们发现 USP13 与 PHB1 进行物理结合。用细胞生物学的语言来说，蛋白质通常带有被称为“泛素”（ubiquitin）的小标签，这些标签会将它们标记为待销毁。团队展示了当 USP13 存在时，它会从 PHB1 上移除这些标签，从而有效地保护它免遭降解。如果没有 USP13，PHB1 会被标记并更快地被破坏。通过证明一个失去了切割标签能力的 USP13 版本无法再保护 PHB1，这一关系得到了证实。结果呈现出一个清晰的指挥链：USP13 维持 PHB1 的稳定性，而 PHB1 是管理 CD14 传感器的必需品。

为了观察这一链条在活体动物中是否成立，研究人员使用了小鼠。他们向小鼠静脉注射病毒，以降低其 USP14 或 PHB1 的水平。当这些小鼠随后接受模拟脓毒症的细菌毒素剂量时，其死亡率远高于正常小鼠。它们的血液中充满了高水平的炎症化学物质，肺部显示出严重的应激和细胞死亡迹象。这证明了丢失这对搭档中的任何一个都会使动物在感染面前变得更加脆弱。

这项研究最关键的部分是测试通过恢复 PHB1 是否可以修复由失去 USP13 造成的损伤。研究人员创建了缺乏 USP13 的小鼠，然后利用病毒载体给予它们 PHB1。这些小鼠在面对脓毒症挑战时的存活率远高于同时缺乏这两种蛋白质的小鼠。它们的炎症化学物质水平下降，肺部看起来更健康。为了使研究结果更具现实治疗意义，他们还测试了一种可以直接注入体内的 PHB1 版本，而不是依赖基因工程。当他们向已经因 USP13 被沉默而产生问题的小鼠注射这种蛋白质时，即使在感染开始数小时后给药，它仍然能减轻炎症并提高存活率。这表明，由缺失守护蛋白引起的问题，可以通过简单地替换它原本要保护的“工人”来解决。

团队还探索了这一机制在更复杂的脓毒症模型中的运作方式，即通过向小鼠腹部注射人类粪便细菌混合物。这模拟了涉及多种类型细菌的真实感染场景，而非仅仅是单一毒素。结果是一致的：缺乏 USP13 或 PHB1 的小鼠病情更重，而恢复 PHB1 则能挽救它们。此外，他们还证明了这些蛋白质之间的关系是严格单向的：恢复 PHB1 可以解决由缺乏 USP13 引起的问题，但添加额外的 USP13 却无法解决由缺乏 PHB1 引起的问题。这证实了 PHB1 在 USP13 的控制层级中处于直接下游位置。

最后，研究人员将影响追踪到了 CD14 传感器。他们发现，当 PHB1 缺失时，CD14 传感器不会被标记以进行移除，而是堆积在细胞表面。这种堆积意味着细胞对细菌信号变得过度敏感，从而导致了杀死动物的过度炎症。通过恢复 PHB1，标记过程恢复正常，传感器被清除，炎症反应也得到了控制。

这项研究并未提供即时的脓毒症疗法，也并未声称给予患者 PHB1 就是现成的治疗手段。研究人员谨慎地指出，他们尚未确定在人类身上使用的最佳剂量、时机以及长期安全性。然而，这项工作提供了一张清晰的“故障路径图”。它表明，在脓毒症中，人体失去了一种能够维持另一种蛋白质稳定的保护性蛋白，进而导致免疫系统的传感器失控。通过确定这一特定的环节，该研究为未来的研究提供了一个新靶点，暗示旨在稳定这一蛋白质链的疗法或许有一天能帮助人体重新掌控自身的防御系统。