为什么感染会致命？武汉大学中南医院宋学敏团队揭示Acod1调控NETosis减轻脓毒症机制

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2025年6月30日，武汉大学中南医院宋学敏教授在Advanced Science发表：Acod1 Promotes PAD4 Ubiquitination via UBR5 Alkylation to Modulate NETosis and Exert Protective Effects in Sepsis，揭示了Acod1通过UBR5烷基化促进PAD4泛素化调控中性粒细胞外捕获网（NETs），并在脓毒症中发挥保护作用。

NETs是由中性粒细胞释放的一种网状结构，其形成过程称为NETosis。NETs在脓毒症的病理过程中发挥关键作用，但其具体的调控机制尚未完全阐明。本研究发现，作者在临床脓毒症患者和盲肠结扎穿刺（CLP）小鼠模型中，外周血中NETs水平显著升高，且Acod1的表达与NETs的生成密切相关。Acod1基因敲除导致CLP小鼠体内NETs水平进一步上升，炎症反应加重，器官损伤恶化，生存率下降。进一步研究表明，E3泛素连接酶UBR5能与NETs生成核心蛋白之一PAD4相互作用。本研究结合转录组学、代谢组学、基因编辑及免疫共沉淀等技术，揭示了Acod1/ITA调控NETs的分子机制，为脓毒症的治疗提供了新的潜在靶点和理论依据。

图一 Acod1与脓毒症相关的NETs密切相关

作者采用盲肠结扎穿刺（CLP）方法建立了脓毒症动物模型。造模后12小时，分别从假手术组和CLP组小鼠的外周血中性粒细胞中采集样本进行转录组和代谢组测序。转录组测序结果显示，与假手术组相比，CLP组中性粒细胞中与NETs相关的基因如PAD4、MPO和NE的表达水平显著上调。此外，CLP组中Acod1的表达水平也明显升高。代谢组测序数据显示，CLP组中性粒细胞中的ITA水平较假手术组显著升高。进一步进行GO富集分析发现，CLP组中性粒细胞在免疫和炎症相关生物过程方面显著富集，例如炎症反应调控等。KEGG通路富集分析显示，CLP组中性粒细胞在TNF信号通路和NF-κB信号通路等免疫和炎症相关通路中显著富集。对RNA测序数据集分析表明，在临床脓毒症患者样本中，Acod1基因表达水平显著高于健康对照组。进一步分析显示，脓毒症患者的Acod1基因水平与PAD4和NE基因水平之间存在相关性。本研究在临床层面纳入了符合脓毒症3.0诊断标准的确诊患者和健康志愿者，检测了健康志愿者和脓毒症患者外周血中性粒细胞中Acod1 mRNA的表达水平并测定外周血中促炎因子TNF-α的浓度，以及NETs特征成分CitH3-DNA和MPO-DNA的含量。实验结果表明，与健康人群相比，脓毒症患者外周血中TNF-α和NETs水平均显著升高。进一步对脓毒症患者外周血中Acod1 mRNA水平与NETs标志物水平进行相关性分析，结果显示两者呈显著负相关，提示Acod1可能在调控NETs生成中发挥重要作用。Acod1 mRNA水平与TNF-α水平也呈现出负相关趋势。为进一步探讨Acod1的临床意义，作者分析了其mRNA水平与脓毒症严重程度之间的关系。结果显示，Acod1 mRNA表达水平与脓毒症严重程度呈显著负相关。这些结果表明，Acod1/ITA在脓毒症中性粒细胞的免疫调节和炎症反应中起着关键作用，并且与NETs的形成密切相关。

图二 Acod1基因敲除加剧了脓毒症的进展并提高了死亡率

WB分析证实，Acod1在Acod1-/-小鼠的外周血中性粒细胞中成功敲除且Acod1敲除后中性粒细胞中的ITA水平显著降低。为了深入研究Acod1在脓毒症中的作用，作者建立了两种动物模型：CLP脓毒症模型和LPS诱导的脓毒症模型。在建立CLP脓毒症模型7天后，Acod1-/-小鼠的存活率显著低于野生型（WT）小鼠。HE染色结果显示，在CLP诱导的小鼠中，肺、肝、肾和心脏组织出现了明显的病理变化，包括水肿、出血、组织结构异常以及炎性细胞浸润。值得注意的是，与野生型小鼠相比，Acod1-/-小鼠的肺、肝、肾和心脏组织损伤更为严重。ELISA结果显示，Acod1-/-小鼠外周血中的TNF-α、IL-1β和IL-6水平均显著高于野生型小鼠。肺组织损伤的HE染色病理评分也显示，Acod1-/-小鼠的肺损伤程度更严重，支气管肺泡灌洗液中的蛋白含量也更高。血液生化检测显示，与野生型小鼠相比，Acod1-/-小鼠的肝肾功能损伤更明显表现为ALT、AST、肌酐和尿素氮水平升高。这些结果在LPS诱导的脓毒症模型中也得到了验证。在该模型中，Acod1-/-小鼠的7天存活率更低并表现出更严重的外周血炎症反应和器官损伤，结果与CLP模型一致。综上所述，这些结果表明Acod1在脓毒症的发生发展中发挥了关键作用。

图三 Acod1通过ITA通路调控NETosis，从而在脓毒症中发挥保护作用

作者进一步研究证实了Acod1/ITA在脓毒症和NETosis中的影响，与不能产生ITA的H159QAcod1组相比，过表达ITA的OE-Acod1组小鼠的7天生存率显著提高，全身性炎症反应和器官损伤也明显减轻。此外，NETs的水平也相应降低。这些结果表明，Acod1通过ITA通路调控NETosis从而在脓毒症中发挥保护作用。

综上所述，本研究发现Acod1是脓毒症中一个潜在的关键代谢调控因子，其产物ITA能显著调控NETs的形成。研究结果表明，Acod1/ITA信号通路在缓解脓毒症相关的炎症反应和器官损伤中发挥了重要作用，这一发现为脓毒症的治疗干预提供了新的研究方向。在体内和体外的脓毒症模型中观察到的保护性效应，进一步突出了Acod1/ITA作为治疗靶点的潜力。因此，深入探索该通路的临床意义具有重要意义。

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文章来源

https://doi.org/10.1002/advs.202411652