Sci Adv：当"蛋白质垃圾清运"失灵：南京大学虞文魁/秦咸阳发现TG2-波形蛋白轴引爆脓毒症肝炎

2017年，世界卫生组织将脓毒症确认为全球卫生优先事项，要求在机制理解和治疗策略方面取得紧迫进展。2020年首次发布的全球脓毒症报告估计，脓毒症每年导致约1100万人死亡，占全球总死亡率的20%，已超过癌症成为首要死亡原因。

这一负担在老年人中尤为严重，脓毒症在此人群中常进展为不可逆的脓毒性休克，死亡率高达40%。脓毒症的致死性主要由宿主免疫应答失调所驱动，该失调导致广泛炎症和多器官衰竭。

肝脏在代谢调节和免疫监视中发挥核心作用，使其特别容易受到脓毒症损伤。脓毒症相关肝功能障碍（SALD）加剧全身性炎症反应，是临床不良结局的独立预测因素。尽管重症监护领域取得了显著进展，SALD仍然是一个治疗盲区，死亡率达61.5%，远超其他脓毒症相关器官衰竭。

当前从其他肝病中借鉴而来的SALD管理策略，由于对疾病特异性机制的理解不足，疗效有限。作者近期的尸检分析表明，与缺血性或毒性肝损伤不同，SALD表现出独特的病理特征，如胆小管微结构塌陷，以及与腹腔内感染和持续性肠道菌群失调的强关联。

这些发现强调了SALD作为肠道-肝脏界面处一种独特病理生理状态的性质。因此，迫切需要对其机制进行更深入的理解，以克服靶向治疗开发的关键障碍。

巨噬细胞对于器官特异性损伤信号的启动和放大至关重要。在识别脂多糖（LPS）、双链RNA和鞭毛蛋白等病原体相关分子模式后，巨噬细胞通过Toll样受体（TLR）介导的信号通路被激活，导致肿瘤坏死因子-α（TNF-α）、白细胞介素-6（IL-6）和IL-1β等促炎细胞因子的大量产生。

这种细胞因子激增的幅度与肝损伤的严重程度和脓毒症早期死亡率直接相关。虽然临床前研究表明中和TNF、IL-6和IL-1β可防止组织损伤并提高生存率，但靶向单个细胞因子或上游识别通路的临床试验未能产生有效疗法。

对驱动促炎细胞因子产生的协调病理生理机制进行整合性认识，可能有助于优化器官损伤管理，并帮助识别创新治疗策略的关键靶点。

图1.巨噬细胞活化中蛋白酶抑制依赖性TG2-Vim轴的模型（摘自

Science Advances

）

转谷氨酰胺酶2（TG2）是转谷氨酰胺酶家族中表达最广泛的成员，该家族是一类通过靶向谷氨酰胺残基的γ-甲酰胺基团来催化翻译后修饰的酶。其转酰胺酶活性使其能够在谷氨酰胺和赖氨酸残基之间形成共价的ε（γ-谷氨酰）赖氨酸异肽键，从而介导蛋白质交联。

TG2介导的交联通过改变底物蛋白的稳定性、溶解性和结构构象而深刻影响底物蛋白。这些修饰在多种生理过程和病理背景中发挥关键作用。在神经退行性疾病中，升高的TG2活性促进错误折叠蛋白（如β-淀粉样蛋白、tau蛋白和亨廷顿蛋白）的聚集，从而促成神经元毒性。

类似地，TG2驱动的细胞因子（如IL-2）和病毒蛋白交联已被证明可调节免疫应答并影响细胞活力或病毒复制。此外，TG2促进trappin家族蛋白共价掺入细胞外基质，从而增强黏膜抗微生物防御。作者课题组在理解TG2在肝损伤和炎症中的关键作用方面做出了基础性贡献。

在多种肝病模型中，核TG2通过交联并灭活Sp1等转录因子（TFs）来诱导肝细胞凋亡，导致下游细胞生长信号通路的抑制。在此基础上，作者开发了一种使用TG2底物探针5-生物素酰胺戊胺（5BAPA）在组织切片中原位检测TG2酶活性的方法。

在一项初步研究中，作者证明在接受盲肠结扎穿孔术或LPS攻击的脓毒症小鼠的肝中带巨噬细胞中，TG2活性呈剂量依赖性增加。值得注意的是，在正常肝组织中尽管可检测到TG2蛋白表达，但未检测到BAPA信号，表明TG2酶活性而非表达受到严格调控，并在炎症条件下被特异性诱导。

这些发现提示TG2激活是脓毒症进展过程中发生的一个独特分子事件，可能既是SALD的机制驱动因素，也是有前景的治疗靶点。

蛋白质是细胞系统中的主要功能分子，其活性通过多层次调控来调节，包括表达水平、三维构象、翻译后修饰和蛋白质-蛋白质相互作用。近期发现表明，蛋白质稳态——即控制蛋白质合成、折叠、运输和降解的过程——是炎症应答的关键调控因子。

在巨噬细胞中，LPS刺激增强蛋白质生物合成，并驱动促炎细胞因子和主要组织相容性复合体II类分子的产生。这种蛋白质合成的突然增加给细胞蛋白质稳态网络带来了显著压力，可能导致错误折叠蛋白的积累及随后蛋白聚集体（AGGs）的形成。

此类AGGs可能通过干扰正常细胞过程而发挥细胞毒性效应，或通过将受损蛋白隔离到特定亚细胞区室中而发挥细胞保护功能。在哺乳动物细胞中，错误折叠蛋白的清除主要由两种互补系统介导：泛素-蛋白酶体系统（UPS）降解错误折叠蛋白，以及自噬-溶酶体途径清除较大的蛋白AGGs和受损细胞器。

此外，未折叠蛋白应答通过增强分子伴侣表达和蛋白质折叠能力来作为补偿机制发挥作用。不同细胞类型使用这些质量控制机制的专门适应性。例如，造血干细胞优先将错误折叠蛋白区室化为AGGs，随后通过聚集自噬清除。然而，巨噬细胞在脓毒症期间管理蛋白质稳态应激所使用的具体策略仍知之甚少。

在此，作者使用遗传学和药理学方法在脓毒症小鼠模型中系统研究了TG2在这一过程中的作用。作者将TG2依赖的波形蛋白（Vim）交联鉴定为一个关键分子事件，该事件破坏巨噬细胞蛋白质稳态，导致病理性蛋白聚集和持续性炎症信号。作者的发现将TG2–Vim轴确立为连接细胞骨架重塑与脓毒症炎症应答的关键机制。

参考消息：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.aea7513