Research：冼勋德团队揭示KIF13B/PLIN5轴在脓毒症诱导心肌功能障碍中的保护作用及分子机制

2026年1月，北京大学心血管研究所冼勋德课题组在《Research》（IF: 10.9）上发表了题为“KIF13B Attenuates Sepsis-Induced Myocardial Dysfunction through Stabilization of PLIN5”的研究论文，首次证实脓毒症诱导的心肌功能障碍（SICD）疾病背景下，驱动蛋白家族成员13B（KIF13B）调控心脏脂质代谢的作用机制，为SICD的预防和治疗提供了新的理论基础和潜在治疗靶点。

亮点概述：

明确KIF13B的SICD保护功能。
阐明KIF13B通过维持蛋白稳定性和促进蛋白亚细胞定位双重调控脂滴蛋白5（PLIN5）发挥作用。
明确KIF13B/PLIN5轴为SICD的潜在治疗靶点，为临床开发靶向代谢紊乱的SICD疗法提供直接实验依据。

研究背景：

脓毒症是由宿主对感染的异常反应引发的器官功能障碍，其诱导的SICD是一种常见且严重的并发症，显著增加患者死亡率，是预后不良的关键决定因素。SICD特指严重脓毒症或感染性休克期间发生的心肌收缩和舒张功能急性损伤。其病理生理学机制复杂，涉及全身炎症、钙处理异常、线粒体损伤以及心脏能量代谢和脂质稳态的严重紊乱。尽管炎症级联反应和氧化应激已被证实是重要诱因，但驱动SICD的精确机制仍未完全明确。已有证据表明，脓毒症期间心脏内异常脂质代谢发挥关键作用。脂肪酸（FA）摄取、氧化和储存的失调（脂毒性）是导致心肌顿抑和功能障碍的重要因素。

KIF13B又称鸟苷酸激酶相关驱动蛋白，可促进脂质转运体和受体的转运，显著影响细胞脂质摄取、合成和胆固醇外流。其缺陷或功能障碍使实验动物易患肝脂肪变性、血脂异常，并加速动脉粥样硬化和腹主动脉瘤的发生。鉴于心脏功能对脂质代谢精确调控的高度依赖，以及脂质失调与SICD的明确关联，KIF13B可能在脓毒症期间对心脏具有未知的保护作用。

为探究KIF13B与SICD的关联，研究人员通过GSE267388数据库进行分析，发现脓毒症小鼠心脏中Kif13b mRNA相较非脓毒症显著下调。且使用脂多糖（LPS）刺激新生大鼠心肌细胞（NRCMs）显著降低Kif13b mRNA和蛋白表达水平，但对新生大鼠成纤维细胞（NRCFs）无影响。这些结果共同表明，SICD小鼠心脏中KIF13B表达明显受抑制。

为明确KIF13B在SICD发生发展中的作用，研究人员构建了全基因组Kif13b敲除（Kif13b^-/-）小鼠，并对8-10周龄雄性WT和Kif13b^-/-小鼠腹腔注射LPS诱导SICD。与WT小鼠相比，Kif13b^-/-小鼠表现为乳酸脱氢酶（LDH）水平升高、存活率降低，并产生严重SICD。组织学分析显示，与WT小鼠相比，脓毒症Kif13b^-/-小鼠心肌纤维化、脂质蓄积和氧化应激增加。脂质组学分析表明，Kif13b^-/-小鼠中心肌甘油三酯（TG）和游离脂肪酸（FFAs）升高，心磷脂（CL）降低。基因组富集分析显示，Kif13b缺失显著损害氧化磷酸化（OXPHOS）通路。在Kif13b^-/-小鼠的盲肠结扎穿孔术（CLP）模型中，也观察到与上述类似的现象。这些结果表明，Kif13b敲除会通过破坏心肌脂质代谢加剧SICD。

KIF13B缺陷通过破坏心肌脂质代谢加剧脓毒症诱导的SICD

研究人员在NRCMs中敲低Kif13b，随后采用LPS刺激进行后续机制研究。BODIPY染色显示，LPS处理和Kif13b沉默均导致心肌细胞脂滴蓄积。为探究脂质摄取与消耗失衡促进的脂质蓄积是否源于脂质摄取改变，研究人员检测了参与脂质摄入的关键受体蛋白CD36与心脏中两种关键脂质转运介质（脂肪酸转运蛋白1（FATP1）和脂肪酸结合蛋白3（FABP3））的表达水平。在PBS处理或LPS刺激条件下，KIF13B敲低不影响CD36棕榈酰化，但均降低FATP1水平；而FABP3在PBS处理的细胞中表达无变化，但在KIF13B敲低的LPS刺激细胞中下调。这些发现表明，KIF13B缺陷情况下，不增加脂质摄取，脂质蓄积由其他通路导致。

由于心肌细胞主要依赖脂质进行线粒体能量产生，研究人员评估了NRCMs中的线粒体氧化磷酸化（OXPHOS）。KIF13B敲低显著损害基础呼吸和三磷酸腺苷（ATP）生成，而最大呼吸能力仅在LPS刺激后降低。WT和Kif13b^-/-小鼠心脏中负责FA激活的关键酶的mRNA水平相当或升高。与线粒体底物利用缺陷一致，KIF13B敲低的NRCMs表现为活性氧（ROS）升高、线粒体膜电位（ΔΨm）降低，以及电子传递链（ETC）复合物表达受损。综上，Kif13b缺陷心肌细胞的线粒体功能障碍主要源于线粒体功能的直接损伤。研究人员又在NRCMs中过表达人源KIF13B，并进行LPS刺激。结果显示KIF13B过表达有效逆转了NRCMs中线粒体ETC的损伤，证实KIF13B能够负调控LPS诱导的心肌细胞脂质蓄积并维持线粒体功能。

脓毒症应激条件下，KIF13B缺失会破坏心肌细胞的脂质代谢和线粒体电子传递链功能

为阐明心肌细胞来源的KIF13B调控SICD的机制，研究人员对SICD Kif13b^-/-小鼠与WT小鼠心脏的脂质代谢通路基因和差异表达蛋白进行整合分析，发现PLIN5的差异最为显著。在KIF13B敲低的NRCMs中恢复PLIN5表达，显著减少脂质蓄积、TG水平和ROS生成，并挽救ΔΨm，恢复最大呼吸能力和ATP生成，但不能恢复被降低的基础呼吸能力。相反，在KIF13B过表达的情况下敲低PLIN5，与单独KIF13B过表达相比，脂质蓄积、TG、FFA和ROS增加，ΔΨm降低。KIF13B过表达恢复了心肌细胞的基础呼吸能力、最大呼吸能力和ATP生成，但PLIN5敲低后这种保护作用被消除。这些数据表明，KIF13B主要通过调控心肌细胞中脂滴相关蛋白PLIN5，保护细胞免受脓毒症诱导的脂毒性和线粒体功能。

PLIN5在脓毒症应激的心肌细胞中，介导KIF13B依赖的抗脂毒性和线粒体功能障碍保护作用

研究人员为探究KIF13B如何影响PLIN5表达，通过HDOCK SERVER预测KIF13B与PLIN5存在高相互作用的概率，并通过免疫共沉淀进行验证。然而，KIF13B敲低后Plin5 mRNA水平无变化，KIF13B可能在翻译后调控PLIN5表达。溶酶体抑制剂处理实验结果表明KIF13B通过抑制PLIN5的溶酶体降解来稳定其表达。PLIN5与溶酶体标志物溶酶体相关膜蛋白 1（LAMP1）的共染色显示，LPS刺激增加PLIN5与LAMP1的共定位。KIF13B与脂滴上的PLIN5共定位，且显著增强PLIN5与线粒体的共定位，敲低KIF13B后PLIN5信号降低。这些发现支持以下模型：KIF13B在细胞质中与PLIN5结合，通过抑制溶酶体降解增强其稳定性，并促进其在脂滴和线粒体的定位，从而维持PLIN5的生理功能。最后，为评估PLIN5是否为KIF13B缺陷相关SICD的治疗靶点，研究人员使用AAV9载体在Kif13b^-/-小鼠心脏中恢复PLIN5表达。发现心脏特异性PLIN5过表达可减轻Kif13b^-/-小鼠的SICD，凸显其治疗潜力。