Se uma barra invertida significa "escape do próximo caractere" (seja uma chave, outra barra invertida ou qualquer coisa exceto final de linha), você pode "pular" o próximo caractere como este:
sed -r 's/_\{((\.|[^}\])+)\}/**/g
Se a barra invertida tiver apenas um significado especial antes da chave, será necessário "pular" o primeiro caractere não-barra invertida após cada execução de uma ou mais barras invertidas:
sed -r 's/_\{((\+[^\]|[^}\])+)\}/**/g'