聯系我們
摘要：USP18介導的去ISG化(deISGylation)建立的動态平衡對(duì)結核病的發生、發展和(hé)轉歸有重要影響。
幹擾素誘導基因15 (interferon-stimulated gene 15，isg15)的表達受Ⅰ型幹擾素誘導，該基因編碼的蛋白(bái)ISG15可以分别通過E1、E2和(hé)E3酶的作(zuò)用(yòng)共價修飾靶蛋白(bái)，此過程被稱爲ISG化(ISGylation)。宿主蛋白(bái)的ISG化廣泛參與天然免疫例如宿主的抗病毒過程。泛素特異性蛋白(bái)酶18 (ubiquitin-specific protease 18，USP18)作(zuò)爲一種去泛素化酶(deubiquitinase，DUB)可以去除靶蛋白(bái)偶聯的 ISG15，并通過抑制Ⅰ型幹擾素信号通路來(lái)抑制宿主的免疫應答(dá)。
泛素特異性蛋白(bái)酶18 (ubiquitin-specific protease 18 ，USP18)和(hé)幹擾素誘導基因15 (interferonstimulated gene 15，isg15)介導的ISG化修飾是機體參與抗病原微生物感染的重要組分。越來(lái)越多的研究發現(xiàn)，靶向ISG15和(hé)USP18及其底物的蛋白(bái)質翻譯後修飾有望開(kāi)發成爲新型抗感染治療的策略之一。
USP18是一個大(dà)小(xiǎo)約 43 kDa的特異性蛋白(bái)酶，ISG15和(hé)USP18均可被幹擾素(interferon，IFN)誘導。通過比較人類(Homo sapiens)、家鼠(Mus musculus)、家牛(Bos taurus)、野豬(Sus scrofa)、羅伯羅夫斯基倉鼠(Phodopus roborovskii)、綠頭鴨(Anas platyrhynchos)等物種中USP18的氨基酸序列，發現(xiàn)不同物種中的 USP18 具有高(gāo)度的同源性。USP18在不同物種中都含有高(gāo)度保守的序列，該保守序列包括半胱氨酸殘基和(hé)組氨酸殘基位于 USP18 的活性中心，這(zhè)也(yě)是 USP家族蛋白(bái)酶所特有的結構。
ISG15 能(néng)夠參與并激活多種信号通路，發揮抗病毒免疫的功能(néng)，與之相反，USP18會(huì)限制NF-κB、JNK和(hé)NFAT等通路的激活，負調節炎症反應，調節T淋巴細胞和(hé)輔助性T細胞的活化。USP18在Ⅰ型IFN中的作(zuò)用(yòng)下(xià)依賴于α/β幹擾素受體2 (interferon alpha/beta receptor 2，IFNAR2)，并負調控Ⅰ型IFN信号通路。USP18可以切割ISG15與靶蛋白(bái)之間的異肽鍵，還
能(néng)在結合後立即切割ISG15的LRLRGG序列，在由ISG15前體加工(gōng)爲成熟的ISG15過程中發揮重要作(zuò)用(yòng)。鑒于ISG15和(hé)USP18在介導宿主蛋白(bái)泛素化和(hé)去泛素化以及免疫應答(dá)中的重要作(zuò)用(yòng)，來(lái)自(zì)西南大(dà)學生命科學學院現(xiàn)代生物醫(yī)藥研究所的研究團隊對(duì)ISG15和(hé)USP18及其突變體在結核分枝杆菌(Mycobacterium tuberculosis，Mtb)等感染免疫應答(dá)中的作(zuò)用(yòng)機制進行解讀，并探讨了(le)其作(zuò)爲治療靶點的潛力。
ISG15特異性蛋白(bái)酶——USP18
蛋白(bái)去泛素化是由一組去泛素酶(deubiquitinase，DUB)介導的泛素化的反向過程。DUB家族有90多個成員。泛素特異性蛋白(bái)酶USP18和(hé)USP20屬于DUBs的USP亞家族，并介導靶蛋白(bái)的去泛素化。USP20靶向多種蛋白(bái)質底物，包括HIF1α、β-腎上(shàng)腺素能(néng)受體、TNF受體關聯因子6(TNF receptor associated factor 6，TRAF6)和(hé)Claspin，通過去泛素化調節Toll樣受體4(toll-like receptor 4，TLR4)信号轉導和(hé)DNA損傷修複。USP18最初被鑒定爲DUB，後來(lái)被發現(xiàn)也(yě)具有去ISG化酶活性，因爲小(xiǎo)鼠中USP18缺失或非活性突變體usp18C61A會(huì)導緻高(gāo)水(shuǐ)平的ISG化。此外(wài)，USP18在ISG15前體加工(gōng)産生成熟的 ISG15 分子過程中也(yě)發揮作(zuò)用(yòng)，但(dàn)在 USP18缺陷小(xiǎo)鼠中，ISG15前體也(yě)能(néng)被加工(gōng)成其成熟形式，重組ISG15前體可以被II型肺泡上(shàng)皮細胞A549的一種大(dà)小(xiǎo)100 kDa的酶正确加工(gōng)，且該酶是酵母泛素特異性肽酶 1(ubiquitin-specific protease，USP1)同源物，活性不受I型IFN刺激的影響。這(zhè)提示除USP18 之外(wài)，還有其他(tā) ISG15 特異性蛋白(bái)酶。
一些(xiē)E2和(hé)E3酶在ISG15化和(hé)泛素化過程中的功能(néng)具有重疊，也(yě)意味着存在可以作(zuò)爲ISG15 特異性蛋白(bái)酶的多功能(néng) DUB，包括 USP2、USP5、USP13 和(hé) USP14 在内的幾種 DUB 都被認爲是ISG15 特異性蛋白(bái)酶的候選物。但(dàn)是，小(xiǎo)鼠中USP18基因的缺失會(huì)導緻組織中ISG15 結合物大(dà)量增加，而不會(huì)影響泛素結合物的水(shuǐ)平，這(zhè)表明(míng)USP18是ISG15特異性蛋白(bái)酶，可将ISG15從(cóng)靶蛋白(bái)上(shàng)去除。
ISG15前體經ISG15加工(gōng)酶變成ISG15，分别與E1、E2、E3泛素酶結合，将ISG15結合在靶蛋白(bái)上(shàng)，USP18能(néng)夠從(cóng)靶蛋白(bái)上(shàng)去除ISG15，發揮去ISG化功能(néng)。
USP18的表達主要受I型IFN誘導，而這(zhè)種誘導需要通過JAK/STAT信号通路的作(zuò)用(yòng)。幹擾素
β (interferon-beta，IFN-β)比幹擾素 α (interferon-alpha，IFN-α)和(hé)雙鏈 RNA (double strand RNA，dsRNA)誘導USP18的作(zuò)用(yòng)更強，但(dàn)幹擾素γ (interferon-gamma，IFN-γ)幾乎沒有誘導作(zuò)用(yòng)。USP18也(yě)可被脂多糖(lipopolysaccharide，LPS)誘導。幹擾素調節因子2(interferon regulatory factor 2，IRF2)和(hé)幹擾素調節因子3 (interferon regulatory factor 3，IRF3)都是LPS應答(dá)所必需的，LPS通過IRF3上(shàng)調USP18，而IRF2可将其降至基礎水(shuǐ)平。在各種造血細胞系中，單核
細胞和(hé)巨噬細胞系能(néng)夠高(gāo)水(shuǐ)平表達USP18。Skp2 (S-phase kinase associated protein 2)是S期激酶相關蛋白(bái)，屬于F-box蛋白(bái)家族，在蛋白(bái)泛素化降解過程中可作(zuò)爲 Skp1-Cul1-F-box(SCF)蛋白(bái)複合物的重要成分識别底物蛋白(bái)，通過降解細胞周期調節蛋白(bái)而調控細胞周期。USP18 是Skp2的底物，Skp2促進USP18的泛素化和(hé)随後的蛋白(bái)酶體降解。這(zhè)表明(míng)SCF-Skp2可能(néng)通過控制USP18的穩定性，調節I型IFN信号轉導。然而，有大(dà)量基因例如急性髓系白(bái)血病(acute myeloid leukemia，AML)融合基因AML1-ETO誘導USP18上(shàng)調的機制尚待研究。
USP18負調節先天免疫反應
ISG15和(hé)USP18在宿主對(duì)病毒感染的反應中起着重要作(zuò)用(yòng)。在I型IFN處理(lǐ)後，與野生型細胞相比，usp18C61A細胞對(duì)B型流感病毒感染有更強的抵抗力，而病毒在isg15缺失的 usp18C61A 細胞中可完全恢複複制能(néng)力。除了(le)其酶功能(néng)外(wài)，USP18還負調控I型IFN信号轉導，與Janus激酶(janus kinase，JAK)競争結合IFNAR2。因此，與野生型細胞相比，用(yòng)I型IFN 處理(lǐ)usp18−/−細胞導緻信号轉導轉錄激活因子 (signal transducers and activators of transcription 1，STAT1)磷酸化增加且持續時(shí)間延長，增強ISG化，并促進細胞凋亡。這(zhè)與抑制USP18可增強HepG2.2.15細胞中IFN-α 的抗乙型肝炎病毒(hepatitis B virus，HBV)活性這(zhè)一結論相吻合。
模式識别受體如RIG-I在先天免疫細胞中表達，招募接頭分子IPS-1，進而觸發MAVS-TBK1-IRF3 通路等信号通路的激活，ISG15能(néng)夠靶向并參與修飾一系列重要的抗病毒蛋白(bái)，如STAT1、IRF3、RIG-I等，病毒感染過程中ISG15介導的ISGylation以及與底物的結合能(néng)夠使宿主發揮抗病毒反應，同時(shí)USP18将負調控某些(xiē)抗病毒蛋白(bái)的表達。
USP18先天缺失與相關疾病
USP18基因的缺失使細胞内的IFN水(shuǐ)平失調，一方面可能(néng)會(huì)導緻個體出現(xiàn)先天緻死，但(dàn)另一方面也(yě)能(néng)夠增強癌症患者或病毒感染患者的免疫應答(dá)，促進癌症治療和(hé)病毒清除。
ISG15缺失的個體易患孟德爾遺傳易感性的分枝杆菌病(mendelian susceptibility to mycobacterial disease，MSMD)，這(zhè)是因爲缺失ISG15會(huì)觸發T細胞和(hé)自(zì)然殺傷細胞(natural killer cell，NK)産生過量的IFN-γ。USP18小(xiǎo)鼠更容易感染Mtb，肺和(hé)脾髒中的細菌數量增加，
炎性細胞因子升高(gāo)，肺部病變更嚴重。
蛋白(bái)質泛素化修飾是感染免疫的重點研究對(duì)象之一，去泛素酶USP18是維持細胞中ISG15共價修飾蛋白(bái)質的動态平衡和(hé)功能(néng)的關鍵，在DNA/RNA病毒感染期間調節病毒複制、聚集以及對(duì)宿主的易感性。HBV等病原可以逃避宿主模式識别受體的識别、抑制下(xià)遊信号轉導，調控宿主 USP18 等去泛素化酶活性而幹擾IFN信号轉導，最後逃避免疫清除。
因此針對(duì)DUBs尤其是USP18在患者中的異常表達及其調控因子研發新的靶向藥物，将有助于開(kāi)發新的抗感染工(gōng)具。
參考文(wén)獻
- Reyes-Turcu FE, Ventii KH, Wilkinson KD. Regulation and cellular roles of ubiquitin-specific deubiquitinating enzymes. Annu Rev Biochem, 2009, 78: 363–397.
- Yasunaga J, Lin FC, Lu XB, Jeang KT. Ubiquitin-specific peptidase 20 targets TRAF6 and human T cell leukemia virus type 1 tax to negatively regulate NF-kappaB signaling. J Virol, 2011, 85(13): 6212–6219.
- Huijser E, Bodewes ILA, Lourens MS, van HeldenMeeuwsen CG, van den Bosch TPP, Grashof DGB, van de Werken HJG, Lopes AP, van Roon JAG, van Daele PLA,Brkic Z, Dik WA, Versnel MA. Hyperresponsive cytosolic DNA-sensing pathway in monocytes from primary Sjögren's syndrome. Rheumatology (Oxford), 2022, 61(8): 3491–3496.
- Anne-Boland-Auge, Deleuze JF, El-Chehadeh S, Anheim M, de Saint-Martin A, Pellegrini S, Marsh JA, Crow YJ, El-Daher MT. Type I interferonopathy due to a homozygous loss-of-inhibitory function mutation in STAT2. J Clin Immunol, 2023, 43(4): 808–818.
- Qi’ao Zhang, Zilu Wang, Peibo Li, Jianping Xie.USP18-mediated protein deISGylation and its role in tuberculosis and other infectious diseases.Hereditas (Beijing) 2023, 45(11): 998―1006.
