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泛素特異性蛋白(bái)酶18(USP18)是泛素特異性蛋白(bái)酶家族成員之一。它是一種Ⅰ型幹擾素誘導基因(Ⅰ-IFN)，也(yě)稱爲UBP43，參與将連接在蛋白(bái)質上(shàng)的類泛素幹擾素刺激基因(ISG)15移除的過程，是ISG15共價酶修飾系統中特異性的蛋白(bái)水(shuǐ)解酶。
USP18與I型IFN信号通路
與ISG15一樣，USP18在宿主先天免疫中發揮重要作(zuò)用(yòng)。這(zhè)種作(zuò)用(yòng)分别通過ISG15蛋白(bái)酶依賴性和(hé)非依賴性方式介導。USP18由IFN、LPS和(hé)病毒感染誘導，并可調節I型IFN應答(dá)。
小(xiǎo)鼠中USP18基因的缺失導緻IFN超敏反應。USP18−/−小(xiǎo)鼠對(duì)多種病毒 (包括淋巴細胞脈絡叢腦(nǎo)膜炎病毒 (lymphocytic choriomeningitis virus，LCMV)、水(shuǐ)疱性口炎病毒(vesicular stomatitis virus，VSV)和(hé)辛德比斯病毒(sindbis virus，SINV))感染引起的細胞病變效應也(yě)具有更強的抵抗力。USP18缺陷小(xiǎo)鼠在腦(nǎo)内接種淋巴細胞脈絡叢腦(nǎo)膜炎病毒和(hé)水(shuǐ)疱性口炎病毒後，未見緻命性淋巴細胞脈絡叢腦(nǎo)膜炎和(hé)脊髓腦(nǎo)炎。此外(wài)，淋巴細胞脈絡叢腦(nǎo)膜炎病毒感染USP18−/−小(xiǎo)鼠後，淋巴細胞脈絡叢腦(nǎo)膜炎病毒複制被嚴重抑制，大(dà)腦(nǎo)中ISG15化水(shuǐ)平增加，USP18−/−小(xiǎo)鼠的存活率大(dà)大(dà)提高(gāo)。USP18−/−的小(xiǎo)鼠感染淋巴細胞脈絡叢腦(nǎo)膜炎病毒後第11 天都沒有死亡或出現(xiàn)臨床症狀，而所有淋巴細胞脈絡叢腦(nǎo)膜炎病毒感染的野生型小(xiǎo)鼠在第7天死亡。這(zhè)些(xiē)發現(xiàn)表明(míng)，USP18缺失不利于淋巴細胞脈絡叢腦(nǎo)膜炎病毒複制。
USP18 可負調節針對(duì)病毒感染的先天免疫應答(dá)。
USP18−/−小(xiǎo)鼠胚胎成纖維(mouse embryonic fibroblast，MEF)細胞I型IFN介導的免疫反應增強，對(duì)VSV和(hé)SINV感染産生抗性，使STAT1信号失調。然而，在USP18−/−/ISG15−/−或USP18−/−/UBE1l−/−雙敲除小(xiǎo)鼠中，上(shàng)述表型依舊沒有改變，這(zhè)表明(míng)與ISG15的蛋白(bái)質修飾無關。因此，USP18也(yě)受到(dào)ISG15外(wài)其他(tā)蛋白(bái)的調控，具有異肽酶活性。這(zhè)些(xiē)功能(néng)未必需要ISG15蛋白(bái)酶活性來(lái)介導，否則USP18−/−小(xiǎo)鼠的表型将被逆轉，或至少受到(dào)ISG15或其E1激活酶 UBE1L的敲降的影響，但(dàn)事(shì)實上(shàng)兩者都沒有影響。
USP18可能(néng)通過與參與免疫調節的蛋白(bái)質直接相互作(zuò)用(yòng)來(lái)影響免疫功能(néng)。比如USP18與IFN受體(IFNAR2)結合，并通過破壞IFNAR2-JAK結合來(lái)阻斷IFN信号傳遞。這(zhè)些(xiē)數據表明(míng)，USP18可以結合并調節蛋白(bái)的活性，而不依賴于其ISG15蛋白(bái)酶功能(néng)。
USP18−/−細胞對(duì)I型IFN敏感，這(zhè)與JAK/STAT信号通路的增強與延長有關。USP18除了(le)具有催化活性，還可通過與IFNAR2 (I型IFN受體的亞基)之間的直接相互作(zuò)用(yòng)實現(xiàn)對(duì)I型IFN信号通路的負調控。IFNAR2與USP18的結合幹擾JAK蛋白(bái)與受體之間的相互作(zuò)用(yòng)，導緻下(xià)遊磷酸化級聯和(hé)其他(tā)信号的抑制。此外(wài)，在USP18−/−細胞中通過siRNA 敲降UBE1L，其STAT2磷酸化與在USP18+/+細胞幾乎一緻。這(zhè)表明(míng)USP18抑制I型IFN信号通路不需要其去ISG化活性。
USP18與STING信号通路
cGAS-STING_(cyclic GMP-AMP synthasestimulator of interferon response CGAMP interactor，cGAS-STING )通路廣泛參與細菌感染導緻的疾病，例如結核病和(hé)敗血症。STING招募TANK結合激酶1(TANK-binding kinase 1，TBK1)和(hé)IRF3。TBK1首先被磷酸化，然後磷酸化的TBK1再磷酸化IRF3，IRF3進一步轉移到(dào)細胞核中，誘導IFN-I和(hé)許多其他(tā)炎性細胞因子的表達。線粒體代謝(xiè)酶ACOD1 (aconitate decarboxylase 1；也(yě)稱爲immune-responsive gene 1 protein homolog，IRG1)在巨噬細胞激活後被迅速誘導，催化順烏頭酸脫羧并産生高(gāo)濃度衣康酸(itaconate，ITA)，Mtb誘導的IRG1反應高(gāo)度依賴于細菌ESX-1分泌系統以及宿主STING和(hé)I型IFN受體信号轉導，USP18參與STING的調節。
cGAS對(duì)于宿主防禦細胞中的 DNA 病毒至關重要。USP18是STING的相互作(zuò)用(yòng)蛋白(bái)，作(zuò)用(yòng)于蛋白(bái)N端跨膜結構域。USP18−/−導緻單純疱疹病毒1(Herpes simplex virus 1，HSV-1)或細胞質DNA受損，從(cóng)而觸發IRF3和(hé)核轉錄因子κB (nuclear factor kappa-B，NF-κB)的激活，随後在 IFNAR1 存在或不存在的情況下(xià)誘導産生I型IFN和(hé)促炎細胞因子。
USP18與STING相互作(zuò)用(yòng)并招募 USP20，USP20介導STING的K48-多聚泛素鏈的去泛素化。USP18的缺失或USP20的敲降導緻的泛素化增強和(hé)STING的降解，增強了(le)HSV-1病毒的複制，使USP18−/−小(xiǎo)鼠更易感染HSV-1，說明(míng)USP18是病毒感染後誘導I型IFN和(hé)促炎細胞因子所必需的，并且在DNA病毒觸發的信号轉導中起主要作(zuò)用(yòng)。USP18也(yě)被證明(míng)能(néng)直接充當DUB，并去除TAK1(transforming growth factor-beta-activated kinase 1，TAK1)的K63連接的多泛素鏈。與此同時(shí)，USP18 也(yě)能(néng)夠獨立于IFN-I活性或其DUB活性，進而介導抗病毒信号轉導。
以上(shàng)說明(míng)USP18通過依賴或獨立于IFN和(hé)其酶活性的方式與不同的信号通路相互作(zuò)用(yòng)。
USP18與MAVS信号通路
線粒體抗病毒信号蛋白(bái)(mitochondrial antiviral signaling protein，MAVS)是一種線粒體錨定蛋白(bái)，在RIG-I樣受體(rig-I-like receptors，RLRs)激活後指導對(duì)RNA病毒感染的先天免疫反應，最終通過IRF3觸發I型IFN誘導并通過NF-κB引起炎症反應，分泌細胞因子。許多E3泛素連接酶參與MAVs信号轉導，例如TRAF6、ITCH和(hé)RNF11，但(dàn)對(duì)結核病中參與MAVS信号通路的USP18分子研究甚少。
USP18可以顯著促進MAVS的多泛素化。病毒感染後增強USP18和(hé)MAVS之間的相互作(zuò)用(yòng)，這(zhè)表明(míng)USP18可能(néng)調節MAVS活性。此外(wài)，USP18促進K63相關的多泛素化和(hé)随後的MAVS 聚集。因此，巨噬細胞或成纖維細胞中USP18−/−導緻病毒感染後I型IFN反應受損。USP18−/−小(xiǎo)鼠更容易感染病毒。USP18 對(duì) MAVS 的影響與其酶活性無關，但(dàn)取決于三部分基序蛋白(bái) 31 (tripartite motif containing 31，TRIM31)。在病毒感染後，USP18對(duì)于TRIM31從(cóng)細胞質轉移到(dào)線粒體以及TRIM31和(hé)MAVS之間的相互作(zuò)用(yòng)至關重要。
USP18與JAK/STAT信号通路
當宿主感染病原體後，人體刺激自(zì)身免疫系統抑制病原體的入侵和(hé)複制。其中抵抗病毒最有效的方法是産生IFN，它可以刺激人體免疫細胞(如巨噬細胞和(hé)自(zì)然殺傷細胞)，增強宿主的防禦能(néng)力。
IFNAR1和(hé)IFNAR2被激活後，它們分别與下(xià)遊酪氨酸激酶2 (tyrosine kinase 2，TYK2)和(hé)JAK1結合，激活的TYK2和(hé)JAK1反過來(lái)磷酸化IFNAR2相關的STAT2和(hé)STAT1，從(cóng)而形成DNA結合的STAT1-STAT2-IRF9三元複合物(ISGF3)。STAT2是I型IFN信号轉導的特異性效應物，能(néng)夠與USP18直接互作(zuò)，IFN-I誘導的USP18與JAK1競争結合IFNAR2，IFNAR2也(yě)受到(dào)STAT2的輔助，并負調控IFN-I和(hé)JAK/STAT途徑。因此除了(le)是IFN信号轉導的關鍵效應物外(wài)，STAT2對(duì)于USP18介導的JAK-STAT信号轉導抑制至關重要。
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是維持細胞中被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。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
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