调控分子|先天免疫反应负调节剂USP18蛋白参与的免疫反应中的经典信号通路及机制

泛素特异性蛋白酶18(USP18)是泛素特异性蛋白酶家族成员之一。它是一种Ⅰ型干扰素诱导基因(Ⅰ-IFN)，也称为UBP43，参与将连接在蛋白质上的类泛素干扰素刺激基因(ISG)15移除的过程，是ISG15共价酶修饰系统中特异性的蛋白水解酶。

USP18与I型IFN信号通路
与ISG15一样，USP18在宿主先天免疫中发挥重要作用。这种作用分别通过ISG15蛋白酶依赖性和非依赖性方式介导。USP18由IFN、LPS和病毒感染诱导，并可调节I型IFN应答。
小鼠中USP18基因的缺失导致IFN超敏反应。USP18−/−小鼠对多种病毒 (包括淋巴细胞脉络丛脑膜炎病毒 (lymphocytic choriomeningitis virus，LCMV)、水疱性口炎病毒(vesicular stomatitis virus，VSV)和辛德比斯病毒(sindbis virus，SINV))感染引起的细胞病变效应也具有更强的抵抗力。USP18缺陷小鼠在脑内接种淋巴细胞脉络丛脑膜炎病毒和水疱性口炎病毒后，未见致命性淋巴细胞脉络丛脑膜炎和脊髓脑炎。此外，淋巴细胞脉络丛脑膜炎病毒感染USP18−/−小鼠后，淋巴细胞脉络丛脑膜炎病毒复制被严重抑制，大脑中ISG15化水平增加，USP18−/−小鼠的存活率大大提高。USP18−/−的小鼠感染淋巴细胞脉络丛脑膜炎病毒后第11 天都没有死亡或出现临床症状，而所有淋巴细胞脉络丛脑膜炎病毒感染的野生型小鼠在第7天死亡。这些发现表明，USP18缺失不利于淋巴细胞脉络丛脑膜炎病毒复制。
USP18 可负调节针对病毒感染的先天免疫应答。
USP18−/−小鼠胚胎成纤维(mouse embryonic fibroblast，MEF)细胞I型IFN介导的免疫反应增强，对VSV和SINV感染产生抗性，使STAT1信号失调。然而，在USP18−/−/ISG15−/−或USP18−/−/UBE1l−/−双敲除小鼠中，上述表型依旧没有改变，这表明与ISG15的蛋白质修饰无关。因此，USP18也受到ISG15外其他蛋白的调控，具有异肽酶活性。这些功能未必需要ISG15蛋白酶活性来介导，否则USP18−/−小鼠的表型将被逆转，或至少受到ISG15或其E1激活酶 UBE1L的敲降的影响，但事实上两者都没有影响。
USP18可能通过与参与免疫调节的蛋白质直接相互作用来影响免疫功能。比如USP18与IFN受体(IFNAR2)结合，并通过破坏IFNAR2-JAK结合来阻断IFN信号传递。这些数据表明，USP18可以结合并调节蛋白的活性，而不依赖于其ISG15蛋白酶功能。
USP18−/−细胞对I型IFN敏感，这与JAK/STAT信号通路的增强与延长有关。USP18除了具有催化活性，还可通过与IFNAR2 (I型IFN受体的亚基)之间的直接相互作用实现对I型IFN信号通路的负调控。IFNAR2与USP18的结合干扰JAK蛋白与受体之间的相互作用，导致下游磷酸化级联和其他信号的抑制。此外，在USP18−/−细胞中通过siRNA 敲降UBE1L，其STAT2磷酸化与在USP18+/+细胞几乎一致。这表明USP18抑制I型IFN信号通路不需要其去ISG化活性。

USP18与STING信号通路
cGAS-STING_(cyclic GMP-AMP synthasestimulator of interferon response CGAMP interactor，cGAS-STING )通路广泛参与细菌感染导致的疾病，例如结核病和败血症。STING招募TANK结合激酶1(TANK-binding kinase 1，TBK1)和IRF3。TBK1首先被磷酸化，然后磷酸化的TBK1再磷酸化IRF3，IRF3进一步转移到细胞核中，诱导IFN-I和许多其他炎性细胞因子的表达。线粒体代谢酶ACOD1 (aconitate decarboxylase 1；也称为immune-responsive gene 1 protein homolog，IRG1)在巨噬细胞激活后被迅速诱导，催化顺乌头酸脱羧并产生高浓度衣康酸(itaconate，ITA)，Mtb诱导的IRG1反应高度依赖于细菌ESX-1分泌系统以及宿主STING和I型IFN受体信号转导，USP18参与STING的调节。
cGAS对于宿主防御细胞中的 DNA 病毒至关重要。USP18是STING的相互作用蛋白，作用于蛋白N端跨膜结构域。USP18−/−导致单纯疱疹病毒1(Herpes simplex virus 1，HSV-1)或细胞质DNA受损，从而触发IRF3和核转录因子κB (nuclear factor kappa-B，NF-κB)的激活，随后在 IFNAR1 存在或不存在的情况下诱导产生I型IFN和促炎细胞因子。
USP18与STING相互作用并招募 USP20，USP20介导STING的K48-多聚泛素链的去泛素化。USP18的缺失或USP20的敲降导致的泛素化增强和STING的降解，增强了HSV-1病毒的复制，使USP18−/−小鼠更易感染HSV-1，说明USP18是病毒感染后诱导I型IFN和促炎细胞因子所必需的，并且在DNA病毒触发的信号转导中起主要作用。USP18也被证明能直接充当DUB，并去除TAK1(transforming growth factor-beta-activated kinase 1，TAK1)的K63连接的多泛素链。与此同时，USP18 也能够独立于IFN-I活性或其DUB活性，进而介导抗病毒信号转导。
以上说明USP18通过依赖或独立于IFN和其酶活性的方式与不同的信号通路相互作用。

USP18与MAVS信号通路
线粒体抗病毒信号蛋白(mitochondrial antiviral signaling protein，MAVS)是一种线粒体锚定蛋白，在RIG-I样受体(rig-I-like receptors，RLRs)激活后指导对RNA病毒感染的先天免疫反应，最终通过IRF3触发I型IFN诱导并通过NF-κB引起炎症反应，分泌细胞因子。许多E3泛素连接酶参与MAVs信号转导，例如TRAF6、ITCH和RNF11，但对结核病中参与MAVS信号通路的USP18分子研究甚少。
USP18可以显著促进MAVS的多泛素化。病毒感染后增强USP18和MAVS之间的相互作用，这表明USP18可能调节MAVS活性。此外，USP18促进K63相关的多泛素化和随后的MAVS 聚集。因此，巨噬细胞或成纤维细胞中USP18−/−导致病毒感染后I型IFN反应受损。USP18−/−小鼠更容易感染病毒。USP18 对 MAVS 的影响与其酶活性无关，但取决于三部分基序蛋白 31 (tripartite motif containing 31，TRIM31)。在病毒感染后，USP18对于TRIM31从细胞质转移到线粒体以及TRIM31和MAVS之间的相互作用至关重要。

USP18与JAK/STAT信号通路
当宿主感染病原体后，人体刺激自身免疫系统抑制病原体的入侵和复制。其中抵抗病毒最有效的方法是产生IFN，它可以刺激人体免疫细胞(如巨噬细胞和自然杀伤细胞)，增强宿主的防御能力。
IFNAR1和IFNAR2被激活后，它们分别与下游酪氨酸激酶2 (tyrosine kinase 2，TYK2)和JAK1结合，激活的TYK2和JAK1反过来磷酸化IFNAR2相关的STAT2和STAT1，从而形成DNA结合的STAT1-STAT2-IRF9三元复合物(ISGF3)。STAT2是I型IFN信号转导的特异性效应物，能够与USP18直接互作，IFN-I诱导的USP18与JAK1竞争结合IFNAR2，IFNAR2也受到STAT2的辅助，并负调控IFN-I和JAK/STAT途径。因此除了是IFN信号转导的关键效应物外，STAT2对于USP18介导的JAK-STAT信号转导抑制至关重要。

蛋白质泛素化修饰是感染免疫的重点研究对象之一，去泛素酶USP18是维持细胞中被ISG15 共价修饰蛋白质的动态平衡和功能的关键，在DNA/RNA病毒感染期间调节病毒复制、聚集以及对宿主的易感性。因此针对DUBs尤其是USP18在患者中的异常表达及其调控因子研发新的靶向药物，将有助于开发新的抗感染工具。

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