泛素特異性蛋白酶18(USP18)是泛素特異性蛋白酶家族成員之一。它是一種Ⅰ型干擾素誘導基因(Ⅰ-IFN)，也稱為UBP43，參與將連接在蛋白質上的類泛素干擾素刺激基因(ISG)15移除的過程，是ISG15共價酶修飾系統中特異性的蛋白水解酶。

USP18與I型IFN信號通路

與ISG15一樣，USP18在宿主先天免疫中發(fā)揮重要作用。這種作用分別通過ISG15蛋白酶依賴性和非依賴性方式介導。USP18由IFN、LPS和病毒感染誘導，并可調節(jié)I型IFN應答。

小鼠中USP18基因的缺失導致IFN超敏反應。USP18−/−小鼠對多種病毒 (包括淋巴細胞脈絡叢腦膜炎病毒 (lymphocytic choriomeningitis virus，LCMV)、水皰性口炎病毒(vesicular stomatitis virus，VSV)和辛德比斯病毒(sindbis virus，SINV))感染引起的細胞病變效應也具有更強的抵抗力。USP18缺陷小鼠在腦內接種淋巴細胞脈絡叢腦膜炎病毒和水皰性口炎病毒后，未見致命性淋巴細胞脈絡叢腦膜炎和脊髓腦炎。此外，淋巴細胞脈絡叢腦膜炎病毒感染USP18−/−小鼠后，淋巴細胞脈絡叢腦膜炎病毒復制被嚴重抑制，大腦中ISG15化水平增加，USP18−/−小鼠的存活率大大提高。USP18−/−的小鼠感染淋巴細胞脈絡叢腦膜炎病毒后第11 天都沒有死亡或出現臨床癥狀，而所有淋巴細胞脈絡叢腦膜炎病毒感染的野生型小鼠在第7天死亡。這些發(fā)現表明，USP18缺失不利于淋巴細胞脈絡叢腦膜炎病毒復制。

USP18 可負調節(jié)針對病毒感染的先天免疫應答。

USP18−/−小鼠胚胎成纖維(mouse embryonic fibroblast，MEF)細胞I型IFN介導的免疫反應增強，對VSV和SINV感染產生抗性，使STAT1信號失調。然而，在USP18−/−/ISG15−/−或USP18−/−/UBE1l−/−雙敲除小鼠中，上述表型依舊沒有改變，這表明與ISG15的蛋白質修飾無關。因此，USP18也受到ISG15外其他蛋白的調控，具有異肽酶活性。這些功能未必需要ISG15蛋白酶活性來介導，否則USP18−/−小鼠的表型將被逆轉，或至少受到ISG15或其E1激活酶 UBE1L的敲降的影響，但事實上兩者都沒有影響。

USP18可能通過與參與免疫調節(jié)的蛋白質直接相互作用來影響免疫功能。比如USP18與IFN受體(IFNAR2)結合，并通過破壞IFNAR2-JAK結合來阻斷IFN信號傳遞。這些數據表明，USP18可以結合并調節(jié)蛋白的活性，而不依賴于其ISG15蛋白酶功能。

USP18−/−細胞對I型IFN敏感，這與JAK/STAT信號通路的增強與延長有關。USP18除了具有催化活性，還可通過與IFNAR2 (I型IFN受體的亞基)之間的直接相互作用實現對I型IFN信號通路的負調控。IFNAR2與USP18的結合干擾JAK蛋白與受體之間的相互作用，導致下游磷酸化級聯和其他信號的抑制。此外，在USP18−/−細胞中通過siRNA 敲降UBE1L，其STAT2磷酸化與在USP18+/+細胞幾乎一致。這表明USP18抑制I型IFN信號通路不需要其去ISG化活性。

USP18與STING信號通路

cGAS-STING_(cyclic GMP-AMP synthasestimulator of interferon response CGAMP interactor，cGAS-STING )通路廣泛參與細菌感染導致的疾病，例如結核病和敗血癥。STING招募TANK結合激酶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進一步轉移到細胞核中，誘導IFN-I和許多其他炎性細胞因子的表達。線粒體代謝酶ACOD1 (aconitate decarboxylase 1；也稱為immune-responsive gene 1 protein homolog，IRG1)在巨噬細胞激活后被迅速誘導，催化順烏頭酸脫羧并產生高濃度衣康酸(itaconate，ITA)，Mtb誘導的IRG1反應高度依賴于細菌ESX-1分泌系統以及宿主STING和I型IFN受體信號轉導，USP18參與STING的調節(jié)。

cGAS對于宿主防御細胞中的 DNA 病毒至關重要。USP18是STING的相互作用蛋白，作用于蛋白N端跨膜結構域。USP18−/−導致單純皰疹病毒1(Herpes simplex virus 1，HSV-1)或細胞質DNA受損，從而觸發(fā)IRF3和核轉錄因子κB (nuclear factor kappa-B，NF-κB)的激活，隨后在 IFNAR1 存在或不存在的情況下誘導產生I型IFN和促炎細胞因子。

USP18與STING相互作用并招募 USP20，USP20介導STING的K48-多聚泛素鏈的去泛素化。USP18的缺失或USP20的敲降導致的泛素化增強和STING的降解，增強了HSV-1病毒的復制，使USP18−/−小鼠更易感染HSV-1，說明USP18是病毒感染后誘導I型IFN和促炎細胞因子所必需的，并且在DNA病毒觸發(fā)的信號轉導中起主要作用。USP18也被證明能直接充當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，USP18 也能夠獨立于IFN-I活性或其DUB活性，進而介導抗病毒信號轉導。

以上說明USP18通過依賴或獨立于IFN和其酶活性的方式與不同的信號通路相互作用。

USP18與MAVS信號通路

線粒體抗病毒信號蛋白(mitochondrial antiviral signaling protein，MAVS)是一種線粒體錨定蛋白，在RIG-I樣受體(rig-I-like receptors，RLRs)激活后指導對RNA病毒感染的先天免疫反應，最終通過IRF3觸發(fā)I型IFN誘導并通過NF-κB引起炎癥反應，分泌細胞因子。許多E3泛素連接酶參與MAVs信號轉導，例如TRAF6、ITCH和RNF11，但對結核病中參與MAVS信號通路的USP18分子研究甚少。

USP18可以顯著促進MAVS的多泛素化。病毒感染后增強USP18和MAVS之間的相互作用，這表明USP18可能調節(jié)MAVS活性。此外，USP18促進K63相關的多泛素化和隨后的MAVS 聚集。因此，巨噬細胞或成纖維細胞中USP18−/−導致病毒感染后I型IFN反應受損。USP18−/−小鼠更容易感染病毒。USP18 對 MAVS 的影響與其酶活性無關，但取決于三部分基序蛋白 31 (tripartite motif containing 31，TRIM31)。在病毒感染后，USP18對于TRIM31從細胞質轉移到線粒體以及TRIM31和MAVS之間的相互作用至關重要。

USP18與JAK/STAT信號通路

當宿主感染病原體后，人體刺激自身免疫系統抑制病原體的入侵和復制。其中抵抗病毒最有效的方法是產生IFN，它可以刺激人體免疫細胞(如巨噬細胞和自然殺傷細胞)，增強宿主的防御能力。

IFNAR1和IFNAR2被激活后，它們分別與下游酪氨酸激酶2 (tyrosine kinase 2，TYK2)和JAK1結合，激活的TYK2和JAK1反過來磷酸化IFNAR2相關的STAT2和STAT1，從而形成DNA結合的STAT1-STAT2-IRF9三元復合物(ISGF3)。STAT2是I型IFN信號轉導的特異性效應物，能夠與USP18直接互作，IFN-I誘導的USP18與JAK1競爭結合IFNAR2，IFNAR2也受到STAT2的輔助，并負調控IFN-I和JAK/STAT途徑。因此除了是IFN信號轉導的關鍵效應物外，STAT2對于USP18介導的JAK-STAT信號轉導抑制至關重要。

蛋白質泛素化修飾是感染免疫的重點研究對象之一，去泛素酶USP18是維持細胞中被ISG15 共價修飾蛋白質的動態(tài)平衡和功能的關鍵，在DNA/RNA病毒感染期間調節(jié)病毒復制、聚集以及對宿主的易感性。因此針對DUBs尤其是USP18在患者中的異常表達及其調控因子研發(fā)新的靶向藥物，將有助于開發(fā)新的抗感染工具。

參考文獻

1. 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.
2. 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.
3. 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.