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(dǎo)基因(Ⅰ-IFN)，也稱為UBP43，參與將連接在蛋白質(zhì)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(tǒng)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(dǎo)。USP18由IFN、LPS和病毒感染誘導(dǎo)，并可調(diào)節(jié)I型IFN應(yīng)答。
小鼠中USP18基因的缺失導(dǎo)致IFN超敏反應(yīng)。USP18−/−小鼠對多種病毒 (包括淋巴細(xì)胞脈絡(luò)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(xì)胞病變效應(yīng)也具有更強(qiáng)的抵抗力。USP18缺陷小鼠在腦內(nèi)接種淋巴細(xì)胞脈絡(luò)叢腦膜炎病毒和水皰性口炎病毒后，未見致命性淋巴細(xì)胞脈絡(luò)叢腦膜炎和脊髓腦炎。此外，淋巴細(xì)胞脈絡(luò)叢腦膜炎病毒感染USP18−/−小鼠后，淋巴細(xì)胞脈絡(luò)叢腦膜炎病毒復(fù)制被嚴(yán)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(xì)胞脈絡(luò)叢腦膜炎病毒后第11 天都沒有死亡或出現(xiàn)臨床癥狀，而所有淋巴細(xì)胞脈絡(luò)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(xiàn)表明，USP18缺失不利于淋巴細(xì)胞脈絡(luò)叢腦膜炎病毒復(fù)制。
USP18 可負(fù)調(diào)節(jié)針對病毒感染的先天免疫應(yīng)答。
USP18−/−小鼠胚胎成纖維(mouse embryonic fibroblast，MEF)細(xì)胞I型IFN介導(dǎo)的免疫反應(yīng)增強(qiáng)，對VSV和SINV感染產(chǎn)生抗性，使STAT1信號失調(diào)。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(zhì)修飾無關(guān)。因此，USP18也受到ISG15外其他蛋白的調(diào)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(dǎo)，否則USP18−/−小鼠的表型將被逆轉(zhuǎn)，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(diào)節(jié)的蛋白質(zhì)直接相互作用來影響免疫功能。比如USP18與IFN受體(IFNAR2)結(jié)合，并通過破壞IFNAR2-JAK結(jié)合來阻斷IFN信號傳遞。這些數(shù)據(jù)表明，USP18可以結(jié)合并調(diào)節(jié)蛋白的活性，而不依賴于其ISG15蛋白酶功能。
USP18−/−細(xì)胞對I型IFN敏感，這與JAK/STAT信號通路的增強(qiáng)與延長有關(guān)。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(xiàn)對I型IFN信號通路的負(fù)調(diào)控。IFNAR2與USP18的結(jié)合干擾JAK蛋白與受體之間的相互作用，導(dǎo)致下游磷酸化級聯(lián)和其他信號的抑制。此外，在USP18−/−細(xì)胞中通過siRNA 敲降UBE1L，其STAT2磷酸化與在USP18+/+細(xì)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(xì)菌感染導(dǎo)致的疾病，例如結(jié)核病和敗血癥。STING招募TANK結(jié)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(jìn)一步轉(zhuǎn)移到細(xì)胞核中，誘導(dǎo)IFN-I和許多其他炎性細(xì)胞因子的表達(dá)。線粒體代謝酶ACOD1 (aconitate decarboxylase 1；也稱為immune-responsive gene 1 protein homolog，IRG1)在巨噬細(xì)胞激活后被迅速誘導(dǎo)，催化順烏頭酸脫羧并產(chǎn)生高濃度衣康酸(itaconate，ITA)，Mtb誘導(dǎo)的IRG1反應(yīng)高度依賴于細(xì)菌ESX-1分泌系統(tǒng)以及宿主STING和I型IFN受體信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，USP18參與STING的調(diào)節(jié)。
cGAS對于宿主防御細(xì)胞中的 DNA 病毒至關(guān)重要。USP18是STING的相互作用蛋白，作用于蛋白N端跨膜結(jié)構(gòu)域。USP18−/−導(dǎo)致單純皰疹病毒1(Herpes simplex virus 1，HSV-1)或細(xì)胞質(zhì)DNA受損，從而觸發(fā)IRF3和核轉(zhuǎn)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(dǎo)產(chǎn)生I型IFN和促炎細(xì)胞因子。
USP18與STING相互作用并招募 USP20，USP20介導(dǎo)STING的K48-多聚泛素鏈的去泛素化。USP18的缺失或USP20的敲降導(dǎo)致的泛素化增強(qiáng)和STING的降解，增強(qiáng)了HSV-1病毒的復(fù)制，使USP18−/−小鼠更易感染HSV-1，說明USP18是病毒感染后誘導(dǎo)I型IFN和促炎細(xì)胞因子所必需的，并且在DNA病毒觸發(fā)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)中起主要作用。USP18也被證明能直接充當(dāng)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(jìn)而介導(dǎo)抗病毒信號轉(zhuǎn)導(dǎo)。
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(dǎo)對RNA病毒感染的先天免疫反應(yīng)，最終通過IRF3觸發(fā)I型IFN誘導(dǎo)并通過NF-κB引起炎癥反應(yīng)，分泌細(xì)胞因子。許多E3泛素連接酶參與MAVs信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，例如TRAF6、ITCH和RNF11，但對結(jié)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(jìn)MAVS的多泛素化。病毒感染后增強(qiáng)USP18和MAVS之間的相互作用，這表明USP18可能調(diào)節(jié)MAVS活性。此外，USP18促進(jìn)K63相關(guān)的多泛素化和隨后的MAVS 聚集。因此，巨噬細(xì)胞或成纖維細(xì)胞中USP18−/−導(dǎo)致病毒感染后I型IFN反應(yīng)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(guān)，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(xì)胞質(zhì)轉(zhuǎn)移到線粒體以及TRIM31和MAVS之間的相互作用至關(guān)重要。

USP18與JAK/STAT信號通路
當(dāng)宿主感染病原體后，人體刺激自身免疫系統(tǒng)抑制病原體的入侵和復(fù)制。其中抵抗病毒最有效的方法是產(chǎn)生IFN，它可以刺激人體免疫細(xì)胞(如巨噬細(xì)胞和自然殺傷細(xì)胞)，增強(qiáng)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(jié)合，激活的TYK2和JAK1反過來磷酸化IFNAR2相關(guān)的STAT2和STAT1，從而形成DNA結(jié)合的STAT1-STAT2-IRF9三元復(fù)合物(ISGF3)。STAT2是I型IFN信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的特異性效應(yīng)物，能夠與USP18直接互作，IFN-I誘導(dǎo)的USP18與JAK1競爭結(jié)合IFNAR2，IFNAR2也受到STAT2的輔助，并負(fù)調(diào)控IFN-I和JAK/STAT途徑。因此除了是IFN信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的關(guān)鍵效應(yīng)物外，STAT2對于USP18介導(dǎo)的JAK-STAT信號轉(zhuǎn)導(dǎo)抑制至關(guān)重要。

蛋白質(zhì)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(xì)胞中被ISG15 共價修飾蛋白質(zhì)的動態(tài)平衡和功能的關(guān)鍵，在DNA/RNA病毒感染期間調(diào)節(jié)病毒復(fù)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(dá)及其調(diào)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(xiàn)

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.