調(diào)控分子|先天免疫反應(yīng)負(fù)調(diào)節(jié)劑USP18蛋白參與的免疫反應(yīng)中的經(jīng)典信號通路及機制

發(fā)表時間：2024-01-20

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，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。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)致的泛素化增強和STING的降解，增強了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(diào)節(jié)MAVS活性。此外，USP18促進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

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