USP18及其在病毒性肝炎等疾病中的研究进展

李 麟 综述，秦 波审校

(重庆医科大学附属第一医院感染科 400016)

·综 述·

USP18及其在病毒性肝炎等疾病中的研究进展

李 麟 综述，秦 波△审校

(重庆医科大学附属第一医院感染科 400016)

USP18；干扰素；病毒性肝炎；JAK-STAT

泛素特异性蛋白酶18(USP18)最初在1999年被克隆，其编码的蛋白相对分子质量为43×103，因此也被称作泛素特异性蛋白酶43(UBP43)。USP18最初是Liu等[1]在分析AML1-ETO融合基因敲入小鼠的基因差异表达时被发现并克隆的。近年研究发现USP18在干扰素(IFN)治疗多种疾病的应答不佳组中高表达，USP18可能在其中扮演了重要角色。本文就近年来USP18的结构、信号转导及在病毒性肝炎等疾病中的生物学功能等研究进展综述如下。

1 USP18概述

1.1 USP18的结构 人类USP18基因定位于22q11.2染色体上，属于泛素特异性降解酶家族，在肝脏、胸腺和单核巨噬细胞中高表达。USP18基因的转录启动子位于干扰素刺激应答反应元件(ISRE)内，故干扰素可以强烈诱发机体表达USP18。生物信息学分析显示USP18编码372个氨基酸，蛋白质理论相对分子质量为43 010.7，蛋白质理论等电点(pI)为8.05。原子总数(total number of atoms)为6 015，分子式为C1900H3007N527O551S30。在哺乳动物网织红细胞中预测半衰期为30 h；酵母体内预测半衰期大于20 h；大肠杆菌体内预测半衰期大于10 h。不稳定系数(instability index)为57.20，是一个不稳定蛋白质。USP18蛋白中相对含量比较多的氨基酸是Leu(45个，12.1%)、Ser(29个，7.8%)、Gln(25个，6.7%)、Lys(23个，6.2%)、Glu(22个，5.9%)、Arg(22个，5.9%)、Val(21个，5.6%)。酸性氨基酸残基总数(total number of negatively charged residues,Asp+Glu)为42，碱性氨基酸残基总数(total number of positively charged residues，Arg+Lys)为45，总平均疏水性(grand average of hydropathicity,GRAVY)为-0.288，是可溶性蛋白质。USP18基因编码的蛋白质二级结构中有43.01%是α-螺旋，12.63%是β-折叠，41.94%为无规则卷曲，为混合蛋白质。采用WoLFPSORT、NetPhos 2.0 Server等工具进行USP18亚细胞定位预测，分析结果显示它位于细胞外或内质网膜上，证明了其分泌蛋白的属性。磷酸化位点预测结果显示USP18有15个丝氨酸、2个苏氨酸、2个酪氨酸，表明其参与了细胞内信号转导。USP18的活性中心含有高度保守短序列——半胱氨酸残基(半胱氨酸盒)和组氨酸残基(组氨酸盒)，该结构是USP家族蛋白酶所特有的结构[2]。

目前对全长的USP18研究较多，普遍认为密码子AUG可翻译全长的USP18蛋白。Burkart等[3]研究发现了USP18的截短亚型USP18-sf，并证明它是由一种罕见的起始密码子(CUG)编码，这种非常规的起始部位具有较弱的转录起始效率，其可促进约70%的USP18-sf的表达。功能分析表明，USP18-sf与全长蛋白都表现出酶活性和干扰Ⅰ型干扰素信号转导的作用；与全长蛋白相比，USP18-sf表现出不同的亚细胞分布，并在细胞核内表现出增强的去ISGylation活性，表明其可能具有更为特特殊的功能，但其发挥作用的机制尚不清楚。Tokarz等[4]发现在哺乳动物F-box蛋白skp2和异位USP18水平之间具有逆相关性，进一步研究发现skp2蛋白可结合USP18并启动它的多泛素化作用，使得USP18通过蛋白酶体降解，从而调节USP18蛋白的水平，因此skp2可能在调节Ⅰ型干扰素的信号转导中发挥重要作用。

1.2 USP18与信号转导 USP18有两个主要功能，即其酶活性和下调下游Ⅰ型干扰素的信号转导。IFN-α/β的刺激可上调干扰素刺激基因15(ISG15)的表达，USP18能够特异性的从ISGlation的蛋白结合物中移出ISG15，并进一步水解ISG15从而阻碍其发挥生物效应。因此，通过抑制USP18的蛋白酶活性从而提高ISG15的修饰作用，可能成为增强干扰素干扰病毒复制的一种新手段。

干扰素通过激活JAK-STAT信号通路调节多种细胞功能。缺乏USP18可导致USP18-/-小鼠对干扰素高度敏感，对淋巴细胞性脉络丛脑膜炎病毒(LCMV)、水泡性口炎病毒(VSV)、辛德毕斯病毒(SNV)等多种病毒引起的细胞病变效应具有高度的抵抗力，并对多种肿瘤的发生发展具有较强的抑制作用[5]。应用RNAi沉默USP18后的细胞表现出高水平的ISG15修饰蛋白，并出现放大和延长的信号转导与转录激活子1(STAT1)磷酸化、DNA结合以及多种干扰素刺激基因(ISGs)诱导增加，表明USP18在下调干扰素反应性中具有重要作用,因此认为USP18最主要的作用是负性调节干扰素信号转导通路，但USP18阻断干扰素介导的JAK-STAT信号通路的分子机制尚不十分明确。目前认为USP18特异性地连接于干扰素受体2(IFNAR2)亚单位的近膜区域，覆盖受体的Box1-Box2模体，而该区域是干扰素与酪氨酸蛋白激酶1(JAK1)相互作用的关键部位，因此USP18可以与JAK1竞争受体，从而阻断JAK1的活化以及下游的细胞内信号转导。USP18阻碍JAK1-IFNAR2受体复合物的形成呈剂量依赖性，并呈经典的负反馈方式。更为重要的是，不同于其他磷酸酶如细胞因子信号转导抑制因子(SOCS)、PIAS(protein inhibitor of activated STAT)等发挥效应时会影响许多细胞因子，USP18介导的阻断效应特异性地作用于Ⅰ型干扰素信号转导通路，表明USP18是由Ⅰ型干扰素特异性触发的信号转导通路中新型的体内抑制剂。鉴于这种特异性，USP18可能成为治疗慢性病毒感染和恶性肿瘤的潜在靶点[6]。此外，USP18和ISG15-/-以及USP18和E1样泛素激活酶(Ube1L)-/-小鼠与亲代USP18-/-小鼠有完整的干扰素作用系统，并对病毒的反应正常，ISG15的siRNA并不能改变干扰素的抗丙型肝炎病毒(HCV)活性[7]，表明USP18阻断JAK-STAT信号通路可能并不依赖于它的酶活性。

2 USP18在病毒性肝炎中的表达和意义

病毒性肝炎中HBV和HCV感染后多呈隐匿性感染状态，而持续性的HBV、HCV感染可能会导致肝硬化和原发性肝癌等后果。

IFN-α是目前治疗乙型、丙型肝炎的首选药物之一。荟萃分析表明，慢性乙型肝炎和慢性丙型肝炎患者的IFN-α治疗持续应答率分别仅为30%和50%左右。因此，研究IFN-α抑制肝炎病毒复制的机制，提高患者对IFN-α的应答率显得尤为重要。IFN-α发挥作用的经典途径为IFN与其受体结合并使之二聚化从而改变其构象，进一步激活下游的JAK，STAT被JAK磷酸化后发生二聚化，然后穿过核膜进入核内调节相关抗病毒蛋白的基因如MxA、2′,5′寡腺苷酸合成酶、IRF7等的表达，继而抑制病毒的复制。

HBV可通过多种途径影响IFN-α的抗病毒活性，从而影响其治疗效果。HBV病毒可通过下调STAT1等的表达抑制IFN-α JAK-STAT信号转导途径相关分子和抗病毒蛋白的表达，但其影响IFN-α抗病毒活性的机制目前尚无一致的结论。Xiao等[8]利用基因芯片技术对13例慢性乙型肝炎患者IFN-α治疗前的肝组织进行了基因谱的差异研究，发现应答组和无应答组肝细胞有3 592个基因有明显差异表达，且这些差异基因主要集中在ISGs和免疫调节相关基因；在无应答组中，位于同一信号传导途径的USP18和CEB1在治疗前高表达，提示USP18可通过抑制JAK-STAT信号通路明显影响IFN-α的治疗乙型肝炎的效果。Kim等[9]发现在USP18-/-小鼠中HBV DNA的稳态水平显著降低，肝组织中CXC19、GBP1、IRF1、IRF7等干扰素诱导基因显著上调，并通过研究只表达无抑肽酶活性USP18的小鼠发现，USP18下调JAK-STAT信号通路并不依赖于它的抑肽酶活性。应用RNAi沉默USP18后ISG15蛋白的表达增加，HBV DNA的复制减少甚至阴转，推测沉默USP18的表达能增强IFN-α抗病毒活性。因此USP18不仅可用于预测IFN-α治疗效果，并且可能是一个提高IFN-α治疗病毒性感染疗效的关键基因。

Chen等[10]应用实时定量PCR技术检测了干扰素治疗HCV应答组和无应答组肝组织中基因水平的差异表达，发现USP18在无应答组中显著上调，这与其他研究者在HBV中的研究结果相似，而且在基因1型患者的肝组织中USP18的表达水平明显高于基因3型患者，因此USP18可作为预测IFN-α治疗慢性丙型肝炎疗效的指标。Murray等[11]应用RNAi技术沉默USP18后干扰素信号通路中的ISRE的活性和其下游的2′,5′寡腺苷酸合成酶(2′,5′ Oligoadenylate synthetase,2-5OAS)的表达明显增强，细胞对干扰素的敏感性增强，STAT1的酪氨酸磷酸化作用延长，ISGs表达亦明显增强。Sarasin-Filipowicz等[12]发现USP18是导致IFN-α再次刺激时应答效率越来越低的关键调节因子。因此，抑制USP18的表达可能成为提高IFN-α疗效的新手段。此外，Francois-Newton等[13]发现使用IFN-α时，USP18通过阻碍IFN-α2功能结合位点的形成来抑制干扰素信号转导，而使用IFN-λ后仍可检测到干扰素信号转导通路相关产物的表达，表明IFN-λ可能作为IFN-α应答不佳的替代治疗。Dill等[14]利用基因芯片技术研究IFN-α治疗急性和慢性丙型肝炎不同反应性的机制，在慢性丙型肝炎无应答患者的肝脏标本中观察到USP18的表达上调，而在急性丙型肝炎患者中没有观察到这种现象，其具体机制有待进一步深入研究。

3 USP18在其他相关疾病中的表达和意义

USP18在立克次体感染的人微血管内皮细胞(HMECs)内的表达增加，USP18敲除的HMECs内STAT1磷酸化的增加使ISGs如OAS1、MX1和GBP1转录激活，证明USP18可通过下调STAT1的活性发挥负性调节作用[15]。此外，敲除USP18的小鼠对伤寒沙门氏菌、LCMV和VSV感染的细胞病变效应的抵抗能力比野生型小鼠更强。

USP18在许多自身免疫性疾病的发病中也扮演了重要角色，在皮肌炎(DM)、多发性硬化(MS)患者中均检测到USP18的差异表达[16-17]。有研究发现，抑制USP18可通过增加STAT信号转导和线粒体途径的细胞凋亡而促进干扰素诱导的胰腺β细胞的炎症和凋亡。USP18的去泛素化活性也可广泛影响自身免疫性疾病的信号转导机制，USP18能通过对TGF-β激活激酶1(TAK1)-TAK1结合蛋白1(TAB1)复合物的去泛素化调节来调控T细胞的活化和T辅助细胞17(Th17)的分化[18]，故USP18可能成为治疗自身免疫性疾病的重要靶点。

不仅如此，USP18还可能是一个具有广泛前景的治疗多种实体肿瘤的药物靶点，急性早幼粒细胞白血病(APL)、恶性肺部肿瘤、乳腺肿瘤中USP18的表达亦显著增加，干扰USP18表达可增加肿瘤细胞对治疗药物的反应性[19-21]。Shahidul等[22]在肾母细胞瘤的研究中发现，USP18可以通过上调EGFR的表达从而促进肾细胞的增殖，miR-7可参与抑制EGFR的表达和肿瘤细胞的致瘤活性；Duex等[23]研究发现USP18敲除可促进miR-7的上调，因此抑制USP18可治疗EGFR失调的肿瘤。

4 结 语

USP18在很大程度上能影响干扰素治疗病毒性感染的效果，可作为预测其疗效的关键基因；同时，随着新的分子生物学技术的不断发展，USP18的生物学功能及其介导的信号通路必将更加清楚，USP18极有可能成为病毒性肝炎、自身免疫性疾病和肿瘤性疾病具有广泛应用前景的新的药物治疗靶点，值得进一步深入研究。

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:10.3969/j.issn.1671-8348.2015.13.045

国家自然科学基金资助项目(81271838)。

李麟(1988-)，博士研究生，主要从事病毒性肝炎研究。

△通讯作者，E-mail：cqqinbo@126.com。

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1671-8348(2015)13-1851-03

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