快报 | ISG15翻译后修饰在结核病免疫中的作用

      近日，《细胞信号转导》（Cellular Signalling）杂志发表了西南大学生命科学学院现代生物医药研究所的一项关于ISG15翻译后修饰在结核分枝杆菌感染免疫中的作用的综述。生命科学学院现代生物医药研究所研究员谢建平为论文的通讯作者。

背 景

      结核分枝杆菌感染导致的结核病仍然是全球重大公共卫生难题。据统计，目前世界上约四分之一的人口携带结核分枝杆菌。由于耐多药、多耐药结核分枝杆菌的出现，以及人类免疫缺陷病毒与结核分枝杆菌的共感染，抗结核药物选择有限。寻找新的药物靶点，研发新的抗结核药物是控制结核病的关键之一。

      ISG15是I型干扰素（IFN）诱导的基因，编码具有多效功能的蛋白质，既充当可溶性分子又充当蛋白质修饰剂。ISG15参与称为ISGylation的过程，其修饰底物至少有150种蛋白质，并介导包括例如NF-κB、JNK和IRF-3信号传导等信号通路。ISG15也以游离形式存在，在细胞内或细胞外发挥作用。体外和体内证据均表明，游离ISG15在几种细胞过程中发挥多种作用，从癌症和防御病毒感染到激活免疫细胞（如淋巴细胞、单核细胞和NK细胞）。出人意料的是，尽管在小鼠中已报道ISG15的抗病毒功能，ISG15先天缺失个体并未表现出任何明显的病毒易感表型，但却对环境中的分枝杆菌高度敏感，并具有自身炎症性疾病的表现。在体外，ISG15缺乏症还导致I型IFN刺激的基因持续高水平表达，并增加了对病毒的抗性。

      基于ISG15在介导炎症应答等方面的重要性，本文重点总结ISG15及其所介导的翻译后修饰在结核分枝杆菌感染免疫中的作用以及其作为候选治疗靶标的价值。

主要内容

      ISG15是与泛素（Ub）结构同源性的一类蛋白质之一，称为Ub样蛋白（Ubl），其中还包括SUMO、Nedd8和FAT10（图1.A）。但与泛素化不同，ISGylation不会将蛋白质靶向蛋白酶体，而是影响蛋白质活性或定位。ISG15蛋白在细胞内、外均能检测到。与其他Ubl相比，它结构上有两个泛素样结构域和一个由不成熟前体肽C端形成的沟壑。

图1 ISG15的序列特征

      ISG15存在两种截然不同的状态，一种是游离的胞内或胞外状态，另一种是结合到靶蛋白的赖氨酸残基位点(即ISGylation)上。与泛素化类似，这种被称作ISGylation的过程也主要包括三步酶级联反应：包括E1激活酶（UBE1L）、E2结合酶（UbcH8）和E3连接酶（HERC5、TRIM/EFP等）。ISGylation的效应可以被Ub特异性蛋白酶USP通过切除ISG15而逆转（Fig.2）。由于显性ISG15 E3连接酶（Herc5）的定位，ISGylation似乎主要发生在核糖体上，这在很大程度上限制了新合成蛋白质的ISGylation。TRIM家族蛋白由于其RING指结构域而被定义为E3泛素连接酶。有趣的是，TRIM29敲低可通过促进钙蛋白酶3（CAPN3）的加工来破坏ISG15蛋白的稳定性。

图2 ISG化修饰和去ISG化修饰过程

       分泌到细胞外的ISG15也有极其重要的生理功能，其可以作为细胞外信号分子（Fig. 3）。ISG15由多种类型细胞分泌或释放，包括成纤维细胞、中性粒细胞、单核细胞和淋巴细胞。细胞外ISG15的受体最近被鉴定为白细胞功能相关抗原-1（LFA-1），一种由α1和β2亚单位组成的整合素家族的黏附分子。LFA-1的CD11a/αL亚基有一个由1000多个氨基酸组成的胞外区域，包括αI结构域。CD11aαI结构域是ICAM1和ISG15的结合位点。ISG15可通过与LFA-1的相互作用，参与SRC激酶家族（SFK）信号传递，导致CCL18的分泌。通过此机制，ISG15可诱导巨噬细胞的M2极化。细胞外ISG15具有多种免疫调节活性，包括诱导T细胞依赖性NK细胞增殖、增强淋巴因子激活的杀伤活性、刺激IFN-γ的产生、诱导DC成熟以及作为中性粒细胞趋化因子。LFA-1与细胞间黏附分子1结合在白细胞归巢及转移到炎症部位的过程中都至关重要。ISG15不通过LFA-1结合的细胞间黏附分子1竞争。相反，分泌的ISG15作用于自然杀伤细胞和T淋巴细胞，以增强IFN-γ（II型IFN）分泌，这对激活先天性和适应性免疫应答非常重要。ISG15缺乏症患者对分枝杆菌高度易感。

图3 细胞内和细胞外ISG15作用机制

总 结

      自从发现IFN以来，ISG15在先天免疫应答中的作用逐渐清晰。当暴露于I型IFN、病毒、LPS和其他刺激（包括某些遗传毒性刺激）时，ISG15是被诱导幅度最强的ISG基因之一。鉴于I型IFN在调节抗病毒应答以及肿瘤发展的先天免疫应答中的关键作用，ISG15及其与靶蛋白的结合在I型IFN诱导的免疫应答中可能也发挥关键作用。ISG15修饰蛋白的生物学功能的实证研究还不多。ISG15在抗病毒感染和肿瘤先天免疫反应中的作用还有待深入研究。

      ISGylation在结核分枝杆菌-宿主相互作用过程中的功能需要研究的地方更多，包括ISGylation的产生与宿主或病原体的关系，ISGylated底物在分枝杆菌感染各阶段的变化，以及在宿主命运决定中的作用，结核分枝杆菌可否逃避ISGylation。我们课题组与临床医生合作，在中国结核病患者的小样本临床分析中发现，负责ISGylation的ube2l6的转录水平高低与结核病与否、结核病严重程度和治疗的效果密切相关。目前已经与临床医生、瑞典卡罗林斯卡医学院等合作，利用CRISPRi和敲除技术，构建了相应的敲降、敲低细胞株，进行多组学的分析。蛋白质组学分析与多种翻译后修饰组学相结合阐明ISG15在结核分枝杆菌-宿主相互作用中的作用和机理，将为宿主靶向的结核病治疗提供新的机会。

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编辑：王   然

审校：郭   萌

发布日期：2022-04-18