类泛素蛋白 ISG15研究进展
刘诚;赵倩楠;李晓泉;李晓宁;梁晶晶;张珂;应雪;罗廷荣
【摘 要】干扰素刺激基因15蛋白（ISG15）是一种类泛素蛋白，可在干扰素刺激下由 isg15基因编码产生。其在序列、结构和功能上均与泛素类似，能够通过酶级联反应共价修饰靶蛋白。ISG15及其类泛素修饰系统参与免疫应答，是干扰素发挥抗病毒效应的重要途径。目前已证明 ISG15可针对多种病毒发挥抗病毒活性，包括逆转录酶病毒、大 DNA 病毒、正链 RNA 病毒和负链 RNA 病毒等。论文综合近年来的研究成果，对 ISG15及其类泛素修饰系统进行了简要介绍，并重点讨论了 ISG15的抗病毒活性及其机制。%Interferon-stimulated gene 15 (ISG15)is a kind of ubiquitin (Ub)-like protein,which is coded by isg 15 gene under interferon stimulation.It is similar to Ub in quence,structure and function,which can covalently modify target protein by enzyme cascade.ISG15 and its Ub-like modification system participate in the immune respon,which is an important pathway for the interferon exerting antiviral effect.It is demonstrated thatISG15 could play antiviral activity against various virus,including retrovirus,large DNA virus,positive-stran
d virus and negative-strand virus,et al.In this paper,we synthesized the re-arch achievements in recent years,introduced ISG15 and its Ub-like modification system briefly,and dis-cusd ISG15 antivirus activity as well as its mechanism in detail.
【期刊名称】《动物医学进展》
【年(卷),期】2014(000)011
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【总页数】6页(P92-97)
【关键词】干扰素刺激基因 15;类泛素蛋白;抗病毒活性;机制
【作 者】刘诚;赵倩楠;李晓泉;李晓宁;梁晶晶;张珂;应雪;罗廷荣
【作者单位】广西大学动物科学技术学院，广西南宁 530004; 亚热带农业生物资源保护与利用国家重点实验室，广西南宁 530004;广西大学动物科学技术学院，广西南宁 530004; 亚热带农业生物资源保护与利用国家重点实验室，广西南宁 530004;广西大学动物科学技术学院，广西南宁 530004; 亚热带农业生物资源保护与利用国家重点实验室，广西南宁 53
0004;广西大学动物科学技术学院，广西南宁 530004; 亚热带农业生物资源保护与利用国家重点实验室，广西南宁 530004;广西大学动物科学技术学院，广西南宁 530004; 亚热带农业生物资源保护与利用国家重点实验室，广西南宁 530004;广西大学动物科学技术学院，广西南宁 530004; 亚热带农业生物资源保护与利用国家重点实验室，广西南宁 530004;广西大学动物科学技术学院，广西南宁 530004; 亚热带农业生物资源保护与利用国家重点实验室，广西南宁 530004;广西大学动物科学技术学院，广西南宁 530004; 亚热带农业生物资源保护与利用国家重点实验室，广西南宁 530004
【正文语种】中 文
【中图分类】头像动漫男S852.4
干扰素刺激基因15蛋白（interferon-stimulated gene 15，ISG15）是一种类泛素蛋白，分子质量约为17ku，可在干扰素刺激下由isg15基因编码产生。其不仅在序列、结构上与泛素类似，而且在功能上也同泛素一样，可通过酶级联反应共价修饰靶蛋白。
毛线画1 ISG15的结构
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ISG15具备2个前后串联的类泛素功能域，可与泛素的特异性抗体发生交叉反应，因此被称为泛素交叉反应蛋白（ubiquitin cross-reaction protein，UCRP）。通过分析氨基酸序列，发现ISG15由2个类泛素小亚基通过铰链区连接组成，其中N端和C端功能域分别与泛素具有33%和32%的氨基酸同源性，并且C末端具有一个高度保守的基序“Leu Arg Leu Arg Gly Gly（LRLRGG）”，该双甘氨酸序列为泛素或类泛素修饰蛋白结合靶蛋白的核心序列，对于共价修饰靶蛋白是必需的［1］。ISG15最初以前体蛋白的形式表达，经蛋白酶作用切除C端延伸后，暴露双甘氨酸序列，成为具有生物活性的成熟蛋白形式。ISG15的2个功能域在类泛素修饰过程中分别发挥着不同作用。其中，C端功能域可与类泛素E1激活酶和类泛素E2结合酶依次结合，而N端功能域则保障ISG15在类泛素E3连接酶介导作用下转移至靶蛋白。
2 ISG15的类泛素修饰系统
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ISG15类泛素修饰系统与泛素-蛋白酶体系统类似，同样是一系列酶级联反应，可分为两个阶段。其中，ISG15通过双甘氨酸序列与靶蛋白结合，并进行共价修饰的过程被称为ISG化（ISGylation）；将ISG15从靶蛋白上移除的过程被称为去ISG化（deISGylation）。
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参与ISG化过程的酶类包括类泛素E1激活酶、类泛素E2结合酶和类泛素E3连接酶，而进行去ISG化则为一系列解聚酶。经研究鉴定，UBE1L是类泛素E1激活酶，UBCH6和UBCH8是类泛素E2结合酶，EPF、HERC5和TRIM25是类泛素E3连接酶，UBP43（USP18/ISG43）、USP2、USP5、USP13 和USP14是解聚酶。目前仅有UBE1L这种类泛素E1激活酶被认为是ISG15类泛素修饰系统所特有的，其他的酶类均与泛素-蛋白酶体系统通用。
ISG15类泛素修饰系统中所有的酶类均可由干扰素刺激产生，同时囊括了这一可逆性反应的两个方面，说明在固有免疫反应过程中ISG15结合靶蛋白的水平处于动态平衡。
病毒或细菌感染可以促使蛋白酶加工ISG15前体蛋白，将其C端延伸切除并暴露双甘氨酸序列形成ISG15成熟蛋白形式；之后，类泛素E1激活酶的半胱氨酸活化位点与ISG15的C端形成高能硫脂键，这一阶段需要ATP提供能量；被激活的ISG15随后通过转酯作用转移至类泛素E2结合酶上，同样以其C端与类泛素E2结合酶的半胱氨酸活化位点形成高能硫脂键；最后，在类泛素E3连接酶的辅助下，ISG15利用C端双甘氨酸的羧基与靶蛋白赖氨酸的ε-氨基形成异肽键，完成靶蛋白的ISG化修饰［2］。此外，ISG15解聚酶可将ISG15从
被修饰的靶蛋白上移除，对ISG15进行循环利用，以平衡机体内ISG15偶联细胞蛋白的数量。
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ISG15类泛素修饰并不介导蛋白降解，而是发挥生理信号功能，与基因转录调控、蛋白质翻译以及机体应激反应等生理过程有着密切联系。这一特点与蛋白K63型泛素化修饰相似，并且明显区别于蛋白K48型泛素化修饰，后者修饰的靶蛋白具有以K48位连接的泛素链，可被蛋白酶体识别并降解。
3 ISG15的抗病毒活性
在研究辛德毕斯病毒（Sindbis virus，SV）感染时首次观测到ISG15的抗病毒活性，结果表明干扰素刺激基因蛋白在该病毒感染过程中发挥重要作用［3］。通过对辛德毕斯病毒进行改造，可获得表达不同干扰素刺激基因的多个重组辛德毕斯病毒，利用其感染IFNAR-/-的小鼠后，测定这些重组辛德毕斯病毒的杀伤力，以此评价不同干扰素刺激基因的抗病毒活性。相比之下，表达ISG15的重组辛德毕斯病毒不仅可以抑制病毒，而且能够保护小鼠免受病毒杀伤。之后，关于ISG15抗病毒活性的报道层出不穷，通过利用ISG15过表达或基因沉默技术，发现ISG15在多种病毒感染过程中发挥重要作用。大量研究证明，流感病
毒（Influenza virus，IV）、牛痘病毒（Vaccinia virus，VV）、水疱性口炎病毒（Vesicular stomatitis virus，VSV）、仙台病毒（Sendai virus，SeV）、日本脑炎病毒（Japane encephalitis virus，JEV）、新城疫病毒（Newcastle dia virus，NDV）、禽类造肉瘤-白细胞增生病毒（Avian sarcoma leukosis virus，ASLV）、人乳头状瘤病毒（Human papilloma virus，HPV）、人类免疫缺陷病毒1型（Human immunodeficiency virus 1，HIV-1）、埃博拉病毒样颗粒（Ebola virus-like particles）、登革病毒（Dengue virus，DV）和西尼罗河病毒（West Nile virus，WNV）均可被ISG15体外适度抑制［4-7］。
相对于体外试验而言，体内试验更能正确反映动物机体的生理和病理状态。因此，许多试验采用缺乏ISG15的基因小鼠作为研究模型，以确认其抗病毒活性。ISG15-/-小鼠比野生型小鼠对辛德毕斯病毒感染所造成的杀伤性更为敏感。如果感染的重组辛德毕斯病毒能够表达野生型ISG15，则可以降低病毒对ISG15-/-小鼠的杀伤性；当重组病毒所表达的ISG15在C末端双甘氨酸基序发生突变，甘氨酸被丙氨酸所替代，ISG15突变体丧失结合靶蛋白能力时，ISG15-/-小鼠同样更为容易感染辛德毕斯病毒。以上研究结果表明，ISG15抗辛德毕斯病毒的活性依赖于其结合靶蛋白的能力［8］。进一步研究结果显示，UBE1L-/-小鼠
苦叶也较野生型小鼠对辛德毕斯病毒感染更为敏感，证实ISG15的保护力取决于其对靶蛋白的类泛素修饰［9］。
ISG15-/-小鼠感染甲型流感病毒（Influenza A virus，IAV）和乙型流感病毒（Influenza B virus，IBV）后，同样可以观察到比野生型小鼠更高的病死率［10］。野生型小鼠感染乙型流感病毒后，仅为最低程度的体重减轻或其他临床症状，并且在整个感染过程中，病毒载体均处于非常低的水平。与之相反，ISG15-/-小鼠出现显著的体重减轻，感染后期的病毒载体高于野生型小鼠的1 000倍以上。以上试验结果适用于乙型流感病毒小鼠适应毒株Lee/40和非小鼠适应毒株Yamagata/88，表明ISG15可能导致乙型流感病毒仅能感染有限物种。乙型流感病毒感染UBE1L-/-小鼠后，表现出较野生型小鼠更强的杀伤性和更多的血液病毒含量，说明ISG15针对乙型流感病毒所提供的保护力依赖于其类泛素修饰系统发挥作用。
以辛德毕斯病毒和流感病毒为研究对象的试验初步确定了ISG15具备体内抗病毒活性。此后，更多的研究证实ISG15同样可以针对其他病毒提供保护力，例 如，基 孔 肯 雅 病 毒 （Chikungunya virus，CHIKV）、单纯疱疹病毒1型（Herpes simplex virus 1，HSV-1）
、γ疱疹病毒68型（Gamma herpes virus 68）和牛痘病毒。虽然ISG15能够影响多种病毒，但并不意味着ISG15-/-小鼠对所有病毒的易感性都会增加，例如，淋巴细胞性脉络丛脑膜炎病毒（Lymphocytic choriomeningitis virus，LCMV）、水疱性口炎病毒和西尼罗河病毒［11-12］。自从ISG15发现以来，大量的研究均着眼于ISG15的类泛素修饰。关于辛德毕斯病毒和乙型流感病毒的前期研究，表明ISG15的抗病毒活性与其类泛素修饰靶蛋白的能力相关，说明ISG化过程对于宿主对抗病毒十分重要。但是，近期有报道称相对野生型小鼠而言，ISG15-/-小鼠和UBE1L-/-小鼠可对基孔肯雅病毒表现出相似的易感性，说明ISG15在病毒感染过程中可能发挥某些不依赖于类泛素修饰系统的作用。相似的研究结果同样发生在罗斯河病毒（Ross River virus，RRV）上。
