综述：ISG15/ISG化作用在中枢神经系统疾病中的机制与治疗靶点

陈欣|肖潇|罗伟|刘浩然|刘茂|司马秀天|高林波

分子转化医学实验室，转化医学中心，四川省妇女儿童出生缺陷及相关疾病重点实验室（四川大学），教育部，国家卫生委员会生物钟学重点实验室（四川大学），四川省儿科学重点实验室，西南医科大学第二医院，四川成都610041，中华人民共和国

摘要

干扰素刺激基因15（ISG15）是一种类似泛素的修饰因子，在先天免疫信号传导和抗病毒防御中起着核心作用。越来越多的证据表明，ISG15及其 conjugation 系统（ISGylation）的功能远不止于传统的抗病毒作用，还显著调节中枢神经系统（CNS）中的神经炎症反应，从而参与病毒性脑炎、神经退行性疾病、自身免疫性脱髓鞘疾病以及某些神经精神疾病的发病机制。从机制上看，ISG15 既以 conjugated 形式也存在游离形式，其对关键炎症途径（包括 JAK-STAT、NF-κB、炎性小体激活和 cGAS-STING 信号通路）的影响取决于具体情境。通过这些协同作用，ISG15 作为一种分子调光器来精细调节神经免疫反应，其结果受细胞类型、疾病阶段以及细胞内 ISGylation 与细胞外 ISG15 信号之间的平衡影响。这种多功能性凸显了其在转化医学中的重要性，因为 ISGylation 机制的多个组成部分，如 E1 酶 UBE1L、E2 酶 UBE2L6、E3 连接酶 HERC5 以及去 ISGylating 泛素特异性蛋白酶 18（USP18），都是干扰素驱动网络中具有潜在药理作用的节点。在这篇综述中，我们总结了 ISG15 在神经炎症中的分子和细胞作用，强调了其双重保护性和致病性，并探讨了针对 CNS 疾病中 ISG15 相关途径的治疗策略和未来研究方向

引言

ISG15 是一种类似泛素的修饰因子，在先天免疫信号传导和抗病毒防御中发挥核心作用。ISG15 的表达主要由多种刺激因素诱导，包括干扰素（IFNs，尤其是 IFN-α 和 IFN-β）、白细胞介素-1β（IL-1β）、病原体、缺氧、创伤性损伤和 DNA 损伤 [1]、[2]、[3]、[4]、[5]、[6]、[7]，其在调节和抑制自身炎症和免疫反应方面具有重要作用 [8]、[9]、[10]。

由于其结构与泛素相似，ISG15 最初被鉴定为泛素交叉反应蛋白（UCRP）。ISG15 以多种分子形式存在：在细胞内以游离状态存在；作为翻译后修饰因子与蛋白质共价结合；或以细胞外细胞因子的形式分泌 [11]、[12]。分泌的 ISG15 与 T 细胞和自然杀伤细胞（NK 细胞）上的淋巴细胞功能相关抗原 1（LFA-1）受体结合，促进 II 型干扰素（IFN-γ）的产生并增强抗菌免疫反应 [13]、[14]。除了细胞因子样的作用外，ISG15 还通过一种称为 ISGylation 的独特翻译后修饰过程来调节蛋白质功能。该过程涉及一系列酶促步骤，由 E1（UBE1L）、E2（UbcH8）和多种 E3 酶调控 [1]、[2]、[3]。ISGylation 可以被泛素特异性蛋白酶 18（USP18）逆转，后者能够特异性地从 conjugated 标底物上去除 ISG15，从而实现对其精细调控 [2]。

除了经典的免疫学功能外，越来越多的证据表明，ISG15 及其 conjugation 系统 ISGylation 在神经炎症和神经退行性疾病的发病机制中起着关键作用 [6]、[7]、[15]、[16]。ISGylation 调节多种生物学功能，包括炎症信号传导、抗氧化应激抵抗力、宿主防御、免疫稳态、自噬、神经细胞死亡、树突发育和肿瘤抑制 [17]、[18]、[19]、[20]、[21]、[22]、[23]。鉴于针对先天免疫途径进行治疗干预的兴趣日益增加，ISG15 成为中枢神经系统（CNS）中干扰素驱动信号网络中一个具有潜在药理意义的节点。

在这篇综述中，我们首先阐述了 ISG15-USP18 识别的结构决定因素以及 ISGylation 的酶促级联反应（E1 激活酶、E2 结合酶和 E3 连接酶）。接着，我们阐明了 ISG15/ISGylation 在神经炎症调节中的机制作用，重点讨论了小胶质细胞激活和细胞因子信号传导。此外，我们还总结了异常 ISGylation 在神经退行性、感染性和自身免疫性 CNS 疾病中的作用，并通过 in silico 结构和化学信息学分析初步评估了 USP18 的成药可能性，讨论了靶向 ISG15 相关途径的治疗策略，并指出了当前在中枢神经系统靶向递送和转化医学建模方面的局限性，以指导未来的治疗开发。

章节片段

ISG15 和 USP18 的结构基础和功能耦合

ISG15 被翻译成一个 17.8 kDa 的前体蛋白，然后通过其 C 末端 Leucine-Arginine-Leucine-Arginine-Glycine-Glycine（Leu-Arg-Leu-Arg-Gly-Gly）基序的暴露被加工成成熟的 15 kDa ISG15 蛋白 [24]。结构上，ISG15 包含两个类似泛素的 domain（UBL1 和 UBL2）以及一个 C 末端二甘氨酸基序（Gly164/Gly165）。这个 C 末端基序对于与 E1 和 E2 酶形成硫酯键至关重要，而 UBL domain 则有助于与...

ISGylation 的酶促级联系统

ISGylation 是一种类似泛素的翻译后修饰，通过一个由 E1（UBE1L）、E2（UbcH8）和多种 E3 酶组成的保守的三步酶促级联反应来实现，这些酶共同介导 ISG15 与靶蛋白的结合 [20]、[21]、[22]。这一过程动态调节蛋白质的稳定性、定位和功能，并可由 USP18 复制 [19]、[23]（图 3）。

该过程始于 UBE1L，它利用 ATP 激活 ISG15。在此阶段，ISG15 形成高能量...

ISG15 和 ISGylation 在神经炎症中的机制

在中枢神经系统中（CNS），小胶质细胞作为常驻免疫细胞，既产生又接收细胞因子。随着病原体感染和自身炎症疾病的进展，活化的微胶质细胞会刺激星形胶质细胞，后者进一步释放更多炎症介质，从而形成一种有害的、自我持续的炎症循环。在生理条件下，脑内皮细胞主要表达干扰素刺激基因（ISGs），而小胶质细胞和星形胶质细胞...

ISGylation 和病毒性 CNS 感染

ISG15 是一种重要的干扰素刺激基因，在病毒感染中具有多种作用。然而，它在 CNS 中的具体功能仍需进一步研究。在人类免疫缺陷病毒 1 型（HIV-1）感染的大脑中，小胶质细胞表现出较高的 ISG15 表达以及 C-C 基序趋化因子配体 2（CCL2）和 C-X-C 基序趋化因子配体 10（CXCL10）等炎症趋化因子水平升高，同时抗炎基因如 ABCA1 和 TREM2 的表达降低 [75]。Trem2 受体在髓系细胞上表达，发挥着...

USP18 的 in silico 药物可行性分析

PR-619 被广泛用作广谱去泛素化酶抑制剂 [124]，并已被报道能够抑制多种泛素特异性蛋白酶。然而，关于其与 USP18 之间相互作用的结构信息仍然有限。鉴于 USP18 是调控 ISG15 conjugation 系统的主要去 ISGylating 酶，了解 PR-619 是否能够结合到 USP18 的催化区域可能为其潜在的药理效应提供有益的线索。

ISG15 的直接调控策略

一种降低 ISG15 介导效应的主要方法是在转录水平直接抑制其表达。例如，HCMV 的 immediate-early 1 蛋白（IE1）可以下调 ISG15 的表达，帮助病毒逃避免疫 [125]。类似地，Krüppel 类因子 12（KLF12）通过直接结合 ISG15 启动子发挥转录抑制作用 [126]，表明 ISG15 表达可以在基因水平上得到有效调控。

除了基因水平的调控之外...

限制与未来展望

尽管越来越多的研究表明 ISG15 及其 conjugation 机制在神经炎症调节中具有重要的药理作用，但在实现临床转化之前仍需解决一些挑战。在针对神经疾病中的 ISG15 相关途径方面，首要的障碍是如何有效地将药物递送到血脑屏障（BBB）中。许多潜在的 ISGylation 调节剂，包括小分子酶抑制剂或针对细胞外 ISG15 的生物制剂，可能在脑内递送方面存在局限性...

CRediT 作者贡献声明

陈欣：撰写 – 综述和编辑，撰写 – 原始草稿，可视化。肖潇：撰写 – 综述和编辑，撰写 – 原始草稿，可视化。罗伟：撰写 – 综述和编辑。刘浩然：撰写 – 综述和编辑。刘茂：撰写 – 综述和编辑。司马秀天：撰写 – 综述和编辑，验证，监督，概念构建。高林波：撰写 – 综述和编辑，验证，监督，项目管理，资金申请，概念构建。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文报告工作的财务利益或个人关系。

致谢

本工作得到了 国家自然科学基金（项目编号：32371202、32071182、82204368）和 四川省科技计划（项目编号：2026NSFSC0559）的支持。