泛素特异蛋白酶18（usp18）在治疗心肌肥厚中的功能及应用
【技术领域】
[0002] 本发明属于基因的功能与应用领域，特别涉及一种泛素特异蛋白酶18 (USP18)在 治疗心肌肥厚中的功能及应用。
【背景技术】
[0003] 心肌肥厚是心肌对长期生物力学压力或容积负荷增加的代偿性反应，常见于高血 压、主动脉瓣狭窄等心血管疾病，其主要表现为心肌细胞体积增大、蛋白合成增多、细胞外 基质增多等特征[1-3]。高血压、老年退行性主动脉瓣疾病在我国呈逐年上升趋势。由高血 压等疾病所致的心肌肥厚、高血压心脏病发病率也随之增加。尽管心肌肥厚最初可以使心 肌细胞增大，心肌收缩力加强，是一种维持正常心输出量的代偿机制，但长期持续性的压力 或容积负荷过重则会引起心肌重构，同时由于心肌需氧量增大，而冠状动脉血供相对不足， 弓丨起心肌缺血、心肌细胞凋亡，进而导致失代偿，从而引起心力衰竭、恶性心律失常、甚至猝 死等[4, 5]。研究表明随着心脏左室肥厚的发生发展，心肌缺血、室性心律失常、心力衰竭、 猝死等心血管事件的发生率增加了 6~10倍[6]。
[0004] 目前认为心肌肥厚是一种多种因素参与调节的复杂的动态过程。研究发现长期的 生物力学压力和/或容积负荷过度，使心室壁应力增加，导致心肌肥厚。此外，血管紧张素 II(AngII)、内皮素（ET)、儿茶酚胺、转化生长因子-0 (TGF-P)等各种胞外刺激信号可 诱导核内基因表达的改变，从而导致心肌细胞肥大[7-11]。从分子水平上看心肌肥厚的病 变过程分三个环节：胞外肥厚刺激信号的出现、胞内信号转导及核内基因转录活化，最终诱 发细胞发生肥大表型变化。目前研究已经显示多种信号通路参与心肌肥厚的过程。其中， 钙调神经磷酸酶calcineurin/NFAT、丝裂原活化蛋白激酶（MAPK)与PI3K/Akt/GSK3P信号 转导通路以及由这三条通路所调节的下游转录因子MCIP1. 4、NF-KB、AP-1、MEF2、mTOR等 在心肌肥厚的发生发展中起着重要作用[1，2，12-17]。钙调神经磷酸酶（calcineurin)是 一种受钙离子及钙调素调节的多功能信号酶，可通过使活化T细胞核因子（nuclearfactor ofactivatedTcells，NFAT)转位入核，调节核内肥大基因（ANP、BNP)的表达[18, 19]。 MAPK包括三个亚家族[20] :ERKs、JNKs和p38-MAPK。磷酸化的MAPKs激活促进与心肌肥厚 有关的下游转录因子NF-kB、AP-I、MEF2、NFAT等的转录活性，而调节细胞基因转录和蛋白 合成，引起心肌细胞肥大，导致心肌肥厚[20]。
[0005] 泛素特异蛋白酶18 (USP18)为IFN在体内的主要负反馈调控者，于1999年在研 究白血病小鼠时首次被克隆出来，其cDNA包含1107bp的开发阅读框，共编码368个氨基 酸，分子量为43kDa，故最早被命名为UBP43(UbiquitinProcessingProtein)，后发现其 具有泛素水解酶的作用，归入泛素水解酶（UbiquitinSpecificProteinase，USP)家族，故 该基因又按发现先后顺序被命名为USP18。USP18定位于人类22号染色体/小鼠6号染色 体，人类USP18基因所定位的区域22qll. 2恰好和一种名为diGeorge综合征的疾病密切相 关，这种综合征特征性表现为胸腺发育不良和先天性心脏发育不良。在野生型成年小鼠中， USP18在胸腺，腹腔巨噬细胞高表达。对小鼠不同造血细胞系的分析提示，USP18仅在单核 相关细胞系表达。
[0006] 由于USP18具有对1型IFN通路的负反馈调节作用，人们在对IFN治疗乙型病毒 性肝炎的研究中发现，IFN治疗抵抗的患者USP18在肝脏表达增高，提示USP18可作为判 断IFN治疗应答的指标。研究发现，野生型小鼠给予IFN多次注射后IFN信号通路很快处 于无应答状态，而USP18基因敲除小鼠的JAK-STATs信号通路处于持续磷酸化状态，提示 IFN信号通路存在高敏状态。此外，干扰素可以诱导凋亡反应，有研究提示，USP18基因沉 默的细胞给予干扰素刺激后可加强IFN的促凋亡作用，但在不同的细胞系其促凋亡途径各 有不用。USP18除了具有负反馈调控IFN信号通路的作用外，还具有水解酶的活性，该酶 活性体现在①USP18可使泛素化修饰的蛋白发生去泛素化反应（deUbiquitination);② 能使发生ISGyaltion修饰的蛋白发生去ISGylation修饰（delSGylation、ISGylation修 饰，指ISG15蛋白与靶蛋白结合，该步骤类似于泛素化修饰，涉及EUE2、E3酶)，上述这2 种USP18的酶水解作用依赖于第61位的半胱氨酸，该位点被认为是USP18的酶活性位点， 此位点突变使USP18基因丧失去泛素化修饰和去ISGylation修饰的效应。最近的研究证 实TAK1-TAB1复合物的去泛素化是由USP18介导的，USP18能通过去泛素化作用使TAKl失 活，而TAKl的激活对于下游NF-KB和NFAT的活化是必需的，该研究提示USP18能通过去 泛素化修饰靶蛋白参与调控炎症反应。UBE1UISG15和USP18调节异常被发现存在于多种 类型的肿瘤中，研究发现，USP18过表达能起到稳定cyclinDl蛋白，对抗细胞凋亡，促进肿 瘤细胞增殖的作用，且这种作用是依赖于USP18的去ISGylation修饰作用的。相反的，在 USP18KO小鼠，ISGylation修饰明显上调，同时伴有明显的细胞凋亡增加，提示USP18的去 ISGylation修饰作用可能与细胞增殖、凋亡有密切联系。
[0007] 参考文献： 1. LiHjHeCjFengJ，ZhangY，TangQ，BianZ,BaiX,ZhouH，JiangH， HeximerSPjQinM,HuangH,LiuPPjHuangC.Regulatorofgproteinsignaling5 protectsagainstcardiachypertrophyandfibrosisduringbiomechanicalstress ofpressureoverload.ProcNatlAcadSciUSA. 2010;107:13818-13823. 2. LuJ,BianZYjZhangR，ZhangY，LiuC，YanL，ZhangSM,JiangDS，Wei X,ZhuXHjChenM，WangAB，ChenY，YangQ，LiuPP，LiH.Interferonregulatory factor3isanegativeregulatorofpathologicalcardiachypertrophy.BasicRes Cardiol. 2013;108:326. 3. LiH,TangQZjLiuC，MoonM，ChenM，YanL，BianZYjZhangY，WangAB， NghiemMP，LiuPP.CellularfIice-inhibitoryproteinprotectsagainstcardiac remodelinginducedbyangiotensiniiinmice.Hypertension. 2010;56:1109-1117. 4. BuiAL,HorwichTB,FonarowGC.Epidemiologyandriskprofileofheart failure.NatRevCardiol. 2011;8:30-41. 5. DiwanA，DornGffj 2nd.Decompensationofcardiachypertrophy: Cellularmechanismsandnoveltherapeutictargets.Physiology(Bethesda). 2007;22:56-64. 6. ZileMR,GottdienerJSjHetzelSJjMcMurrayJJjKomajdaM,McKelvieR, BaicuCF,MassieBMjCarsonPE.Prevalenceandsignificanceofalterationsin cardiacstructureandfunctioninpatientswithheartfailureandapreserved ejectionfraction.Circulation. 2011;124:2491-2501. 7. AiD,Pangff,LiN，XuM，JonesPD,YangJ，ZhangY，Chiamvimonvat N,ShyyJYjHammockBDjZhuY.Solubleepoxidehydrolaseplaysanessential roleinangiotensinii-inducedcardiachypertrophy.ProcNatlAcadSciUSA. 2009;106:564-569. 8. KurdiM，BoozGff.Newtakeontheroleofangiotensiniiincardiac hypertrophyandfibrosis.Hypertension. 2011;57:1034-1038. 9. KomatiH，MaharsyW，BeauregardJ,HayekS，NemerEZfp260isaninducer ofcardiachypertrophyandanuclearmediatorofendothelin-1signaling.JBiol Chem. 2011;286:1508-1516. 10. RamunddalT，LindbomM，TangMS,ShaoY，BorenJ，OmerovicE. Overexpressionofapolipoproteinbattenuatespathologiccardiacremodelingand hypertrophyinresponsetocatecholaminesandaftermyocardialinfarctionin mice.ScandJClinLabInvest. 2012;72:230-236. 11. KoitabashiN，DannerT，ZaimanAL,PintoYMjRowellJ，MankowskiJ， ZhangD,NakamuraT，TakimotoE，KassDA.Pivotalroleofcardiomyocytetgf-beta signalinginthemurinepathologicalresponsetosustainedpressureoverload. JClinInvest. 2011;121:2301-2312. 12. LiHLjWangABjHuangY,LiuDP,WeiC,WilliamsGMjZhangCNjLiuG, LiuYQjHaoDLjHuiRTjLinM，LiangCC.Isorhapontigenin，anewresveratrol analog,attenuatescardiachypertrophyviablockingsignalingtransduction pathways.FreeRadicBiolMed. 2005;38:243-257. 13. YanL，WeiX，TangQZjFengJ，ZhangY，LiuC，BianZY，ZhangLFjChenM， BaiX,WangAB，FassettJ，ChenY，HeYffjYangQ，LiuPP，LiH.Cardiac-specific mindinoverexpressionattenuatescardiachy