USP18通过IRF7/NF-κB信号通路抑制CVB3诱导的小鼠心肌细胞焦亡和纤维化

《Molecular Immunology》：USP18 inhibits CVB3-induced pyroptosis and fibrosis of mouse cardiomyocytes through the IRF7/NF-κB signaling pathway

病毒性心肌炎（VMC）的发病机制与CVB3感染密切相关，本研究通过构建VMC小鼠模型和细胞模型，发现USP18通过去泛素化稳定IRF7，抑制NF-κB核转位，从而减少IL-18、IL-1β等炎症因子及α-SMA、Collagen I等纤维化相关蛋白的表达，缓解心肌损伤。

　　病毒性心肌炎（Viral Myocarditis, VMC）是一种常见的临床心血管疾病，主要由心肌亲嗜性病毒引起，可能导致心肌组织的炎症损伤。许多病毒，如肠道病毒、腺病毒和人类疱疹病毒6，都与VMC的发生有关，其中以柯萨奇病毒B3（Coxsackievirus B3, CVB3）最为常见，占VMC病例的约25%。CVB3被认为是VMC的主要病原体。研究发现，在北美和欧洲，心肌炎或扩张型心肌病患者中，CVB3感染的发病率较高。然而，目前尚无针对急性VMC的有效治疗方案，因此，明确CVB3诱导的心肌损伤机制对于开发新的治疗方法具有重要意义。

免疫反应在对抗病毒感染中起着关键作用，但其双刃剑效应也意味着过度的免疫反应可能引发严重的组织损伤。例如，细胞因子的过度释放可能导致心肌细胞的焦亡和纤维化。焦亡是一种由炎症小体调控的程序性细胞死亡，其中NLRP3炎症小体能够检测病原体产生的危险信号，激活caspase-1，从而裂解gasdermin D并释放促炎细胞因子如IL-1β和IL-18，最终导致细胞破裂和炎症反应加剧。在CVB3感染的后期，由于心肌成纤维细胞的激活，心脏也会出现纤维化现象。尽管如此，目前尚无关于如何调控心肌焦亡和纤维化对VMC进展的影响的研究。

USP18（泛素特异性蛋白酶18）是一种多功能蛋白，属于泛素水解酶家族，能够通过去泛素化作用促进目标蛋白的泛素去除。USP18在多种生物学过程中发挥重要作用，包括细胞周期调控、细胞信号传导以及对病毒和细菌感染的反应。研究发现，USP18能够招募USP20，通过去泛素化作用增强先天免疫反应，特别是在STING/MITA蛋白的调控中起关键作用。此外，病毒感染还能激活核因子κB（NF-κB）信号通路，从而诱导促炎细胞因子的产生。虽然早期的炎症反应有助于宿主防御，但过度的炎症反应可能对机体产生负面影响，例如，人类巨细胞病毒编码的NF-κB激动剂能够激活炎症反应，进而促进病毒的再激活和裂解复制周期的启动。

本研究旨在探讨USP18在CVB3诱导的VMC中的潜在机制。通过构建小鼠模型和细胞模型，研究团队发现USP18在VMC和CVB3感染的小鼠及HL-1细胞中表达显著升高。进一步研究表明，USP18表达的下调不仅促进了炎症因子（如IL-18和IL-1β）、焦亡相关蛋白（如caspase-1、NLRP3和GSDMD）以及纤维化相关蛋白（如α-SMA、胶原蛋白I和FN1）的表达，还导致心肌损伤标志物（如LDH、CK-MB和cTnI）的升高，从而加重心肌组织的病理损伤。相反，USP18的过表达则抑制了CVB3诱导的焦亡和纤维化，表明USP18在调控这些病理过程方面具有保护作用。

从机制上看，USP18通过去泛素化作用稳定IRF7（干扰素调节因子7）的表达，进而促进IRF7与NF-κB的结合，抑制NF-κB的核转位，最终抑制CVB3诱导的焦亡和纤维化，并改善VMC。这一发现表明，提高USP18的表达水平可能成为治疗VMC的新靶点。此外，研究团队还发现，USP18在VMC中具有独特的调控功能，不仅在细胞层面影响焦亡和纤维化，还在动物模型中表现出类似的效应。这些结果为VMC的临床治疗提供了新的视角和潜在的治疗策略。

本研究的实验设计严谨，采用了多种方法对基因和蛋白的表达进行检测，包括RT-qPCR和Western blotting。同时，为了评估细胞和心肌组织的损伤情况，研究团队还使用了ELISA、免疫荧光和HE染色等技术。这些方法的综合应用使得研究结果更加可靠和具有说服力。在构建VMC小鼠模型时，研究团队使用了50只4至6周龄的C57BL/6雄性小鼠，每只体重约为20-22克，并将其随机分为五组：对照组、VMC组、VMC+小干扰RNA（si-USP18）组、VMC+过表达（OE-USP18）组以及VMC+OE-USP18+si-IRF7组，每组10只小鼠。通过这种分组设计，研究团队能够更全面地评估USP18在VMC中的作用。

在实验过程中，CVB3在HeLa细胞中通过转染进行传代，以确保病毒的活性和一致性。随后，小鼠和HL-1细胞被感染以模拟CVB3引起的VMC病理过程。通过这些实验，研究团队观察到USP18在VMC中的表达显著升高，尤其是在感染后的早期阶段。这一发现表明，USP18可能在病毒入侵后迅速响应并参与免疫调节过程。此外，研究团队还发现，USP18的表达水平与VMC的严重程度呈正相关，提示USP18可能在VMC的发展过程中起到一定的保护作用。

在分析USP18对CVB3诱导的焦亡和纤维化的抑制作用时，研究团队发现，USP18的过表达能够显著减少焦亡相关蛋白的表达，并降低纤维化相关蛋白的水平。这一结果表明，USP18可能通过抑制NF-κB信号通路的激活，减少促炎细胞因子的释放，从而减轻心肌组织的损伤。此外，USP18的表达还能够促进IRF7的稳定性，进而增强抗病毒反应，抑制病毒的复制和传播。这些发现为理解USP18在VMC中的作用机制提供了新的思路。

在讨论部分，研究团队进一步探讨了USP18在VMC中的潜在治疗价值。VMC被归类为心血管疾病，而突发性心肌死亡是其主要病因之一。值得注意的是，VMC是年轻运动员心血管死亡的第三大原因，约占6%。CVB3诱导的VMC在临床表现上与人类心肌炎非常相似，因此，该模型被广泛应用于相关研究。研究团队发现，USP18在VMC中的表达不仅与疾病的严重程度相关，还可能影响疾病的进展和预后。这些发现为未来的临床研究和治疗策略提供了重要的理论依据。

此外，研究团队还指出，当前针对急性VMC的治疗手段有限，因此，探索新的治疗靶点具有重要的临床意义。USP18的表达水平可能成为评估VMC严重程度和治疗效果的重要指标。同时，USP18的调控机制可能为开发新的抗病毒药物和免疫调节剂提供思路。例如，通过增强USP18的表达，可以有效抑制病毒诱导的炎症反应和组织损伤，从而改善患者的预后。这种靶向治疗策略可能为VMC的治疗带来新的希望。

综上所述，本研究通过构建小鼠和细胞模型，系统地分析了USP18在CVB3诱导的VMC中的作用机制。研究发现，USP18的表达在VMC中显著升高，其过表达能够有效抑制焦亡和纤维化，而其表达的下调则会加重这些病理过程。机制上，USP18通过去泛素化作用稳定IRF7的表达，进而抑制NF-κB的核转位，从而减少促炎细胞因子的释放和炎症反应的过度激活。这些发现不仅加深了我们对USP18在免疫调节和抗病毒反应中的作用机制的理解，还为VMC的治疗提供了新的思路和潜在的靶点。

未来的研究可以进一步探讨USP18在不同病毒诱导的VMC中的作用是否具有普遍性，以及其在其他类型的心脏疾病中的潜在价值。此外，研究团队还可以通过临床样本的检测，验证USP18在人类VMC中的表达情况，从而为临床治疗提供更多的支持。同时，开发针对USP18的调控药物或基因疗法，可能成为治疗VMC的新方向。这些研究不仅有助于揭示病毒性心肌炎的发病机制，还可能为其他炎症性疾病的研究提供参考。