Immunity | 病毒如何“拆除”宿主的ISG15防线?朱俊佶/刘冠群等揭示SARS‑CoV‑2...

病毒进入细胞后，并不仅仅简单地复制自身，同时还会不断改造宿主细胞，使其更适合病毒生存。其中，一个长期受到关注的重要问题是：病毒如何解除宿主建立的抗病毒限制？ISG15是真核细胞重要的抗病毒分子之一。受到干扰素刺激后，ISG15可像泛素一样共价连接到底物蛋白上，这一修饰被称为ISGylation。近年来研究发现，ISGylation不仅能够直接抑制病毒蛋白活性，还能够增强MDA5等介导的天然免疫信号通路，从而建立强大的抗病毒状态。对此，许多病毒已经演化出专门去除ISG15修饰（deISGylation）的策略。SARS‑CoV‑2的非结构蛋白Nsp3蛋白中的木瓜蛋白酶样蛋白酶（PLpro）便具有这一活性，也是近年来重要的新冠抗病毒药物靶点之一。然而，PLpro在真实病毒感染过程中究竟通过去除哪些底物的ISG15修饰帮助病毒实现免疫逃逸？除了作用于天然免疫之外，它是否还重塑宿主其它重要生物学过程？

2026年8月6日，Cleveland Clinic Florida Research and Innovation Center 的Michaela U. Gack课题组[论文的共同第一作者为Junji Zhu （朱俊佶）和 GuanQun Liu （刘冠群）]在Immunity发表题为Virus-induced deconjugation of ISG15 dysregulates innate immunity and cellular metabolism的研究论文。研究团队首次构建了PLpro去ISGylation分离功能（separation-of-function）重组病毒，并结合动物模型、多组学分析以及分子机制研究，系统揭示了SARS-CoV-2如何通过去除ISG15修饰，同时调控天然免疫和宿主代谢，为病毒复制创造有利环境。

PLpro兼具病毒多聚蛋白切割、去泛素化以及去ISGylation三种功能。由于这些活性共用高度重叠的催化中心和底物识别界面，长期以来很难通过突变选择性地破坏其中一种功能而不影响其余功能，因此PLpro不同酶学活性对病毒感染和致病性的独立贡献始终难以解析。研究团队结合PLpro与ISG15／di－Ub复合物结构与突变体体外酶活分析实验，成功设计出N156E/Y171R分离功能突变，该突变在保持PLpro蛋白酶活性以及泛素切割活性的同时，几乎完全丧失去ISGylation能力，研究团队接着通过反向遗传学（reverse genetics）首次成功获得相应重组SARS-CoV-2。作者发现，该重组病毒在干扰素缺失的VeroE6－TMPRSS2细胞中复制与野生型病毒并无明显差异，然而在多种干扰素正常的人源细胞中，突变病毒均能够诱导更强烈的干扰素反应，同时病毒复制受到显著抑制。在K18-hACE2小鼠模型中，突变病毒同样表现出病毒载量下降、病毒清除加快、肺组织病理损伤减轻以及天然免疫显著增强等表型。这些结果首次在真实病毒感染背景下证明，PLpro介导的去ISGylation是SARS-CoV-2重要的免疫逃逸机制之一。

作者进一步比较了多种来源于不同组织的人源细胞后发现，PLpro去ISGylation缺失病毒诱导的天然免疫激活具有明显的细胞类型依赖性。在肠道上皮细胞、脑源细胞等大多数细胞中，增强的抗病毒反应主要依赖经典的MDA5-MAVS通路；而在人原代支气管上皮细胞（HBEpCs）中，增强的天然免疫则主要依赖TRIF信号通路，而非MDA5。这一发现提示，不同组织细胞可能采用不同的模式识别受体感知SARS-CoV-2，而PLpro通过去ISGylation能够同时抑制多条天然免疫信号通路，从而实现更加广泛的免疫逃逸。

近年来，病毒诱导宿主代谢重编程逐渐成为病毒学研究热点。然而，病毒是否能够通过去ISGylation直接调控宿主代谢，此前一直缺乏直接证据。研究团队首先进行了非靶向代谢组学（untargeted metabolomics）分析。结果显示，当PLpro失去去ISGylation能力后，感染细胞发生广泛代谢重编程：糖酵解受到抑制，磷酸戊糖途径（PPP）活性降低，核苷酸前体R5P明显减少，同时谷胱甘肽（GSH）水平下降，提示细胞抗氧化能力减弱。进一步结合13C葡萄糖代谢流分析，作者证实PLpro介导的去ISGylation能够恢复IFN诱导的代谢抑制，维持糖酵解和PPP正常运行，为病毒RNA复制持续提供能量、核苷酸前体以及还原力。这一结果表明，病毒利用去ISGylation不仅抑制宿主免疫，更重新塑造了适合自身复制的代谢环境。

那么，PLpro究竟作用于哪些宿主蛋白来重塑代谢呢？为回答这一问题，作者进一步整合ISGylome蛋白质组学与Nsp3互作蛋白组学分析，共鉴定出578个ISGylated蛋白、1015个ISGylation位点以及61个PLpro直接底物。这些底物广泛参与天然免疫、RNA代谢、翻译调控、氧化应激以及细胞代谢等多个关键生物学过程。在此基础上，作者进一步聚焦三个关键代谢酶：ALDOA、G6PD和PRDX1。机制研究表明，ISGylation会抑制这些酶的二聚体／多聚体的形成从而限制多个对病毒复制有利的代谢通路，而PLpro通过去除ISG15修饰恢复其酶活性：促进ALDOA介导的糖酵解并增强G6PD驱动的磷酸戊糖途径，为病毒复制提供源源不断的“原材料”；“挟持”并维持PRDX1在病毒复制位点的抗氧化能力，从而减少病毒RNA氧化损伤并促进病毒复制。结合修饰位点突变、功能恢复及病毒感染等实验，研究人员系统阐明了病毒如何通过调控关键代谢酶重塑宿主代谢，为病毒复制创造有利条件。

该研究将天然免疫调控与免疫代谢两个重要研究方向有机联系起来。作为干扰素诱导的重要抗病毒“武器”，ISGylation不仅对天然免疫激活至关重要，还可通过抑制关键代谢酶的活性，限制病毒复制所需代谢物的生成，从而建立代谢层面的抗病毒屏障。作者首次建立了PLpro去ISGylation分离功能病毒模型，并结合反向遗传学、动物模型、多组学分析和机制研究，系统解析了PLpro重塑宿主免疫与代谢网络的分子基础。该研究不仅在真实感染背景下证明了PLpro介导的去ISGylation在病毒免疫逃逸中的重要作用，还进一步揭示了其通过恢复关键代谢酶活性、促进宿主代谢重编程，为病毒复制营造有利代谢环境的机制。这些发现深化了对冠状病毒免疫逃逸与宿主代谢调控策略的认识，也为开发靶向PLpro的新型广谱抗冠状病毒药物提供了重要的理论依据。