Adv Sci丨南方科技大学张政/中南大学夏赞贤合作揭示了USP33依赖其去泛素化酶活性增强E蛋白的稳定性，促进病毒复制

包膜（E）蛋白作为SARS-CoV-2的结构蛋白，不仅在病毒颗粒的形成过程中起关键作用，还能形成离子通道并具有致病功能，包括引发细胞死亡和炎症反应。E蛋白的稳定性受宿主泛素-蛋白酶体系统控制。

2024年9月20日，南方科技大学张政、中南大学夏赞贤共同通讯在Advanced Science 在线发表题为“Lung-Targeted Lipid Nanoparticle-Delivered siUSP33 Attenuates SARS-CoV-2 Replication and Virulence by Promoting Envelope Degradation”的研究论文。该研究通过筛选人类去泛素化酶发现，泛素特异性蛋白酶33（USP33）可以依赖其去泛素化酶活性增强E蛋白的稳定性，从而促进病毒复制。

在缺乏USP33的情况下，E蛋白会迅速降解，导致病毒载量降低和炎症反应。通过调节脂质成分（可电离的阳离子脂质）利用脂质纳米颗粒（LNP）封装siUSP33，成功将siUSP33递送至小鼠肺组织，迅速降低肺中USP33的表达并维持敲减至少14天，有效抑制病毒复制和毒力。这种递送方法可以有效地靶向肺部并应对急性感染，而不会导致长期USP33缺陷。这项研究基于USP33在E蛋白上的去泛素化机制，证明了LNP介导的针对USP33的siRNA递送在抗病毒和抗炎反应中发挥作用，为预防和治疗SARS-CoV-2提供了一种新策略。

SARS-CoV-2的结构由4个结构蛋白组成：刺突蛋白（S）、核衣壳蛋白（N）、膜蛋白（M）、包膜蛋白（E）。其中，S蛋白主要与宿主细胞受体结合，介导病毒的入侵；N蛋白包裹并保护病毒RNA；M蛋白构成病毒颗粒的外部包膜结构，参与病毒的组装和释放。E蛋白是结构蛋白中最小的一个，仅含75个氨基酸，在病毒颗粒中所占比例很小，但在感染细胞中表达丰富，对病毒的毒力至关重要。E蛋白通过与M蛋白结合参与病毒组装和病毒颗粒的维持。此外，E蛋白可以形成离子通道，影响细胞M的完整性和宿主细胞内外的离子平衡，导致细胞死亡；此外，E蛋白促进NLRP3炎症小泡的形成和激活，导致炎症因子的释放，加剧炎症反应。

泛素-蛋白酶体系统是重要的细胞内蛋白质降解途径，可以快速识别并降解某些病毒蛋白，以减轻病毒的致病作用。SARS-CoV-2的ORF6、ORF9b、NSP5和NSP8，MERS-CoV的ORF3和ORF4b均可被多泛素链标记，并在短时间内被蛋白酶体降解。泛素化涉及由E1活化酶、E2结合酶和一大类约600个E3泛素连接酶介导的酶促级联反应。相反，一组去泛素化酶（Dubs）会快速切割泛素以逆转这一过程，病毒可以劫持宿主中的Dubs来抵抗降解。因此，发现能够稳定病毒蛋白并干预这一过程的Dubs是一种很有前途的抗病毒策略。泛素特异性蛋白酶33(USP33)是一种与致癌信号通路的调节有关的Dub，使其成为癌症治疗的潜在靶点。除了在癌症发展和进展中的重要性之外，新兴证据还强调了其在神经退行性疾病、炎症和代谢紊乱中的多种功能，扩大了在各种病理条件下靶向Dub的潜在影响。然而，USP33在病毒感染和复制中的作用仍然很大程度上未知。

Dubs筛选发现USP33是促进病毒复制的重要因素，其作用机制为靶向 E（图源自Advanced Science ）

自FDA批准脂质纳米颗粒(LNP)以来，它们已成为生物制药行业首选的药物输送平台。LNP已被有效用于将mRNA/siRNA输送到特定器官，以治疗炎症、病毒感染和癌症。选择性器官靶向(SORT)输送平台根据物理化学趋向性/靶向性实现对肺组织的特定输送。通过修改LNP中使用的成分的类别或比例，可以将LNP转换为带正电的状态，从而增强其肺靶向能力。1,2-二油酰-3-三甲基铵-丙烷(DOTAP)-LNP因其与内源性配体玻璃粘连蛋白相互作用而具有肺特异性靶向能力。尽管它们具有众多潜在优势，但最近的研究揭示了与DOTAP-LNP相关的一种以前未被认识的重大不良影响：它们诱导血栓形成的能力。然而，通过将DOTAP-LNPs的尺寸减小到≈100nm，可以通过防止纤维蛋白原结合和血凝块形成来减轻这种副作用。在作者的研究中，作者建立了一个强大的平台，通过基于SORTLNP的肺靶向（通过以特定摩尔比（0-50%）添加补充阳离子脂质DOTAP）递送CY5修饰的siRNA来定制SARS-CoV-2感染控制，这可能是SARS-CoV-2治疗的一种有前途的策略。

在本研究中，作者筛选了人类Dubs的cDNA文库，并确定USP33是促进病毒复制的宿主因子。进一步的研究表明，USP33与E蛋白相互作用，去除K48型多泛素链并增强E蛋白的稳定性，从而提高其诱导细胞死亡和炎症反应的能力。在没有特定的USP33抑制剂的情况下，使用含DOTAP的LNP来封装siUSP33。这种递送策略有效地靶向小鼠肺并特异性地诱导USP33蛋白的敲低，从而有效抑制病毒复制和炎症反应。总之，作者的研究揭示了SARS-CoV-2劫持Dub USP33以增强病毒复制和毒力的一种新机制，这是一个有希望的靶点，可能被用于开发新的抗病毒疗法。

本期转自：iNature