小凹蛋白-1在動脈粥樣硬化形成中的研究進展

楊翠綜述，劉先哲審校

（1.三峽大學(xué)醫(yī)學(xué)院，湖北宜昌443002；2.三峽大學(xué)人民醫(yī)院，湖北宜昌443002）

·綜述·

小凹蛋白-1在動脈粥樣硬化形成中的研究進展

楊翠1綜述，劉先哲2審校

（1.三峽大學(xué)醫(yī)學(xué)院，湖北宜昌443002；2.三峽大學(xué)人民醫(yī)院，湖北宜昌443002）

動脈粥樣硬化發(fā)病率逐年升高，致力于動脈粥樣硬化發(fā)生機制及其影響因素的研究也越來越深入。小凹蛋白-1作為參與調(diào)控動脈粥樣硬化形成機制的轉(zhuǎn)化生長因子β（TGF-β/smads）信號通路的關(guān)鍵因素逐漸受到重視，并不斷取得新進展。本文主要從血管緊張素Ⅱ（AngiotensinⅡ，AngII）及氧化低密度脂蛋白(Oxidized low-density lipoprotein，ox-LDL)對小凹蛋白-1的調(diào)節(jié)及小凹蛋白-1對下游TGF-β/smads信號通路調(diào)控兩方面做一綜述。

動脈粥樣硬化；小凹蛋白-1；TGF-β/smads；信號通路

動脈粥樣硬化(Atherosclerosis，AS)嚴(yán)重威脅人類健康，隨著人們生活水平的提高，該病的發(fā)病率和死亡率逐年上升。大量研究證實，轉(zhuǎn)化生長因子β(TGF-β/smads)信號傳導(dǎo)途徑與AS發(fā)生密切相關(guān)。作為多種信號通路的關(guān)鍵調(diào)控點，小凹蛋白-1對維持細(xì)胞功能至關(guān)重要，對細(xì)胞的生物學(xué)行為產(chǎn)生關(guān)鍵性影響，并引起機體病理生理學(xué)變化。在AS發(fā)生過程中，小凹蛋白-1對TGF-β/smads信號傳導(dǎo)途徑的調(diào)控起著關(guān)鍵作用。Ang II和ox-LDL作為影響AS發(fā)生的兩個重要因素，與小凹蛋白-1之間的關(guān)系已成為治療AS的研究熱點。

1 小凹蛋白的生物學(xué)特性

小凹(Caveolae)亦稱細(xì)胞質(zhì)膜微囊、胞膜窖，是細(xì)胞膜表面特異性的內(nèi)陷微區(qū)。小凹蛋白(Caveolin)是構(gòu)成小凹的核心蛋白，其分子量為17～24 kD。目前已克隆出小凹蛋白家族的3個成員：小凹蛋白-1、小凹蛋白-2和小凹蛋白-3。其中，小凹蛋白-1還包括α、β兩種異構(gòu)體形式[1]。小凹蛋白基因家族的結(jié)構(gòu)在哺乳動物中存在高度相似性，但其在細(xì)胞中的分布具有差異性。小凹蛋白-1和小凹蛋白-2主要表達(dá)于脂肪細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞和成纖維細(xì)胞[2]，而小凹蛋白-3主要見于肌細(xì)胞[3]。小凹蛋白能與多種信號分子結(jié)合形成復(fù)合體，調(diào)控眾多關(guān)鍵信號分子的活性狀態(tài)，進而控制細(xì)胞的跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，參與細(xì)胞的生命活動，如血管內(nèi)皮細(xì)胞增殖、細(xì)胞內(nèi)吞、膽固醇運輸、細(xì)胞膜組裝及信號轉(zhuǎn)導(dǎo)等[4]。在信號轉(zhuǎn)導(dǎo)過程中，小凹蛋白-1和小凹蛋白-3可分別聚合形成同聚物，而小凹蛋白-1和小凹蛋白-2則可相互結(jié)合形成異聚物表達(dá)于組織中，從而對細(xì)胞分化與增殖、腫瘤發(fā)生、肌病、血管病及神經(jīng)退行性疾病等多種病理和生理過程產(chǎn)生調(diào)控作用[2]。其中，小凹蛋白-1是參與膽固醇平衡、分子運輸和跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)事件的主要結(jié)構(gòu)組成部分，并因其調(diào)節(jié)TGF-β/smads等信號通路而與AS發(fā)生具有密切關(guān)系[5]。

2 TGF-β/smads信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路

現(xiàn)已鑒定的TGF-β有五種異構(gòu)體(TGF-β1～β5)，其中TGF-β1、β2和β3三種亞型存在于哺乳動物中。TGF-β前體無生物學(xué)活性，需通過各種蛋白酶水解被激活，繼而與細(xì)胞膜表面特異性受體結(jié)合啟動胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)。

TGF-β受體是存在于細(xì)胞表面的跨膜糖蛋白，屬于絲/蘇氨酸激酶受體家族，由3個部分組成：胞外區(qū)、跨膜區(qū)及含絲/蘇氨酸激酶結(jié)構(gòu)的胞內(nèi)區(qū)。TGF-β可激活多個信號通路，而Smads蛋白是其主要的胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)分子。TGF-β活化后，首先與Ⅲ型受體(TβRⅢ)結(jié)合后提呈給Ⅱ型受體(TβRⅡ)或直接與TβRⅡ結(jié)合，結(jié)合了TGF-β的TβRⅡ再與Ⅰ型受體(TβRⅠ)結(jié)合，磷酸化TβRⅠ，激活Ⅰ型受體的蛋白激酶，后者使轉(zhuǎn)錄因子Smad2或Smad3磷酸化。磷酸化的Smad2或Smad3再與Smad4結(jié)合形成復(fù)合物從胞漿進入細(xì)胞核，進而與其他各種轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合，調(diào)節(jié)TGF-β反應(yīng)性基因轉(zhuǎn)錄，介導(dǎo)TGF-β反應(yīng)，如：促進細(xì)胞肥大、刺激細(xì)胞外基質(zhì)蛋白的合成、抑制細(xì)胞外基質(zhì)蛋白的降解等[6-8]。

3 AngII、ox-LDL對TGF-β的作用

AngII通過轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)錄后方式促進TGF-β mRNA的表達(dá)并使其轉(zhuǎn)變?yōu)樯锘钚孕问剑鴥?nèi)源性TGF-β也可介導(dǎo)AngⅡ的一部分效應(yīng)。阻斷AngⅡ可抑制TGF-β的分泌并具有致纖維化作用，而TGF-β中和性抗體也可抑制AngⅡ誘導(dǎo)的細(xì)胞外基質(zhì)(ECM)合成。這表明，AngⅡ可通過促進TGF-β的表達(dá)和活化使ECM合成增加[9]。關(guān)于ox-LDL對TGF-β的作用目前報道不一。對人腎小球系膜細(xì)胞的體外研究發(fā)現(xiàn)，ox-LDL可使TGF-βmRNA表達(dá)和蛋白分泌均增加[10]，而Sakamoto等[11]對小鼠巨噬細(xì)胞的體外實驗表明，ox-LDL可通過抑制凝血酶敏感蛋白-1(Thrombospondin-1，TSP-1)的作用而使活性TGF-β生成減少，但對TGF-β前體及其活性形式均無直接影響。在對人冠狀動脈內(nèi)皮細(xì)胞的體外研究發(fā)現(xiàn)，ox-LDL可呈時間和濃度依賴性地降低活性TGF-β的合成并上調(diào)其受體表達(dá)[12]。

4 小凹蛋白-1與AS之間的關(guān)系

新近研究發(fā)現(xiàn)小凹蛋白-1與AS關(guān)系密切。已有報道，粥樣斑中小凹蛋白-1呈低水平表達(dá)，且其低表達(dá)與不穩(wěn)定斑塊的一些特征密切相關(guān)[13]，如在頸動脈不穩(wěn)定斑塊中小凹蛋白-1的表達(dá)有所下調(diào)[14]。相關(guān)研究表明[15-16]：缺失小凹蛋白-1和載脂蛋白E的小鼠其AS的發(fā)展進程受到抑制，而使小凹蛋白-1在內(nèi)皮細(xì)胞中重新表達(dá)則可擴大AS損害。原因是小凹蛋白-1的缺失可減少氧化低密度脂蛋白滲入動脈壁，促進一氧化氮的產(chǎn)生，使白細(xì)胞粘附分子表達(dá)減少，從而使小鼠病情發(fā)生逆轉(zhuǎn)，而過表達(dá)小凹蛋白-1則可抑制內(nèi)皮細(xì)胞增殖、遷移及一氧化氮產(chǎn)生，而血管粘附分子-1(Vascular cell adhesion molecule-1，VCAM-1)的表達(dá)增加，最終導(dǎo)致AS的形成。另外，在AS中，有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)小凹及小凹蛋白可表達(dá)于炎癥細(xì)胞[17]，這可能與AS的慢性炎癥損傷有關(guān)[14]。最新研究表明小凹蛋白-1可同時參與調(diào)節(jié)影響AS的兩個關(guān)鍵因素-AngⅡ和ox-LDL介導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，且對在AS發(fā)生發(fā)展過程中起著關(guān)鍵作用的TGF-β/smads信號通路有重要影響。

4.1 小凹蛋白-1與AngⅡ之間的關(guān)系小凹蛋白-1與AngⅡ的Ⅰ型受體共同定位于血管平滑肌細(xì)胞胞膜中且同時表達(dá)小凹蛋白-1、小凹蛋白-2和小凹蛋白-3，但其中僅小凹蛋白-1 mRNA受AngⅡ的調(diào)節(jié)[18]。AngⅡ的受體主要包括兩種亞型：AT-1R和AT-2R，其中AT-1R介導(dǎo)了AngⅡ已知的所有生物學(xué)作用，在AS形成中起著重要作用[19]。用AngⅡ刺激血管平滑肌細(xì)胞之后用Northern印跡分析，發(fā)現(xiàn)小凹蛋白-1mRNA表達(dá)增強；但在用Western印跡檢測蛋白水平的時候卻發(fā)現(xiàn)小凹蛋白-1的蛋白表達(dá)水平顯著下調(diào)。而這種蛋白質(zhì)水平的短暫逆轉(zhuǎn)是由于AngⅡ刺激能直接提高小凹蛋白-1的蛋白降解，其機制可能與鈣離子內(nèi)流有關(guān)[18]。降鈣素基因相關(guān)肽在抑制由AngⅡ引起的平滑肌細(xì)胞肥大和增殖的同時，發(fā)現(xiàn)小凹蛋白-1表達(dá)上調(diào)，說明其抑制增殖的細(xì)胞內(nèi)信號傳導(dǎo)途徑可能與小凹蛋白-1的表達(dá)增強有關(guān)[20]。

4.2 小凹蛋白-1與ox-LDL之間的關(guān)系目前研究表明，在正常的血管平滑肌細(xì)胞中小凹蛋白-1高表達(dá)，經(jīng)過ox-LDL處理后，小凹蛋白-1的表達(dá)下調(diào)，膽固醇流出率顯著下降，導(dǎo)致細(xì)胞膽固醇含量急劇上升，大量脂滴沉積于胞漿，提示小凹蛋白-1介導(dǎo)的細(xì)胞膽固醇流出機制受損參與ox-LDL誘導(dǎo)平滑肌源性泡沫細(xì)胞的形成。ox-LDL通過抑制血管平滑肌細(xì)胞(Vascular smooth muscle cells，VSMCs)小凹蛋白-1的表達(dá)從而干擾VSMCs膽固醇流出；過度表達(dá)小凹蛋白-1可以減輕ox-LDL誘導(dǎo)的VSMCs內(nèi)膽固醇聚集，使平滑肌源性泡沫細(xì)胞的形成延緩[21]。由于ox-LDL可以使胞膜小凹中的膽固醇含量極大地減少，促使小凹蛋白-1向細(xì)胞內(nèi)轉(zhuǎn)位，內(nèi)皮一氧化氮合酶(endothelial nitric oxide synthase，eNOS)的活性也隨之減弱。因此，通過參與抑制內(nèi)皮一氧化氮合酶的活性和低密度脂蛋白的氧化，小凹蛋白-1/胞膜小凹可參與影響AS的形成。

4.3 小凹蛋白-1參與調(diào)節(jié)AS發(fā)生的TGF-β/ smads信號通路目前研究認(rèn)為AS主要由TGF-β/ smads信號介導(dǎo)發(fā)生。研究發(fā)現(xiàn)小凹蛋白-1對TGF-β/smads信號通路有著重要的調(diào)控作用[22]。在經(jīng)典的TGF-β/smads信號轉(zhuǎn)導(dǎo)中，小凹蛋白-1可通過直接與TβRⅠ受體相互作用抑制下游的smad 2/3的磷酸化，或促進TGF-β受體在小凹蛋白-1陽性小泡的內(nèi)化過程，加快受體降解，進而阻斷TGF-β/Smads信號通路[23-25]，減少1型膠原纖維的產(chǎn)生，從而影響AS的形成。阻斷小凹蛋白-1和脂質(zhì)筏依賴的內(nèi)吞作用，將延長TGF-β受體的半衰期，而且在小凹蛋白-1缺陷的細(xì)胞中再表達(dá)小凹蛋白-1，TGF-β受體循環(huán)將加快[26]。此外，有研究表明，Smad泛素調(diào)節(jié)因子2(Smad ubiquitin regulatory factor 2，Smurf 2)可以通過降解TGF-βⅠ、Ⅱ型受體進而抑制TGF-β信號轉(zhuǎn)導(dǎo)[27]。smurf 2能有效地調(diào)整smad 7在胞漿與細(xì)胞核的分布，后者又可募集smurf 2至TGF-β受體以協(xié)助smurf 2對TGF-β受體的降解[28]。因此，小凹蛋白-1與Smurf 2和Smad 7的共定位，支持小凹蛋白-1依賴的內(nèi)吞在TGF-β受體降解中的作用[26]。研究小凹蛋白-1與TGF-β/smads信號通路間的相互作用對于進一步了解AS發(fā)生的分子機制，探討與該信號通路相關(guān)疾病的發(fā)生機制及防治均有重要意義。

5 展望

小凹蛋白-1、AngII及ox-LDL與AS發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)，并對TGF-β/smads信號通路起著重要的調(diào)控作用，在AS相關(guān)疾病的進程中扮演著舉足輕重的角色。然而，很多問題還有待解決，如AngII及ox-LDL是否是通過小凹蛋白-1影響TGF-β/smads信號通路?小凹蛋白-1能否成為調(diào)節(jié)TGF-β/smads信號通路的樞紐?其參與動脈硬化各不同階段的具體機制仍不清楚。相信針對小凹蛋白-1的表達(dá)及其作用機制的進一步研究，將會為AS的診斷和治療提供新的線索。

[1]Das K,Lewis RY,Scherer PE,et al.The membrane spanning domains of caveolin-1 and 2 mediate the formation of caveolin hetero-oligomers.Implications for the assembly of caveolae membranes in vivo[J].J Biol Chem,1999,274(18):18721-18728.

[2]Scherer PE,Lewis RY,Volonté D,et al.Cell-type and tissue-specific expression of caveolin-2.Caveolin-1 and 2 colocalize and form a stable hetero-oligomeric complexin vivo[J].J Biol Chem,1997, 272(29):337-346.

[3]Marek D,Paul V,Marlies E,et al.Loss of caveolae,vascular dysfunction,and pulmonary defects in caveolin-1 gene-disrupted mice [J].Science,2001,293(2):449-452.

[4]Sowa G.Caveolae,Caveolins,Cavins,and Endothelial Cell Function:New Insights[J].Front Physiol,2012,2:120.

[5]Lee EK,Lee YS,Han IO,et al.Expression of caveolin-1 reduces cellular responses to TGF-beta1 through down-regulating the expression of TGF-beta type II receptor gene in NIH3T3 fibroblast cells[J].BiochemBiophys Res Commun,2007,359:385-390.

[6]Bonafoux D,Chuaqui C,Boriack-Sjodin PA,et al.2-Aminoimidazoles inhibitors of TGF-βreceptor 1[J].Bioorg Med Chem Lett, 2009,19(3):912-916.

[7]Chen YG.Endocytic regulation of TGF-βsignaling[J].Cell Research,2009,19(1):58-70.

[8]Kang JS,Liu C,Derynck R.New regulatory mechanisms of TGF-βreceptor function[J].Trends Cell Biol,2009,19(8):385-394.

[9]Ruiz-Ortega M,Rodríguez-Vita J,Sanchez-Lopez E,et al.TGF-βsignaling in vascular fibrosis[J].Cardiovascular Research,2007, 74:196-206.

[10]Song CY,Kim BC,Lee HS.Lovastatin inhibits oxidized low-density lipoprotein-induced plasminogen activator inhibitor and transforming growth factor-β1expression via a decrease in Ras/extracellular signal-regulated kinase activity in mesangial cells[J].Translational Research,2008,151:27-35.

[11]Sakamoto Y,Miyazaki A,Tamagawa H,et al.Specific interaction of oxidized low-density lipoprotein with thrombospondin-1 inhibits transforming growth factor-βfrom its activation[J].Atherosclerosis,2005,183:85-93.

[12]Chen H,Li D,Saldeen T,et al.Transforming Growth Factor-β1 Modulates Oxidatively Modified LDL-Induced Expression of Adhesion Molecules Role of LOX-1[J].Circulation Research,2001, 89:1155-1160.

[13]Rodriguez-feo JA,Hellings WE,Moll FL,et al.Caveolin-1 influences vascular protease activity and is a potential stabilizing factor in human atherosclerotic disease[J].PLoS One,2008,3(7):1-13.

[14]Hu G,Ye RD,Dinauer MC,et al.Neutrophil caveolin-1 expression contributes to mechanism of lung inflammation and injury[J].Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol,2008,294:178-186．

[15]Fernandez-Hernando C,Yu J,Suarez Y,et al.Genetic evidence supporting a critical role of endothelial caveolin-1 during the progression of atherosclerosis[J].Cell Metab,2009,10(1):48-54.

[16]Fernandez-Hernando C,Yu J,Davalos A,et al.Endothelial-specific overexpression of caveolin-1 accelerates atherosclerosis in apolipoprotein E-deficient mice[J].Am J Pathol,2011,177(2):998-1003.

[17]Harris J,Werling D,Hope JC,et al.Caveolae and caveolin in immune cells:distribution and functions[J].Trends Immunol,2002, 23:158-164.

[18]諶赟,秦旭平.胞膜小窩/小窩蛋白-1復(fù)合體的細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)[J].生命的化學(xué),2009,29(2):214-217.

[19]魏鈞伯,魏盟,蔡迺繩.ox-LDL對血管平滑肌細(xì)胞AT1受體表達(dá)的影響及LOX-1對其介導(dǎo)作用的觀察[J].2010,26(8):621-624.

[20]鄧水秀,曾泗宇,任俊芳,等.降鈣素基因相關(guān)肽對血管平滑肌細(xì)胞增殖及小凹蛋白1表達(dá)的影響[J].中國動脈硬化雜志,2007,15 (9):661-665.

[21]嚴(yán)鵬科,廖端芳,楊永宗.Caveolin-1表達(dá)對血管平滑肌細(xì)胞膽固醇逆轉(zhuǎn)運的調(diào)節(jié)作用[J].中國動脈硬化雜志,2002,10(5):379-383.

[22]Christoph M,Patricio G,Anastasia B,et al.Distinct role of endocytosis for Smad and non-Smad TGF-βsignaling regulation in hepatocytes[J].Journal of Hepatology,2011,55:369-378.

[23]Razani B,Zhang XL,Bitzer M,et al.Caveolin-1 regulates transforming growth factor(TGF)-beta/SMAD signaling through an interaction with the TGF-beta type I receptor[J].J Biol Chem,2001, 276,6727-6738.

[24]Lee EK,Lee YS,Han IO,et al.Express ion of caveolin-1 reduces cellular responses to TGF-beta1 through down-regulating the expression of TGF-beta typeII receptor gene in NIH3T3 fibroblast cells[J].Biochem Biophys Res Commun,2007,359:385-390.

[25]Chen YG.Endocytic regulation of TGF-beta signaling[J].Cell Res, 2009,19:58-70.

[26]Christoph M,Patricio G,Anastasia B,et al.Distinct role of endocytosis for Smad and non-Smad TGF-βsignaling regulation in hepatocytes[J].Journal of heapatology,2010,55:369-378.

[27]Fukasawa H,Yamamoto H,Fujigaki Y,et al.Reduction of transforming growth factor-beta-typeⅡreceptor is caused by the enhanced ubiquitin-dependent degradation in human renal cell carcinoma[J].Int J Cancer,2010,127(7):1517-1525.

[28]Yang Q,Chen SP,Zhang XP,et al.Smurf2 participates in huaman tropblast cell invasion by inhibiting TGF-beta typeⅠreceptor[J].J Histochem Cytochem,2009,57(6):605-612.

Advance of Caveolin-1 in atherosclerosis.

YANG Cui1,LIU Xian-zhe2.1.The Medical College of Three Gorges University,Yichang 443002,Hubei,CHINA;2.The Public Hospital Affiliated to Three Gorges University,Yichang 443000, Hubei,CHINA

The incidence of atherosclerosis increases year by year,and the research on mechanism and influence factors of atherosclerosis is unceasingly thorough.As an important regulatory factor in TGF-β/smads signal pathway,Caveolin-1 plays an role in the formation mechanism of atherosclerosis,and its function has been attached great importance increasingly with new advance constantly.This article mainly introduces how the AngII and ox-LDL regulates Caveolin-1 and how Caveolin-1 regulates TGF-β/smads signal channel.

Atherosclerosis;Caveolin-1;TGF-β/smads;Signal transduction

R541.4

A

1003—6350（2013）03—0437—04

10.3969/j.issn.1003-6350.2013.03.0191

2012-09-05)

劉先哲。E-mail:yxylxz@ctgu.edu.cn