Caveolin—1在腫瘤中的作用機制的研究進展

袁碧英　易斌　魯開智

【摘要】 小窩蛋白-1（Caveolin-1）是caveolae上的主要結構功能蛋白，通過它的腳手架區（CSD）與多個重要蛋白直接結合，形成信號通路的樞紐中心，在細胞增殖、遷移和分化，腫瘤的發生和轉移等生理、病理過程中發揮重要作用。在正常生理條件下和結腸癌、肝癌、乳腺癌等腫瘤的早期，Caveolin-1-信號分子復合物負性調控各種信號通路。而在泌尿系腫瘤的各個時期和其他大多數腫瘤的晚期，Caveolin-1異常表達，激活各種生長信號的傳導，促進腫瘤細胞生長、增殖和轉移。Caveolin-1在腫瘤中表現出的雙重效應與它調控的信號通路相關。本文將就Caveolin-1在腫瘤細胞中調控的信號通路做具體闡述。

【關鍵詞】 Caveolin-1； 腫瘤； 信號通路

Caveolin-1是細胞膜上重要的結構功能蛋白，其結構中特殊的腳手架區（CSD）能特異性地與多種信號分子結合，抑制這些信號分子的活性，形成多條信號通路的樞紐中心，對細胞的增殖、遷移和分化具有重要的影響[1]。研究顯示，在多種不同腫瘤細胞中Caveolin-1的表達發生了明顯的變化，對腫瘤的發生和轉移等生理、病理過程可能發揮重要作用，為腫瘤的治療提供新的靶點。

1 小窩蛋白-1（Caveolin-1）的結構和生物學功能

Caveolin-1是細胞膜向內凹陷呈瓶頸狀的直徑約50～100 nm的囊泡結構（caveolae）上的主要結構蛋白和標志蛋白。根據其免疫性特征可分為Caveolin-1、Caveolin-2、Caveolae-3。Cacveolin-1廣泛存在于多種細胞中，對細胞的生物學功能發揮重要的作用。它主要由位于兩邊的N端、C端和中間高度保守的疏水區構成，在N端存在含有與多種信號分子活化中心相似的氨基酸序列的腳手架區，通過該序列它能與多種信號分子（G蛋白亞單位、HA2Ras、Src酪氨酸激酶家族成員（Src、Fyn等）、EGF受體、胰島素受體、PKC、eNOS等）相連接，引起這些信號分子的變構或共價修飾從而調控這些信號分子的活性狀態，對大多數信號分子主要發揮負性調節作用[2-3]。其C末端區域有兩個磷酸化位點Ser80、Tyr14。Src、Frn、Ab1絡氨酸激酶能使Tyr14位點磷酸化，影響細胞內信號轉導、細胞內吞、遷移和黏附。而位點Ser80的磷酸化與Caveolin-1的分泌有關。Caveolin-1的功能有：（1）細胞內吞作用，caveolae作為胞膜上的凹陷結構，能夠選擇性的吞噬細胞外的大分子物質，并將其運輸到細胞內特定區域[4]。Frank等通過破壞Caveolin-1，發現細胞對特定蛋白的內吞作用減弱證明Caveolin-1在介導細胞的內吞作用中發揮重要作用。它能內吞細胞膜的主要成分膽固醇的載體-血清蛋白，穩定細胞膜，維持細胞的正常通透性。（2）發揮信號通路的樞紐作用。Caveolin-1通過腳手架區能與多種信號蛋白相互結合，調節細胞信號轉導過程，在脂質、胞膜交通、信號傳導中發揮重要的樞紐作用[5]。

2 Caveolin-1與腫瘤的關系

Caveolin-1與腫瘤的發生、發展、浸潤、轉移等可能存在密切的關系。在大多數腫瘤的研究中，包括乳腺癌、宮頸癌、結腸癌、胰腺癌、肺癌等都發現Caveolin-1的表達量是降低的，而相反在食道癌、前列腺癌和大部分泌尿系腫瘤如膀胱癌、骨肉瘤中，Caveolin-1的表達卻是增高的，并隨著腫瘤的分化程度的下降和侵蝕能力的增強表達升高[6-10]。Caveolin-1在腫瘤中究竟發揮抑癌或是促癌的作用，與腫瘤細胞的來源和類型相關。

2.1 Caveolin-1作為抑癌基因所介導的信號通路 Caveolin-1位于各種信號分子的匯聚之處，通過與它們的活化中心直接結合，參與細胞增殖、分化、遷移以及血管生成等多種型號通路的調控，以前多個研究發現Caveolin-1基因定位于7d31.1，而在肺癌、胰腺癌、結腸癌、宮頸癌等多種腫瘤中發現該位點常出現缺失、斷裂或突變，其蛋白和MRNA的表達量均下降，提示它在肺癌中是抑癌基因[11]。Caveolin-1表達的缺失，與其啟動子甲基化密切相關，在腫瘤中發現93%的cav-1啟動子被甲基化，致其表達量降低，影響Caveolin-1作為抑癌基因調控的信號通路。

2.1.1 G蛋白介導的信號轉導通路 G蛋白、GPCR（緩激肽、內皮素、乙酰膽堿、β2腎上腺素能受體）、G蛋白的下游分子（緩激肽、內皮素、乙酰膽堿、β2腎上腺素能受體）集中于caveolae上，細胞外信號分子作用于G蛋白偶聯受體上激活PKC，引起細胞質內信號級聯反應和細胞核基因表達調控細胞分泌、增殖和分化。Caveolin-1與失活的Gsα亞單位（GDP-caveolin-1，聯結形式）結合成復合物，抑制G蛋白α亞單位與GTP結合，影響G蛋白的GDP/GTP轉換而抑制GTP酶活性，隨即抑制G蛋白介導的信號通路轉導的傳導。其中，在腫瘤研究中小分子G蛋白Ras中的研究甚多。在胰腺癌、結腸癌及乳腺癌中Caveolin-1的減少，致Ras與GTP結合，激活Ras-GTP與P13-K結合并激活其催化亞基使磷脂酰肌醇4，5-雙磷酸化轉變磷脂酰肌醇3，4，5-三磷酸化與一些細胞骨架激酶結合，調節細胞遷移活化，同時還可直接活化PKB/AKT，促進細胞增殖[12]。在乳腺癌細胞中發現Ras活化后促進黏著斑激酶鈍化，它主要通過增加與整合素的親和力，激活Rho和黏著斑的形成調節細胞粘附，相反Caveolin-1的下調通過使粘著斑激酶（FAK）失活，致細胞貼壁生長的能力減弱而懸浮生長，促進細胞增殖致細胞膜級性改變，從而在細胞運動和介導細胞黏附過程中發揮重用，是腫瘤細胞無限制增殖發生的基礎。

2.1.2 蛋白激酶C（PKC）介導的信號通路傳導 三磷酸肌醇依賴性蛋白激酶（PDK1）在耦合生長因子受體信號扮演了一個關鍵的角色，與腫瘤細胞增殖、生存和入侵密切相關。Zhou等[13]在乳腺癌中發現，PKC作為PDK1調控乳腺內皮細胞表型轉換的下游靶基因發揮重要作用。生長因子受體（GFR）刺激磷脂酰肌醇3激酶的激活，致PDK1向細胞膜轉移。在多種腫瘤中發現激活的PDK1上調PDK1表達和β-catenin通路，β-catenin導致下游cyclin-D和c-Myc活性增加的同時發現Caveolin-1的表達量出現明顯變化[14]。在大多數腫瘤細胞組織中，Caveolin-1的表達是下降的，用病毒轉染的方法致Caveolin-1表達下調，發現活化的PK明顯增加，及該信號通路的下游底物如Raf，MEK和ERK等分子形成異構體共存于caeolae上，活化的PKC能使其下游基因被磷酸化和激活，正性調節信號通路傳導，促進細胞的增長、遷移和分化。而與此同時發現活化的PCK與Caveolin-1連接在酶活性部位，故Caveolin-1與PCK的直接相連抑制該激酶活性，阻礙下游基因的激活，負責調節蛋白激酶c（PKC）介導的信號通路傳導。

2.1.3 酪氨酸激酶的級聯反應 Caveolin-1能與非受體酪氨酸激酶受體（SRC、JAK、FAK等）和受體酪氨酸激酶受體（胰島素和多種生長因子受體）結合形成復合物，抑制以上受體的自身磷酸化，阻斷以下信號通路：（1）在多種腫瘤發展的早期，Caveolin-1負性調控血管形成過程中關鍵的信號通路VEGF/VEGFR-2/eNOS途徑抑制了VEGF對其受體及其下游信號途徑eNOS的激活所致，或者Cav-1抑制了VEGFR-2的磷酸化，使其不能有效地和VE-鈣黏蛋白解離，從而降低了內皮細胞的遷移性。在結腸癌中，Cav-1表達缺失上調VEGF的表達，而VEGF上調內皮細胞的uPA的表達，進而激活MMP，促進乳腺癌的浸潤與轉移[15]。（2）抑制JAK-STAT信號通路，這條途徑主要是各種細胞因子與受體結合使其二聚體化，JAK相互靠近磷酸化，使受體上的酪氨酸殘基磷酸化，通過STAT形成二聚體后，STAT與受體分離轉移到核內，結合到DNA序列，從而調控基因表達[16]。（3）抑制EGF-R-Ras-Raf-Mapk通路，促進細胞凋亡，抑制細胞增殖。（4）Caveolin-1能抑制eNOS的活化，保護內皮屏障功能，減弱對外源性VEGF和組織缺血等刺激性所致的血管新生，及細胞的遷移擴散。

Caveolin-1與VE-CADHERIN/CATEN形成復合物，抑制β-catenin的核轉錄活性，抑制核轉錄因子類癌基因Jun、FoS等腫瘤侵襲轉移正相關因子的活性，抑制下游凋亡因子的活化，促進細胞的增殖和分化[17-18]。

2.2 Caveolin-1作為癌基因所介導的信號通路 在各個腫瘤的終末發展階段及前列腺癌泌尿系腫瘤的各個時期Caveolin-1表達量較正常細胞其表達量是增加的，并隨著腫瘤惡性程度及侵蝕能力的增加而升高。在這些情況里Caveolin-1是作為癌基因發揮作用的。而Caveolin-1表達是如何增高的？多項研究報告發現在前列腺癌中Caveolin-1啟動子的甲基化程度降低與其表達量成反比，提示這種表達量上升可能與Caveolin-1啟動子的甲基化程度降低有關。Caveolin-1從一抑癌基因轉化為癌基因，與它的突變（CSD區的結構破壞及各種點突變）及第14位酪氨酸和第80位的絲氨酸發生磷酸化密切相關，這些變化能誘導細胞轉化、激活有絲分裂素活化的激酶信號通路、促進腫瘤的發生與發展。不僅是在前列腺癌和泌尿系腫瘤中出現，也發生在其他大部分腫瘤的晚期。下面將重點以Caveolin-1在前列腺癌調控的信號來說明Caveolin-1作為癌基因所調控的信號通路在腫瘤的發展、擴散中發揮的作用。

Caveolin-1在前列腺癌細胞中過度表達，它的腳手架區與PP1和PP2A的催化域結合序列相結合從而干擾全酶的正常催化功能，并最終抑制PP1和PP2A，活性下降的PP1和PP2A可以引起高磷酸化的催化亞單位如PDK1、AKT、ERK等的水平，使AKT下游靶向物GSK3a/B、FKHR、MDM2磷酸化，這些被激活的蛋白通過不同的信號通路途徑激活，促進細胞的增殖活動，減少其凋亡，促進細胞生長[19-20]。

第14位酪氨酸和第80位的絲氨酸磷酸化的Caveolin-1腳手架區（CSD）抑制腫瘤細胞增殖的作用減弱，刺激多種生長因子的過度表達，將各種細胞增殖信號傳入細胞核內，促進細胞的增殖及非貼壁依賴性生長，提高腫瘤細胞的侵襲能力能促進細胞增殖。同時Caveolin-1表達可以導致磷酸化AR的核移位作用，而且這種核移位作用使得Caveolin-1在前列腺癌的雄激素抵抗和惡性進展密切相關。

此外，目前有報道發現在前列小體中發現含有豐富的脂筏結構，并指出可能通過一種胞外體-前列小體介導的旁分泌Caveolin-1使其表達量升高，旁分泌的Caveolin-1也能促進各種生長因子的釋放，刺激腫瘤血管的生成，促進腫瘤的擴散。在食管癌中海發現過度表達的Caveolin-1蛋白作用機制：Caveolin-1啟動子的甲基化程度減低至其表達量增高，及其突變（CSD區的結構破壞），能使腫瘤抑制因子如（magt-5，galectin-3）的活性減弱，修復EGFR的活化中心，促進細胞及血管的生成[21-22]。

3 展望

Caveolin-1存在多種類型細胞的表面參與信號轉導并發揮著關鍵性作用，這使大家對小窩在細胞生理、病理活動中的作用有了一個比較清楚的認識。而它在細胞病理活動中的作用正在積極探索中。目前的研究發現，Caveolin-1表達的下降可以加速細胞增殖、遷移，甚至導致細胞生長的失控；同時發現Caveolin-1的異常表達不僅腫瘤的發生發展發揮重要的作用，同時在肺纖維化模型、肌營養不良、肺動脈高壓等疾病中也有舉足輕重的意義[23]。以上疾病的發生機制多與調控細胞增殖相關的信號通路如G蛋白介導的信號轉導、蛋白激酶C（PKC）介導的信號通路、酪氨酸激酶的級聯反應等通路密切相關，Caveolin-1上含有與多種信號分子相同的氨基酸序列通過這些序列和信號分子互補結合影響其活性調控相關的信號通路，形成信號通路的樞紐中心，進而調控細胞分化、增殖、衰老。在這一領域的深入研究，有助于認識這些疾病，從而發現新的治療方法，為這些疾病的治療開辟新的領域。

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（收稿日期：2013-10-15） （本文編輯：歐麗）