小窩蛋白—1在血—腦脊液屏障中作用的研究

錢華+李亞軍

[摘要]血-腦脊液屏障是維持中樞神經(jīng)系統(tǒng)穩(wěn)定的關(guān)鍵因素。內(nèi)皮細(xì)胞小窩蛋白（caveolins）的重要標(biāo)志物小窩蛋白-1（caveolin-1）在血-腦脊液屏障中扮演重要角色。caveolin-1參與了血-腦脊液屏障受外界侵略和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的過程。目前對caveolin-1的研究仍然較少，本次的回顧性研究認(rèn)為caveolin-1對血-腦脊液屏障以及中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病都具有非常重要的意義。

[關(guān)鍵詞]血-腦脊液屏障；細(xì)胞窖；小窩蛋白-1；緊密連接

[中圖分類號] R74 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A [文章編號] 1674-4721（2017）01（c）-0017-04

[Abstract]Blood cerebrospinal fluid barrier is the key factor to maintain the stability of central nervous system.Important marker （caveolin-1） of endothelial cell caveolins plays an important role in the blood brain cerebrospinal fluid barrier.caveolin-1 is involved in the process of blood cerebrospinal fluid barrier by external aggression and signal transduction.At present，the research on caveolin-1 is still few.This retrospective study suggests that caveolin-1 has a very important significance in the blood cerebrospinal fluid barrier and central nervous system diseases.

[Key words]Blood cerebrospinal fluid barrier；Cell cellar；Caveolin-1；Tight connection

腦微血管內(nèi)皮細(xì)胞是血-腦脊液屏障的重要組成部分，內(nèi)皮細(xì)胞質(zhì)膜表面有豐富的內(nèi)陷囊狀結(jié)構(gòu)，即為細(xì)胞窖（caveolae），也稱為小窩。caveolae功能紊亂被認(rèn)為與廣泛疾病如脂代謝障礙、心臟疾病、感染、骨質(zhì)疏松及癌癥相關(guān)[1]。小窩蛋白（caveolins）是caveolae 的標(biāo)志性蛋白，由小窩蛋白基因編碼而成。目前已確定的 caveolins 家族成員有：caveolin-1、caveolin-2和caveolin-3，其中caveolin-1是目前研究的熱點(diǎn)。caveolin-1是caveolae的主要結(jié)構(gòu)組分和唯一功能載體，在大多數(shù)細(xì)胞中呈高水平表達(dá)，比如脂肪細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞、纖維細(xì)胞、平滑肌細(xì)胞以及上皮細(xì)胞。免疫組化結(jié)果顯示在正常腦組織中，caveolin-1主要在內(nèi)皮細(xì)胞中表達(dá)，尤其在腦微血管內(nèi)皮細(xì)胞中有較高的表達(dá)水平[2]。caveolae的分子組成表明caveolins具有儲存、加工信使的功能，并可以直接與caveolae相關(guān)信號分子相互作用。有研究提示， caveolin-1在神經(jīng)發(fā)育、突觸可塑性及神經(jīng)退行性疾病中都起著非常重要的作用。近年來 ，caveolin-1與血-腦脊液屏障關(guān)系的研究也得到了越來越多的重視。本文綜述caveolin-1在血-腦脊液屏障中的作用，為中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病的病因研究和診治提供新的思路。

1 caveolin-1在血-腦脊液屏障中的作用

caveolae從細(xì)胞膜中形成和分離都由caveolin-1的磷酸化來控制。caveolae和內(nèi)吞囊泡一樣，通過細(xì)胞間隙運(yùn)輸后與基底內(nèi)皮表面融合，釋放自身內(nèi)容物到細(xì)胞間隙[3]。對大腦皮質(zhì)微血管的研究表明，cave？鄄olin-1在由內(nèi)皮細(xì)胞、周細(xì)胞、血管星形膠質(zhì)細(xì)胞組成的血管墻中表達(dá)[4]。caveolin-1的表達(dá)與內(nèi)皮細(xì)胞屏障通透性相關(guān)[5]。caveolin-1在大腦微血管中的研究提示，caveolin-1可能與血-腦脊液屏障的功能相關(guān)。

過去幾十年的研究證實(shí)，大腦內(nèi)皮細(xì)胞緊密連接的膜蛋白包括claudin蛋白、occludin蛋白以及連接黏附分子負(fù)責(zé)將內(nèi)皮細(xì)胞密封連接起來。跨膜蛋白通過緊密連接蛋白，如ZO-1、ZO-2與肌動(dòng)蛋白細(xì)胞骨架相連[6]。這些緊密連接蛋白表達(dá)的變化可以破壞血-腦脊液屏障，從而引起腦水腫以及相關(guān)的腦組織損傷[7]。caveolin-1可以形成一個(gè)早期及關(guān)鍵的調(diào)控點(diǎn)去破壞緊密連接蛋白。在小鼠大腦皮質(zhì)冷凍損傷模型中，caveolin-1表達(dá)的增加領(lǐng)先于occludin和claudin-5蛋白表達(dá)的減弱；有研究顯示，在血-腦脊液屏障開放的過程中，caveolin-1的表達(dá)改變早于緊密連接蛋白表達(dá)的改變[8]，這些均說明caveolin-1主要在早期血-腦脊液屏障破壞的過程中發(fā)揮作用[9]。

在中樞神經(jīng)系統(tǒng)感染中，由趨化因子調(diào)節(jié)的緊密連接蛋白及caveolin-1的表達(dá)與分布也會(huì)影響血-腦脊液屏障的完整性。在培養(yǎng)的人星形膠質(zhì)細(xì)胞中，早前稱為單核細(xì)胞趨化蛋白-1（CCL2）可導(dǎo)致caveolin-1表達(dá)下調(diào)及緊密連接蛋白o(hù)ccludin、ZO-1表達(dá)減少[10]。在趨化因子穿過腦微血管內(nèi)皮細(xì)胞的過程中，CCL2的內(nèi)部化作用可能依賴于caveolae的完整性及CCL2-caveolin-1的共定位[11]。CCL2對內(nèi)皮細(xì)胞的影響通過caveolin-1從它的受體CCR2傳遞給細(xì)胞骨架，緊接著是緊密連接。

血管內(nèi)皮生長因子（VEGF）也可以引起血管內(nèi)皮細(xì)胞中caveolin-1下降以及ZO-1、occludin蛋白分布和表達(dá)的變化。白細(xì)胞介素-15（ IL-15）及其受體均由腫瘤壞死因子-α（TNF-α）刺激生成。TNF和IL-15都可以導(dǎo)致claudin-2減少，而caveolin-1通過caveolins基因的誘導(dǎo)由TNF和IL-15調(diào)節(jié)表達(dá)[12]，因此一個(gè)包含有CCL2，caveolin-1，緊密連接或其他因素如VEGF、IL-15、TNF的信號通路也許在炎癥感染和血管生成過程中都有一定的意義，每個(gè)過程都伴隨血-腦脊液屏障通透性增加，所以在調(diào)節(jié)由CCL2誘導(dǎo)的腦微血管內(nèi)皮細(xì)胞連接蛋白的表達(dá)和維持血-腦脊液屏障完整的過程中，caveolin-1都起著非常重要的作用。

2 caveolin-1在中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病患者血-腦脊液屏障中的作用

在不同的中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病中，caveolin-1通過與其他蛋白及信號分子的相互作用參與了血-腦脊液屏障的不同改變。

2.1腦缺血

研究證實(shí)，caveolins在缺血性損傷過程中發(fā)揮重要作用。自由基在腦缺血/再灌注損傷中扮演非常重要的角色，有毒自由基的累積不僅可提高腦組織對缺血性損傷的敏感性，還可誘導(dǎo)大量分子級聯(lián)的發(fā)生，最終導(dǎo)致血-腦脊液屏障通透性增加，腦組織水腫，出血轉(zhuǎn)化以及炎癥反應(yīng)。在基礎(chǔ)條件下，caveolin-1通過在腦組織內(nèi)皮細(xì)胞上結(jié)合內(nèi)皮型-氧化氮合酶（eNOS）抑制其活動(dòng)[13]。野生型腦組織比caveolin-1基因敲除腦組織增生內(nèi)皮細(xì)胞的數(shù)量及eNOS蛋白水平都高[14]。NO在腦組織中調(diào)節(jié)caveolin-1的表達(dá)，在缺血腦組織中，caveolin-1的消耗與NO的產(chǎn)生息息相關(guān)。在eNOS的參與下，caveolin-1與NO之間存在一個(gè)正反饋循環(huán)通路，這個(gè)通路在腦缺血/再灌注損傷時(shí)對血/腦脊液屏障的破壞會(huì)造成很大的影響[15]。

基質(zhì)金屬蛋白酶（MMPs）在血-腦脊液屏障破壞中也扮演非常重要的角色。NO通過對一個(gè)可以調(diào)節(jié)酶活化過程的重要半胱氨酸進(jìn)行亞硝基化從而激活MMPs。在缺血腦組織中，激活的MMPs可以破壞對維持血-腦脊液屏障開放狀態(tài)非常重要的蛋白，如基質(zhì)蛋白、緊密連接蛋白等。由激活的MMPs切開的蛋白切口提高了血-腦脊液屏障的通透性[16]。caveolin-1水平的下降與MMP-2、MMP-9活性的提高，緊密連接蛋白ZO-1表達(dá)的減少和血-腦脊液屏障通透性的增加相關(guān)。在腦梗死早期急性溶栓時(shí)，腦缺血會(huì)促進(jìn)MMP-2介導(dǎo)的occludin水平降低以及caveolin-1介導(dǎo)的claudin-5再分布，最終導(dǎo)致血-腦脊液屏障的破壞[17-18]。

總之，在腦缺血后caveolin-1表達(dá)減少可以提高eNOS的活性，最終導(dǎo)致NO水平增高。在eNOS的參與下，caveolin-1與NO之間存在一個(gè)正反饋循環(huán)通路，對血-腦脊液屏障紊亂造成很大的影響。最后，由NO激活的MMPs切割緊密連接蛋白、occludin蛋白、claudin蛋白并降解基底膜蛋白組件，導(dǎo)致血-腦脊液屏障完整性破壞[19]，因此，活性氧可以通過消耗caveolin-1這個(gè)對血-腦脊液屏障通透性非常重要的決定因素來提高rt-PA對MMPs激活的作用[20]。

2.2中樞神經(jīng)系統(tǒng)感染

新型隱球菌通過跨血-腦脊液屏障途徑導(dǎo)致中樞神經(jīng)系統(tǒng)感染。在新型隱球菌感染的人腦組織微血管細(xì)胞中，主受體CD44與磷酸化的caveolin-1在胞膜上共定位。隱球菌侵犯人腦微血管內(nèi)皮細(xì)胞（HBMECs）是一個(gè)依賴于脂筏/caveolae的內(nèi)吞過程。caveolin-1和磷酸化的caveolin-1是隱球菌跨血-腦脊液屏障的媒介[21]。

血-腦脊液屏障對于阻止HIV病毒進(jìn)入腦組織也非常重要。HIV蛋白被HIV-1感染的細(xì)胞釋放，可以通過使緊密連接功能紊亂和誘導(dǎo)氧化還原反應(yīng)激活定位于caveolae的信號分子從而影響腦組織內(nèi)皮細(xì)胞和血-腦脊液屏障的完整性[22]。在HBMECs，Ras和Rhoas信號通路通過Tat蛋白（HIV的特異性蛋白）被明顯激活，同時(shí)會(huì)出現(xiàn)caveolin-1表達(dá)增加以及連接蛋白減少。通過對Ras信號通路的藥物性抑制和壓制caveolin-1基因，連接蛋白被有效地保護(hù)起來。Tat蛋白激活了caveolae相關(guān)的Ras和Rho信號通路，這些都對緊密連接的破壞非常重要。caveolin-1可以形成一個(gè)重要的調(diào)節(jié)分子去控制導(dǎo)致緊密連接蛋白破壞的Ras信號通路。

MMP-9也參與了HIV-1導(dǎo)致的血-腦脊液屏障破壞。接觸HIV-1感染的單核細(xì)胞誘導(dǎo)了ERK1/2和Akt的磷酸化，這些過程可以通過遏制caveolin-1基因而減弱。把HBMECs和HIV-1感染的單核細(xì)胞共同培養(yǎng)后發(fā)現(xiàn)， MMP-9激動(dòng)劑和酶的活性明顯提高。遏制caveolin-1基因的表達(dá)可以有效抑制所有HIV-1誘導(dǎo)的MMP-9激動(dòng)劑的活性。

綜上所述，caveolin-1有可能成為艾滋病等病毒疫苗的一個(gè)新的治療方向。

2.3其他神經(jīng)系統(tǒng)疾病

在新生兒黃疸中，神經(jīng)系統(tǒng)紊亂由高水平的非結(jié)合性膽紅素（UCB）進(jìn)入腦組織改變腦組織微血管系統(tǒng)導(dǎo)致。UCB對HBMECs的早期影響包括影響caveolae數(shù)量、caveolin-1表達(dá)增加，VEGF水平上調(diào)等，但細(xì)胞旁路的通透性并沒有改變。然而持續(xù)高膽紅素狀態(tài)可以減少ZO-1、緊密連接鏈和細(xì)胞間的聯(lián)系，這都是血-腦脊液屏障破壞的表現(xiàn)[23]。最終高濃度的UCB通過氧化應(yīng)激刺激、細(xì)胞因子的釋放以及caveolin-1表達(dá)增加對HBMECs造成影響。 Wernicke腦病是由硫胺素（維生素B1）缺乏導(dǎo)致的腦組織代謝紊亂。在硫酸素缺乏小鼠的丘腦中發(fā)現(xiàn)caveolin-1基因和蛋白表達(dá)的大幅度增加，伴隨大量IgG外溢。在腦外傷、退行性腦疾病、腦腫瘤等其他神經(jīng)系統(tǒng)疾病中，caveolin-1都扮演著相當(dāng)重要的角色。

3 總結(jié)和展望

腦微血管內(nèi)皮細(xì)胞控制著血液和腦細(xì)胞的相關(guān)交流，血-腦脊液屏障是其重要組成成分。caveolin-1是caveolae的組成成分，在血-腦脊液屏障的生理、病理改變中扮演重要角色。作為吞飲小泡的主要成分，caveolin-1對caveolae相關(guān)的跨細(xì)胞轉(zhuǎn)運(yùn)非常重要。caveolin-1形成了很多可以控制信號通路和破壞細(xì)胞旁路緊密連接蛋白的重要調(diào)節(jié)分子。細(xì)胞旁路的開通提高了血-腦脊液屏障的通透性，導(dǎo)致藥物轉(zhuǎn)運(yùn)加快和血-腦脊液屏障破壞。許多信號分子與caveolin-1組成復(fù)合體，在各項(xiàng)活動(dòng)中作為媒介發(fā)揮作用。減少caveolin-1基因的表達(dá)和破壞caveolae可以減弱或消除血-腦脊液屏障的病理性損傷。在將來，對腦微血管內(nèi)皮細(xì)胞的caveolin-1基因敲除也許可以成為一個(gè)新的治療措施。物理刺激和藥物可以通過激活caveolin-1提高血-腦脊液屏障的通透性，這也為腦組織靶向運(yùn)輸大分子或藥物提供了新的治療策略。caveolin-1有可能成為治療中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病的一個(gè)新的靶點(diǎn)。

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（收稿日期：2016-11-18 本文編輯：許俊琴）