Caveolae-caveolin-1-PTRF/cavin-1系統(tǒng)與血管平滑肌細胞遷移：一種可能的機制*

陳兆煜， 袁 喬， 談 智

(中山大學 1中山醫(yī)學院臨床醫(yī)學系， 2光華口腔醫(yī)學院口腔醫(yī)學系, 3中山醫(yī)學院生理教研室，廣東 廣州 510080)

Caveolae-caveolin-1-PTRF/cavin-1系統(tǒng)與血管平滑肌細胞遷移：一種可能的機制*

陳兆煜1， 袁 喬2， 談 智3△

(中山大學1中山醫(yī)學院臨床醫(yī)學系，2光華口腔醫(yī)學院口腔醫(yī)學系,3中山醫(yī)學院生理教研室，廣東 廣州 510080)

動脈粥樣硬化性疾病(如冠狀動脈粥樣硬化和腦動脈粥樣硬化)仍是全球范圍內引起死亡的主要原因[1]。在動脈粥樣硬化的演變過程中，血管壁首先表現為動脈內膜的增厚，內膜增厚可以由于年齡和應對逐漸升高的血壓導致內膜損傷而產生[2]。在內膜損傷后，多種細胞包括內皮細胞、血小板和炎癥細胞釋放多種介質(如生長因子和細胞因子)能夠激活血管平滑肌細胞(vascular smooth muscle cells, VSMCs)和單核-巨噬細胞，引起VSMCs從血管肌層遷移到內膜層并且在內膜層增殖和產生大量基質和吸引單核巨噬細胞趨化、遷移至內膜層[3-4]。內膜增厚與內膜層中VSMCs數目的增多和VSMCs相關的細胞外基質的增加有關[2]。遷移到內膜的VSMCs和巨噬細胞吞噬經破損內膜進入的脂質，分別成為VSMCs來源的泡沫細胞和巨噬細胞來源的泡沫細胞，從而使脂質積聚于血管[4]。VSMCs脂質聚積會導致其表面纖維蛋白和I型膠原下降[5]，這是引起動脈粥樣硬化斑塊破裂，從而導致猝死的主要原因[6]。平滑肌細胞從血管肌層遷移到內膜層是動脈粥樣硬化演變過程中的主要因素[7]，因此認識這一遷移過程的機制顯得尤為重要。

1 微囊(caveolae)與VSMCs遷移

細胞遷移過程中涉及多種細胞結構及細胞結構蛋白[8]，微囊也稱作小凹或陷窩是一類50～100 nm大小的細胞膜上呈長頸瓶樣(flask-shaped)內陷入胞漿的細胞膜亞單位結構[9-10]，存在于多種細胞的細胞膜上，但大量分布于內皮細胞、心肌細胞、平滑肌細胞、上皮細胞、I型肺泡細胞等細胞的細胞膜。微囊結構中富含糖基磷脂酰肌醇(glycosyl phosphatidylinositol, GPI)錨定蛋白、膽固醇和鞘糖脂，這種特殊的脂質結構在洗滌劑中難溶解,因而可以根據這個特性來提純微囊結構[11]。研究發(fā)現微囊中存在大量與細胞遷移以及增殖相關的酶和受體如Src樣激酶、表皮生長因子受體(epidermal growth factor receptor，EGFR)和血小板源性生長因子受體(platelet-derived growth factor receptor，PDGFR),調控細胞內鈣離子穩(wěn)態(tài)的分子如胞膜鈣泵和三磷酸肌醇(inositol 1,4,5-triphosphate, IP3)受體，以及G蛋白相關的信號分子如G蛋白偶聯(lián)受體和腺苷酸環(huán)化酶[10-11]。

2 小凹蛋白1(caveolin-1,Cav-1)與VSMCs遷移

在脊椎動物中，微囊有3種跨膜結構蛋白,分別是Cav-1、Cav-2和Cav-3。Caveolins主要存在于細胞膜上，也有小部分存在于高爾基復合體、內質網、囊泡和胞漿中。這3種caveolins含量最高的是Cav-1(又稱VIP21),主要分布于終末分化細胞如脂肪細胞、內皮細胞、平滑肌細胞和I型肺泡細胞。Cav-2主要與Cav-1共表達，需要Cav-1提供靶位點才能結合在胞膜上。Cav-3的氨基酸序列與Cav-1較為相似，有組織特異性，主要表達在平滑肌細胞、骨骼肌細胞和心肌細胞[12]。

Cav-1是微囊形呈的重要的結構，其表達與微囊的形成呈直接的平行關系，而當微囊在細胞轉化過程中消失時，Cav-1的mRNA以及蛋白的表達停止或者減少。在敲除Cav-1的細胞株上，通過轉染富含Cav-1的質粒使得上述細胞株的細胞膜上的微囊重新形成，并且微囊在細胞膜上所占的面積比例大大提高，但何種因素調控Cav-1聚集形成微囊仍未明確[11]。

已有研究提出Cav-1通過調控信號分子的極化在細胞的遷移中起重要的作用[9,13-14]。Cav-1和層黏連蛋白(lamin)與細胞骨架成分β-actin或γ-actin相連，同時也通過細絲蛋白(filamin)與整合素相聯(lián)系[15]。Caveolae和Cav-1在內皮細胞遷移過程中顯示極化分布現象[16-17]。然而關于Cav-1在細胞的遷移中的調控作用存在著爭議，有研究表明Cav-1表達量的增加能夠抑制細胞遷移[18]。Cav-1缺陷細胞正常的極化現象和定向遷移能力消失，RhoA的表達下降而Rac和Cdc42的表達上升抑制細胞遷移所需要的結構如黏著斑(focal adhesions, FAs)、絲狀偽足等成熟，從而抑制細胞的遷移[14]。RhoA、Rac1和Cdc42是Rho GTP激酶家族的3個重要成員，能夠調控細胞骨架的重構FAs的形成和重新分布,肌動蛋白的聚集,絲狀偽足、板狀偽足、細胞膜皺褶和調節(jié)應力纖維的形成以及細胞的收縮性，從而實現對細胞遷移的調控[8,19]，阻斷Rho GTP激酶的表達，則VSMCs遷移的表型改變消失[20]，提示Cav-1通過調節(jié)Rho GTP酶來調控細胞的遷移。EGFR和PDGFR與Cav-1共分布于微囊中，Cav-1分別通過與EGFR和PDGFR結合，抑制EGFR和PDGFR的自我磷酸化，從而抑制EGFR和PDGFR的功能[21]，而EGFR信號通路和PDGFR信號通路與細胞的遷移和增殖密切相關，也提示了Cav-1對細胞的遷移起負性調控作用。與此相反，有研究表明Cav-1是負調控因子，恢復MTLn3細胞的Cav-1的表達，可以減少MTLn3細胞板狀偽足的形成和趨化性遷移[22]，敲除Cav-1基因能增加內皮細胞的定向遷移[23]。因此Cav-1在調控細胞遷移的作用機制仍不明確。

3 聚合酶I和轉錄釋放因子(polymerase I and transcript release factor, PTRF)與細胞遷移

PTRF又稱cavin-1,在過去被認為是RNA核酸聚合酶I(RNA polymerase I，Pol I)轉錄終止作用的關鍵分子，甲狀腺轉錄因子I(thyroid transcription factor I, TTF-I)和PTRF/cavin-1是Pol I轉錄終止2個關鍵步驟的重要分子。TTF-I通過結合于rDNA下游的一個叫作“Sal box”的終止子使Pol I復合體的延伸作用中止，接著PTRF/cavin-1與Pol I 復合體中前體rRNA的3’末端結合，同時也與Pol I和TTF-I相互作用，從而使Pol I從模板中釋放出來[24-25]。隨后的研究發(fā)現，PTRF/cavin-1在微囊中大量存在，并且與Cav-1共分布于微囊中(位于微囊的胞漿側)和細胞骨架蛋白有著密切的聯(lián)系[26-27]。過度表達PTRF/cavin-1或者下調PTRF/cavin-1的表達能引起Cav-1表達量相應的改變，同時發(fā)現過度表達PTRF/cavin-1，細胞能形成明顯的細胞骨架樣的結構，當使微管或者肌動蛋白絲解聚能減少PTRF/cavin-1結合于細胞膜的脂質層，而對Cav-1沒有顯著的影響[27]。敲除PTRF/cavin-1能減少胞膜中微囊的密度，而Cav-1仍存在于細胞膜中，但不能聚集形成微囊，重新導入PTRF/cavin-1，發(fā)現微囊結構的形成[28]。在PTRF/cavin-1基因敲除的小鼠組織細胞中，微囊結構消失[29]。這些結果提示PTRF/cavin-1通過與細胞骨架分子相互作用在微囊的形成中起重要的作用。

在前列腺癌PC3細胞中，PTRF/cavin-1的穩(wěn)定表達可以抑制PC3細胞的遷移以及減少基質金屬蛋白酶9(matrix metalloproteinase 9，MMP-9)的生成[30]，而在另一種不表達PTRF/cavin-1的前列腺癌細胞株LnCAP中富含MMP-9，MMP-9能夠降解細胞外基質成分中的IV、V、VII、X和XIV型膠原以及纖連蛋白、層黏連蛋白、巢蛋白、蛋白聚糖連接蛋白、多功能蛋白聚糖[30-31]。 PTRF/cavin-1抑制PC3細胞的遷移和減少細胞外基質的降解也與Cav-1的表達增加有關，因此抑制PC3細胞的遷移和減少細胞外基質的降解與微囊和Cav-1也有關[30]。 在細絲環(huán)損傷小鼠動脈后，與對照組相比，敲除MMP-9基因的小鼠VSMCs遷移能力下降，內膜增厚不明顯[32]，這提示PTRF/cavin-1在VSMCs的遷移也存在與PC3細胞遷移的類似機制，但未見相關的報道。

4 結語

綜上所述，VSMCs遷移在動脈粥樣硬化的發(fā)生、發(fā)展和演變的過程中起著重要的作用，而微囊在VSMCs的遷移中起著重要的作用，其結構蛋白Cav-1在介導VSMCs遷移中的作用存在著爭議，目前無法明確這種爭議的原因。新近研究表明，細胞質膜微囊結構蛋白PTRF/cavin-1在細胞的遷移中起重要的作用，提示PTRF/cavin-1可能在Cav-1和caveolae的上游介導細胞的遷移。PTRF/cavin-1很有可能在介導VSMCs的遷移中起著重要作用，因此研究PTRF/cavin-1在介導VSMCs遷移的作用有可能可以闡明動脈粥樣硬化發(fā)病的機制。

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Caveolae-caveolin-1-PTRF/cavin-1systemandVSMCmigration:apossiblemechanism

CHEN Zhao-yu1, YUAN Qiao2, TAN Zhi3

(1DepartmentofClinicalMedicine,ZhongshanSchoolofMedicine,2DepartmentofStomatologicalMedicine,GuanghuaSchoolofStomatology,3DepartmentofPhysiology,ZhongshanSchoolofMedicine,SunYat-senUniversity,Guangzhou510080,China.E-mail:tanzhi@mail.sysu.edu.cn)

The migration of vascular smooth muscle cells (VSMCs) from the media to the intima of artery plays an important role in the genesis and development of atherosclerosis. Caveolaes, the 50～100 nm membrane microdomains and flask-shaped organelles, contain several ingredients involved in the cell migration. Caveolin-1 (Cav-1), a 22-kD integral membrane protein and an important structural component of caveolae, mediates the migration of VSMCs. Polymerase I and transcript release factor (PTRF/cavin-1) co-localize with Cav-1 in caveolaes and directly interact with cytoskeleton network. PTRF/cavin-1 decreases the migration of prostate cancer PC3 cells, but without similar reports in VSMCs. Therefore, Caveolae-caveolin-1-PTRF/cavin-1 system might act as another mechanism of migration of VSMCs in the development of atherosclerosis.

動脈粥樣硬化; 血管平滑肌細胞; 細胞遷移; 微囊; 小凹蛋白1; 聚合酶I和轉錄釋放因子

Atherosclerosis; Vascular smooth muscle cells; Cell migration; Caveolae; Caveolin-1; Polymerase I and transcript release factor

R363

A

10.3969/j.issn.1000- 4718.2013.05.034

1000- 4718(2013)05- 0957- 04

2012- 12- 11

2013- 03- 27

國家自然科學基金資助項目(No. 81270377);中山大學實驗室開放基金資助項目(No.KF201245)

△通訊作者 Tel: 020-87332091； E-mail: tanzhi@mail.sysu.edu.cn