Caveolin與血腦屏障

王 艷 汪 寧 林辰雨

（安徽中醫(yī)藥大學(xué) 安徽 合肥 230038）

中樞神經(jīng)系統(tǒng)（CNS）內(nèi)的神經(jīng)信號傳遞需要一個(gè)高度可控的微環(huán)境，在三個(gè)關(guān)鍵界面上的細(xì)胞形成了血液和中樞神經(jīng)系統(tǒng)之間的屏障：血腦屏障（BBB）、血腦脊液屏障和蛛網(wǎng)膜屏障。BBB是由腦微血管內(nèi)皮細(xì)胞（brain microvascular endothelial cells，BMEC）、基膜（細(xì)胞外基質(zhì)）和星形膠質(zhì)細(xì)胞足突三層結(jié)構(gòu)組成［1－2］，其中BMEC是構(gòu)成BBB的重要單位，在維持CNS內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定中發(fā)揮著重要的作用［3－4］。BBB若受到破壞，其通透性增大，使本不能透過BBB的大分子物質(zhì)自由進(jìn)出腦部，最終導(dǎo)致腦功能紊亂或喪失。

決定BBB通透性的主要因素是細(xì)胞旁路和跨細(xì)胞途徑。細(xì)胞旁路主要由緊密連接（tight junction，TJ）介導(dǎo)，TJ是BBB的基本結(jié)構(gòu)，是一種具有調(diào)節(jié)作用的復(fù)雜的細(xì)胞系統(tǒng)，其是由跨膜蛋白、胞質(zhì)附著蛋白和細(xì)胞骨架蛋白共同組成。跨膜蛋白又包括咬合蛋白Occludin、閉合蛋白Claudin和連接粘附分子（junctional adhesive molecule，JAM）3種完整的膜蛋白；胞質(zhì)附著蛋白有三種，即閉合小環(huán)蛋白ZO－1、ZO－2和ZO－3［5］。這些蛋白的表達(dá)與排列方式與BBB的功能有著密切的關(guān)系?？缂?xì)胞途徑主要由內(nèi)源性的運(yùn)載體介導(dǎo)，主要包括4類：載體介導(dǎo)的轉(zhuǎn)運(yùn)體 （carrier mediated transporters，CMT）、主動(dòng)轉(zhuǎn)出的轉(zhuǎn)運(yùn)體（activeefflux transport，AET）、受體介導(dǎo)的轉(zhuǎn)運(yùn)體（receptor mediated transport，RMT），以及caveolae主導(dǎo)的細(xì)胞內(nèi)吞作用［6］。

目前在針對BBB通透性改變的實(shí)驗(yàn)研究中，關(guān)于緊密連接介導(dǎo)的細(xì)胞旁路研究比較多，作用比較肯定，而跨細(xì)胞途徑中caveolae主導(dǎo)的細(xì)胞內(nèi)吞作用對BBB通透性影響研究較少，caveolae早在19世紀(jì)50年代被Palade和Yamada在細(xì)胞表面上發(fā)現(xiàn)［7－8］，直到1992年，作為Caveolae的標(biāo)志蛋白Caveolin才被發(fā)現(xiàn)［9］，隨著相關(guān)研究的逐漸增加，大量實(shí)驗(yàn)證明或暗示［10］Caveolin／Caveolae在多種細(xì)胞功能，包括細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、胞吞和胞吐、膽固醇穩(wěn)態(tài)和腫瘤生成等起著重要的作用，且caveolin－1表達(dá)水平的改變與BBB通透性的增加相關(guān)聯(lián)，并且與TJ有著重要的聯(lián)系［11］。

1 caveolin蛋白的生物學(xué)功能

1.1 分型與分布：細(xì)胞質(zhì)膜微囊（caveolae）是細(xì)胞質(zhì)膜上一種特殊的微結(jié)構(gòu)，發(fā)揮受體介導(dǎo)轉(zhuǎn)運(yùn)小分子胞飲作用［12］。caveolins是caveolae的主要結(jié)構(gòu)成分和唯一功能載體，是caveolae中的標(biāo)志性分子［13］。Caveolin家族蛋白包括：Caveolin－1（Cav－1）、Caveolin－2（Cav－2）和Caveolin－3（Cav－3），應(yīng)用免疫親和性色譜法和特殊的堿性PH洗脫法純化腦中的caveolin，利用銀染色法鑒定出三種分子量的條帶。采用離子阱質(zhì)譜鑒別出異源低聚物之一是caveolin－1，通過細(xì)胞免疫和組織化學(xué)分析證明caveolin－1主要在腦內(nèi)皮細(xì)胞中表達(dá)。Caveolin－2和Caveolin－3也可在腦細(xì)胞中表達(dá)。后者主要在腦的星型膠質(zhì)細(xì)胞中表達(dá)［14－15］。

1.2 蛋白結(jié)構(gòu)：Caveolin家族成員的蛋白質(zhì)序列中存在“腳手架結(jié)構(gòu)域（Caveolin scaffolding domain，CSD）”。Cav－1蛋白通過CSD與具有“Caveolin結(jié)合域（Caveolin binding domain，CBD）”的多種信號蛋白質(zhì)分子如eNOS、PKC結(jié)合，從而調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)。Caveolin分子單體之間還能通過其寡聚化結(jié)構(gòu)域（oligomerization domain，OD）相互作用形成同源或異源寡聚體，促進(jìn)Caveolae形成及裝配，在細(xì)胞膜的重組中發(fā)揮重要作用［16］。

2 caveolae與BBB

Nag等［17］研究顯示在BBB開放的過程中緊密連接蛋白的表達(dá)改變遲caveolin－1的表達(dá)改變，說明caveolin－1在BBB開放早期具有重要作用。目前研究認(rèn)為caveolin－1表達(dá)改變同TJ表達(dá)改變和BBB開放存在一定關(guān)系，caveolin－1可能是TJ的穩(wěn)定因素［18］，其表達(dá)上調(diào)和下調(diào)都可能導(dǎo)致相關(guān)蛋白o(hù)ccludin和claudin－5的改變，從而致BBB通透性發(fā)生改變。

超微結(jié)構(gòu)研究表明大腦損傷初期內(nèi)皮型caveolae在血管部位有著顯著地高表達(dá)導(dǎo)致BBB受損，緊密連接的改變發(fā)生在損傷過程的后期［19－21］。這些結(jié)果暗示BBB受損后caveolin－1表達(dá)的改變可能發(fā)生在緊密連接蛋白變化之前。也有研究表明［22］BBB受損后caveolin－1表達(dá)顯著升高。這些變化發(fā)生在缺血損傷12h后，然而緊密連接蛋白o(hù)ccludin和claudin發(fā)生在損傷2天后。因此，caveolae和caveolin－1在BBB損傷早期發(fā)揮著重要的作用并且可能是早期腦水腫的重要治療指標(biāo)。

BBB通透性的升高伴隨著一系列中樞神經(jīng)系統(tǒng)的癥狀，包括炎癥，感染，缺血和水腫。然而，生理和病理?xiàng)l件下BBB通透性的調(diào)節(jié)機(jī)制還不太清楚。相關(guān)研究表明［23－26］，在一系列神經(jīng)炎癥條件下，單核細(xì)胞趨化蛋白－1（MCP－1）在CNS中有明顯的上調(diào)。MCP－1可刺激腦微血管內(nèi)皮細(xì)胞內(nèi)caverolin－1表達(dá)的下調(diào)同時(shí)伴隨著緊密連接相關(guān)蛋白o(hù)ccludin和ZO－1蛋白表達(dá)的減少［27］。

Tab蛋白，HIV（human immunodeficiency virus）的特異性蛋白，可以導(dǎo)致BBB的緊密連接受損，促進(jìn)HIV進(jìn)入大腦。當(dāng)前的研究表明cavelae相關(guān)的信號在Tab誘導(dǎo)的緊密連接破壞中起著重要的作用［28］。

當(dāng)前的研究表明，caverolin－1表達(dá)的下調(diào)可導(dǎo)致MMP－2和MMP－9表達(dá)活性的增強(qiáng)，減少TJ蛋白ZO－1的表達(dá)，進(jìn)而增加BBB的通透性。L－NAME（一種非選擇性NOS抑制劑）可逆轉(zhuǎn)caverolin－1的表達(dá)抑制MMPs的活性，調(diào)節(jié)BBB的通透性［29］。

由于Caveolin發(fā)揮著復(fù)雜的生物學(xué)功能，其與BBB的病理改變有密切的關(guān)系，因此有關(guān)Caveolin與BBB的相關(guān)研究還有待進(jìn)一步的深入。

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