窖蛋白與心血管系統(tǒng)疾病關(guān)系的研究進(jìn)展1）

李靜靜，趙建力

心血管疾病是目前全世界都極為關(guān)注的導(dǎo)致人類高發(fā)病率、高死亡率的一項(xiàng)疾病。心臟保護(hù)策略的主要關(guān)注點(diǎn)集中于如何減少動脈粥樣硬化、心律失常、心肌肥大、心衰以及心肌缺血／再灌注的損傷等方面。研究發(fā)現(xiàn)，胞膜窖（Caveolae）在心血管系統(tǒng)疾病方面有著重要的作用，窖蛋白（Caveolin）缺失后，會引起嚴(yán)重的心肌病變。Caveolin基因突變會改變Caveolin的表達(dá)，并且與遺傳性心律失常有關(guān)。心臟病理性病變時(shí)，Caveolin水平及相關(guān)下游信號分子發(fā)生改變等都證實(shí)了Caveolin完整性對維持心臟正常生理功能有重要的作用，因此充分認(rèn)識Caveolin在心血管病理生理方面的作用，為臨床治療心血管系統(tǒng)疾病提供新的目標(biāo)。但因其在心血管中作用的具體機(jī)制還尚未完全闡明，仍是目前亟待解決的問題。

1 Caveolae及Caveolin概述

1.1 Caveolae／Caveolins Caveolae在20世紀(jì)50年代被發(fā)現(xiàn)，是位于細(xì)胞膜上的一種特異性囊狀小凹結(jié)構(gòu)，其直徑（50～100）nm［1］。在維持細(xì)胞正常功能及信號傳遞方面有著重要的作用，主要由醇類、鞘磷脂及蛋白質(zhì)組成［2］。Caveolin是Caveolae的重要蛋白，通過腳手架區(qū)域可以將脂質(zhì)（膽固醇、鞘糖脂），信號轉(zhuǎn)導(dǎo)蛋白（G 蛋白、原癌基因、表皮生長因子受體、蛋白激酶、Src激酶）及結(jié)構(gòu)蛋白（蛋白聚糖、磷酸果糖激酶、蛋白抗體）聚集在Caveolae上，參與大分子轉(zhuǎn)運(yùn)，維持細(xì)胞質(zhì)膜的完整性，囊泡物質(zhì)交換，信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和力學(xué)信號傳導(dǎo)［3－5］。目前已發(fā)現(xiàn)的Caveolin家族成員有3類，Cav－1，Cav－2，Cav－3，這三類蛋白質(zhì)在心血管系統(tǒng)廣泛存在。細(xì)胞類型特異性研究表明Caveolae蛋白主要存在于內(nèi)皮細(xì)胞、平滑肌細(xì)胞、成纖維細(xì)胞和心肌細(xì)胞［6－9］。三種Caveolin 基因敲除以后，都會出現(xiàn)心血管疾病表型，證實(shí)Caveolins是調(diào)節(jié)和維持心血管系統(tǒng)的重要信號分子。

1.2 Cav－1 存在兩種細(xì)胞亞型，Cav－1α和Cav－1β。Cav－1是由178個(gè)氨基酸殘基組成的包膜蛋白。其中性區(qū)域包含33個(gè)疏水氨基酸，其功能是膜錨著點(diǎn)，使得Cav－1形成發(fā)卡樣結(jié)構(gòu)，N端和C端朝向細(xì)胞質(zhì)。Cav－1不僅存在于內(nèi)皮細(xì)胞、纖維細(xì)胞上，而且在心肌細(xì)胞上也有所表達(dá)［10－12］。敲除Cav－1基因鼠的心肌細(xì)胞呈現(xiàn)出類似人心肌細(xì)胞肥大樣表型［13］。在Cav－1敲除鼠，血管、心肌以及肺臟完整性都受到了損傷，但是恢復(fù)內(nèi)皮細(xì)胞Cav－1的表達(dá)后，能減輕以上損傷［14］。說明Cav－1在維持機(jī)體多種器官的正常功能方面有著重要的作用。

1.3 Cav－2 有α、β和γ三種亞型，其組織、細(xì)胞分布與Cav－1大體一致。Cav－2一般與Cav－1形成低聚體化合物發(fā)揮作用。在Cav－1缺失的情況下，Cav－2以單聚體或二聚體的形式存在于高爾基體內(nèi)。研究發(fā)現(xiàn)，在內(nèi)皮細(xì)胞［15］、成纖維細(xì)胞以及心肌細(xì)胞［16］中檢測到Cav－2mRNA 以及Cav－2蛋白。Capozza等研究顯示，Cav－2與Cav－3形成異聚體化合物，說明Cav－2可能影響Cav－3在橫紋肌細(xì)胞、心肌細(xì)胞的生物合成。免疫化學(xué)染色顯示，Cav－2與Cav－3位于心肌細(xì)胞的不同區(qū)域，說明Cav－2有尚未認(rèn)識到的其他功能。

1.4 Cave－3 1996年Tang首次鑒定了Cav－3［17］，并發(fā)現(xiàn)僅在骨骼肌和心肌的Caveolae和T 管上發(fā)現(xiàn)高水平的Cav－3，暗示其在心肌細(xì)胞有重要的作用。Cav－3是由151個(gè)氨基酸組成的胞膜蛋白質(zhì)，由位于中央的33個(gè)氨基酸構(gòu)成跨膜部分，N 端和C端均游離于胞漿面，N 端的41 個(gè)氨基酸（61～101）形成了Cav－3的腳手架區(qū)，它可以與多種信號蛋白上存在的共同特異序列結(jié)合。所以，Cav－3成為目前心肌保護(hù)作用研究的新靶點(diǎn)。

2 Caveolins與心血管疾病之間的關(guān)系

2.1 與動脈粥樣硬化的關(guān)系 在動脈粥樣硬化病變的內(nèi)皮細(xì)胞中，觀察到Caveolae的數(shù)量有顯著性降低［18］，暗示細(xì)胞膜Caveolae結(jié)構(gòu)的改變可能是動脈粥樣硬化內(nèi)皮功能紊亂的基礎(chǔ)。心血管危險(xiǎn)因子能夠改變Caveolae的結(jié)構(gòu)區(qū)域。低密脂蛋白（LDL）水平增高引起Cav－1增加，從而導(dǎo)致NO 水平下降。隨后，又發(fā)現(xiàn)被氧化的LDL 也可以抑制血管NO 的產(chǎn)生，但是與LDL不一樣，它是通過特異性的去除Caveolae膽固醇，而破壞Caveolae結(jié)構(gòu)發(fā)揮作用［19］。在Cav－1／載脂蛋白E 雙敲除的老鼠上研究發(fā)現(xiàn)，載脂蛋白E 敲除后Cav－1的缺失有效降低動脈粥樣硬化的發(fā)展［20］。近期研究發(fā)現(xiàn)，Cav－1通過調(diào)節(jié)早期生長應(yīng)答因子，促進(jìn)單核細(xì)胞向巨噬細(xì)胞的轉(zhuǎn)化，引起動脈粥樣硬化［21］。針對Caveolin系統(tǒng)可以為血管紊亂提供新的靶向治療，但Caveolins參與動脈粥樣硬化的具體機(jī)制仍然有待于研究。

2.2 與心律失常的關(guān)系 在心肌細(xì)胞上，Caveolae包含多種離子通道（電壓門控Na通道，電壓依賴性Ca通道，電壓依賴性K通道，ATP酶以及Na／Ca交換體）［22］。Cav－3突變與人的室性心律失常和突發(fā)性心臟猝死有關(guān)［23］。Vaidyanathan等［24］研究證實(shí)，Cav－3基因突變，會導(dǎo)致心肌內(nèi)向整流鉀電流降低，進(jìn)而引起QT 間期延長綜合征。嬰兒猝死綜合征，是由于Cav－3突變擾亂正常的鈉離子通道所致［25］。心肌梗死和心肌肥大等心臟疾病，引起Caveolae形態(tài)改變以及Cav－3蛋白表達(dá)的變化，會繼發(fā)性的出現(xiàn)心律失常。以上研究說明，Caveolae和Caveolin的改變引起Caveolae區(qū)域的離子通道改變，最終導(dǎo)致心律失常的風(fēng)險(xiǎn)性增加。

2.3 與心肌肥大的關(guān)系 心肌肥大的本質(zhì)是心肌細(xì)胞的體積增大，它分為適應(yīng)性的生理性肥大和壓力、體積超負(fù)荷的病理性肥大。心肌肥大在心臟重塑和心衰的發(fā)展過程中起關(guān)鍵的作用。心肌肥大最初僅僅是少量細(xì)胞體積的改變，但到后期，由于長期遭受血流動力學(xué)的刺激，心室心肌細(xì)胞發(fā)生形態(tài)及生化改變時(shí)，就標(biāo)志著心肌肥大的形成［26－30］。研究表明，Cav－1和Cav－3參與了心肌肥大的形成。

在Cav－1基因敲除鼠中出現(xiàn)了心臟收縮功能紊亂，并發(fā)現(xiàn)了以心肌細(xì)胞體積增大和心肌間質(zhì)纖維化為特征的心肌肥大現(xiàn)象［31］。將Cav－1基因敲除后，出現(xiàn)左室內(nèi)徑增大、室壁變薄、擴(kuò)張性心臟病及心臟收縮、舒張功能障礙等心功能受損表現(xiàn)［32］。Cav－3基因敲除心肌的組織形態(tài)學(xué)顯示細(xì)胞內(nèi)滲透壓增加并伴隨有血管周圍／間質(zhì)纖維化。Cav－1／Cav－3雙基因敲除鼠，Caveolae形態(tài)學(xué)完全不可辨認(rèn)，并發(fā)生嚴(yán)重的左室肥大性、擴(kuò)張性心肌病表型［33］。這種以心室擴(kuò)張、心肌肥大、收縮功能降低為特征的心肌病在Cav－3單基因敲除鼠中也可以觀察到［34］?；加兄鲃用}狹窄的小鼠，用腺病毒轉(zhuǎn)染致Cav－3表達(dá)增高后，不僅減輕了心肌肥大現(xiàn)象，而且維持了心臟功能。同時(shí)，發(fā)現(xiàn)心房鈉尿肽和腦啡肽水平與原先相比增高（3～7）倍，而心房鈉尿肽是治療心肌肥大和心衰的重要方法。這些實(shí)驗(yàn)結(jié)果都說明，Cav－3的表達(dá)在調(diào)節(jié)心肌肥大方面有著重要的作用。因此，探討Caveolins在心肌肥大和心衰的重要作用，為研究心肌病的病理機(jī)制提供了重要依據(jù)，而且為心衰患者的治療提供了新的目標(biāo)。

2.4 與心肌缺血／再灌注損傷的關(guān)系 心肌梗死是冠狀動脈血流阻斷引起的心肌細(xì)胞凋亡損傷。一般是由于冠狀動脈粥樣硬化引起的阻塞。1986 年，Murry等［35］發(fā)現(xiàn)在持續(xù)缺血損傷之前，多次短暫的缺血，不會引起缺血損傷，而會增加對抗缺血損傷的耐受程度。目前，缺血預(yù)處理是對抗心肌缺血／再灌注損傷（I／R）的有效手段。

缺血預(yù)處理通過再灌注損傷補(bǔ)救激酶（RISK）信號級聯(lián)反應(yīng)發(fā)揮作用［36］。在IPC保護(hù)信號RISK 途徑中，PI3K－Akt以及PI3K－Erk起著重要的作用。這兩種促存活激酶激活后，對心肌缺血及灌注損傷都有保護(hù)作用［37，38］。值得注意的是，RISK 信號通路的眾多模信號分子G 蛋白偶聯(lián)受體（GPCRs），酪氨酸激酶（RTKs）、Src激酶、G 蛋白、H－Ras、一氧化氮合酶、蛋白激酶C、PI3K 以 及MEK／ERK 激 酶 都 與Caveolae 和Caveolins 有關(guān)［5］。Cav－3過表達(dá)的轉(zhuǎn)基因鼠，對I／R 損傷的耐受力增加；不僅改善了I／R 后心臟功能的恢復(fù)，而且Akt以及GSK3β磷酸化基礎(chǔ)值也有所增加［39］，說明在Cav－3表達(dá)增高鼠中，RISK 信號通路增強(qiáng)。PI3K 抑制劑渥曼青霉素能夠消除Cav－3表達(dá)增高的心肌保護(hù)效應(yīng)。另外，缺血預(yù)處理的心肌保護(hù)效應(yīng)在Cav－3基因敲除鼠中也得不到發(fā)揮。

缺血預(yù)處理可以通過調(diào)節(jié)Caveolae的微環(huán)境及Caveolin相關(guān)蛋白之間的相互作用，增加NO 的生成而發(fā)揮心肌保護(hù)效應(yīng)［40］。與此一致 的 是，Koneru等［41］發(fā) 現(xiàn) 缺 血 預(yù) 處 理 后，eNOS和葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白－4位置發(fā)生改變，都轉(zhuǎn)移到了Caveolae上。

在缺血預(yù)處理以及阿片類物質(zhì)預(yù)處理介導(dǎo)的心肌缺血／再灌損傷保護(hù)中，也與Caveolae與Caveolin有關(guān)。用甲基－β－環(huán)糊精（MBCD）處理心肌細(xì)胞，損害膜表面的膽固醇，Caveolae結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，使得缺血預(yù)處理以及阿片類物質(zhì)不能發(fā)揮心肌保護(hù)效應(yīng)。然而，在MBCD 處理后，重新恢復(fù)膜表面膽固醇，使得Caveolin－3正常表達(dá)，仍可以對抗缺血／再灌引起的細(xì)胞死亡。同樣，用MBCD 和秋水仙素處理破壞Caveolae后，異氟醚預(yù)處理也不能發(fā)揮心肌保護(hù)效應(yīng)［42］。心臟經(jīng)異氟醚處理或其他對抗I／R 的保護(hù)因素刺激后，Caveolae的表達(dá)提高，Src磷酸化水平增加，抑制Src的C 末端Src激酶增高。而Cav－1基因敲除后，異氟醚的這種心肌保護(hù)作用機(jī)制，也被損害了［39］。Cav－3基因敲除后，抑制七氟醚預(yù)處理對I／R 損傷的保護(hù)作用，并且發(fā)現(xiàn)Cav－3調(diào)節(jié)的這種保護(hù)作用與COX－2表達(dá)有關(guān)。

3 結(jié) 語

Caveolins是心肌保護(hù)的重要調(diào)節(jié)器，也為心肌及其他系統(tǒng)的保護(hù)提供了臨床治療靶向。心臟保護(hù)策略的主要關(guān)注點(diǎn)集中于如何減少動脈粥樣硬化、心律失常、心肌肥大以及心肌缺血／再灌注的損傷。雖然在正常以及病理模型中，已經(jīng)證明了Caveolin家族表達(dá)的變化，但是Caveolin在心血管疾病保護(hù)中的具體機(jī)制尚不清楚。動物實(shí)驗(yàn)已經(jīng)證明了Caveolin的心臟保護(hù)效應(yīng)，也證實(shí)了Caveolin協(xié)調(diào)細(xì)胞信號分子的重要調(diào)節(jié)作用。因此，未來需要針對患有心血管疾病的患者，通過基礎(chǔ)以及隨機(jī)臨床試驗(yàn)研究，探索Caveolin的心肌保護(hù)作用機(jī)制，從而為臨床治療提供重要的目標(biāo)。

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