Caveolin-1對(duì)下肢缺血再灌注損傷的影響及其機(jī)制

李 明綜述，熊國(guó)祚審校

（南華大學(xué)附屬第二醫(yī)院血管外科，湖南衡陽421001）

Caveolin-1對(duì)下肢缺血再灌注損傷的影響及其機(jī)制

李 明綜述，熊國(guó)祚審校

（南華大學(xué)附屬第二醫(yī)院血管外科，湖南衡陽421001）

細(xì)胞質(zhì)膜微囊蛋白； 再灌注損傷； 腿/血液供給； 缺血； 綜述

下肢缺血再灌注損傷是血管外科常見的病理變化，是由于血管阻塞后重新恢復(fù)血運(yùn)后導(dǎo)致的機(jī)體組織、細(xì)胞生理和生化改變。Sewell等于1955年發(fā)現(xiàn)，在結(jié)扎犬冠狀動(dòng)脈后，心肌缺血后再恢復(fù)血流可以導(dǎo)致心肌損傷進(jìn)一步加重。心肌缺血-再灌注損傷這一概念于1960年首次被Jennings提出，此后缺血再灌注損傷的研究受到了廣大學(xué)者的關(guān)注。下肢動(dòng)脈硬化閉塞、急慢性動(dòng)脈栓塞再通、止血帶長(zhǎng)期應(yīng)用、斷肢再植[1]、嚴(yán)重?cái)D壓傷、車禍、戰(zhàn)爭(zhēng)等均可導(dǎo)致肢體缺血，恢復(fù)血運(yùn)后肢體損害有時(shí)反而加重[2]，最終可能導(dǎo)致遠(yuǎn)隔器官的損傷，造成多器官功能衰竭（MODS）。因此，對(duì)于肢體缺血再灌注損傷的發(fā)生機(jī)制的了解，也是外科醫(yī)生需要解決的問題，可以從根本上防治和緩解肢體缺血再灌注損傷。細(xì)胞窖蛋白-1（Caveolin-1，Cav-1）是相對(duì)分子質(zhì)量為（21～24）× 103的膜蛋白，是小窩（Caveolae）的主要結(jié)構(gòu)成分，參與細(xì)胞黏附、分子運(yùn)輸和信號(hào)傳導(dǎo)等過程，近年來發(fā)現(xiàn)，其與炎性反應(yīng)、氧化應(yīng)激、鈣通道開放及細(xì)胞凋亡等密切相關(guān)。本文介紹Cav-1的結(jié)構(gòu)和功能，重點(diǎn)綜述Cav-1對(duì)肢體缺血再灌注損傷的影響及其相關(guān)機(jī)制，為研究Cav-1在預(yù)防和緩解肢體缺血再灌注損傷中的作用及其機(jī)制提供新的思路。

1 下肢缺血再灌注損傷的機(jī)制

下肢缺血再灌注損傷包括缺血期、灌注期和再缺血期3個(gè)過程，目前研究表明，缺血再灌注損傷的發(fā)生機(jī)制主要是氧自由基產(chǎn)生、鈣超載、炎癥細(xì)胞活化、NO的作用、無復(fù)流現(xiàn)象、細(xì)胞凋亡等。損傷包括缺血性和再灌注性損傷兩方面。缺血性損傷主要包括細(xì)胞內(nèi)外電解質(zhì)失衡、代謝紊亂、ATP減少、細(xì)胞水腫、次黃嘌呤增多及毒性物質(zhì)增多等因素造成，再灌注損傷主要包括氧自由基增多、鈣超載、中性粒細(xì)胞活化、細(xì)胞凋亡、核因子-κB（NF-κB）活化等作用，血流恢復(fù)后又將炎癥介質(zhì)及毒性物質(zhì)帶到遠(yuǎn)隔器官造成多器官功能損傷。

2 Caveolae及Cav-1 概述

Caveolae是細(xì)胞質(zhì)質(zhì)膜微區(qū)形態(tài)定義為50～100nm的“Ω”形的內(nèi)陷結(jié)構(gòu)[3]，是生物膜上富含膽固醇和鞘糖脂的脂筏（lipid rafts）樣結(jié)構(gòu)，在終末分化的細(xì)胞類型是最豐富的，如內(nèi)皮細(xì)胞、平滑肌細(xì)胞、橫紋肌細(xì)胞、脂肪細(xì)胞、Ⅰ型肺泡細(xì)胞和成纖維細(xì)胞等細(xì)胞中含量豐富[4]，主要由Caveolin蛋白、膽固醇、糖脂及多種糖基化磷脂酰肌醇（GPI）錨定蛋白等組成，而Caveolin蛋白是這種膜結(jié)構(gòu)的殘余主蛋白[5]。Caveolin蛋白家族包括Cav-1、Cav-2和Cav-3，其基因編碼具有同源性，Cav-1又分為α、β 2個(gè)亞型。

Cav-1是Caveolae表面主要的鑲嵌蛋白，是細(xì)胞質(zhì)膜微囊結(jié)構(gòu)，也是Caveolae的信號(hào)傳遞蛋白和標(biāo)記蛋白，作為一個(gè)腳手架蛋白與多種信號(hào)分子相互作用的蛋白，直接將具體的小窩跨膜信號(hào)進(jìn)行傳導(dǎo)的信號(hào)蛋白[6]。Cav-1作為一種細(xì)胞膜相互作用的結(jié)構(gòu)核心相關(guān)蛋白，能誘導(dǎo)多種信號(hào)蛋白的活化或沉默，包括G-蛋白、Src激酶、表皮生長(zhǎng)因子受體、絲裂原活化蛋白激酶和內(nèi)皮型一氧化氮合酶（eNOS）等[7]。研究發(fā)現(xiàn)，Cav-1在細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)、脂質(zhì)穩(wěn)態(tài)、炎癥、腫瘤抑制、促進(jìn)血管張力、鈣通道調(diào)控和血壓的調(diào)節(jié)中發(fā)揮關(guān)鍵作用[8]。目前研究發(fā)現(xiàn)，Cav-1與eNOS的調(diào)控有一定關(guān)系。

3 Cav-1 對(duì)肢體缺血再灌注損傷的影響

3.1 Cav-1與氧自由基 Hu等[9]研究報(bào)道，Cav-1參與炎性反應(yīng)是從不同途徑進(jìn)行的，如通過活化PKC-δ-Rac信號(hào)通路來提高中性粒細(xì)胞（PMN）中煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADPH）氧化酶的活性，NADPH氧化酶氧化活性是通過在PMN膜上著位的改變而變化的，進(jìn)而調(diào)節(jié)脂質(zhì)過氧化物及過氧化物陰離子的產(chǎn)生。在缺血再灌注損傷的病理生理過程中，NADPH氧化酶起著關(guān)鍵性的作用。該酶被激活后可以產(chǎn)生大量活性氧簇（ROS）激活細(xì)胞信號(hào)通路，其催化反應(yīng)為：NADPH＋2O→NADP+＋H+＋2O2-。過氧根離子（O2-）在超氧化物歧化酶（SOD）作用下生成過氧化氫（H2O2），O2-和H2O2氧化作用較強(qiáng)，對(duì)內(nèi)皮細(xì)胞及平滑肌組織造成損傷。然而，核因子E2相關(guān)因子2（Nrf2）是一種轉(zhuǎn)錄因子，能介導(dǎo)抗應(yīng)激的細(xì)胞保護(hù)效應(yīng)，Cav-1敲除的細(xì)胞表現(xiàn)出更高水平的抗氧化酶活性和更能耐氧化應(yīng)激誘導(dǎo)的細(xì)胞毒性，而過表達(dá)Cav-1抑制這些酶的誘導(dǎo)和進(jìn)一步加速氧化的細(xì)胞死亡[10]，Cav-1負(fù)性調(diào)控Nrf2的活性促進(jìn)氧化應(yīng)激的發(fā)生。

Cav-1是細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶（ERK1/2）的負(fù)性調(diào)節(jié)蛋白，內(nèi)皮細(xì)胞中高表達(dá)Cav-1，細(xì)胞將停留在G0/G1期，使細(xì)胞增殖受到抑制。周孝錢等[11]在體外實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，0.5 mmol/L的H2O2可導(dǎo)致Cav-1表達(dá)增高，而正常組合成期細(xì)胞數(shù)比過氧化氫組明顯增多。Cav-1基因敲除小鼠更能耐受高氧誘導(dǎo)的急性肺損傷[12-15]，可能是部分增強(qiáng)自身抗氧化能力的作用。在下肢缺血再灌注損傷中，氧自由基增多可以促進(jìn)Cav-1的高表達(dá)，抑制細(xì)胞增殖，而高表達(dá)的Cav-1反過來又可激活NADPH氧化酶加重?fù)p傷。

3.2 Cav-1與炎性介質(zhì) Cav-1存在于多種細(xì)胞中，目前研究發(fā)現(xiàn)，Cav-1能激活多條信號(hào)通路來參與炎性反應(yīng)，也調(diào)控著炎癥細(xì)胞的應(yīng)答。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)及體外實(shí)驗(yàn)均表明，Cav-1可以刺激炎癥表達(dá)及應(yīng)答等。目前研究發(fā)現(xiàn)，Cav-1過表達(dá)加重脂多糖（LPS）誘導(dǎo)的細(xì)胞損傷，這涉及P38蛋白激酶（P38MAPK）及血管緊張素-1（AT-1）信號(hào)途徑，Cav-1的確能調(diào)控PMN表面及胞內(nèi)信號(hào)通路的激活[16]。Cav-1活化PMN產(chǎn)生大量炎性介質(zhì)導(dǎo)致組織細(xì)胞損傷，在下肢缺血再灌注中對(duì)內(nèi)皮細(xì)胞及血管通透性改變起到一定作用。體外實(shí)驗(yàn)表明，如果破壞Cav-1結(jié)構(gòu)將會(huì)導(dǎo)致乙酸肉豆蔻佛波酯（PMA）和趨化肽N-甲酰-甲硫氨酰-亮氨酰苯丙氨酸（fMLP）誘導(dǎo)的PMN產(chǎn)生過氧化物陰離子明顯減少[9]。Cav-1的磷酸化促進(jìn)TLR4（Toll樣受體4）和髓樣分化因子88（MyD88）的相互作用，導(dǎo)致NF-κB的激活并刺激LPS釋放炎癥介質(zhì)[17]，并參與內(nèi)皮細(xì)胞黏附。cav-1基因?qū)⒏苣褪躄PS引起的炎癥性肺損傷，換而言之，Cav-1蛋白促進(jìn)了小鼠肺部炎癥的發(fā)生。

在機(jī)械性通氣肺損傷的研究中，發(fā)現(xiàn)Cav-1是通過激活P38MAPK信號(hào)通路使白細(xì)胞產(chǎn)生大量白介素-8（IL-8）等炎癥因子[18]。IL-8促使中性粒細(xì)胞的著位、黏附、遷移、趨化，并促進(jìn)腫瘤壞死因子及花生四烯酸等炎癥介質(zhì)的產(chǎn)生，加重缺血再灌注損傷。有研究表明，cav-1缺乏能抑制LPS刺激的炎性反應(yīng)[19]，cav-1基因敲除小鼠表現(xiàn)出較少的炎癥肺損傷，與野生型（WT）小鼠相比死亡率降低。因此可以得出結(jié)論，Cav-1-P38MAPK-中性粒細(xì)胞活化，釋放大量炎癥介質(zhì)和細(xì)胞因子而加重缺血再灌注損傷，Cav-1在激活PMN、NADPH氧化酶的活化及氧自由基等炎癥介質(zhì)的釋放過程中扮演重要角色。

3.3 Cav-1與NO 目前，學(xué)者們對(duì)于NO在缺血再灌注損傷中的作用持有不同觀點(diǎn)。NO是機(jī)體內(nèi)細(xì)胞信號(hào)通路的信號(hào)分子，在缺血再灌注損傷中具有促進(jìn)或抑制作用。但Shiva等[20]研究認(rèn)為，NO主要通過抑制活性氧形成引起蛋白巰基亞硝化及活化可溶性鳥苷酸活化酶等途徑發(fā)揮保護(hù)作用。Liu等[21]研究認(rèn)為，過量NO通過與超氧化物作用形成過氧化亞硝酸鹽，引起酪氨酸硝化和有害蛋白變化；還可通過與亞鐵原卟啉基團(tuán)中鐵原子形成的亞硝酰鐵結(jié)合抑制部分呼吸酶及DNA合成酶活性等途徑對(duì)機(jī)體造成損害。然而，Cav-1能負(fù)性調(diào)控eNOS的活性，eNOS是內(nèi)皮細(xì)胞合成NO的關(guān)鍵酶，Cav-1過表達(dá)將抑制NO的產(chǎn)生。相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，Cavelae上的定向受體可以轉(zhuǎn)導(dǎo)eNOS合成所需的刺激性信號(hào)，而Cav-1可以阻礙Cavelae上的定向受體來減少eNOS合成，同時(shí)Cav-1又可以結(jié)合在eNOS的鈣調(diào)蛋白結(jié)合區(qū)，從而抑制eNOS的酶活性[21]。高表達(dá)的Cav-1在下肢缺血再灌注損傷中抑制NO的產(chǎn)生，而NO可能能緩解缺血再灌注損傷，Cav-1可能在缺血再灌注中發(fā)揮著負(fù)性調(diào)節(jié)作用。

3.4 Cav-1與細(xì)胞凋亡 肢體缺血再灌注損傷時(shí)，氧自由基產(chǎn)生、鈣超載、酸性代謝產(chǎn)物增多及ATP能量障礙等途徑導(dǎo)致線粒體通透轉(zhuǎn)換孔開放，引起細(xì)胞內(nèi)外離子平衡失調(diào)及線粒體解耦聯(lián)的發(fā)生，最終導(dǎo)致細(xì)胞凋亡[22]。細(xì)胞凋亡的經(jīng)典途徑——線粒體途徑與Bcl-2蛋白家族關(guān)系最為密切，Bcl-2蛋白是最重要的凋亡蛋白，ERK-1信號(hào)通路的激活對(duì)于Bcl-2蛋白的調(diào)節(jié)起著非常重要的作用，ERK激活后使轉(zhuǎn)錄因子磷酸化以調(diào)節(jié)基因的表達(dá)，誘導(dǎo)細(xì)胞進(jìn)入S期，處于分裂細(xì)胞數(shù)增多來抑制細(xì)胞凋亡。在凋亡過程中，ERK-l與Cav-1蛋白的活性呈負(fù)相關(guān)，Cav-l蛋白可能是抑制或降低ERK-1蛋白活性，導(dǎo)致ERK細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路失去正常的協(xié)調(diào)平衡能力[23]。換而言之，Cav-1能通過負(fù)性調(diào)控ERK-1信號(hào)通路，促進(jìn)細(xì)胞凋亡。Ras/Raf-1和MAPK通路與細(xì)胞凋亡也有著密切關(guān)系。有研究報(bào)道，Cav-1也可抑制EGFR-Ras-Raf-Mahk通路，促進(jìn)細(xì)胞凋亡，抑制細(xì)胞增殖[24]。Cav-1在肢體缺血再灌注損傷中的作用可能是促進(jìn)細(xì)胞凋亡，抑制細(xì)胞增殖，最終可能導(dǎo)致?lián)p傷加重。

3.5 Cav-1與鈣離子 鈣超載假說在肢體缺血再灌注損傷中的表現(xiàn)尤為重要，靜息狀態(tài)下鈣離子儲(chǔ)存在肌質(zhì)網(wǎng)及線粒體中，當(dāng)出現(xiàn)缺血再灌注損傷后，大量鈣離子內(nèi)流，激活磷脂酶后線粒體結(jié)構(gòu)被破壞，導(dǎo)致ATP生成減少，細(xì)胞及組織缺氧，呈無氧呼吸狀態(tài)產(chǎn)生大量過氧化陰離子及酸性代謝物，對(duì)肢體缺血再灌注損傷造成級(jí)聯(lián)放大作用。袁碧英等[25]報(bào)道，Cav-1和Cav-3對(duì)大鼠動(dòng)脈血管中平滑肌細(xì)胞的鈣離子穩(wěn)態(tài)的調(diào)控起重要作用。Caveolae能調(diào)控L型鈣通道的Ca2+內(nèi)流及Ca2++ ATP的活性[26]，促進(jìn)質(zhì)膜蛋白質(zhì)和細(xì)胞器之間的相互作用。在人類氣道平滑肌細(xì)胞中，Cav-1通過誘導(dǎo)炎癥介質(zhì)增多促進(jìn)細(xì)胞鈣離子內(nèi)流，從而在氣道炎癥中起重要作用[27]。目前在肢體缺血再灌注損傷中，Cav-1能調(diào)節(jié)血管痙攣及氣道平滑肌痙攣已有報(bào)道。但是Cav-1能否引起鈣離子大量?jī)?nèi)流，以及Cav-1能否通過鈣離子通道開放對(duì)肢體缺血再灌注損傷產(chǎn)生影響，還需進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究。

4 展 望

Cav-1能激活相關(guān)信號(hào)通路促進(jìn)炎癥介質(zhì)釋放、氧化酶活化、細(xì)胞凋亡及鈣通道開放對(duì)肢體缺血再灌注造成一定損傷，然而，下肢缺血再灌注損傷的病理生理過程是非常復(fù)雜的，是否可通過下調(diào)Cav-1蛋白的表達(dá)來預(yù)防和緩解下肢缺血再灌注所帶來的損傷，需要利用動(dòng)物及臨床試驗(yàn)進(jìn)行循證醫(yī)學(xué)探究，為以后的臨床藥物研究提供新的思路。

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10.3969/j.issn.1009-5519.2015.18.023

A

1009-5519（2015）18-2790-03

2015-04-17）

李明（1989-），男，湖南常德人，碩士研究生，主要從事血管外科方向研究；E-mail：904944188@qq.com。

熊國(guó)祚（E-mail：55752528@qq.com）。