Caveolin與血腦屏障

王 艷 汪 寧 林辰雨

（安徽中醫藥大學 安徽 合肥 230038）

中樞神經系統（CNS）內的神經信號傳遞需要一個高度可控的微環境，在三個關鍵界面上的細胞形成了血液和中樞神經系統之間的屏障：血腦屏障（BBB）、血腦脊液屏障和蛛網膜屏障。BBB是由腦微血管內皮細胞（brain microvascular endothelial cells，BMEC）、基膜（細胞外基質）和星形膠質細胞足突三層結構組成［1－2］，其中BMEC是構成BBB的重要單位，在維持CNS內環境的穩定中發揮著重要的作用［3－4］。BBB若受到破壞，其通透性增大，使本不能透過BBB的大分子物質自由進出腦部，最終導致腦功能紊亂或喪失。

決定BBB通透性的主要因素是細胞旁路和跨細胞途徑。細胞旁路主要由緊密連接（tight junction，TJ）介導，TJ是BBB的基本結構，是一種具有調節作用的復雜的細胞系統，其是由跨膜蛋白、胞質附著蛋白和細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；胞質附著蛋白有三種，即閉合小環蛋白ZO－1、ZO－2和ZO－3［5］。這些蛋白的表達與排列方式與BBB的功能有著密切的關系。跨細胞途徑主要由內源性的運載體介導，主要包括4類：載體介導的轉運體 （carrier mediated transporters，CMT）、主動轉出的轉運體（activeefflux transport，AET）、受體介導的轉運體（receptor mediated transport，RMT），以及caveolae主導的細胞內吞作用［6］。

目前在針對BBB通透性改變的實驗研究中，關于緊密連接介導的細胞旁路研究比較多，作用比較肯定，而跨細胞途徑中caveolae主導的細胞內吞作用對BBB通透性影響研究較少，caveolae早在19世紀50年代被Palade和Yamada在細胞表面上發現［7－8］，直到1992年，作為Caveolae的標志蛋白Caveolin才被發現［9］，隨著相關研究的逐漸增加，大量實驗證明或暗示［10］Caveolin／Caveolae在多種細胞功能，包括細胞信號轉導、胞吞和胞吐、膽固醇穩態和腫瘤生成等起著重要的作用，且caveolin－1表達水平的改變與BBB通透性的增加相關聯，并且與TJ有著重要的聯系［11］。

1 caveolin蛋白的生物學功能

1.1 分型與分布：細胞質膜微囊（caveolae）是細胞質膜上一種特殊的微結構，發揮受體介導轉運小分子胞飲作用［12］。caveolins是caveolae的主要結構成分和唯一功能載體，是caveolae中的標志性分子［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。采用離子阱質譜鑒別出異源低聚物之一是caveolin－1，通過細胞免疫和組織化學分析證明caveolin－1主要在腦內皮細胞中表達。Caveolin－2和Caveolin－3也可在腦細胞中表達。后者主要在腦的星型膠質細胞中表達［14－15］。

1.2 蛋白結構：Caveolin家族成員的蛋白質序列中存在“腳手架結構域（Caveolin scaffolding domain，CSD）”。Cav－1蛋白通過CSD與具有“Caveolin結合域（Caveolin binding domain，CBD）”的多種信號蛋白質分子如eNOS、PKC結合，從而調節細胞內信號轉導。Caveolin分子單體之間還能通過其寡聚化結構域（oligomerization domain，OD）相互作用形成同源或異源寡聚體，促進Caveolae形成及裝配，在細胞膜的重組中發揮重要作用［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改變遲caveolin－1的表達改變，說明caveolin－1在BBB開放早期具有重要作用。目前研究認為caveolin－1表達改變同TJ表達改變和BBB開放存在一定關系，caveolin－1可能是TJ的穩定因素［18］，其表達上調和下調都可能導致相關蛋白occludin和claudin－5的改變，從而致BBB通透性發生改變。

超微結構研究表明大腦損傷初期內皮型caveolae在血管部位有著顯著地高表達導致BBB受損，緊密連接的改變發生在損傷過程的后期［19－21］。這些結果暗示BBB受損后caveolin－1表達的改變可能發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表達顯著升高。這些變化發生在缺血損傷12h后，然而緊密連接蛋白occludin和claudin發生在損傷2天后。因此，caveolae和caveolin－1在BBB損傷早期發揮著重要的作用并且可能是早期腦水腫的重要治療指標。

BBB通透性的升高伴隨著一系列中樞神經系統的癥狀，包括炎癥，感染，缺血和水腫。然而，生理和病理條件下BBB通透性的調節機制還不太清楚。相關研究表明［23－26］，在一系列神經炎癥條件下，單核細胞趨化蛋白－1（MCP－1）在CNS中有明顯的上調。MCP－1可刺激腦微血管內皮細胞內caverolin－1表達的下調同時伴隨著緊密連接相關蛋白occludin和ZO－1蛋白表達的減少［27］。

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

當前的研究表明，caverolin－1表達的下調可導致MMP－2和MMP－9表達活性的增強，減少TJ蛋白ZO－1的表達，進而增加BBB的通透性。L－NAME（一種非選擇性NOS抑制劑）可逆轉caverolin－1的表達抑制MMPs的活性，調節BBB的通透性［29］。

由于Caveolin發揮著復雜的生物學功能，其與BBB的病理改變有密切的關系，因此有關Caveolin與BBB的相關研究還有待進一步的深入。

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