Caveolin与血脑屏障

王 艳 汪 宁 林辰雨

（安徽中医药大学 安徽 合肥 230038）

中枢神经系统（CNS）内的神经信号传递需要一个高度可控的微环境，在三个关键界面上的细胞形成了血液和中枢神经系统之间的屏障：血脑屏障（BBB）、血脑脊液屏障和蛛网膜屏障。BBB是由脑微血管内皮细胞（brain microvascular endothelial cells，BMEC）、基膜（细胞外基质）和星形胶质细胞足突三层结构组成［1－2］，其中BMEC是构成BBB的重要单位，在维持CNS内环境的稳定中发挥着重要的作用［3－4］。BBB若受到破坏，其通透性增大，使本不能透过BBB的大分子物质自由进出脑部，最终导致脑功能紊乱或丧失。

决定BBB通透性的主要因素是细胞旁路和跨细胞途径。细胞旁路主要由紧密连接（tight junction，TJ）介导，TJ是BBB的基本结构，是一种具有调节作用的复杂的细胞系统，其是由跨膜蛋白、胞质附着蛋白和细胞骨架蛋白共同组成。跨膜蛋白又包括咬合蛋白Occludin、闭合蛋白Claudin和连接粘附分子（junctional adhesive molecule，JAM）3种完整的膜蛋白；胞质附着蛋白有三种，即闭合小环蛋白ZO－1、ZO－2和ZO－3［5］。这些蛋白的表达与排列方式与BBB的功能有着密切的关系。跨细胞途径主要由内源性的运载体介导，主要包括4类：载体介导的转运体 （carrier mediated transporters，CMT）、主动转出的转运体（activeefflux transport，AET）、受体介导的转运体（receptor mediated transport，RMT），以及caveolae主导的细胞内吞作用［6］。

目前在针对BBB通透性改变的实验研究中，关于紧密连接介导的细胞旁路研究比较多，作用比较肯定，而跨细胞途径中caveolae主导的细胞内吞作用对BBB通透性影响研究较少，caveolae早在19世纪50年代被Palade和Yamada在细胞表面上发现［7－8］，直到1992年，作为Caveolae的标志蛋白Caveolin才被发现［9］，随着相关研究的逐渐增加，大量实验证明或暗示［10］Caveolin／Caveolae在多种细胞功能，包括细胞信号转导、胞吞和胞吐、胆固醇稳态和肿瘤生成等起着重要的作用，且caveolin－1表达水平的改变与BBB通透性的增加相关联，并且与TJ有着重要的联系［11］。

1 caveolin蛋白的生物学功能

1.1 分型与分布：细胞质膜微囊（caveolae）是细胞质膜上一种特殊的微结构，发挥受体介导转运小分子胞饮作用［12］。caveolins是caveolae的主要结构成分和唯一功能载体，是caveolae中的标志性分子［13］。Caveolin家族蛋白包括：Caveolin－1（Cav－1）、Caveolin－2（Cav－2）和Caveolin－3（Cav－3），应用免疫亲和性色谱法和特殊的碱性PH洗脱法纯化脑中的caveolin，利用银染色法鉴定出三种分子量的条带。采用离子阱质谱鉴别出异源低聚物之一是caveolin－1，通过细胞免疫和组织化学分析证明caveolin－1主要在脑内皮细胞中表达。Caveolin－2和Caveolin－3也可在脑细胞中表达。后者主要在脑的星型胶质细胞中表达［14－15］。

1.2 蛋白结构：Caveolin家族成员的蛋白质序列中存在“脚手架结构域（Caveolin scaffolding domain，CSD）”。Cav－1蛋白通过CSD与具有“Caveolin结合域（Caveolin binding domain，CBD）”的多种信号蛋白质分子如eNOS、PKC结合，从而调节细胞内信号转导。Caveolin分子单体之间还能通过其寡聚化结构域（oligomerization domain，OD）相互作用形成同源或异源寡聚体，促进Caveolae形成及装配，在细胞膜的重组中发挥重要作用［16］。

2 caveolae与BBB

Nag等［17］研究显示在BBB开放的过程中紧密连接蛋白的表达改变迟caveolin－1的表达改变，说明caveolin－1在BBB开放早期具有重要作用。目前研究认为caveolin－1表达改变同TJ表达改变和BBB开放存在一定关系，caveolin－1可能是TJ的稳定因素［18］，其表达上调和下调都可能导致相关蛋白occludin和claudin－5的改变，从而致BBB通透性发生改变。

超微结构研究表明大脑损伤初期内皮型caveolae在血管部位有着显著地高表达导致BBB受损，紧密连接的改变发生在损伤过程的后期［19－21］。这些结果暗示BBB受损后caveolin－1表达的改变可能发生在紧密连接蛋白变化之前。也有研究表明［22］BBB受损后caveolin－1表达显著升高。这些变化发生在缺血损伤12h后，然而紧密连接蛋白occludin和claudin发生在损伤2天后。因此，caveolae和caveolin－1在BBB损伤早期发挥着重要的作用并且可能是早期脑水肿的重要治疗指标。

BBB通透性的升高伴随着一系列中枢神经系统的症状，包括炎症，感染，缺血和水肿。然而，生理和病理条件下BBB通透性的调节机制还不太清楚。相关研究表明［23－26］，在一系列神经炎症条件下，单核细胞趋化蛋白－1（MCP－1）在CNS中有明显的上调。MCP－1可刺激脑微血管内皮细胞内caverolin－1表达的下调同时伴随着紧密连接相关蛋白occludin和ZO－1蛋白表达的减少［27］。

Tab蛋白，HIV（human immunodeficiency virus）的特异性蛋白，可以导致BBB的紧密连接受损，促进HIV进入大脑。当前的研究表明cavelae相关的信号在Tab诱导的紧密连接破坏中起着重要的作用［28］。

当前的研究表明，caverolin－1表达的下调可导致MMP－2和MMP－9表达活性的增强，减少TJ蛋白ZO－1的表达，进而增加BBB的通透性。L－NAME（一种非选择性NOS抑制剂）可逆转caverolin－1的表达抑制MMPs的活性，调节BBB的通透性［29］。

由于Caveolin发挥着复杂的生物学功能，其与BBB的病理改变有密切的关系，因此有关Caveolin与BBB的相关研究还有待进一步的深入。

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