Caveolin在糖尿病神经病理性疼痛中的研究进展

孟庆胜(综述)，娄晓丽，朱 涛(审校)

(1.南京医科大学，南京 210029； 2.上海市松江区中心医院中心实验室，上海 201699； 3.上海市松江区中心医院麻醉科，上海 201699)

国际疼痛学会神经病理性疼痛学组将神经病理性疼痛定义为“由躯体感觉神经系统的损伤或疾病而直接造成的疼痛”，代谢或营养性神经改变、病毒感染、神经递质功能障碍等均可导致神经病理性疼痛的发生。神经病理性疼痛的主要特征包括痛过敏、痛过度及异常痛[1]。神经病理性疼痛发病机制复杂，临床上缺乏有效的治疗方法和药物使其缓解或治愈。糖尿病诱发的神经病理性疼痛是糖尿病患者晚期主要并发症之一，也是导致足部截肢的主要原因[2]。

脂筏是一种存在于细胞膜或细胞亚单位膜上的含有特殊脂质及蛋白质的微区，陷窝蛋白(Caveolin)是构成脂筏的重要成分，与细胞多种生理活动有关，也与周围神经病变相关。该文主要就Caveolin在糖尿病神经病理性疼痛中的作用予以综述。

1 Caveolin的结构与生物学功能

1.1Caveolin的结构、分布与特性 小凹又称胞膜窖，是脂筏的一种特殊形式，位于细胞膜上，是生物学家Palade[1]于1953年在心脏的内皮细胞膜中发现的一种特异性的内陷结构，后来Yamada[2]在胆囊细胞膜上也发现相似结构。Caveolin是构成细胞质膜微囊(Caveolae)的主要骨架蛋白，属整合膜蛋白，具有跨膜结构域，寡聚化结构域以及脚手架结构域。目前Caveolin家族已经发现有3种分子:Caveolin-1,Caveolin-2和Caveolin-3。各分子的分布具有组织特异性，Caveolin-1是Caveolae的主要蛋白，可在大多数细胞中表达，如神经元、神经胶质细胞、血管内皮细胞、脂肪细胞等。Caveolin-2常与Caveolin-1共同表达于同一细胞中。与Caveolin-2和Caveolin-1不同，目前发现Caveolin-3通常仅在平滑肌、骨骼肌、心肌等肌肉组织中表达，并取代Caveolae中主要蛋白Caveolin-1的作用。Caveolin-1是目前Caveolae家族中研究最多的分子，其中间肽链位于胞膜内，N端和C端位于胞质内。此外，还有一些特殊的特性：①脂酰化修饰；②与脂质相互作用；③脚手架区域是Caveolin寡聚化结构一功能区域，其可能影响Caveolin-1与分子间的相互作用。Caveolin-2和Caveolin-3中也具有Caveolin-1中发夹样的拓扑学结构[3]。

1.2Caveolin的生物学功能 Caveolin除了在结构上是Caveolae的骨架蛋白以外，还参与Caveolae介导的生物学功能，所产生的生物学效应取决于组织细胞的特异性、构成Caveolin的亚型以及配体受体等。

1.2.1参与Caveolae的形成 通过细胞剔除Caveolin-1基因和转染Caveolae分子研究发现，Caveolin-1可介导Caveolae的构成，通过寡聚化结构域Caveolin-1与Caveolin-2形成的异源寡聚体对于Caveolae的正确形成以及生物学功能具有重要作用[4]。

1.2.2参与大分子物质的运输 髓鞘中含有的胆固醇占髓鞘总量的25%，Caveolin-1有助于胆固醇的流入与流出；参与病毒的转运；毛细血管内皮细胞中的Caveolin-1可能参与血脑屏障中的物质转运。另外，位于成纤维细胞中的Caveolin-1能以可溶性形式存在细胞质中，与热激蛋白56等形成伴侣复合物，将内质网中的胆固醇转运到胞膜[5-6]。

1.2.3参与并调控多种细胞信号的转导 到目前为止，研究发现Caveolin-1参与调控多种信号分子的转导，如Caveolin-1可抑制内皮型一氧化氮合酶所介导的信息传递[7]；Caveolin-1的缺失可能影响细胞间的缝隙连接而导致神经细胞信息向后传递中断[8]；Caveolin-2通过调控转化生长因子β介导的信号转导，参与内皮细胞的增殖[9]。

在胰岛素信号传递过程中，研究证实在2型糖尿病小鼠肝脏中过表达Caveolin-1能降低空腹血糖，改善胰岛素抵抗，增强糖原合成酶的表达，下调糖异生关键酶磷酸烯醇式丙酮酸激酶的表达[10]。

通过基因剔除和转染研究发现，Caveolin家族分子参与了糖尿病[11]、动脉粥样硬化[12]、周围神经病变[13]等多种疾病的发生和发展，有关其在各疾病中的具体作用还需进一步研究。

2 Caveolin与糖尿病神经病理性疼痛

糖尿病神经病理性疼痛是临床上常见的由于周围神经病变而引发的疼痛，是晚期糖尿病患者的主要并发症之一，其发病机制复杂，目前临床上无有效的治疗措施。

2.1Caveolin-1与施万细胞 糖尿病导致的周围神经病病变除了轴突发生退行性病变外，构成有髓神经元髓鞘的施万细胞(schwann cell，SCs)也发生了异常改变，轴突可通过SCs来调控髓鞘的厚度[14]，但SCs的形态和功能的异常并非全部由于轴突的调控。研究发现，在成熟的髓鞘SCs中发现有大量的Caveolin-1表达[15]，髓鞘碱性蛋白是髓鞘SCs的标志，通过染色发现Caveolin-1和髓鞘碱性蛋白表达于同一位点[16]。随着髓鞘的生长发育，SCs中的Caveolin-1逐渐增多[17]。而在高血糖环境中培养有髓感觉神经纤维，检测轴突标志物9.5蛋白基因产物含量，发现轴突标志物9.5蛋白基因产物含量并没有明显减少[18]，但SCs已经发生去分化，因此在调控SCs中，轴突可能只是其中的参与者之一，而Caveolin-1可能参与了SCs的去分化，也暗示SCs的病变可能先于轴突。

除了SCs，研究发现神经胶质细胞中也有Caveolin-1的表达，可调节细胞信号级联瀑布效应[17]。由此推测，表达于SCs膜上的Caveolin-1可能参与了糖尿病导致的周围神经病病变，从而引起疼痛的病理生理过程。

2.2Caveolin-1通过SCs膜上ErbB受体参与周围神经病变 SCs的生长发育有赖于神经调节蛋白，SCs膜上erbB受体与神经调节蛋白的结合有助于SCs的生长、发育和分化[19-20]。研究显示，改变神经调节蛋白Ⅲ型基因的表达会影响髓鞘的厚度[21]。Guertin等[22]通过短时间内增加ErbB2受体的表达发现，SCs发生了退行性病变。在非糖尿病神经病变的动物模型中，增加SCs膜上的ErbB2后，神经元的传导速度减慢，机械性痛阈值下降，发生了脱髓鞘等周围神经病变[13]。在轴索显微外科手术和麻风杆菌感染后发生的快速脱髓鞘病变[22-23]与ErbB2受体酪氨酸激酶活化介导的丝裂原蛋白激酶激活有关[24]，通过抑制丝裂原蛋白激酶的激活能改善神经传导速度[25]。此外，Dobrowsky等[16]发现，ErbB2受体与配体结合后可以使受体酪氨酸激酶活化，继而引发磷脂酰肌醇3激酶信号通路的激活，磷脂酰肌醇3激酶能否促进SCs形成髓鞘以及髓鞘标志蛋白的表达与细胞所处的生长发育时期相关。在糖尿病诱发的周围神经病变的动物模型中，构成脊髓后角的神经纤维发生脱髓鞘病变，髓鞘蛋白大量消失，SCs数量减少，细胞膜上的Caveolin-1表达明显下调，而ErbB2受体明显上调[26]。糖尿病导致的Caveolin-1表达下调具有特异性，具体机制目前尚不清楚。渗透性损伤不是细胞膜上的Caveolin-1表达明显下调的原因，已有实验证实用L-葡萄糖或甘露醇改变SCs的内环境并不能模拟高血糖导致的Caveolin-1下降[27]。在SCs中Caveolin-1表达下调可能与糖代谢终末期代谢产物有关。N-乙酰葡糖胺被O-N-乙酰葡萄糖胺转移酶作用后，通过基因特异性的方式可抑制Caveolin-1的转录[28]，神经生长因子通过神经生长因子受体p75能激活c-Jun氨基末端激酶，激活后的c-Jun氨基末端激酶参与抵抗高血糖导致的Caveolin-1下调[27]。Caveolin-1基因剔除的小鼠ErbB2受体也出现了明显上调，周围神经病变也明显加重[29]。因而猜测，Caveolin-1可能通过负调控ErbB2参与糖尿病周围神经病变的病理生理过程。有文献报道，Caveolin-1可通过直接或间接方式抑制ErbB2受体酪氨酸激酶激活，进而阻断神经调节蛋白与ErbB2受体结合后导致的丝裂原蛋白激酶激活，从而改善脊髓后角有髓神经元的脱髓鞘病变[30]。因此，认为Caveolin-1对ErbB2受体的负调控可以保护神经元防止其发生脱髓鞘病变，进而避免周围神经病变的发生。

2.3磷酸化的Caveolin-1促进S100B蛋白与糖基化终产物受体的结合维持SCs的正常形态 S100B蛋白与糖基化终产物受体的结合有助于维持SCs的形态。有文献报道，Src家族可以磷酸化Caveolin-1，磷酸化的Caveolin-1能够促进S100B与糖基化终产物受体的结合，维持SCs的正常形态[31]。在糖尿病诱发的周围神经发生病变的情况下，SCs中的Caveolin-1是下调的，其正常形态难以维持，进而可能参与了周围神经病变的发生。此外，在毛细血管的内皮细胞中存在的Caveolin-1可以参与物质的转运，当血脑屏障通透性发生病变时，毛细血管内皮细胞中的Caveolin-1表达也增多，进而有可能导致通常不能透过血脑屏障的物质进入中枢神经系统引发炎性反应[32]。

2.4Caveolin-3与周围神经病变 Caveolin-3是Caveolin家族的成员之一，临床研究发现编码Caveolin-3的基因发生突变与肢体远端感觉缺失有关[33]。亚细胞膜上含有受体酪氨酸激酶，突变后的Caveolin-3可能与高尔基体等亚细胞膜上的受体酪氨酸激酶结合，激活蛋白激酶B26和细胞外调节蛋白激酶1/2，进而引发周围神经病变[34]。目前还未发现有关Caveolin家族其他成员突变后对周围神经影响的相关报道。

3 小 结

Caveolin家族成员分子参与机体的多种生命活动，尤其是细胞信号转导。尽管在周围神经病变中发现有Caveolin家族成员的参与，但对于Caveolin家族分子为何会减少、基因为何突变以及Caveolin分子引发的细胞信号转导、胆固醇转运的改变对周围神经病变病理生理的影响目前仍不清楚，随着研究的深入，有关Caveolin/Caveolae在糖尿病神经病变中的作用机制越来越明确，对于糖尿病神经病变的病因研究和临床药物治疗，尤其是Caveolin/Caveolae靶向药物的研发，都具有十分积极的作用。

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