Caveolin-1对下肢缺血再灌注损伤的影响及其机制

李 明综述，熊国祚审校

（南华大学附属第二医院血管外科，湖南衡阳421001）

Caveolin-1对下肢缺血再灌注损伤的影响及其机制

李 明综述，熊国祚审校

（南华大学附属第二医院血管外科，湖南衡阳421001）

细胞质膜微囊蛋白； 再灌注损伤； 腿/血液供给； 缺血； 综述

下肢缺血再灌注损伤是血管外科常见的病理变化，是由于血管阻塞后重新恢复血运后导致的机体组织、细胞生理和生化改变。Sewell等于1955年发现，在结扎犬冠状动脉后，心肌缺血后再恢复血流可以导致心肌损伤进一步加重。心肌缺血-再灌注损伤这一概念于1960年首次被Jennings提出，此后缺血再灌注损伤的研究受到了广大学者的关注。下肢动脉硬化闭塞、急慢性动脉栓塞再通、止血带长期应用、断肢再植[1]、严重挤压伤、车祸、战争等均可导致肢体缺血，恢复血运后肢体损害有时反而加重[2]，最终可能导致远隔器官的损伤，造成多器官功能衰竭（MODS）。因此，对于肢体缺血再灌注损伤的发生机制的了解，也是外科医生需要解决的问题，可以从根本上防治和缓解肢体缺血再灌注损伤。细胞窖蛋白-1（Caveolin-1，Cav-1）是相对分子质量为（21～24）× 103的膜蛋白，是小窝（Caveolae）的主要结构成分，参与细胞黏附、分子运输和信号传导等过程，近年来发现，其与炎性反应、氧化应激、钙通道开放及细胞凋亡等密切相关。本文介绍Cav-1的结构和功能，重点综述Cav-1对肢体缺血再灌注损伤的影响及其相关机制，为研究Cav-1在预防和缓解肢体缺血再灌注损伤中的作用及其机制提供新的思路。

1 下肢缺血再灌注损伤的机制

下肢缺血再灌注损伤包括缺血期、灌注期和再缺血期3个过程，目前研究表明，缺血再灌注损伤的发生机制主要是氧自由基产生、钙超载、炎症细胞活化、NO的作用、无复流现象、细胞凋亡等。损伤包括缺血性和再灌注性损伤两方面。缺血性损伤主要包括细胞内外电解质失衡、代谢紊乱、ATP减少、细胞水肿、次黄嘌呤增多及毒性物质增多等因素造成，再灌注损伤主要包括氧自由基增多、钙超载、中性粒细胞活化、细胞凋亡、核因子-κB（NF-κB）活化等作用，血流恢复后又将炎症介质及毒性物质带到远隔器官造成多器官功能损伤。

2 Caveolae及Cav-1 概述

Caveolae是细胞质质膜微区形态定义为50～100nm的“Ω”形的内陷结构[3]，是生物膜上富含胆固醇和鞘糖脂的脂筏（lipid rafts）样结构，在终末分化的细胞类型是最丰富的，如内皮细胞、平滑肌细胞、横纹肌细胞、脂肪细胞、Ⅰ型肺泡细胞和成纤维细胞等细胞中含量丰富[4]，主要由Caveolin蛋白、胆固醇、糖脂及多种糖基化磷脂酰肌醇（GPI）锚定蛋白等组成，而Caveolin蛋白是这种膜结构的残余主蛋白[5]。Caveolin蛋白家族包括Cav-1、Cav-2和Cav-3，其基因编码具有同源性，Cav-1又分为α、β 2个亚型。

Cav-1是Caveolae表面主要的镶嵌蛋白，是细胞质膜微囊结构，也是Caveolae的信号传递蛋白和标记蛋白，作为一个脚手架蛋白与多种信号分子相互作用的蛋白，直接将具体的小窝跨膜信号进行传导的信号蛋白[6]。Cav-1作为一种细胞膜相互作用的结构核心相关蛋白，能诱导多种信号蛋白的活化或沉默，包括G-蛋白、Src激酶、表皮生长因子受体、丝裂原活化蛋白激酶和内皮型一氧化氮合酶（eNOS）等[7]。研究发现，Cav-1在细胞信号传导、脂质稳态、炎症、肿瘤抑制、促进血管张力、钙通道调控和血压的调节中发挥关键作用[8]。目前研究发现，Cav-1与eNOS的调控有一定关系。

3 Cav-1 对肢体缺血再灌注损伤的影响

3.1 Cav-1与氧自由基 Hu等[9]研究报道，Cav-1参与炎性反应是从不同途径进行的，如通过活化PKC-δ-Rac信号通路来提高中性粒细胞（PMN）中烟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过在PMN膜上着位的改变而变化的，进而调节脂质过氧化物及过氧化物阴离子的产生。在缺血再灌注损伤的病理生理过程中，NADPH氧化酶起着关键性的作用。该酶被激活后可以产生大量活性氧簇（ROS）激活细胞信号通路，其催化反应为：NADPH＋2O→NADP+＋H+＋2O2-。过氧根离子（O2-）在超氧化物歧化酶（SOD）作用下生成过氧化氢（H2O2），O2-和H2O2氧化作用较强，对内皮细胞及平滑肌组织造成损伤。然而，核因子E2相关因子2（Nrf2）是一种转录因子，能介导抗应激的细胞保护效应，Cav-1敲除的细胞表现出更高水平的抗氧化酶活性和更能耐氧化应激诱导的细胞毒性，而过表达Cav-1抑制这些酶的诱导和进一步加速氧化的细胞死亡[10]，Cav-1负性调控Nrf2的活性促进氧化应激的发生。

Cav-1是细胞外调节蛋白激酶（ERK1/2）的负性调节蛋白，内皮细胞中高表达Cav-1，细胞将停留在G0/G1期，使细胞增殖受到抑制。周孝钱等[11]在体外实验中发现，0.5 mmol/L的H2O2可导致Cav-1表达增高，而正常组合成期细胞数比过氧化氢组明显增多。Cav-1基因敲除小鼠更能耐受高氧诱导的急性肺损伤[12-15]，可能是部分增强自身抗氧化能力的作用。在下肢缺血再灌注损伤中，氧自由基增多可以促进Cav-1的高表达，抑制细胞增殖，而高表达的Cav-1反过来又可激活NADPH氧化酶加重损伤。

3.2 Cav-1与炎性介质 Cav-1存在于多种细胞中，目前研究发现，Cav-1能激活多条信号通路来参与炎性反应，也调控着炎症细胞的应答。动物实验及体外实验均表明，Cav-1可以刺激炎症表达及应答等。目前研究发现，Cav-1过表达加重脂多糖（LPS）诱导的细胞损伤，这涉及P38蛋白激酶（P38MAPK）及血管紧张素-1（AT-1）信号途径，Cav-1的确能调控PMN表面及胞内信号通路的激活[16]。Cav-1活化PMN产生大量炎性介质导致组织细胞损伤，在下肢缺血再灌注中对内皮细胞及血管通透性改变起到一定作用。体外实验表明，如果破坏Cav-1结构将会导致乙酸肉豆蔻佛波酯（PMA）和趋化肽N-甲酰-甲硫氨酰-亮氨酰苯丙氨酸（fMLP）诱导的PMN产生过氧化物阴离子明显减少[9]。Cav-1的磷酸化促进TLR4（Toll样受体4）和髓样分化因子88（MyD88）的相互作用，导致NF-κB的激活并刺激LPS释放炎症介质[17]，并参与内皮细胞黏附。cav-1基因将更能耐受LPS引起的炎症性肺损伤，换而言之，Cav-1蛋白促进了小鼠肺部炎症的发生。

在机械性通气肺损伤的研究中，发现Cav-1是通过激活P38MAPK信号通路使白细胞产生大量白介素-8（IL-8）等炎症因子[18]。IL-8促使中性粒细胞的着位、黏附、迁移、趋化，并促进肿瘤坏死因子及花生四烯酸等炎症介质的产生，加重缺血再灌注损伤。有研究表明，cav-1缺乏能抑制LPS刺激的炎性反应[19]，cav-1基因敲除小鼠表现出较少的炎症肺损伤，与野生型（WT）小鼠相比死亡率降低。因此可以得出结论，Cav-1-P38MAPK-中性粒细胞活化，释放大量炎症介质和细胞因子而加重缺血再灌注损伤，Cav-1在激活PMN、NADPH氧化酶的活化及氧自由基等炎症介质的释放过程中扮演重要角色。

3.3 Cav-1与NO 目前，学者们对于NO在缺血再灌注损伤中的作用持有不同观点。NO是机体内细胞信号通路的信号分子，在缺血再灌注损伤中具有促进或抑制作用。但Shiva等[20]研究认为，NO主要通过抑制活性氧形成引起蛋白巯基亚硝化及活化可溶性鸟苷酸活化酶等途径发挥保护作用。Liu等[21]研究认为，过量NO通过与超氧化物作用形成过氧化亚硝酸盐，引起酪氨酸硝化和有害蛋白变化；还可通过与亚铁原卟啉基团中铁原子形成的亚硝酰铁结合抑制部分呼吸酶及DNA合成酶活性等途径对机体造成损害。然而，Cav-1能负性调控eNOS的活性，eNOS是内皮细胞合成NO的关键酶，Cav-1过表达将抑制NO的产生。相关研究发现，Cavelae上的定向受体可以转导eNOS合成所需的刺激性信号，而Cav-1可以阻碍Cavelae上的定向受体来减少eNOS合成，同时Cav-1又可以结合在eNOS的钙调蛋白结合区，从而抑制eNOS的酶活性[21]。高表达的Cav-1在下肢缺血再灌注损伤中抑制NO的产生，而NO可能能缓解缺血再灌注损伤，Cav-1可能在缺血再灌注中发挥着负性调节作用。

3.4 Cav-1与细胞凋亡 肢体缺血再灌注损伤时，氧自由基产生、钙超载、酸性代谢产物增多及ATP能量障碍等途径导致线粒体通透转换孔开放，引起细胞内外离子平衡失调及线粒体解耦联的发生，最终导致细胞凋亡[22]。细胞凋亡的经典途径——线粒体途径与Bcl-2蛋白家族关系最为密切，Bcl-2蛋白是最重要的凋亡蛋白，ERK-1信号通路的激活对于Bcl-2蛋白的调节起着非常重要的作用，ERK激活后使转录因子磷酸化以调节基因的表达，诱导细胞进入S期，处于分裂细胞数增多来抑制细胞凋亡。在凋亡过程中，ERK-l与Cav-1蛋白的活性呈负相关，Cav-l蛋白可能是抑制或降低ERK-1蛋白活性，导致ERK细胞信号转导通路失去正常的协调平衡能力[23]。换而言之，Cav-1能通过负性调控ERK-1信号通路，促进细胞凋亡。Ras/Raf-1和MAPK通路与细胞凋亡也有着密切关系。有研究报道，Cav-1也可抑制EGFR-Ras-Raf-Mahk通路，促进细胞凋亡，抑制细胞增殖[24]。Cav-1在肢体缺血再灌注损伤中的作用可能是促进细胞凋亡，抑制细胞增殖，最终可能导致损伤加重。

3.5 Cav-1与钙离子 钙超载假说在肢体缺血再灌注损伤中的表现尤为重要，静息状态下钙离子储存在肌质网及线粒体中，当出现缺血再灌注损伤后，大量钙离子内流，激活磷脂酶后线粒体结构被破坏，导致ATP生成减少，细胞及组织缺氧，呈无氧呼吸状态产生大量过氧化阴离子及酸性代谢物，对肢体缺血再灌注损伤造成级联放大作用。袁碧英等[25]报道，Cav-1和Cav-3对大鼠动脉血管中平滑肌细胞的钙离子稳态的调控起重要作用。Caveolae能调控L型钙通道的Ca2+内流及Ca2++ ATP的活性[26]，促进质膜蛋白质和细胞器之间的相互作用。在人类气道平滑肌细胞中，Cav-1通过诱导炎症介质增多促进细胞钙离子内流，从而在气道炎症中起重要作用[27]。目前在肢体缺血再灌注损伤中，Cav-1能调节血管痉挛及气道平滑肌痉挛已有报道。但是Cav-1能否引起钙离子大量内流，以及Cav-1能否通过钙离子通道开放对肢体缺血再灌注损伤产生影响，还需进行相关实验研究。

4 展 望

Cav-1能激活相关信号通路促进炎症介质释放、氧化酶活化、细胞凋亡及钙通道开放对肢体缺血再灌注造成一定损伤，然而，下肢缺血再灌注损伤的病理生理过程是非常复杂的，是否可通过下调Cav-1蛋白的表达来预防和缓解下肢缺血再灌注所带来的损伤，需要利用动物及临床试验进行循证医学探究，为以后的临床药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，硕士研究生，主要从事血管外科方向研究；E-mail：904944188@qq.com。

熊国祚（E-mail：55752528@qq.com）。