Caveolin-1对2型糖尿病周围血管病变的作用及机制

张侠陵 熊国祚

(南华大学第二附属医院 湖南衡阳 421000)

1 糖尿病周围血管病变发生机制

糖尿病周围血管病变是由于多种因素作用于不同发病环节、影响多种分子机制导致的[2]。糖尿病病人,出现胰岛素抵抗、内分泌失调、代谢紊乱以及血液流变学等因素改变。导致内皮细胞功能紊乱、糖基化终末产物形成[3]及蛋白激酶C(PKC)激活、氧化应激等病理变化。而紊乱的内皮细胞功能,又引起一氧化氮活性、血管内皮细胞超极化因子、内皮素-1活性、血管紧张素等因子发生改变。

有研究表明,敲除Caveolin-1基因的大鼠,其脂肪组织中胰岛素受体下调90%,明显呈现胰岛素抵抗[4],并且也证明Caveolin-1在格列美脲诱导胰岛β细胞释放胰岛素过程中起重要作用[5]。有学者推测:略微增加的Caveolin-1在高糖引起的应激环境中加剧糖尿病引起的其他并发症,如:糖尿病下肢血管病变[6],只有较高浓度的Caveolin-1才发挥促血管生成的有益效应。

2 Caveolae /Caveolin-1 概述

Caveolae 是一种细胞质膜向内凹陷所形成的特化细胞质膜囊状结构,称为细胞质膜微囊,在脂肪细胞、内皮细胞、Ⅰ型肺泡细胞、成纤维细胞、平滑肌细胞和横纹肌细胞中含量丰富。Caveolae主要由脂类和蛋白质组成,其胞质面由一层膜外衣覆盖,这层外衣的主要成分是小凹蛋白(Caveolin)家族,该家族有三个成员,分别为Caveolin-1、Caveolin-2、Caveolin-3,现在认为,Caveolin-1起主要生物学作用。

2.1 Caveolin-1的物质转运功能

Caveolin-1作为一种敏感型载体在内皮细胞转运大分子物质过程中发挥作用[7]。细胞胆固醇逆转运是维持细胞胆固醇动态平衡的主要机制,这一机制的破坏,被认为是泡沫细胞形成和动脉粥样硬化发生发展的重要病理基础之一。研究显示,细胞摄取低密度脂蛋白(1ow density lipoprotein,LDL)后,其中的大部分胆固醇最终被转运至细胞膜caveolae区域,然后出胞[8]。有学者通过天然和氧化型低密度脂蛋白诱导大鼠血管平滑肌细胞为模型,观察caveolin一1表达的变化及其对细胞胆固醇代谢的影响步说明,caveolin-1及其介导的细胞胆固醇转运和流出对VSMC胆固醇平衡的自调节发挥着重要作用[9]。由此可以得出血管平滑肌细胞caveolin一1低表达,可能是导致细胞胆固醇代谢障碍、诱导平滑肌源性泡沫化细胞形成的分子机制之一。在糖尿病周围血管病变中这一机制在其过程中影响尚不明确。

2.2 Caveolin-1 与VEGF的关系

VEGF可促进血管再生、促进一氧化氮(NO)的释放、增加血管内皮细胞的Ca2+内流、增加胞吞转运、激活蛋白激酶G。VEGF、成纤维细胞生长因子(FGF)等细胞生长因子及其受体增加,能够促进血管新生。当组织出现缺血时,机体可代偿性地上调VEGF等血管新生促进因子的表达,进而生成新的侧枝循环从而促进血管新生,而VEGF生物活性的发挥需要Caveolin-1的参与和调控[10]。通过上调Caveolin-1和Caveolin-2的表达,VEGF增加微血管内皮细胞(BMECs)中吞饮小泡的数量从而调控血管生成。

2.3 Caveolin-1对内皮细胞增殖的作用

内皮细胞迁移是血管生成的重要步骤,在迁移过程中,内皮细胞内Caveolin-1和Caveolae呈极性分布。在平面移动过程中,Caveolin-1和Caveolae集中在内皮细胞后部,在穿过滤膜孔的三维移动过程中,细胞后部的Caveolin-1从Caveolae中释放出来,在细胞质内重新分布在细胞前端。而Caveolin-1的Tyr14磷酸化是Caveolin-1在内皮细胞内极化分布的前提条件[11]。Caveolin-1表达下调后,内皮细胞移动受到抑制。因此,Caveolin-1蛋白具有促进内皮细胞迁移的功能[12]。

2.4 Caveolin-1在AKT信号通路中的作用

AKT又称蛋白激酶B,是丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶家族成员,也是磷脂酰肌醇激酶(PI3K)的下游靶蛋白之一,参与调节多种生命活动[13]。通过上调PI3K/AKT通路可使多种重要生长因子发挥促血管生成的生物学功能。而表皮成纤维细胞中Caveolin-1能增强转录生长因子β诱导的PI3K-AKT信号通路。研究表明,在转染Caveolin-1质粒的急性下肢缺血动物模型中,腓肠肌肌肉组织中的微血管/肌纤维束比值明显增大。这可能解释Caveolin-1在糖尿病大鼠下肢缺血部位过表达时具有促进血管生成的作用,这为治疗糖尿病下肢血管病变提供了新的思路和方法[14]。

2.5 Caveolin-1对糖尿病血管病变的双向调控作用

目前对Caveolin-1在糖尿病血管病变中的作用的说法不一。现在认为Caveolin-1作为血管新生促进剂和抑制剂作用的共同靶点。众多研究表明Caveolin-l参与血管生成的多个环节,且多数研究支持Caveolin-1有促进血管生成的作用[15]。在缺血再灌注后,Caveolin-1基因剔除小鼠的血管功能不能恢复,对VEGF刺激无反应。Jasmin等[16]在这种基因剔除小鼠中导入Caveolin-1,上述过程可发生逆转。但如果导入的Caveolin-1水平过高,则eNOS 的活性被抑制,NO产生和血管生成也受到影响。这可能与Caveolin-1在血管生成的不同时期表达不同有关,在增殖期时Caveolin-1的表达下调,在分化期时Caveolin-1的表达上调。

2.6 Caveolin-1和血管平滑肌细胞的关系

血管平滑肌的增殖对糖尿病血管病变的血管再生有重要作用。血管平滑肌细胞中含有丰富的Caveolae 和Caveolin-1。对于平滑肌细胞的增殖、迁移、凋亡和信号转导,Caveolin-1可能起重要作用。研究证明,Caveolin-1可以调节不同的信号传导通路来控制平滑肌细胞的增殖和迁移[17]。Caveolin-1阻止血管紧张素受体-1(AT1R)和表皮生长因子受体(EGFR)在Caveolae 的双向转运,从而抑制血管紧张素Ⅱ对EGFR的活化来介导血管平滑肌的增殖。

3 结语

Caveolin-1参与了糖尿病周围血管病变及血管新生过程,糖尿病周围血管病变是导致患者足部溃疡迁延不愈、下肢坏疽和截肢的重要原因。因此,治疗性血管新生成为康复的新方法。如果我们能阐明Caveolin-1促血管新生的作用机理,就能为临床治疗疾病提供新的医疗思路和新型药物靶点。

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