小窝蛋白-1在肿瘤发生发展中的作用

王彩薇，王志宇，王胜奇，王能

(广州中医药大学 a.基础医学院中西医结合基础研究中心，b.第二临床医学院，广州 510006)

恶性肿瘤是严重威胁人类健康的疾病之一[1]。目前，肿瘤的多手段治疗已取得巨大进展，但其发病率和病死率仍居高不下，且其发生、发展机制尚不明确。因此，寻求能够提高恶性肿瘤患者预后并具有诊断作用的新肿瘤生物标志物迫在眉睫。小窝蛋白-1(caveolin-1，Cav-1)作为生物膜标志蛋白及细胞膜主要支架蛋白之一，在胞吞、细胞转运、细胞信号转导、细胞黏附、细胞内胆固醇运输及脂质代谢中发挥重要作用[2]。且Cav-1表达异常与肿瘤的发生、进展及预后密切相关[3-6]。研究表明，Cav-1在胃癌[7]、乳腺癌[8]、肺癌[9]及前列腺癌[4]等恶性肿瘤中均异常表达，但其在肿瘤组织中的表达趋势仍存在较大争议，即使相同器官、相同组织来源的Cav-1表达也存在差异，这种差异性可能与组织恶变特异性、各种生长因子与激素的表达状态以及Cav-1自身突变等因素有关。多数研究表明，Cav-1可以调节肿瘤发生、发展的相关进程，如Cav-1具有调控肿瘤血管生成并影响肿瘤干细胞(cancer stem cells，CSCs)的特性[3-4]；同时，Cav-1还可通过调控细胞黏附运动、失巢凋亡、自噬激活途径等参与肿瘤转移[5-6]。此外，Cav-1还可影响肿瘤的多药耐药[7,10-13]，同时在肿瘤微环境中也发挥重要作用[14-15]。现就Cav-1在肿瘤发生、发展中的作用予以综述。

1 小窝和Cav-1

小窝是质膜上宽为50～100 nm的呈烧瓶状的倒伏结构，为富含胆固醇的脂质筏，小窝是膜蛋白的主要组成部分和腔膜的主要成分[2]。小窝在膜转运、决定膜脂组成和信号转导中起重要作用，并与多种人类疾病有关。小窝蛋白家族包含3种同工型，即Cav-1、Cav-2和Cav-3。Cav-1的基因位于第7号染色体(7q31.1)的D7S522基因座上，具有3个外显子[16]。Cav-1和Cav-2在各种细胞类型中普遍表达，包括脂肪细胞、内皮细胞、成纤维细胞、平滑肌细胞和上皮细胞；Cav-3在骨骼、心肌和平滑肌细胞中表达，其定位于肌细胞质膜；Cav-1/2/3在一些特定的细胞或组织中可同时表达，如心肌和平滑肌[16-17]。Cav-1被鉴定为小窝的主要成分之一，参与胞吞作用、信号转导、膜运输、胆固醇稳态和脂质运输等过程[2]，并在肿瘤发生、发展中起抑癌或促癌的双重作用。

2 Cav-1与肿瘤

2.1Cav-1对肿瘤发生的影响 Cav-1可通过调节肿瘤血管新生和CSCs活性影响肿瘤的起始阶段。实体肿瘤生长发育需要血管生成为其提供充足的氧气和营养，使肿瘤得以迅速生长并为肿瘤的远端转移提供转运；肿瘤血管生成是血管内皮细胞从已有的血管中分化、迁移并促使新的毛细血管萌芽生成新生血管的过程[3]。一方面，肿瘤细胞分泌的Cav-1可通过结构蛋白依赖机制增加血管内皮细胞的迁移和微血管密度[18-19]。Morais等[18]研究发现，Cav-1基因破坏小鼠的内皮型一氧化氮合酶活性增强，体内一氧化氮(nitric oxide，NO)水平升高，进而导致小鼠血管内皮细胞迁移、管状形成、主动脉环细胞萌发、肿瘤生长和血管生成均显著受损；Yang等[19]研究发现，上皮Cav-1阳性肿瘤的微血管密度显著高于上皮Cav-1阴性的肿瘤。另一方面，Cav-1通过抑制血管内皮生长因子信号通路发挥负调控作用。Celus等[9]研究发现，Cav-1在肺癌转移相关巨噬细胞中特异性抑制血管内皮生长因子-A/血管内皮生长因子受体-1信号转导及其下游效应因子基质金属蛋白酶-9和集落刺激因子-1，从而抑制血管生成和肺肿瘤转移。以上结果说明，Cav-1在肿瘤血管生成过程中起正调控和负调控的双重作用，正调控时Cav-1与血管内皮细胞迁移和微血管密度相关；负调控的机制主要与Cav-1抑制血管内皮生长因子信号通路密切相关。

CSCs是肿瘤内具有不断自我更新、无限增殖和高致瘤潜能的细胞。CSCs的特点是呈球状、特定细胞标志的表达以及通过膜转运蛋白泵出抗肿瘤药物的能力导致肿瘤耐药性。Cav-1作为膜转运蛋白之一，参与调节CSCs的信号转导。Lin等[4]研究发现，Cav-1可引起CSCs和神经内分泌分化的核因子κB(nuclear factor-kappa B，NF-κB)级联反应表型，并通过正调控NF-κB信号通路介导的上皮-间充质转化和神经内分泌分化表型，促进前列腺癌细胞的迁移和侵袭；Luanpitpong等[20]研究表明，Cav-1可在肿瘤发生中调节肺癌干细胞诱导，从而抑制下游抑癌分子p53，促进CSCs的诱导和肺癌的发展。另有研究发现，Cav-1可能通过调节β联蛋白(β-catenin)/腺苷三磷酸结合转运蛋白G超家族成员2介导乳腺癌CSCs耐药的上游因素[21]。Yongsanguanchai等[22]研究表明，NO上调Cav-1使肺癌细胞中CSCs标志物CD133和乙醛脱氢酶1A1增加，突出了NO在CSCs调节中的新作用。Maiuthed等[8]进一步研究发现，NO可以磷酸化Cav-1 N端的第14位酪氨酸残基，破坏Cav-1与八聚体结合转录因子4的结合，从而降低八聚体结合转录因子4的转录活性，影响CSCs的活性。Wang等[23]研究发现，Cav-1可通过蛋白酶体途径促进乳腺癌的CSCs泛素化和c-myc癌基因降解，抑制乳腺癌的发生。综上所述，Cav-1的表达与肿瘤的起始阶段密切相关，Cav-1影响肿瘤血管新生和CSCs的特性(不断自我更新、无限增殖和高致瘤潜能等)，有望作为新靶点用于临床肿瘤的诊断和治疗。

2.2Cav-1对肿瘤转移的影响 肿瘤转移是指恶性肿瘤细胞从原发肿瘤部位脱离，经血管或体腔等途径，通过迁移、外渗扩散或细胞黏附到其他部位继续生长的过程。研究发现，Cav-1可能通过肿瘤转移中的肿瘤细胞黏附运动、失巢凋亡和自噬激活等过程影响肿瘤转移[5-6]。Cav-1通过与细胞骨架相互作用以及调节细胞与细胞外基质的相互作用，控制细胞的移动性。肿瘤细胞的侵袭和转移能力与肿瘤周围细胞外基质变化有关，肿瘤细胞通过细胞表面黏附分子与细胞外基质结合，启动细胞内各种信号通路，有助于维持肿瘤细胞的组织结构和细胞代谢。Ortiz等[24]研究发现，细胞外基质特异表达的Cav-1，在Y14位点磷酸化后，可以增加肿瘤细胞间局部黏附及整合素β1的表达，从而促进黑色素瘤的转移。Meng等[25]研究发现，Cav-1是第14位酪氨酸残基上磷酸化的主要肉瘤基因(sarcoma gene，src)激酶底物，Cav-1区域内含有高度保守的小窝支架结构域(caveolin scaffolding domain，CSD)(氨基酸82-101)；进一步利用CSD突变体和膜透性CSD竞争肽证明，src激酶依赖的Cav-1第14位酪氨酸残基磷酸化可以稳定局部黏附蛋白，维持黏附张力并促进癌细胞迁移，且此过程与Cav-1 CSD区域密切相关。Campos等[26]研究发现，Cav-1将细胞外囊泡牵涉到自分泌和旁分泌信号转导中，可能通过转移参与黏附的蛋白质促进受体细胞的迁移和侵袭，表明Cav-1在转移性乳腺癌细胞的细胞外囊泡中的高表达促进了乳腺癌细胞的转移和侵袭。

失巢凋亡是细胞从细胞外基质中分离后引起的一种程序性细胞死亡，是大多数正常上皮和间充质细胞的基本特征，其意义在于防止脱落的细胞生长并植入其他不合适的部位，从而抑制肿瘤细胞转移。肿瘤细胞可以获得抗失巢反应成为治疗癌症的一个重要障碍。Wang等[5]研究发现，土贝母皂苷V通过抑制非贴壁培养诱导的Cav-1过度表达、表皮生长因子受体活化以及整合素β1-黏着斑激酶活化，逆转失巢凋亡，为三阴性乳腺癌的治疗提供了理论指导。Tang等[27]研究发现，Cav-1在高侵袭性肝癌细胞系中上调，并通过促进小窝内陷和胰岛素样生长因子-1受体内化，激活胰岛素样生长因子-1通路，增加肝癌细胞抗失巢凋亡的能力。肺癌细胞中的Cav-1水平与细胞的抗失巢性、非锚定生长、迁移及侵袭行为呈正相关，而与顺铂敏感性、细胞黏附性以及附着条件下的生长无显著相关性[6]。Chunhacha等[28]研究发现，Cav-1通过蛋白-蛋白相互作用阻止骨髓细胞白血病蛋白1通过泛素-蛋白酶体途径降解，并抑制骨髓细胞白血病蛋白1在人肺癌细胞凋亡期间下调。Chanvorachote等[29]发现，NO调控Cav-1可能是肿瘤细胞抵抗失巢凋亡的关键机制，NO通过干扰Cav-1的泛素过程，抑制Cav-1的下调，从而诱导细胞失巢凋亡稳定性和功能。

自噬是一个吞噬自身细胞质蛋白或细胞器使其包被进入囊泡，并与溶酶体融合形成自噬溶酶体，降解其所包裹的内容物的过程。在肿瘤发展中，自噬对肿瘤的转移有促进肿瘤细胞存活和抑制肿瘤细胞生长的双重作用。Cav-1与自噬直接相关或调节自噬。Hall等[30]研究发现，Cav-1是瞬时受体电位褪黑素3的上游调节剂，其可控制钙离子和锌离子的通量，并通过自噬相关蛋白轻链3A/B亚型刺激自噬，从而促进肾癌细胞的增殖；Liu等[31]研究发现，Cav-1可激活肝癌细胞的胞外信号调节激酶、c-Jun氨基端激酶、p38促分裂原活化的蛋白激酶以及信号转导及转录激活因子3信号通路，并抑制肝癌细胞的自噬，这一发现也为抑制自噬作为潜在的治疗手段提供了依据。Cav-1表达水平上调及其磷酸化激活与转移性肿瘤细胞迁移和侵袭能力、抗失巢性以及转移性肿瘤细胞自噬激活等过程呈正相关[24-25,29-30]，导致肿瘤的转移和复发。

2.3Cav-1对肿瘤多药耐药的影响 Cav-1的表达与肿瘤多药耐药密切相关，抑制其功能已作为肿瘤治疗过程中化疗增敏的重要策略。Wang等[7]研究发现，Cav-1通过激活Wnt/β-catenin信号通路和原癌基因人类表皮生长因子受体2，增强胃癌细胞对顺铂的耐药性。Zheng等[10]研究发现，黄芪皂苷Ⅳ通过抑制Cav-1的表达，进而激活内皮型一氧化氮合酶/NO/过氧亚硝基通路，增加紫杉醇对乳腺癌的化疗敏感性。Huang等[11]发现，微RNA(microRNA，miRNA/miR)-204表达的增强可以通过抑制Cav-1/蛋白激酶B/B细胞淋巴瘤-2基因相关启动子通路使CR-A549和CR-PC9细胞对顺铂诱导的线粒体凋亡再敏感，证明miR-204/Cav-1轴的失调是肺癌细胞产生化疗耐药的重要机制。在不同条件下，Cav-1表达水平的显著差异可导致其对肿瘤耐药的不同影响。Kamposioras等[32]通过人胰腺癌模型研究Cav-1在体外和体内的表达与癌细胞增殖及化疗耐药的关系发现，成纤维细胞中Cav-1的下调导致肿瘤生长速度和化疗耐药性增加；而Ruan等[33]研究发现，Cav-1在对舒尼替尼耐药的肾癌细胞系中表达上调，Cav-1过表达促进了对舒尼替尼的耐药性。另外，Cav-1还可通过靶向药物转运蛋白影响肿瘤多药耐药。Zhang等[12]采用免疫组织化学方法检测84例食管鳞癌组织中Cav-1、P-糖蛋白和多药耐药蛋白-1的表达发现，Cav-1通过调节P-糖蛋白和多药耐药蛋白-1的表达影响食管鳞癌多药耐药；Fan等[13]研究发现，活化的蛋白激酶C受体1作为信号枢纽介导src与药物转运蛋白P-糖蛋结合，从而促进src磷酸化Cav-1，消除Cav-1对P-糖蛋白的抑制作用。综上所述，Cav-1可以通过直接杀伤/抑制肿瘤细胞，激活氧化应激通路，调控非编码RNA及靶向药物转运蛋白，从而影响肿瘤的多药耐药。

2.4Cav-1与肿瘤微环境 肿瘤的发生、发展不仅与肿瘤细胞增殖有关，还取决于肿瘤细胞与间质微环境的相互作用。作为关键调节因子的基质Cav-1可能成为潜在的治疗靶点。肿瘤微环境是指对肿瘤的发生和转移具有重要意义的局部稳态环境，不仅包括肿瘤所在组织的结构、功能和代谢，还与肿瘤细胞自身(核和胞质)的内在环境有关。癌细胞相关成纤维细胞是肿瘤微环境的主要组成部分，在肿瘤进展中起重要作用[14-15,34]。Goetz等[34]研究发现，通过Rho家族鸟苷三磷酸激活蛋白(p190RhoGAP)调节成纤维细胞中Cav-1的表达，有利于癌细胞的定向迁移和侵袭。Yamao等[14]通过减少胰腺癌临床样品建立的成纤维细胞系中Cav-1的表达发现，Cav-1的下调降低了胰腺癌细胞的侵袭性。Shimizu等[15]研究发现，在Ⅰ期浸润性肺腺癌中，具有Cav-1高表达成纤维细胞的肿瘤更易出现血管和胸膜浸润，表明Cav-1在肿瘤微环境中促进了肿瘤的生长转移，靶向Cav-1高表达成纤维细胞可提高恶性肿瘤治疗的有效性。Vered等[35]研究指出，Cav-1可能因缺氧而上调，并以肿瘤依赖性的方式发挥作用；同时，该研究还发现了Cav-1在舌癌及其肿瘤微环境中的作用及临床意义，揭示了Cav-1主要参与舌癌细胞的上皮-间充质转化以及肿瘤微环境中成纤维细胞的横向分化过程，且Cav-1在肿瘤微环境中的高表达与不良预后显著相关。

缺氧是一种普遍存在的促进恶性肿瘤进展、转移和死亡的微环境因素。有研究表明，低氧通过Cav-1调节肿瘤细胞表面蛋白质组的转运，而缺氧诱导因子1α(hypoxia-inducible factor-1α，HIF-1α)上调Cav-1的表达可促使肿瘤细胞的增殖、迁移和侵袭[36-38]。Chen等[36]通过逆转录定量聚合酶链反应和蛋白质印迹实验发现，HIF-1α与Cav-1在多形胶质母细胞瘤细胞中的表达水平呈正相关，表明HIF-1α和Cav-1的高表达促进肿瘤转移。Castillo Bennett等[37]研究证明，低氧诱导转移性癌细胞的迁移和侵袭需要依赖HIF-1α/Cav-1信使RNA的诱导和src家族激酶的激活。以上结果说明，缺氧以依赖于HIF-1α的方式增加Cav-1蛋白水平。Mao等[38]研究发现，低氧诱导的Cav-1通过激活NF-κB途径发挥钙结合蛋白S100P的正调节作用，促进肝细胞癌的发生和转移。Kannan等[39]研究发现，在低氧条件下，Cav-1通过HIF-1α/热激蛋白90/Cav-1/表皮生长因子受体/信号转导及转录激活因子3信号通路，上调上皮向间充质的转化，促进胃癌的进展。综上所述，肿瘤微环境中Cav-1的异常表达与肿瘤的浸润和侵袭密切相关，提示患者预后不良和复发转移的可能性。

3 小 结

Cav-1表达水平在肿瘤细胞的信号转导和肿瘤发生、发展进程中起重要作用，大量证据表明Cav-1参与了肿瘤的进展和转移[7-8,10-11,26-27,30-34]。在肿瘤起始阶段，Cav-1可通过血管生成和CSCs发挥作用；在肿瘤转移阶段，Cav-1通过肿瘤细胞的黏附运动、失巢凋亡和自噬调控影响肿瘤的侵袭和转移，并在缺氧环境下呈HIF-1α依赖性。然而，Cav-1在肿瘤中发挥抑癌或致癌作用仍然缺乏一致性。Cav-1与肿瘤发生、发展的研究尚处于初级阶段，随着研究的不断深入，Cav-1可能会为肿瘤的诊断、治疗以及提高化疗药物敏感性提供新方向，成为各类型肿瘤治疗的新靶点。