钱 华1李亚军2▲

1.西安医学院研究生院，陕西西安710068；2.西安医学院第一附属医院神经内科，陕西西安710077

[摘要]血-脑脊液屏障是维持中枢神经系统稳定的关键因素。内皮细胞小窝蛋白（caveolins）的重要标志物小窝蛋白-1（caveolin-1）在血-脑脊液屏障中扮演重要角色。caveolin-1参与了血-脑脊液屏障受外界侵略和信号转导的过程。目前对caveolin-1的研究仍然较少，本次的回顾性研究认为caveolin-1对血-脑脊液屏障以及中枢神经系统疾病都具有非常重要的意义。

[关键词]血-脑脊液屏障；细胞窖；小窝蛋白-1；紧密连接

脑微血管内皮细胞是血-脑脊液屏障的重要组成部分，内皮细胞质膜表面有丰富的内陷囊状结构，即为细胞窖（caveolae），也称为小窝。caveolae功能紊乱被认为与广泛疾病如脂代谢障碍、心脏疾病、感染、骨质疏松及癌症相关[1]。小窝蛋白（caveolins）是caveolae的标志性蛋白，由小窝蛋白基因编码而成。目前已确定的caveolins家族成员有：caveolin-1、caveolin-2和caveolin-3，其中caveolin-1是目前研究的热点。caveolin-1是caveolae的主要结构组分和唯一功能载体，在大多数细胞中呈高水平表达，比如脂肪细胞、内皮细胞、纤维细胞、平滑肌细胞以及上皮细胞。免疫组化结果显示在正常脑组织中，caveolin-1主要在内皮细胞中表达，尤其在脑微血管内皮细胞中有较高的表达水平[2]。caveolae的分子组成表明caveolins具有储存、加工信使的功能，并可以直接与caveolae相关信号分子相互作用。有研究提示，caveolin-1在神经发育、突触可塑性及神经退行性疾病中都起着非常重要的作用。近年来，caveolin-1与血-脑脊液屏障关系的研究也得到了越来越多的重视。本文综述caveolin-1在血-脑脊液屏障中的作用，为中枢神经系统疾病的病因研究和诊治提供新的思路。

caveolae从细胞膜中形成和分离都由caveolin-1的磷酸化来控制。caveolae和内吞囊泡一样，通过细胞间隙运输后与基底内皮表面融合，释放自身内容物到细胞间隙[3]。对大脑皮质微血管的研究表明，caveolin-1在由内皮细胞、周细胞、血管星形胶质细胞组成的血管墙中表达[4]。caveolin-1的表达与内皮细胞屏障通透性相关[5]。caveolin-1在大脑微血管中的研究提示，caveolin-1可能与血-脑脊液屏障的功能相关。

过去几十年的研究证实，大脑内皮细胞紧密连接的膜蛋白包括claudin蛋白、occludin蛋白以及连接黏附分子负责将内皮细胞密封连接起来。跨膜蛋白通过紧密连接蛋白，如ZO-1、ZO-2与肌动蛋白细胞骨架相连[6]。这些紧密连接蛋白表达的变化可以破坏血-脑脊液屏障，从而引起脑水肿以及相关的脑组织损伤[7]。caveolin-1可以形成一个早期及关键的调控点去破坏紧密连接蛋白。在小鼠大脑皮质冷冻损伤模型中，caveolin-1表达的增加领先于occludin和claudin-5蛋白表达的减弱；有研究显示，在血-脑脊液屏障开放的过程中，caveolin-1的表达改变早于紧密连接蛋白表达的改变[8]，这些均说明caveolin-1主要在早期血-脑脊液屏障破坏的过程中发挥作用[9]。

在中枢神经系统感染中，由趋化因子调节的紧密连接蛋白及caveolin-1的表达与分布也会影响血-脑脊液屏障的完整性。在培养的人星形胶质细胞中，早前称为单核细胞趋化蛋白-1（CCL2）可导致caveolin-1表达下调及紧密连接蛋白occludin、ZO-1表达减少[10]。在趋化因子穿过脑微血管内皮细胞的过程中，CCL2的内部化作用可能依赖于caveolae的完整性及CCL2-caveolin-1的共定位[11]。CCL2对内皮细胞的影响通过caveolin-1从它的受体CCR2传递给细胞骨架，紧接着是紧密连接。

血管内皮生长因子（VEGF）也可以引起血管内皮细胞中caveolin-1下降以及ZO-1、occludin蛋白分布和表达的变化。白细胞介素-15（IL-15）及其受体均由肿瘤坏死因子-α（TNF-α）刺激生成。TNF和IL-15都可以导致claudin-2减少，而caveolin-1通过caveolins基因的诱导由TNF和IL-15调节表达[12]，因此一个包含有CCL2，caveolin-1，紧密连接或其他因素如VEGF、IL-15、TNF的信号通路也许在炎症感染和血管生成过程中都有一定的意义，每个过程都伴随血-脑脊液屏障通透性增加，所以在调节由CCL2诱导的脑微血管内皮细胞连接蛋白的表达和维持血-脑脊液屏障完整的过程中，caveolin-1都起着非常重要的作用。

在不同的中枢神经系统疾病中，caveolin-1通过与其他蛋白及信号分子的相互作用参与了血-脑脊液屏障的不同改变。

2.1 脑缺血

研究证实，caveolins在缺血性损伤过程中发挥重要作用。自由基在脑缺血/再灌注损伤中扮演非常重要的角色，有毒自由基的累积不仅可提高脑组织对缺血性损伤的敏感性，还可诱导大量分子级联的发生，最终导致血-脑脊液屏障通透性增加，脑组织水肿，出血转化以及炎症反应。在基础条件下，caveolin-1通过在脑组织内皮细胞上结合内皮型-氧化氮合酶（eNOS）抑制其活动[13]。野生型脑组织比caveolin-1基因敲除脑组织增生内皮细胞的数量及eNOS蛋白水平都高[14]。NO在脑组织中调节caveolin-1的表达，在缺血脑组织中，caveolin-1的消耗与NO的产生息息相关。在eNOS的参与下，caveolin-1与NO之间存在一个正反馈循环通路，这个通路在脑缺血/再灌注损伤时对血/脑脊液屏障的破坏会造成很大的影响[15]。

基质金属蛋白酶（MMPs）在血-脑脊液屏障破坏中也扮演非常重要的角色。NO通过对一个可以调节酶活化过程的重要半胱氨酸进行亚硝基化从而激活MMPs。在缺血脑组织中，激活的MMPs可以破坏对维持血-脑脊液屏障开放状态非常重要的蛋白，如基质蛋白、紧密连接蛋白等。由激活的MMPs切开的蛋白切口提高了血-脑脊液屏障的通透性[16]。caveolin-1水平的下降与MMP-2、MMP-9活性的提高，紧密连接蛋白ZO-1表达的减少和血-脑脊液屏障通透性的增加相关。在脑梗死早期急性溶栓时，脑缺血会促进MMP-2介导的occludin水平降低以及caveolin-1介导的claudin-5再分布，最终导致血-脑脊液屏障的破坏[17-18]。

总之，在脑缺血后caveolin-1表达减少可以提高eNOS的活性，最终导致NO水平增高。在eNOS的参与下，caveolin-1与NO之间存在一个正反馈循环通路，对血-脑脊液屏障紊乱造成很大的影响。最后，由NO激活的MMPs切割紧密连接蛋白、occludin蛋白、claudin蛋白并降解基底膜蛋白组件，导致血-脑脊液屏障完整性破坏[19]，因此，活性氧可以通过消耗caveolin-1这个对血-脑脊液屏障通透性非常重要的决定因素来提高rt-PA对MMPs激活的作用[20]。

2.2 中枢神经系统感染

新型隐球菌通过跨血-脑脊液屏障途径导致中枢神经系统感染。在新型隐球菌感染的人脑组织微血管细胞中，主受体CD44与磷酸化的caveolin-1在胞膜上共定位。隐球菌侵犯人脑微血管内皮细胞（HBMECs）是一个依赖于脂筏/caveolae的内吞过程。caveolin-1和磷酸化的caveolin-1是隐球菌跨血-脑脊液屏障的媒介[21]。

血-脑脊液屏障对于阻止HIV病毒进入脑组织也非常重要。HIV蛋白被HIV-1感染的细胞释放，可以通过使紧密连接功能紊乱和诱导氧化还原反应激活定位于caveolae的信号分子从而影响脑组织内皮细胞和血-脑脊液屏障的完整性[22]。在HBMECs，Ras和Rhoas信号通路通过Tat蛋白（HIV的特异性蛋白）被明显激活，同时会出现caveolin-1表达增加以及连接蛋白减少。通过对Ras信号通路的药物性抑制和压制caveolin-1基因，连接蛋白被有效地保护起来。Tat蛋白激活了caveolae相关的Ras和Rho信号通路，这些都对紧密连接的破坏非常重要。caveolin-1可以形成一个重要的调节分子去控制导致紧密连接蛋白破坏的Ras信号通路。

MMP-9也参与了HIV-1导致的血-脑脊液屏障破坏。接触HIV-1感染的单核细胞诱导了ERK1/2和Akt的磷酸化，这些过程可以通过遏制caveolin-1基因而减弱。把HBMECs和HIV-1感染的单核细胞共同培养后发现，MMP-9激动剂和酶的活性明显提高。遏制caveolin-1基因的表达可以有效抑制所有HIV-1诱导的MMP-9激动剂的活性。

综上所述，caveolin-1有可能成为艾滋病等病毒疫苗的一个新的治疗方向。

2.3 其他神经系统疾病

在新生儿黄疸中，神经系统紊乱由高水平的非结合性胆红素（UCB）进入脑组织改变脑组织微血管系统导致。UCB对HBMECs的早期影响包括影响caveolae数量、caveolin-1表达增加，VEGF水平上调等，但细胞旁路的通透性并没有改变。然而持续高胆红素状态可以减少ZO-1、紧密连接链和细胞间的联系，这都是血-脑脊液屏障破坏的表现[23]。最终高浓度的UCB通过氧化应激刺激、细胞因子的释放以及cave olin-1表达增加对HBMECs造成影响。Wernicke脑病是由硫胺素（维生素B1）缺乏导致的脑组织代谢紊乱。在硫酸素缺乏小鼠的丘脑中发现caveolin-1基因和蛋白表达的大幅度增加，伴随大量IgG外溢。在脑外伤、退行性脑疾病、脑肿瘤等其他神经系统疾病中，caveolin-1都扮演着相当重要的角色。

脑微血管内皮细胞控制着血液和脑细胞的相关交流，血-脑脊液屏障是其重要组成成分。caveolin-1是caveolae的组成成分，在血-脑脊液屏障的生理、病理改变中扮演重要角色。作为吞饮小泡的主要成分，caveolin-1对caveolae相关的跨细胞转运非常重要。caveolin-1形成了很多可以控制信号通路和破坏细胞旁路紧密连接蛋白的重要调节分子。细胞旁路的开通提高了血-脑脊液屏障的通透性，导致药物转运加快和血-脑脊液屏障破坏。许多信号分子与caveolin-1组成复合体，在各项活动中作为媒介发挥作用。减少caveolin-1基因的表达和破坏caveolae可以减弱或消除血-脑脊液屏障的病理性损伤。在将来，对脑微血管内皮细胞的caveolin-1基因敲除也许可以成为一个新的治疗措施。物理刺激和药物可以通过激活caveolin-1提高血-脑脊液屏障的通透性，这也为脑组织靶向运输大分子或药物提供了新的治疗策略。caveolin-1有可能成为治疗中枢神经系统疾病的一个新的靶点。

[1]Hayashi YK，Matsuda C，Ogawa M，et al.Human PTRF mutations cause secondary deficiency of caveolins resulting in muscular dystrophy with generalized lipodystrophy[J].J Clin Invest，2009，119（9）：2623-2633.

[2]张强，王嵘.Caveolae及Caveolin-1对恶性脑肿瘤微血管通透性的影响[J].国际神经病学神经外科学杂志，2012，39（5）：438-440.

[3]Kim MP，Park SI，Kopetz S，et al.Src family kinases as mediators of endothelial permeability：effects on inflammation and metastasis[J].Cell Tissue Res，2009，335（1）：249-259.

[4]Jin X，Sun Y，Xu J，et al.Caveolin-1 mediates tissue plasminogen activator-induced MMP-9 up-regulation in cultured brain microvascular endothelial cells[J].J Neurochem，2015，132（6）：724-730.

[5]Shao M，Yue Y，Sun GY，et al.Caveolin-1 regulates Rac1 activation and rat pulmonary microvascular endothelial hyperpermeability induced by TNF-α[J].PLoS One，2013，8（1）：e55213.

[6]Sreekanthreddy P，Gromnicova R，Davies H，et al.A threedimensional model of the human blood-brain barrier to analyse the transport of nanoparticles and astrocyte/endothelial interactions[J].F1000Res，2015，4：1279.

[7]Zhong Y，Smart EJ，Weksler B，et al.Caveolin-1 regulates human immunodeficiency virus-1 Tat-induced alterations of tight junction protein expression via modulation of the Ras signaling[J].J Neurosci，2008，28（31）：7788-7796.

[8]Li Z，Liang G，Ma T，et al.Blood–brain barrier permeability change and regulation mechanism after subarachnoid hemorrhage[J].Metabolic Brain Disease，2014，30（2）：597-603.

[9]Nag S，Manias JL，Stewart DJ.Expression of endothelial phosphorylated caveolin-1 is increased in brain injury[J]. Neuropathol Appl Neurobiol，2009，35（4）：417-426.

[10]Xu S，Xue X，You K，et al.Caveolin-1 regulates the expression of tight junction proteins during hyperoxia-induced pulmonary epithelial barrier breakdown[J].Respir Res，2016，17（1）：1-14.

[11]Ge S，Song L，Serwanski DR，et al.Transcellular transport of CCL2 across brain microvascular endothelial cells[J].J Neurochem，2008，104（5）：1219-1232.

[12]Stone KP，Kastin AJ，Pan W.NFκB is an unexpected major mediator of interleukin-15 signaling in cerebral endothelia[J]. Cell Physiol Biochem，2011，28（1）：115-124.

[13]Gu X，Fliesler SJ，Zhao YY，et al.Loss of caveolin-1 causes blood-retinal barrier breakdown，venous enlargement，and mural cell alteration[J].Am J Pathol，2014，184（2）：541-555.

[14]Morais C，Ebrahem Q，Anand-Apte B，et al.Altered angiogenesis in caveolin-1 gene-deficient mice is restored by ablation of endothelial nitric oxide synthase[J].Am J Pathol，2012，180（4）：1702-1714.

[15]Shen J，Ma S，Chan P，et al.Nitric oxide down-regulates caveolin-1 expression in rat brains during focal cerebral ischemia and reperfusion injury[J].J Neurochem，2006，96（4）：1078-1089.

[16]Zhou J，Li J，Rosenbaum DM，et al.Thrombopoietin protects the brain and improves sensorimotor functions：reduction of stroke-induced MMP-9 upregulation and blood-brain barrier injury[J].J Cereb Blood Flow Metab，2011，31（3）：924-933.

[17]Gu Y，Zheng G，Xu M，et al.Caveolin-1 regulates nitric oxide-mediated matrix metalloproteinases activity and blood-brain barrier permeability in focal cerebral ischemia and reperfusion injury[J].J Neurochem，2012，120（1）：147-156.

[18]Liu J，Jin X，Liu KJ，et al.Matrix metalloproteinase-2-mediated occludin degradation and caveolin-1-mediated claudin-5 redistribution contribute to blood-brain barrier damage in early ischemic stroke stage[J].J Neurosci，2012，32（9）：3044-3057.

[19]Gottschall PE，Barone FC.Important role for endothelial calveolin-1 in focal cerebral ischemia-induced bloodbrain barrier injury[J].J Neurochem，2012，120（1）：4-6.

[20]Lakhan SE，Kirchgessner A，Tepper D，et al.Matrix metalloproteinases and blood-brain barrier disruption in acute ischemic stroke[J].Front Neurol，2013，4（32）：1-15.

[21]Long M，Huang SH，Wu CH，et al.Lipid raft/caveolae signaling is required for Cryptococcus neoformans invasion into human brain microvascular endothelial cells[J].J Biomed Sci，2012，19：9.

[22]Atluri VS，Hidalgo M，Samikkannu T，et al.Effect of human immunodeficiency virus on blood-brain barrier integrity and function：an update[J].Front Cell Neurosci，2015，9（212）：1-10.

[23]Palmela I，Sasaki H，Cardoso FL，et al.Time-dependent dual effects of high levels of unconjugated bilirubin on the human blood-brain barrier lining[J].Front Cell Neurosci，2012，6（22）：1-14.

Study the role of caveolin-1 in blood cerebrospinal fluid barrier

QIAN Hua1LI Ya-jun2▲
1.Graduate School of Xi′an Medical University in Shaanxi Province,Xi′an710068,China;2.Department of Internal Medicine-Neurology,the First Hospital Affiliated to Xi′an Medical University in Shaanxi Province,Xi′an710077,China

[Abstract]Blood cerebrospinal fluid barrier is the key factor to maintain the stability of central nervous system. Important marker(caveolin-1)of endothelial cell caveolins plays an important role in the blood brain cerebrospinal fluid barrier.caveolin-1 is involved in the process of blood cerebrospinal fluid barrier by external aggression and signal transduction.At present,the research on caveolin-1 is still few.This retrospective study suggests that caveolin-1 has a very important significance in the blood cerebrospinal fluid barrier and central nervous system diseases.

[Key words]Blood cerebrospinal fluid barrier;Cell cellar;Caveolin-1;Tight connection

[中图分类号]R74

[文献标识码]A

[文章编号]1674-4721（2017）01（c）-0017-04

（收稿日期：2016-11-18本文编辑：许俊琴）

[基金项目]西安医学院第一附属医院院级科研项目（XYFY2015-16）

▲通讯作者