孟慶勝(綜述)，婁曉麗，朱 濤(審校)

(1.南京醫(yī)科大學(xué)，南京 210029； 2.上海市松江區(qū)中心醫(yī)院中心實(shí)驗(yàn)室，上海 201699； 3.上海市松江區(qū)中心醫(yī)院麻醉科，上海 201699)

國(guó)際疼痛學(xué)會(huì)神經(jīng)病理性疼痛學(xué)組將神經(jīng)病理性疼痛定義為“由軀體感覺(jué)神經(jīng)系統(tǒng)的損傷或疾病而直接造成的疼痛”，代謝或營(yíng)養(yǎng)性神經(jīng)改變、病毒感染、神經(jīng)遞質(zhì)功能障礙等均可導(dǎo)致神經(jīng)病理性疼痛的發(fā)生。神經(jīng)病理性疼痛的主要特征包括痛過(guò)敏、痛過(guò)度及異常痛[1]。神經(jīng)病理性疼痛發(fā)病機(jī)制復(fù)雜，臨床上缺乏有效的治療方法和藥物使其緩解或治愈。糖尿病誘發(fā)的神經(jīng)病理性疼痛是糖尿病患者晚期主要并發(fā)癥之一，也是導(dǎo)致足部截肢的主要原因[2]。

脂筏是一種存在于細(xì)胞膜或細(xì)胞亞單位膜上的含有特殊脂質(zhì)及蛋白質(zhì)的微區(qū)，陷窩蛋白(Caveolin)是構(gòu)成脂筏的重要成分，與細(xì)胞多種生理活動(dòng)有關(guān)，也與周圍神經(jīng)病變相關(guān)。該文主要就Caveolin在糖尿病神經(jīng)病理性疼痛中的作用予以綜述。

1 Caveolin的結(jié)構(gòu)與生物學(xué)功能

1.1Caveolin的結(jié)構(gòu)、分布與特性 小凹又稱胞膜窖，是脂筏的一種特殊形式，位于細(xì)胞膜上，是生物學(xué)家Palade[1]于1953年在心臟的內(nèi)皮細(xì)胞膜中發(fā)現(xiàn)的一種特異性的內(nèi)陷結(jié)構(gòu)，后來(lái)Yamada[2]在膽囊細(xì)胞膜上也發(fā)現(xiàn)相似結(jié)構(gòu)。Caveolin是構(gòu)成細(xì)胞質(zhì)膜微囊(Caveolae)的主要骨架蛋白，屬整合膜蛋白，具有跨膜結(jié)構(gòu)域，寡聚化結(jié)構(gòu)域以及腳手架結(jié)構(gòu)域。目前Caveolin家族已經(jīng)發(fā)現(xiàn)有3種分子:Caveolin-1,Caveolin-2和Caveolin-3。各分子的分布具有組織特異性，Caveolin-1是Caveolae的主要蛋白，可在大多數(shù)細(xì)胞中表達(dá)，如神經(jīng)元、神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞、血管內(nèi)皮細(xì)胞、脂肪細(xì)胞等。Caveolin-2常與Caveolin-1共同表達(dá)于同一細(xì)胞中。與Caveolin-2和Caveolin-1不同，目前發(fā)現(xiàn)Caveolin-3通常僅在平滑肌、骨骼肌、心肌等肌肉組織中表達(dá)，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，其中間肽鏈位于胞膜內(nèi)，N端和C端位于胞質(zhì)內(nèi)。此外，還有一些特殊的特性：①脂?；揎?；②與脂質(zhì)相互作用；③腳手架區(qū)域是Caveolin寡聚化結(jié)構(gòu)一功能區(qū)域，其可能影響Caveolin-1與分子間的相互作用。Caveolin-2和Caveolin-3中也具有Caveolin-1中發(fā)夾樣的拓?fù)鋵W(xué)結(jié)構(gòu)[3]。

1.2Caveolin的生物學(xué)功能 Caveolin除了在結(jié)構(gòu)上是Caveolae的骨架蛋白以外，還參與Caveolae介導(dǎo)的生物學(xué)功能，所產(chǎn)生的生物學(xué)效應(yīng)取決于組織細(xì)胞的特異性、構(gòu)成Caveolin的亞型以及配體受體等。

1.2.1參與Caveolae的形成 通過(guò)細(xì)胞剔除Caveolin-1基因和轉(zhuǎn)染Caveolae分子研究發(fā)現(xiàn)，Caveolin-1可介導(dǎo)Caveolae的構(gòu)成，通過(guò)寡聚化結(jié)構(gòu)域Caveolin-1與Caveolin-2形成的異源寡聚體對(duì)于Caveolae的正確形成以及生物學(xué)功能具有重要作用[4]。

1.2.2參與大分子物質(zhì)的運(yùn)輸 髓鞘中含有的膽固醇占髓鞘總量的25%，Caveolin-1有助于膽固醇的流入與流出；參與病毒的轉(zhuǎn)運(yùn)；毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞中的Caveolin-1可能參與血腦屏障中的物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)。另外，位于成纖維細(xì)胞中的Caveolin-1能以可溶性形式存在細(xì)胞質(zhì)中，與熱激蛋白56等形成伴侶復(fù)合物，將內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中的膽固醇轉(zhuǎn)運(yùn)到胞膜[5-6]。

1.2.3參與并調(diào)控多種細(xì)胞信號(hào)的轉(zhuǎn)導(dǎo) 到目前為止，研究發(fā)現(xiàn)Caveolin-1參與調(diào)控多種信號(hào)分子的轉(zhuǎn)導(dǎo)，如Caveolin-1可抑制內(nèi)皮型一氧化氮合酶所介導(dǎo)的信息傳遞[7]；Caveolin-1的缺失可能影響細(xì)胞間的縫隙連接而導(dǎo)致神經(jīng)細(xì)胞信息向后傳遞中斷[8]；Caveolin-2通過(guò)調(diào)控轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β介導(dǎo)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，參與內(nèi)皮細(xì)胞的增殖[9]。

在胰島素信號(hào)傳遞過(guò)程中，研究證實(shí)在2型糖尿病小鼠肝臟中過(guò)表達(dá)Caveolin-1能降低空腹血糖，改善胰島素抵抗，增強(qiáng)糖原合成酶的表達(dá)，下調(diào)糖異生關(guān)鍵酶磷酸烯醇式丙酮酸激酶的表達(dá)[10]。

通過(guò)基因剔除和轉(zhuǎn)染研究發(fā)現(xiàn)，Caveolin家族分子參與了糖尿病[11]、動(dòng)脈粥樣硬化[12]、周圍神經(jīng)病變[13]等多種疾病的發(fā)生和發(fā)展，有關(guān)其在各疾病中的具體作用還需進(jìn)一步研究。

2 Caveolin與糖尿病神經(jīng)病理性疼痛

糖尿病神經(jīng)病理性疼痛是臨床上常見(jiàn)的由于周圍神經(jīng)病變而引發(fā)的疼痛，是晚期糖尿病患者的主要并發(fā)癥之一，其發(fā)病機(jī)制復(fù)雜，目前臨床上無(wú)有效的治療措施。

2.1Caveolin-1與施萬(wàn)細(xì)胞 糖尿病導(dǎo)致的周圍神經(jīng)病病變除了軸突發(fā)生退行性病變外，構(gòu)成有髓神經(jīng)元髓鞘的施萬(wàn)細(xì)胞(schwann cell，SCs)也發(fā)生了異常改變，軸突可通過(guò)SCs來(lái)調(diào)控髓鞘的厚度[14]，但SCs的形態(tài)和功能的異常并非全部由于軸突的調(diào)控。研究發(fā)現(xiàn)，在成熟的髓鞘SCs中發(fā)現(xiàn)有大量的Caveolin-1表達(dá)[15]，髓鞘堿性蛋白是髓鞘SCs的標(biāo)志，通過(guò)染色發(fā)現(xiàn)Caveolin-1和髓鞘堿性蛋白表達(dá)于同一位點(diǎn)[16]。隨著髓鞘的生長(zhǎng)發(fā)育，SCs中的Caveolin-1逐漸增多[17]。而在高血糖環(huán)境中培養(yǎng)有髓感覺(jué)神經(jīng)纖維，檢測(cè)軸突標(biāo)志物9.5蛋白基因產(chǎn)物含量，發(fā)現(xiàn)軸突標(biāo)志物9.5蛋白基因產(chǎn)物含量并沒(méi)有明顯減少[18]，但SCs已經(jīng)發(fā)生去分化，因此在調(diào)控SCs中，軸突可能只是其中的參與者之一，而Caveolin-1可能參與了SCs的去分化，也暗示SCs的病變可能先于軸突。

除了SCs，研究發(fā)現(xiàn)神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞中也有Caveolin-1的表達(dá)，可調(diào)節(jié)細(xì)胞信號(hào)級(jí)聯(lián)瀑布效應(yīng)[17]。由此推測(cè)，表達(dá)于SCs膜上的Caveolin-1可能參與了糖尿病導(dǎo)致的周圍神經(jīng)病病變，從而引起疼痛的病理生理過(guò)程。

2.2Caveolin-1通過(guò)SCs膜上ErbB受體參與周圍神經(jīng)病變 SCs的生長(zhǎng)發(fā)育有賴于神經(jīng)調(diào)節(jié)蛋白，SCs膜上erbB受體與神經(jīng)調(diào)節(jié)蛋白的結(jié)合有助于SCs的生長(zhǎng)、發(fā)育和分化[19-20]。研究顯示，改變神經(jīng)調(diào)節(jié)蛋白Ⅲ型基因的表達(dá)會(huì)影響髓鞘的厚度[21]。Guertin等[22]通過(guò)短時(shí)間內(nèi)增加ErbB2受體的表達(dá)發(fā)現(xiàn)，SCs發(fā)生了退行性病變。在非糖尿病神經(jīng)病變的動(dòng)物模型中，增加SCs膜上的ErbB2后，神經(jīng)元的傳導(dǎo)速度減慢，機(jī)械性痛閾值下降，發(fā)生了脫髓鞘等周圍神經(jīng)病變[13]。在軸索顯微外科手術(shù)和麻風(fēng)桿菌感染后發(fā)生的快速脫髓鞘病變[22-23]與ErbB2受體酪氨酸激酶活化介導(dǎo)的絲裂原蛋白激酶激活有關(guān)[24]，通過(guò)抑制絲裂原蛋白激酶的激活能改善神經(jīng)傳導(dǎo)速度[25]。此外，Dobrowsky等[16]發(fā)現(xiàn)，ErbB2受體與配體結(jié)合后可以使受體酪氨酸激酶活化，繼而引發(fā)磷脂酰肌醇3激酶信號(hào)通路的激活，磷脂酰肌醇3激酶能否促進(jìn)SCs形成髓鞘以及髓鞘標(biāo)志蛋白的表達(dá)與細(xì)胞所處的生長(zhǎng)發(fā)育時(shí)期相關(guān)。在糖尿病誘發(fā)的周圍神經(jīng)病變的動(dòng)物模型中，構(gòu)成脊髓后角的神經(jīng)纖維發(fā)生脫髓鞘病變，髓鞘蛋白大量消失，SCs數(shù)量減少，細(xì)胞膜上的Caveolin-1表達(dá)明顯下調(diào)，而ErbB2受體明顯上調(diào)[26]。糖尿病導(dǎo)致的Caveolin-1表達(dá)下調(diào)具有特異性，具體機(jī)制目前尚不清楚。滲透性損傷不是細(xì)胞膜上的Caveolin-1表達(dá)明顯下調(diào)的原因，已有實(shí)驗(yàn)證實(shí)用L-葡萄糖或甘露醇改變SCs的內(nèi)環(huán)境并不能模擬高血糖導(dǎo)致的Caveolin-1下降[27]。在SCs中Caveolin-1表達(dá)下調(diào)可能與糖代謝終末期代謝產(chǎn)物有關(guān)。N-乙酰葡糖胺被O-N-乙酰葡萄糖胺轉(zhuǎn)移酶作用后，通過(guò)基因特異性的方式可抑制Caveolin-1的轉(zhuǎn)錄[28]，神經(jīng)生長(zhǎng)因子通過(guò)神經(jīng)生長(zhǎng)因子受體p75能激活c-Jun氨基末端激酶，激活后的c-Jun氨基末端激酶參與抵抗高血糖導(dǎo)致的Caveolin-1下調(diào)[27]。Caveolin-1基因剔除的小鼠ErbB2受體也出現(xiàn)了明顯上調(diào)，周圍神經(jīng)病變也明顯加重[29]。因而猜測(cè)，Caveolin-1可能通過(guò)負(fù)調(diào)控ErbB2參與糖尿病周圍神經(jīng)病變的病理生理過(guò)程。有文獻(xiàn)報(bào)道，Caveolin-1可通過(guò)直接或間接方式抑制ErbB2受體酪氨酸激酶激活，進(jìn)而阻斷神經(jīng)調(diào)節(jié)蛋白與ErbB2受體結(jié)合后導(dǎo)致的絲裂原蛋白激酶激活，從而改善脊髓后角有髓神經(jīng)元的脫髓鞘病變[30]。因此，認(rèn)為Caveolin-1對(duì)ErbB2受體的負(fù)調(diào)控可以保護(hù)神經(jīng)元防止其發(fā)生脫髓鞘病變，進(jìn)而避免周圍神經(jīng)病變的發(fā)生。

2.3磷酸化的Caveolin-1促進(jìn)S100B蛋白與糖基化終產(chǎn)物受體的結(jié)合維持SCs的正常形態(tài) S100B蛋白與糖基化終產(chǎn)物受體的結(jié)合有助于維持SCs的形態(tài)。有文獻(xiàn)報(bào)道，Src家族可以磷酸化Caveolin-1，磷酸化的Caveolin-1能夠促進(jìn)S100B與糖基化終產(chǎn)物受體的結(jié)合，維持SCs的正常形態(tài)[31]。在糖尿病誘發(fā)的周圍神經(jīng)發(fā)生病變的情況下，SCs中的Caveolin-1是下調(diào)的，其正常形態(tài)難以維持，進(jìn)而可能參與了周圍神經(jīng)病變的發(fā)生。此外，在毛細(xì)血管的內(nèi)皮細(xì)胞中存在的Caveolin-1可以參與物質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)，當(dāng)血腦屏障通透性發(fā)生病變時(shí)，毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞中的Caveolin-1表達(dá)也增多，進(jìn)而有可能導(dǎo)致通常不能透過(guò)血腦屏障的物質(zhì)進(jìn)入中樞神經(jīng)系統(tǒng)引發(fā)炎性反應(yīng)[32]。

2.4Caveolin-3與周圍神經(jīng)病變 Caveolin-3是Caveolin家族的成員之一，臨床研究發(fā)現(xiàn)編碼Caveolin-3的基因發(fā)生突變與肢體遠(yuǎn)端感覺(jué)缺失有關(guān)[33]。亞細(xì)胞膜上含有受體酪氨酸激酶，突變后的Caveolin-3可能與高爾基體等亞細(xì)胞膜上的受體酪氨酸激酶結(jié)合，激活蛋白激酶B26和細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶1/2，進(jìn)而引發(fā)周圍神經(jīng)病變[34]。目前還未發(fā)現(xiàn)有關(guān)Caveolin家族其他成員突變后對(duì)周圍神經(jīng)影響的相關(guān)報(bào)道。

3 小 結(jié)

Caveolin家族成員分子參與機(jī)體的多種生命活動(dòng)，尤其是細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)。盡管在周圍神經(jīng)病變中發(fā)現(xiàn)有Caveolin家族成員的參與，但對(duì)于Caveolin家族分子為何會(huì)減少、基因?yàn)楹瓮蛔円约癈aveolin分子引發(fā)的細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、膽固醇轉(zhuǎn)運(yùn)的改變對(duì)周圍神經(jīng)病變病理生理的影響目前仍不清楚，隨著研究的深入，有關(guān)Caveolin/Caveolae在糖尿病神經(jīng)病變中的作用機(jī)制越來(lái)越明確，對(duì)于糖尿病神經(jīng)病變的病因研究和臨床藥物治療，尤其是Caveolin/Caveolae靶向藥物的研發(fā)，都具有十分積極的作用。

[1] Palade GE.An electron microscope study of the mitochondrial structure[J].J Histochem Cytochem,1953,1(4):188-211.

[2] Yamada E.The fine structure of therenal glomerulus of the mouse[J].J Histochem Cytochem,1955,3(4):309.

[3] Galbiati F,Razani B,Lisanti MP.Emerging themes in lipid rafts and caveolae[J].Cell,2001,106(4):403-411.

[4] Drab M,Verkade P,Elger M,etal.Loss of caveolae,vascular dysfunction,and pulmonary defects in caveolin-1 gene-disrupted mice[J].Science,2001,293(5539):2449-2452.

[5] Uittenbogaard A,Ying YS,Smart EJ.Characterization of a cytosolic heat-shock protein-caveolin chaperone complex.Involvement in cholesterol trafficking[J].J Biol Chem,1998,273(11):6525-6532.

[6] Uittenbogaard A,Smart EJ.Palmitoylation of caveolin-1 is required for cholesterol binding,chaperone complex formation,and rapid transport of cholesterol to caveolae[J].J Biol Chem,2000,275(33):25595-25599.

[7] Dubroca C,Loyer X,Retailleau K,etal.RhoA activation and interaction with Caveolin-1 are critical for pressure-induced myogenic tone in rat mensenteric resistance arteries[J].Cardiovasc Res,2007,73(1):190-197.

[8] Saliez J,Bouzin C,Rath G,etal.Role of caveolar compartmentation in endothelium-derived hyperpolarizing factor-mediated relaxation:Ca2+signals and gap junction function are regulated by caveolin in endothelial cells[J].Circulation,2008,117(8):1065-1074.

[9] Xie L,Vo-Ransdell C,Abel B,etal.Caveolin-2 is a negative regulator of anti-proliferative function and signaling of transforming growth factor-β in endothelial cells[J].Am J Physiol Cell Physiol,2011,301(5):C1161-C1174.

[10] Otsu K,Toya Y,Oshikawa J,etal.Caveolin gene transfer improves glucose metabolism in diabetic mice[J].Am J Physiol Cell Physiol,2010,298(3):C450-C456.

[11] Gonzalez-Munoz E,Lopez-Iglesias C,Calvo M,etal.Caveolin-1 loss of function accelerates glucose transporter 4 and insulin receptor degradation in 3T3-L1 adipocytes[J].Endocrinology,2009,150(8):3493-3502.

[12] Fernandez-Hernando C,Yu J,Davalos A,etal.Endothelial-specific overexpression of caveolin-1 accelerates atherosclerosis in apolipoprotein E-deficient mice[J].Am J Pathol,2010,177(2):998-1003.

[13] McGuire JF,Rouen S,Siegfreid E,etal.Caveolin-1 and altered neuregulin signaling contribute to the pathophysiological progression of diabetic peripheral neuropathy[J].Diabetes,2009,58(11):2677-2686.

[14] Michailov GV,Sereda MW,Brinkmann BG,etal.Axonal neuregulin-1 regulates myelin sheath thickness[J].Science,2004,304(5671):700-703.

[15] Mikol DD,Scherer SS,Duckett SJ,etal.Schwann cell caveolin-1 expression increases during myelination and decreases after axotomy[J].Glia,2002,38(3):191-199.

[16] Dobrowsky RT,Rouen S,Yu CJ.Altered neurotrophism in diabetic neuropathy:spelunking the caves of peripheral nerve[J].J Pharmacol Exp Ther,2005,313(2):485-491.

[17] Silva WI,Maldonado HM,Velazquez G,etal.Caveolins in glial cell model systems:from detection to significance[J].J Neurochem,2007,103(Suppl 1):101-112.

[18] Christianson JA,Riekhof JT,Wright DE.Restorative effects of neurotrophin treatment on diabetes-induced cutaneous axon loss in mice[J].Exp Neurol,2003,179(2):188-199.

[19] Monje PV,Athauda G,Wood PM.Protein kinase A-mediated gating of neuregulin-dependent ErbB2Erb B2-ErbB3 activation underlies the synergistic action of cAMP on Schwann cell proliferation[J].J Biol Chem,2008,283(49):34087-34100.

[20] Ogata T,Iijima S,Hoshikawa S,etal.Opposing extracellular signal-regulated kinase and akt pathways control Schwann cell myelination[J].J Neurosci,2004,24(30):6724-6732.

[21] Taveggia C,Zanazzi G,Petrylak A,etal.Neuregulin-1 type-Ⅲ determines the ensheathment fate of axons[J].Neuron,2005,47(5):681-694.

[22] Guertin AD,Zhang DP,Mak KS,etal.Microana-tomy of axon/glial signaling during Wallerian degeneration[J].J Neuro-sci,2005,25(13):3478-3487.

[23] Tapinos N,Ohnishi M,Rambukkana A.ErbB2 receptor tyrosine kinase signaling mediates early demyelination induced by leprosy bacilli[J].Nat Med,2006,12(8):961-966.

[24] Harrisingh MC,Perez-Nadales E,Parkinson DB,etal.The ras/raf/erk signalling pathway drives schwann cell dedifferentiation[J].EMBO J,2004,23(15):3061-3071.

[25] Price SA,Agthong S,Middlemas AB,etal.Mitogen-activated protein kinase p38 mediates reduced nerve conduction velocity in exper-imental diabetic neuropathy:interactions with aldose reductase[J].Diabetes,2004,53(7):1851-1856.

[26] Yu C,Rouen S,Dobrowsky RT.Hyperglycemia and downregulation of caveolin-1 enhance neuregulin-induced demyelination[J].Glia,2008,56(8):877-887.

[27] Tan W,Rouen S,Barkus KM,etal.Nerve growth factor blocks the glucose-induced down-regulation of caveolin-1 expression in Schwann cells via p75 neurotrophin receptor signaling[J].Biol Chem,2003,278(25):23151-23162.

[28] Yang X,Zhang F,Kudlow JE.Recruitment of O-GlcNAc transferase to promoters by corcpressor mSin3A:coupling protein O-GlcNAcylation to transcriptional repression[J].Cell,2002,110(1):69-80.

[29] Razani B,Engelman JA,Wang XB,etal.Caveolin-1 null mice are viable but show evidence of hyperproliferative and vascular abnormalities[J].J Biol Chem,2001,276(41):38121-38138.

[30] Engelman JA,Lee RJ,Karnezis A,etal.Reciprocal regulation of neutyrosine kinase activity and caveolin-1 protein expression in vitro and in vivo.Implications for human breast cancer[J].J Biol Chem,1998,273(32):20448-20455.

[31] Perrone L,Peluso G,Melone MA.RAGE recycles at the plasma membrane in S100B secretory vesicles and promotes Schwann cells morphological changes[J].J Cell Physiol,2008,217(1):60-71.

[32] 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.

[33] Brauers E,Dreier A,Roos A,etal.Differential effects of myopathy-associated caveolin-3 mutants on growth factor signaling[J].Am J Pathol,2010,177(1):261-270.

[34] Sorkin A.Trking signals through the Golgi[J].Sci STKE,2005,2005(267):pe1.