孫月彤，張炳強(qiáng)，鄒偉，3

1.遼寧師范大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院，遼寧 大連 116081；2.衛(wèi)生部細(xì)胞移植重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室臨床中心，山東 青島 266000；3.遼寧省生物技術(shù)與分子藥物研發(fā)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，遼寧 大連 116081

1 陷窩蛋白-1與細(xì)胞的增殖及衰老

1.1 陷窩蛋白-1與細(xì)胞增殖

1953 年，通過電子顯微鏡人們首次發(fā)現(xiàn)了一種特殊的脂筏結(jié)構(gòu)——胞膜窖（caveolae），該結(jié)構(gòu)位于細(xì)胞質(zhì)膜上，總體呈倒“Ω”狀，內(nèi)部富含豐富的膽固醇和鞘磷脂[1]。陷窩蛋白-1 是細(xì)胞膜上的一種整合膜蛋白，是形成胞膜窖的主要膜內(nèi)在蛋白，在保持胞膜窖的完整性、小胞的運(yùn)輸、信號(hào)的傳導(dǎo)中起著一定的作用[2]。陷窩蛋白家族成員的N 端具有發(fā)夾結(jié)構(gòu)，C 端氨基酸殘基則形成位于細(xì)胞質(zhì)內(nèi)的腳手架區(qū)域（caveolin scaffolding do?main，CSD），CSD 使陷窩蛋白以二聚體方式鑲嵌在胞膜窖結(jié)構(gòu)上，并有利于陷窩蛋白通過CSD 結(jié)構(gòu)與胞內(nèi)其他信號(hào)分子蛋白結(jié)合，進(jìn)一步影響信號(hào)通路的激活，參與細(xì)胞的生理和病理過程[3]。其中，陷窩蛋白-1 在內(nèi)皮細(xì)胞、平滑肌細(xì)胞、成纖維細(xì)胞和脂肪細(xì)胞等終末分化細(xì)胞中含量豐富，通過對(duì)相關(guān)信號(hào)通路的激活或抑制參與調(diào)控細(xì)胞的增殖、凋亡和分化等生長(zhǎng)發(fā)育過程[4]。

本室前期研究發(fā)現(xiàn)，在人乳腺細(xì)胞MCF10A中，陷窩蛋白-1 基因沉默促進(jìn)乳腺上皮細(xì)胞PI3K/AKT 信號(hào)通路的激活，同時(shí)加強(qiáng)了其與增殖信號(hào)通路MEK/ERK 的相互作用，增強(qiáng)了乳腺細(xì)胞的增殖能力[5]。與之一致的是，陷窩蛋白-1 通過影響脂滴的功能而影響肝再生的必需物質(zhì)甘油三酯的形成，進(jìn)一步達(dá)到抑制肝細(xì)胞過度增殖及介導(dǎo)維持肝再生的作用[6]。

在腫瘤細(xì)胞中陷窩蛋白-1 對(duì)細(xì)胞增殖發(fā)揮著不同的調(diào)控作用。Wang 等通過siRNA 技術(shù)敲低陷窩蛋白-1 表達(dá)以研究陷窩蛋白-1 與人乳腺癌BT474 細(xì)胞增殖、轉(zhuǎn)移之間的關(guān)聯(lián)。結(jié)果顯示，陷窩蛋白-1 敲低能夠減少BT474 細(xì)胞內(nèi)ERK1/2通路的活化并抑制細(xì)胞周期蛋白D1 和c-Fos 的表達(dá)。證明了陷窩蛋白-1 敲低對(duì)BT474 細(xì)胞具有腫瘤抑制作用[7]。Yang 等發(fā)現(xiàn)，在人大腸癌細(xì)胞中，陷窩蛋白-1 的過表達(dá)顯著降低了體外人大腸癌細(xì)胞的增殖、遷移和侵襲，且陷窩蛋白-1 的表達(dá)水平與增殖標(biāo)志蛋白Ki-67 的表達(dá)水平呈負(fù)相關(guān)[8]。

Liu 等的研究還發(fā)現(xiàn)陷窩蛋白-1 可以通過長(zhǎng)鏈非編碼RNA——HOTAIR 促進(jìn)肺癌細(xì)胞的增殖和侵襲。研究指出陷窩蛋白-1 和HOTAIR 在肺癌組織和細(xì)胞系中的表達(dá)高于正常肺組織和正常肺細(xì)胞系，陷窩蛋白-1 可以調(diào)控HOTAIR 的表達(dá)，且細(xì)胞增殖能力和侵襲能力均受陷窩蛋白-1的調(diào)控，敲低HOTAIR 的表達(dá)則逆轉(zhuǎn)了由陷窩蛋白-1 誘導(dǎo)的肺癌細(xì)胞增殖。這表明，陷窩蛋白-1通過HOTAIR 促進(jìn)肺癌細(xì)胞增殖和侵襲[9]。

以上研究結(jié)果提示，陷窩蛋白-1 在不同的組織細(xì)胞中均有表達(dá)，但陷窩蛋白-1 功能的發(fā)揮具有組織特異性。

1.2 陷窩蛋白-1與細(xì)胞衰老

近年來的研究表明，陷窩蛋白-1 在細(xì)胞衰老中起重要的調(diào)控作用，主要通過調(diào)節(jié)p53-p21 及p16-Rb 衰老相關(guān)信號(hào)通路、胰島素信號(hào)及雌激素信號(hào)等途徑調(diào)控細(xì)胞衰老進(jìn)程[10]。陷窩蛋白-1在不同細(xì)胞衰老過程中發(fā)揮的作用也不盡相同。

細(xì)胞衰老是細(xì)胞處于相對(duì)穩(wěn)定但緩慢走向凋亡的狀態(tài)。Xu 等在研究缺氧誘導(dǎo)星形膠質(zhì)細(xì)胞凋亡中發(fā)現(xiàn)，缺氧性損傷的初級(jí)星形膠質(zhì)細(xì)胞陷窩蛋白-1 表達(dá)顯著降低，用siRNA 下調(diào)陷窩蛋白-1，減弱了缺氧性損傷誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡[11]。Zhu等研究發(fā)現(xiàn)，β-胡蘿卜素通過陷窩蛋白-1/AKT/NF-κB 信號(hào)通路誘導(dǎo)人食管鱗癌細(xì)胞（esopha?geal squamous cell carcinoma，ESCC）凋亡，抑制ESCC 的 生長(zhǎng)[12]。

Powter 等在H2O2誘導(dǎo)的內(nèi)皮細(xì)胞（endothelial cells，EC）氧化應(yīng)激衰老模型中發(fā)現(xiàn)胞膜窖的數(shù)量和相關(guān)蛋白質(zhì)陷窩蛋白-1、Cavin-1 和Cavin-2的表達(dá)均顯著增加，而TNF-α誘導(dǎo)的NF-κB 蛋白的激活則在衰老EC 中被顯著抑制，通過siRNA 敲低陷窩蛋白-1 消除了這種對(duì)NF-κB 蛋白激活的抑制作用，并進(jìn)一步逆轉(zhuǎn)了EC 細(xì)胞的氧化應(yīng)激衰老進(jìn)程。結(jié)果表明，衰老EC 中的胞膜窖及其組分蛋白質(zhì)的增加與抑制NF-κB 信號(hào)傳導(dǎo)途徑和促進(jìn)氧化應(yīng)激衰老有關(guān)[13]。

有趣的是，Yu 等研究了陷窩蛋白-1 在人類二倍體成纖維細(xì)胞、A549 細(xì)胞、HCT116 細(xì)胞和陷窩蛋白-1-/-小鼠胚胎成纖維細(xì)胞衰老中的作用，發(fā)現(xiàn)下調(diào)陷窩蛋白-1 表達(dá)通過p53-p21 通道誘導(dǎo)細(xì)胞衰老，降低了線粒體呼吸作用，結(jié)果表明陷窩蛋白-1 缺陷會(huì)通過線粒體功能障礙誘導(dǎo)細(xì)胞早衰[14]。

陷窩蛋白-1 在細(xì)胞衰老進(jìn)程中起重要的調(diào)控作用，而其發(fā)揮作用的調(diào)控途徑又復(fù)雜多樣。以上研究表明，陷窩蛋白-1 的異常表達(dá)可能參與了某些衰老相關(guān)疾病的發(fā)生，陷窩蛋白-1 的異常表達(dá)可能成為這些疾病發(fā)生的診斷標(biāo)志。此外，通過調(diào)節(jié)陷窩蛋白-1 的表達(dá)，對(duì)于預(yù)防或治療衰老相關(guān)疾病有極其重要的意義。研究陷窩蛋白-1 在細(xì)胞衰老中的作用，為衰老相關(guān)疾病的診斷、治療提供了重要的治療靶點(diǎn)。

2 陷窩蛋白-1與干細(xì)胞增殖、分化及衰老

2.1 陷窩蛋白-1與干細(xì)胞增殖

干細(xì)胞的重要特點(diǎn)之一是自我更新，是指干細(xì)胞通過對(duì)稱分裂，形成2 個(gè)相同的干細(xì)胞。干細(xì)胞的自我更新與干細(xì)胞的增殖密切相關(guān)。很多研究表明，陷窩蛋白-1 作為細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的平臺(tái)，參與多種細(xì)胞的增殖，位于胞膜窖中心的生長(zhǎng)因子受體能與陷窩蛋白-1 的CSD 結(jié)合，激活或抑制增殖相關(guān)信號(hào)通路[15]。表皮干細(xì)胞（epider?mal stem cells，ESC）增殖是皮膚損傷愈合及疤痕修復(fù)的關(guān)鍵所在，Yang 等研究表明陷窩蛋白-1 的過表達(dá)能夠促進(jìn)ESC 的增殖，從而加速皮膚傷口的愈合，而他們前期的另一項(xiàng)研究結(jié)果表明ESC可以通過Notch 信號(hào)途徑加速糖尿病患者的傷口愈合，因此Yang 等猜測(cè)陷窩蛋白-1 可能通過Notch 信號(hào) 通路 調(diào) 節(jié) ESC 的 增殖[16-17]。Peffer 等 研究發(fā)現(xiàn)陷窩蛋白-1 通過介導(dǎo)MAPK 調(diào)控神經(jīng)干細(xì)胞（neural stem cells，NSC）的增殖，當(dāng)下調(diào)陷窩蛋白-1 時(shí)，NSC 的增殖被抑制[18]。有趣的是，Jas?min 等研究發(fā)現(xiàn)，在小鼠大腦內(nèi)陷窩蛋白-1 則通過Erk1/2 負(fù)調(diào)控成體NSC 的增殖，在此研究中，陷窩蛋白-1 敲除小鼠的大腦上增殖標(biāo)志物Ki-67 陽性細(xì)胞核數(shù)量增加，同時(shí)成體NSC 的增殖能力上升，這一作用是通過對(duì)Erk1/2 信號(hào)通路的調(diào)控實(shí)現(xiàn)的[19]。陷窩蛋白-1 除了在干細(xì)胞增殖中發(fā)揮調(diào)控作用之外，也被證實(shí)可以與增殖相關(guān)信號(hào)分子結(jié)合，并通過這種結(jié)合作用來抑制間充質(zhì)干細(xì)胞（mesenchymal stem cells，MSC）的增殖[20]。

以上研究提示我們，陷窩蛋白-1 在不同種類的干細(xì)胞中發(fā)揮著不同的增殖調(diào)控作用，通過對(duì)不同的信號(hào)通路蛋白進(jìn)行激活或抑制，對(duì)干細(xì)胞的增殖起到促進(jìn)或抑制的作用。

2.2 陷窩蛋白-1與干細(xì)胞分化

近年來的研究表明，陷窩蛋白-1 不但影響干細(xì)胞的增殖，還可以影響干細(xì)胞定向分化[21-23]。Wang 等用siRNA 技術(shù)敲低陷窩蛋白-1 在小鼠骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞（bone marrow mesenchymal stem cells，BMSC）中的表達(dá)，發(fā)現(xiàn)細(xì)胞生存能力下降，但向神經(jīng)元樣細(xì)胞的分化效率增加[24]。Li等在NSC 向星形膠質(zhì)細(xì)胞分化進(jìn)程研究中發(fā)現(xiàn)，NSC 中陷窩蛋白-1 的高表達(dá)，可以促進(jìn)NSC 向星形膠質(zhì)細(xì)胞的分化[25]。陷窩蛋白-1 還可以與骨形態(tài)發(fā)生蛋白（bone morphogenetic protein，BMP）Ⅱ型受體結(jié)合，調(diào)控BMP 信號(hào)通路，進(jìn)而影響hBMSC 的成骨分化能力。該結(jié)果提示，陷窩蛋白-1 能夠負(fù)向調(diào)控MSC 的成骨分化過程[26]。隨后有研究進(jìn)一步證明，陷窩蛋白-1 對(duì)MSC 成骨分化的負(fù)向調(diào)控是通過抑制胞膜窖內(nèi)PI3K/Akt 信號(hào)傳導(dǎo)實(shí)現(xiàn)的[27]。干細(xì)胞的肝樣分化也與陷窩蛋白-1 濃度變化密切相關(guān)，研究表明，人脂肪間充質(zhì)干細(xì)胞（human adipose-derived mesenchymal stem cells，hADSC）在未分化時(shí)陷窩蛋白-1 表達(dá)水平較低，但向肝分化時(shí)陷窩蛋白-1 及p-MAPK的表達(dá)水平均升高，這表明陷窩蛋白-1-MAPK 信號(hào)通路在hADSC 肝分化中起重要作用[22]。據(jù)此，有人推測(cè)胞膜窖可能提供合適的微環(huán)境，與細(xì)胞膜上控制細(xì)胞增殖的信號(hào)通路相互作用，通過陷窩蛋白-1 表達(dá)短暫的增高和降低調(diào)節(jié)相關(guān)的信號(hào)通路以穩(wěn)定干細(xì)胞的表型。

這些研究結(jié)果表明，陷窩蛋白-1 不但是干細(xì)胞增殖和分化的重要信號(hào)分子，也可能是調(diào)控自我更新機(jī)制維持干細(xì)胞干性的關(guān)鍵蛋白。

2.3 陷窩蛋白-1與干細(xì)胞衰老

Park 等在研究中發(fā)現(xiàn)，衰老的hBMSC 中衰老相關(guān)蛋白p53、p21 表達(dá)增加，同時(shí)陷窩蛋白-1 表達(dá)也隨之顯著增加，過表達(dá)早期hBMSC 中的陷窩蛋白-1，細(xì)胞提前進(jìn)入衰老狀態(tài)，同時(shí)細(xì)胞成脂分化能力減弱，說明陷窩蛋白-1 參與了hBMSC 的衰老進(jìn)程的調(diào)控[28]。不同的是，在腫瘤干細(xì)胞中，陷窩蛋白-1 的這種調(diào)控作用似乎是相反的。Lu?anpitpong 等在對(duì)肺癌干細(xì)胞的研究中發(fā)現(xiàn)，陷窩蛋白-1 的表達(dá)與衰老相關(guān)蛋白p53 的表達(dá)呈負(fù)相關(guān)，當(dāng)陷窩蛋白-1 表達(dá)顯著升高時(shí)，p53 蛋白顯著下降[29]。以上研究結(jié)果表明，陷窩蛋白-1 在不同干細(xì)胞的衰老中發(fā)揮著不同的調(diào)控作用。近年來有關(guān)陷窩蛋白-1 參與干細(xì)胞衰老調(diào)控的研究十分稀少，或許與調(diào)節(jié)干細(xì)胞增殖及分化相一致，陷窩蛋白-1 可能通過與多種信號(hào)通路相結(jié)合參與干細(xì)胞衰老的調(diào)控，但仍待研究證明。

3 結(jié)語

近年來，干細(xì)胞的臨床應(yīng)用已成為熱點(diǎn)話題，尤其是間充質(zhì)干細(xì)胞已被廣泛應(yīng)用于神經(jīng)系統(tǒng)疾病治療、組織損傷修復(fù)、造血干細(xì)胞移植及自身免疫性疾病治療中。而干細(xì)胞擴(kuò)增所導(dǎo)致的衰老問題也成為制約干細(xì)胞產(chǎn)業(yè)發(fā)展及應(yīng)用的重要因素，陷窩蛋白-1 已被證實(shí)與多種腫瘤細(xì)胞的增殖、侵襲和干細(xì)胞的自我更新及衰老相關(guān)，但針對(duì)陷窩蛋白-1 與干細(xì)胞衰老相關(guān)性的現(xiàn)有研究仍很少。陷窩蛋白-1 對(duì)干細(xì)胞的調(diào)節(jié)是雙向的，在不同干細(xì)胞中其調(diào)節(jié)作用既可能是正向的也可能是負(fù)向的。陷窩蛋白-1 是一把雙刃劍，如何正確運(yùn)用陷窩蛋白-1 的濃度變化并調(diào)控其與相關(guān)信號(hào)通路之間的聯(lián)系仍待進(jìn)一步研究。相信未來人們可以通過對(duì)陷窩蛋白-1 的調(diào)控來實(shí)現(xiàn)間充質(zhì)干細(xì)胞的長(zhǎng)期年輕態(tài)。