1.   小窝蛋白（caveolin，CAV）1概述

1.1   CAV1的形成

CAV1是小窝的主要结构成分，是存在于不同类型细胞质膜上的囊泡内陷，分子量为21～24 kD。CAV1首先在内质网中以寡聚物的形式形成，然后以外壳蛋白复合物Ⅱ依赖的方式转移到高尔基体^［1］。

1.2   CAV1的分布

CAV在内皮细胞、脂肪细胞、血管平滑肌、成纤维细胞和肺上皮细胞中表达尤其丰富^［2］。而在气道上皮细胞中，它在修饰过的线粒体中积累^［3］。CAV家族包含CAV1、CAV2和CAV3三个成员。虽然这些分子的结构和功能相似，但它们在细胞中的分布和具体特性却各不相同。其中CAV1和CAV2几乎在所有细胞与组织中表达，CAV1参与囊泡运输和细胞信号转导等多种生理过程，其表达异常与人类某些疾病的发生密切相关，如肺损伤、肿瘤、心血管疾病、感染性疾病等。而CAV2在胰岛素刺激下对葡萄糖的转运起着重要作用，与肥胖和2型糖尿病等疾病的产生密切相关。CAV3则主要存在于肌肉和神经胶质细胞中，且CAV3的表达量相对较低（图1）^［4］。

注： a，CAV1和CAV2蛋白中不同氨基酸结构域及Cavin-1，-2，-3蛋白示意图。CAV1和Cavin-1，-2，-3负责小窝的形成、完整性、动力学、内化和信号传导。b，小窝的形成：CAV1被招募到质膜上，与脂质形成低聚物和簇。这吸引了Cavin接近细胞表面的CAV1阳性区域，形成初始膜曲率。CAV1和Cavin募集到质膜刺激其初始曲率，逐步发展到小窝完全形成。c，CAV1在肝细胞的分布：CAV1在肝细胞基底外侧质膜形成小窝，顶端质膜CAV1调节胆汁分泌到微管，以及位于再生肝细胞的脂滴表面。在其他胞内小室如高尔基体、内质网、早期和再循环内体、过氧化物酶体和线粒体也观察到了CAV1的分布。

图  1  CAV和CAV腔隙形成的模型示意图^［1］

Figure  1.  Schematic diagram of the cavity formation model of Caveolins and Caveolins^［1］

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1.3   CAV1的功能

CAV1参与信号转导，可与多种蛋白相互作用，包括G蛋白、蛋白激酶C（PKC）亚型和小窝特异性信号通路蛋白等^［5］。而且，CAV1通过与多种信号蛋白相互作用，参与调节肝脏脂质沉积、脂质和葡萄糖代谢、线粒体功能和肝细胞增殖等过程。因此，CAV1被认为是肝外胆汁淤积、病毒性肝炎、非酒精性肝炎、肝硬化和肝癌的重要调节因子^［6］。此外，多种跨膜生长因子受体和信号分子都定位在小窝内。CAV1可通过其脚手架结构域介导的相互作用，直接与受体或下游分子结合，从而调节膜受体信号传导^［7］。研究^［8］发现，CAV1与Toll样受体4（Toll-like receptor 4，TLR4）结合并抑制脂多糖（LPS）诱导的小鼠巨噬细胞促炎细胞因子TNF-α和IL-6的产生。TLR4中存在CAV1结合结构，这对于二者的相互作用和促炎信号的调控至关重要（图2）。

图  2  CAV1在炎症中的作用^［8］

Figure  2.  The role of CAV1 in inflammation^［8］

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CAV1也参与多种细胞过程的调节，包括细胞生长、线粒体抗氧化、细胞迁移和衰老等。在CAV1缺失小鼠中，干细胞和祖细胞群的改变表明CAV1可调节干细胞的增殖。用分离的干细胞进行的体外研究^［9］发现，CAV1调节干细胞的分化。过表达CAV1的转基因小鼠肌肉再生延迟，而CAV1缺失小鼠心脏、脑和肝组织修复受损及伤口愈合延迟表明，CAV1在组织修复中起重要作用，但根据组织类型和修复过程不同，这种作用可能是负向的或正向的。嘌呤能信号调节巨噬细胞活性，影响细胞的可塑性。P2X7受体是P2X嘌呤能受体家族中的一个特殊成员，它的激活需要高浓度的细胞外5'-三磷酸腺苷（ATP），这通常与组织损伤和炎症有关^［10］。而P2X7可激活一种依赖于脂质筏和ATP的调节机制，通过调节CAV1的表达可影响LPS诱导的巨噬细胞膜外三磷酸腺苷二磷酸水解酶-1的活性。此外，LPS诱导的CAV1缺陷巨噬细胞信号传导和转录激活因子3（STAT3）的活化明显减弱^［11］。

CAV1也参与小窝的形成，并结合多种信号蛋白，将它们在小窝中区分开，并通过脚手架结构域或直接调节其活性。根据肿瘤类型和进展，CAV1可作为肿瘤的抑制因子或致癌基因^［12］。

2.   CAV1在肝脏疾病中的作用及机制

2.1   对乙酰氨基酚（acetaminophen，APAP）诱导的肝损伤

APAP是世界上使用最广泛的药物之一。在APAP诱导的肝损伤中，CAV1通过激活线粒体自噬减缓非酒精性脂肪性肝病（NAFLD）中APAP诱导的肝毒性^［13］。此外，过量或长期服用APAP可导致心血管功能紊乱。脂肪肝患者服用安非他酮导致血管紧张素Ⅱ急性增加，可能会增加血管损伤的风险和严重程度。而CAV1对内皮功能有重要的调节作用。研究^［14］发现，CAV1通过PKC/MAPK通路抑制氧化应激和炎症反应，对血管损伤具有保护作用。因此，临床上恢复CAV1可能有助于减轻APAP诱导的NAFLD患者的血管损伤。

2.2   黄曲霉毒素B1（aflatoxin B1，AFB1）诱导的肝损伤

在AF1诱导的肝细胞凋亡中，CAV1起到了关键作用。AFB1具有高度的肝毒性、遗传毒性和免疫毒性，可导致急性或慢性肝细胞损伤^［15］。AFB1处理后，肝细胞CAV1的表达增加。下调CAV1可显著缓解AFB1诱导的肝细胞凋亡和细胞活力下降，而过表达CAV1可逆转这些作用。CAV1通过与Nrf2的相互作用参与AFB1诱导的氧化应激，导致细胞抗氧化酶下调，促进氧化应激诱导的细胞凋亡。此外，CAV1通过调节表皮生长因子受体/PI3K-AKT/mTOR信号通路参与AFB1诱导的自噬^［16］。

2.3   LPS和D半乳糖胺（D galactosamine，D-GalN）诱导的肝损伤

D-GalN是一种氨基酸，可抑制细胞转录活性，从而增强LPS毒性，导致肝细胞凋亡和坏死，继而引发肝炎和肝功能异常^［17］。在LPS和D-GalN诱导的暴发性肝损伤中，LPS促进先天性免疫反应，导致肝细胞凋亡，且与多种细菌感染患者肝损伤的发病机制有关^［18］。CAV1敲除小鼠死亡率降低，肝损伤、中性粒细胞浸润和肝细胞凋亡明显减轻。研究^［19］发现，CAV1缺失显著降低LPS/D-GalN诱导的半胱氨酸蛋白酶（caspase）家族的激活及促炎细胞因子和趋化因子的表达。此外，CAV1缺失抑制Kupffer细胞TLR4和白细胞分化抗原（CD14）的表达，降低肝细胞、血管细胞黏附分子1和细胞间黏附分子1的表达^［20］。而且，CAV1缺失抑制LPS/D-GalN诱导的诱导型一氧化氮合酶（iNOS）的表达、一氧化氮的产生和核因子-κB（NF-κB）的激活。因此，CAV1缺失通过抑制LPS-CD14-TLR4-NF-κb通路介导的炎症反应，减轻了小鼠的急性肝损伤^［21］。

2.4   肝缺血再灌注损伤

肝缺血再灌注损伤是肝移植、创伤、休克和其他手术过程中肝脏供血暂时中断的一个重要病理过程。在肝缺血再灌注损伤中，小鼠血清和肝组织中CAV1的表达呈时间依赖性升高^［22］。CAV1脚手架结构域肽可抑制经缺氧复氧处理L02细胞中caspase-3的表达。在肝脏缺血1 h、再灌注6 h后，CAV1敲除小鼠ALT、AST和TNF-α水平显著高于野生型小老鼠，肝脏凋亡性细胞死亡率也显著升高（图3）^［23］。此外，CAV1敲除小鼠肝脏iNOS、氧亚硝基和3-硝基酪氨酸的表达水平高于野生型小老鼠，而过氧亚硝酸盐分解催化剂Fe-TMPyP可显著降低野生型小老鼠和CAV1敲除小鼠氧亚硝基和3-硝基酪氨酸水平，改善血清ALT、AST和TNF-α水平。因此，CAV1可能在预防硝化应激性肝损伤中发挥关键作用^［24］。

图  3  CAV1在肝脏缺血再灌注损伤过程中抑制过氧亚硝酸盐产生的关键作用示意图^［23］

Figure  3.  Schematic diagram of the key role of CAV1 in inhibiting peroxynitrite production during hepatic ischemia-reperfusion injury^［23］

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2.5   酒精性肝损伤

暴饮可导致脂肪肝、高血压、神经元损伤，易患酒精性肝病，包括脂肪性肝炎、肝纤维化和肝硬化^［25］。在乙醇饲喂小鼠中，血清和肝脏CAV1的表达水平呈时间及剂量依赖性升高，12 h时达到峰值。与野生型小老鼠相比，CAV1敲除小鼠iNOS表达、硝酸盐/亚硝酸盐和过氧亚硝酸盐水平、肝脏中降解caspase-3和细胞凋亡性死亡水平、血清中ALT和AST水平均升高，肝损伤更严重。此外，乙醇介导的CAV1表达升高是以细胞外信号调节的激酶依赖方式进行的。CAV1通过抑制iNOS活性和调节表皮生长因子受体与STAT3信号通路保护肝细胞免受乙醇诱导的凋亡。同样，在人类受试者进行的临床试验^［5］显示，血清CAV1水平呈时间依赖性升高。在暴饮后12 h达到峰值。酒精性肝损伤与暴饮者血清CAV1水平呈负相关，与硝酸盐/亚硝酸盐水平呈正相关。

2.6   肝纤维化

CAV1是肝纤维化过程中糖酵解的关键靶点^［26］。磷酸果糖激酶是维持糖酵解稳定性和激活肝星状细胞（HSC）的重要能量来源^［27］。在纤维化小鼠和患者的肝组织中，CAV1表达上调。特异性敲低HSC中CAV1的表达，可显著减轻肝损伤和纤维化^［28］。在机制上，在小鼠原代HSC激活过程中CAV1表达水平升高，与选择性自噬接头蛋白p62（sequestosome 1，SQSTM1）竞争磷酸果糖激酶肝型的调节亚基，抑制SQSTM1介导的自噬非依赖性溶酶体降解，维持HSC的激活^［29］。

在肝纤维化中，CAV1被认为是包括TGF-β1在内的多种信号分子的重要抑制剂^［30-31］。在CCl₄处理的CAV1敲除小鼠中，肝细胞变性坏死和肝脏炎症损伤明显加重，ALT/AST、TGF-α、IL-1β水平升高。而且，CAV1敲除小鼠α-平滑肌肌动蛋白、胶原α1（‍Ⅰ‍）、胶原α1（‍Ⅲ‍） mRNA和蛋白表达水平也明显升高。体外研究^［32］表明，CAV1脚手架结构域肽可抑制Smad2磷酸化。因此，CAV1可负调控TGF-β1/Smad信号通路的活化，有望成为肝纤维化治疗的靶点。

2.7   肝脏再生

肝脏是人体主要的解毒器官，不断受到细胞损伤的威胁。因此肝脏通过复杂的再生机制应对化学、创伤或感染性损伤^［33］。研究^［34］发现，CAV1敲除小鼠在部分肝切除术后表现出肝脏再生受损和存活率低，肝细胞脂滴沉积明显减少，未进入细胞分裂周期。葡萄糖可显著提高CAV1敲除小鼠存活率，并重建细胞周期进程。因此，CAV1在调节脂质代谢和细胞损伤后肝脏再生机制中发挥重要作用。

3.   CAV1调控肝巨噬细胞功能影响肝脏疾病进程

3.1   肝巨噬细胞的分类和功能

肝巨噬细胞极化在肝脏损伤和修复过程中发挥着至关重要的作用。肝巨噬细胞主要由组织内的Kupffer细胞和单核细胞来源的巨噬细胞组成，具有高度的表型和功能多样性及可塑性^［35］。它们在炎症、损伤和纤维化过程中发挥关键作用^［36］。活化的肝巨噬细胞可大体分为M1和M2型巨噬细胞两种^［37］。M1型巨噬细胞被辅助性T淋巴细胞1细胞因子或细菌LPS诱导产生并分泌较高水平的促炎细胞因子。M1型巨噬细胞通过激活还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶系统以及活性氧参与病原体的清除。因此，M1型巨噬细胞具有强大的抗微生物和抗肿瘤活性的功能，并可以通过介导活性氧诱导的组织损伤，抑制组织再生和伤口愈合^［38］。M2型巨噬细胞产生IL-12的水平较低，产生IL-10和TGF-β的水平较高。M2型巨噬细胞吞噬能力较强，可通过吞噬清除碎片和凋亡细胞，促进组织修复和伤口愈合，并具有促血管生成和促纤维化的特性。同时，M2型巨噬细胞参与Th2反应、寄生虫清除、血管生成、免疫调节、肿瘤形成和发展等^［38］。

3.2   CAV1调控肝巨噬细胞活化影响肝脏炎症和肝胆固醇转运

肝脏X受体（liver X receptors，LXR）属于核受体超家族的转录因子，被氧化形式的胆固醇内源性激活，并作为胆固醇水平的细胞内传感器，是巨噬细胞中胆固醇流出和炎性反应基因的关键转录因子^［39］。LXR激动剂通过调节ATP结合盒转运蛋白G1（ATP-binding cassette transporter G1，ABCG1）在巨噬细胞中高度表达，介导胆固醇外排^［40］。研究^［41］显示，CAV1参与多种细胞过程，包括内吞、胆固醇转运和信号转导，同时也是肝脏巨噬细胞LXR功能依赖的一个重要因素。另有研究^［42］表明，CAV1与ABCG1相互作用，可显著增强ABCG1介导的胆固醇外排。因此，CAV1参与LXR和ABCG1依赖性胆固醇流出及炎性反应的控制。在脂质和免疫疾病（如肝炎、肝胆固醇超标等）的发病机制中，LXR-ABCG1-CAV1轴的调节可用于控制巨噬细胞，从而调控炎症和胆固醇超标^［43］。近期，笔者课题组^［44］发现，在CCl₄诱导的急性肝损伤小鼠模型中，CAV1缺失抑制肝细胞变性坏死，这与巨噬细胞肝脏浸润和M1型极化减少有关。因此，巨噬细胞CAV1可能是急性肝损伤的潜在治疗靶点。

4.   展望

近年来研究发现，CAV1参与肝脏代谢、再生、纤维化、肝损伤以及肝癌等肝脏疾病的调节。CAV1还与能量代谢、胆固醇和其他代谢物的运输以及细胞信号传导密切相关。因此，针对CAV1作为治疗肝脏疾病分子靶点的药物研发可能为治疗这些疾病提供新的治疗策略和药物作用靶点。此外，CAV1具有促进细胞迁移的作用，而细胞迁移是肿瘤转移的关键过程。因此，通过研究CAV1对细胞迁移的调控机制，发现HepG2细胞释放的外泌体中CAV1的生化表征，以及肝癌细胞外泌体中CAV1以及CAV2 mRNA和蛋白的RNA-deep测序与western blotting的检测情况，提示CAV1可能成为潜在的肝癌早期血清诊断标志物。巨噬细胞在肝脏疾病发生发展过程中发挥重要作用，但CAV1是如何调控巨噬细胞的活化和功能影响肝脏疾病进程的，目前仍不清楚。鉴于世界范围内NAFLD、肝癌、肝纤维化、酒精性肝损伤等肝脏疾病病例数不断增加，有必要进一步明确巨噬细胞CAV1在不同类型肝病中的作用及机制，为靶向CAV1改善甚至逆转NAFLD、NASH和肝硬化提供理论依据。