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脊椎动物的背腹轴在胚胎发育的早期就建立了，其形成依赖于多种母源和合子基因的有序表达，并与一系列信号分子诱发的细胞运动和相互作用密切相关。母源性的β-catenin作为经典Wnt信号通路的下游转录因子，起到了关键作用，它能在诱导一系列背部化基因表达的同时，抑制腹部化基因的表达。
窖蛋白-1(Caveolin-1，简称Cav-1)属于窖蛋白基因家族，是一个24kDa的膜整合蛋白，也是胞膜窖的标志性分子。Cav-1包含Cav-1α和Cav-1β，分别由不同的mRNA编码，二者具有相同的氨基酸疏水区、脚手架结构域和酰化的C末端区域，其中只有Cav-1α包含N-末端的31个氨基酸。Cav-1在膜泡运输、胆固醇平衡和信号转导中有重要作用，Cav-1通过与信号分子的相互作用调节多种信号通路的活性，从而影响细胞的增殖、分化和凋亡。因此，Cav-1异常表达往往与组织纤维化、肿瘤发生和形成、心血管疾病等密切相关。
在斑马鱼的胚胎发育中，cav-1可在多种组织中表达，如Kuffers管、尾芽、肌节间的边界、心脏、鳃弓、前肾管和周皮等。敲低Cav-1不仅会影响斑马鱼的前后轴，体节和神经丘发育，还导致早期胚胎的死亡。这些表型可以被相应的人Cav-1拯救，说明Cav-1在进化中具有高度的功能保守性。但是，至今仍不清楚Cav-1是否调控背腹轴发育以及如何影响斑马鱼的发育。为此，本课题对Cav-1α和Cav-1β在斑马鱼背腹轴发育过程中的作用和机理进行了研究。
斑马鱼Cav-1α和Cav-1β来源于不同的转录本，其mRNA在精巢、卵巢、肝脏、肠道、肾脏、心脏、腮、脾脏和肌肉等组织中均有表达，是一个泛组织表达的基因。在早期发育过程中，cav-1α和cav-1β在未受精和1细胞期的胚胎中均有微弱的表达，是母源性基因；在6小时和12小时的胚胎中，它们的表达水平相对较高，为泛表达；在24-72小时，cav-1α和cav-1β主要在头部、肝脏、胰腺、前肠和心脏等区域表达；在96小时，只有cav-1α在肠上皮细胞中表达。
在256细胞期和6小时胚胎中，过表达Frzb或truncated bmpR可以激活cav-1α和cav-1β的表达，而β-catenin和BMP4则抑制cav-1α和cav-1β的表达。另外，当注射等量的β-catenin和truncated bmpR mRNA，或等量的BMP4和Frzb mRNA，cav-1α和cav-1β的表达没有显著变化。这说明在胚胎发育早期Wnt和BMP信号通路协同抑制cav-1的表达。
过表达cav-1α或cav-1β的胚胎出现典型的腹部化表型特征，包括背部变小、脑部结构变小或消失、尾部血液系统膨大等特点。在过表达cav-1α或cav-1β的胚胎中，背部化基因chrodin、gsc的表达量显著降低，而腹部化基因eve1、bmp2b和gatal的表达量升高。用cav-1α或cav-1β的MO抑制内源性Cav-1的表达，胚胎出现严重畸形，背腹轴相关基因的表达与过表达cav-1α或cav-1β的胚胎相反。由于超表达或抑制两种cav-1的胚胎出现的表型一致，且其mRNA可以交叉拯救MO抑制胚胎的表型，因此Cav-1α和Cav-1β在斑马鱼的背腹轴发育中发挥的作用是相同的。
背腹轴的建立主要由Wnt、BMP、Nodal和FGF等信号通路调控，用这些信号通路的靶基因做探针，对过表达或抑制cav-1的胚胎进行整体原位杂交，结果发现，无论是过表达还是抑制cav-1，BMP、Nodal和FGF信号通路的靶基因都没有明显的变化，而Wnt信号通路的靶基因boz和otx2出现了较为明显的变化。另外，我们分别用Top-Flash，Bre和(CAGA)12荧光素酶报告系统检测Cav-1对Wnt，BMP和Nodal/TGF-β信号通路的影响。结果表明，在细胞和胚胎水平上，Cav-1均对Top-Flash有显著的抑制作用，而对其他报告系统的影响不显著，这说明了Cav-1的腹部化活性主要与母源经典Wnt信号通路相关。
我们用免疫共沉淀(co-IP)研究Cav-1和β-catenin相互作用，发现在ZF4细胞中，Cav-1和β-catenin可相互免疫沉淀，说明β-catenin可以与Cav-1结合。另外，为了验证Cav-1和β-catenin的相互作用是否能够影响经典Wnt信号通路，我们利用Top-flash荧光素酶报告系统，发现在细胞和胚胎水平上，β-catenin的表达均可显著提高此系统的活性，而Cav-1的表达抑制了β-catenin激活的报告系统活性。
为进一步研究Cav-1和β-catenin相互作用的机理，我们构建了四个Cav-1突变体，发现过表达其中的F+T和F+V这两个突变体后，胚胎的腹部化表型基本消失，且这两个突变体与β-catenin的相互作用显著降低；同时，这两个突变体不能有效抑制β-catenin激活的Wnt信号通路。这院明了CSD区的FTVT是Cav-1与β-catenin相互作用和抑制Wnt信号通路所必须的。
β-catenin的330，332，337三个位点突变后，完全不能与Cav-1相互作用，且Cav-1也不能抑制突变了的β-catenin激活的Wnt信号通路。因此β-catenin的330-337位氨基酸是Cav-1和β-catenin的结合和Cav-1调节经典Wnt信号通路活性所必须的。
通过免疫荧光试验，我们发现，Cav-1与β-catenin的结合阻止β-catenin进入细胞核。另外，我们通过Western blot试验发现，Cav-1对β-catenin的降解并无显著影响。
Cav-1的F+T，F+V突变后只有不到5％的胚胎出现腹部化，背腹轴相关分子标记的表达也趋于正常。这说明了Cav-1的CSD区的FTVT是背腹轴发育必须的。β-catenin的突变对其背部化作用无影响，但正常β-catenin的活性能被Cav-1抑制，而突变的β-catenin活性不能被Cav-1抑制。因此，Cav-1和β-catenin的相互作用是Cav-1发挥腹部化作用所必须的。
斑马鱼和人的Cav-1α和Cav-1β氨基酸序列分别有64.6％和81.2％的相似性，但其CSD区基本一致。我们发现过表达人的Cav-1也可以导致一定比例的胚胎出现腹部化表型，且人的Cav-1可降低注射斑马鱼cav-1 MO的畸形比率，人的Cav-1也可以抑制β-catenin激活的Wnt信号通路报告系统活性。这说明了Cav-1的功能在进化上也是保守的。
总之，Cav-1对于胚胎早期发育的背腹轴分化是必需的，并通过抑制活化的β-catenin进入细胞核来抑制Wnt信号途径，从而激活腹部化基因，抑制背部化基因，促进胚胎的腹部化。