Sema4D在腫瘤新生血管形成中的作用及其機制研究進展

張宜江，曹繼華，徐興東

(三峽大學人民醫院，湖北宜昌443000)

腫瘤新生血管形成在腫瘤侵襲、轉移中發揮重要作用。在腫瘤生長的早期，其對氧和營養物質等的需求主要由周邊血管供應，但當腫瘤生長至一定大小后(直徑>2 mm)，僅依靠周邊現有血管不足以支撐腫瘤生長需求，此時如果無新生血管向腫瘤內部延伸，腫瘤將無法繼續生長。在此條件下，腫瘤組織細胞將發生有利于新血管生成的微環境改變，稱之為腫瘤微環境血管生成轉換。這種轉換發生后，腫瘤血管生成、腫瘤生長和腫瘤轉移將同步進行，而抑制腫瘤血管生成，阻斷腫瘤血液供應，可有效控制腫瘤的生長與侵襲轉移。在腫瘤血管生成中，促血管生成相關基因越來越受到重視。Semaphorin家族最初被認為是軸突導向因子，可影響中樞神經系統發育。隨后發現在多種細胞中均有Semaphorin受體表達，從而引起一系列關于其功能及信號轉導通路的研究。Sema4D是Semaphorin家族成員之一，其在腫瘤進展及新生血管形成中發揮重要作用。現就Sema4D在腫瘤血管生成中的作用及其機制研究進展綜述如下。

1 Sema4D的結構及其受體

1.1 Sema4D的結構 Semaphorin家族是一種細胞表面可溶性蛋白。根據系列相似性及生物學特性，共分為8個亞型。Ⅰ、Ⅱ型在無脊椎動物中發現，Ⅲ～Ⅶ型在脊椎動物中發現，Ⅷ型在病毒中發現[1]。Sema4D為其Ⅳ型家族成員，屬于跨膜蛋白。其結構上含有一個氨基酸末端信號序列，一個Sema結構域，一個免疫球蛋白域，一個半胱氨酸富集區，一個跨膜區和一個存在于胞質中的尾部結構。Sema4D以同源二聚體的形式表達于細胞表面。其細胞外的結構部分包括多個N-連接糖基化位點和高度保守的半胱氨酸殘基，用于亞基內二硫鍵的形成，胞內有一個酪氨酸及多個絲氨酸磷酸化位點[2]。

1.2 Sema4D的受體 Sema4D的受體包括PlexinB1與分化抗原簇72(CD72)。PlexinB1屬于Plexin家族，是Seme4D的高親和力受體[3]。Plexins家族包括9個成員，是Semaphorin家族的受體之一，為單通道跨膜受體，分為4個亞群：PlexinA～D。結構上胞外區域與Met基因具有28%的同源性，包含Sema結構域，3個PSI結構域，甘氨酸-脯氨酸富集模體，而胞質部分含有2個鳥苷三磷酸(GTP)酶激活蛋白樣結構域，中間1個GTPase結合結構域，胞質尾部有一個盤狀同源區域(PDZ)結構域結合位點[4]。Sema4D與PlexinB1結合后主要激活兩條信號轉導通路。其一為RhoGTP酶途徑。小GTPase被認為是Semaphorin發揮功能的中介。Sema4D與PlexinB1結合刺激激活的Rac在PlexinB1細胞質區域募集。其二為Met途徑。在內皮細胞，PlexinB1作為功能性的受體與Met形成復合物介導內皮細胞遷移。Sema4D與PlexinB1激活Met的酪氨酸激酶活性，導致下游效應物生長因子受體蛋白2相關結合蛋白的磷酸化，從而介導內皮細胞侵襲性生長[5]。

CD72是一個膜結合的鈣依賴性蛋白，是Sema4D在淋巴組織的主要受體。CD72胞質區含有2個免疫受體酪氨酸抑制基序(ITIM)，在B細胞的發育和分化及免疫應答中起負調控作用[6]。ITIM與B細胞受體交聯就可誘導CD72胞內ITIM中的酪氨酸磷酸化，并與蛋白質酪氨酸磷酸酶1(SHP-1)結合，誘導酪氨酸去磷酸化及下游信號蛋白滅活，繼而促使靜止的B細胞向祖細胞分化，且可降低活化的B細胞增殖。而Sema4D與CD72結合，可抑制CD72和B細胞受體的交聯，從而抑制SHP-1功能，使B細胞活化[7]。

2 Sema4D在腫瘤新生血管形成中的作用

越來越多的證據顯示，Sema4D作為重要的促血管生成因子，與腫瘤新生血管形成、轉移及預后相關。研究發現，Sema4D是胰腺癌血管生成擬態的關鍵因子，抑制Sema4D表達能明顯抑制胰腺癌細胞主導的血管生成擬態形成[8]。在人頭頸部鱗狀細胞癌中，Sema4D促進內皮細胞的遷移及裸鼠體內血管樣結構的大小和分布，從而促進微血管形成和腫瘤轉移。而沉默Sema4D基因表達，腫瘤生長及血管形成能力明顯受到抑制[9]。在乳腺癌中，Sema4D在乳腺癌細胞中的表達明顯高于乳腺內皮細胞。研究證實，Sema4D能促進乳腺癌細胞的增殖、侵襲及遷移，誘導其凋亡，同時促進裸鼠移植瘤的增殖及血管新生[10]。由此表明，Sema4D在腫瘤新生血管形成中起重要作用。

Sema4D在多種惡性腫瘤中的表達明顯增高，并與患者預后密切相關[11]。同時Sema4D表達強弱預示血管生成能力的強弱，因此Sema4D可作為抗腫瘤血管治療的靶標。研究發現，80.85%的結直腸癌標本表現為中至高度的Sema4D表達，高、中、低分化中的陽性比例分別為71.43%、96.76%、77.27%。體外細胞遷移實驗發現，Sema4D能增強促血管新生作用及誘導人臍靜脈內皮細胞的遷移。體內實驗發現，Sema4D表現出強的血管新生效應從而促進腫瘤生長。且Sema4D在直腸癌中的表達與腫瘤分期、侵襲深度、淋巴轉移、淋巴管浸潤、血管侵犯有關，表明其是生存期短的獨立危險因素[12,13]。在宮頸癌中，Sema4D高表達提示患者生存期明顯縮短，這可能與Sema4D介導腫瘤血管生成而促進腫瘤細胞遠處轉移有關。而在乳腺癌中，Sema4D高表達與腫瘤局部復發及預后明顯相關。上皮性卵巢癌中Sema4D表達是患者無疾病進展生存期及總生存期的獨立影響因素[14]。由此可見，Sema4D是抗腫瘤血管治療的重要靶標[15]。

3 Sema4D介導腫瘤新生血管形成的機制

3.1 激活PlexinB1-RhoA與Met信號通路 Sema4D與其同源受體PlexinB1結合后主要激活RhoA-ROCK信號通路，誘導腫瘤細胞增殖、遷移及血管新生[16,17]。PlexinB1高表達于內皮細胞膜表面，細胞膜上的Sema4D通過水解酶作用后釋放至微環境中，與內皮細胞膜上的PlexinB1結合后誘導一系列反應發生。Ras同源類似物A(RhoA)是Ras超家族成員之一，屬于相對分子質量小的G蛋白，絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶(ROCK)是RhoA的下游靶蛋白[18]。鳥嘌呤核苷酸交換因子(GEFs)催化GTP與Rho蛋白結合，促使Rho激活[19]。RhoA與GTP結合激活后與ROCK的卷曲螺旋結構結合，使其發生多個氨基酸位點的磷酸化而被激活，并介導下游一系列磷酸化/脫磷酸化反應[20]。白血病相關 RhoGEF和 PDZ-RhoGEF是Rho特異性GEF，二者與PlexinB1的C端結合形成復合物，介導由Sema4D刺激引起的RhoA激活反應[21]。

但Conrotto等[5]認為Sema4D與PlexinB1結合后可不依賴RhoA，而是PlexinB1聚集成簇，使C-Met低聚化，繼而促進酪氨酸磷酸化，且C-Met激活是Sema4D發揮生物學效應所必須的，不一定通過Rho途徑。盡管這二者存在爭議，但一致認為最終是導致內皮細胞骨架發生變化及細胞遷移而促成腫瘤新生血管形生。

3.2 Sema4D與血管內皮細胞生長因子(VEGF)協同作用 Seme4D促進腫瘤血管生成與部分重要的促血管生成分子類似，如VEGF、HGF及bFGF等[5, 9]。眾所周知，VEGF在生理及病理性血管生成中起關鍵作用。其能促進內皮細胞增殖、遷移，增加新生血管的通透性及抑制內皮細胞凋亡。眾多學者發現，Sema4D與VEGF在促腫瘤血管生成中具有協同作用。Sema4D與VEGF共同促進上皮性卵巢癌血管生成[22]。當VEGF、Sema4D被敲除，一系列血管生成啟動因子及上皮間質轉化的標志物——CD31、MMP2、E-Cadherin表達明顯降低，表明Sema4D和VEGF在血管生成中的重要作用，且VEGF和Sema4D與腫瘤分期有明顯相關性。

3.3 Sema4D與低氧誘導因子(HIF)作用 腫瘤細胞誘導腫瘤血管形成從而促進生長及轉移等方法之一是激活HIF家族轉錄調節因子。Sema家族的作用受到氧含量的影響。HIF被認為是重要的血管生成誘導因子。現已明確HIF-1對低氧誘導的糖酵解增加和腫瘤細胞主導的血管形成必不可少。在氧濃度正常的情況下，HIF-1很少表達。當在低氧條件下，HIF-1與內皮細胞相互作用誘導腫瘤新生血管形成[23]。HIF-1可激活一系列基因從而調控一系列適應性反應以降低氧濃度，如增強腫瘤細胞葡萄糖攝取及形成新的血管。在低氧條件下，可觀察到Sema4D蛋白表達顯著增加[24]。Mu等[25]發現，在頭頸部鱗狀細胞癌中，Sema4D在低氧環境中通過HIF-1依賴的方式被誘導，從而影響內皮細胞的遷移及腫瘤血管發生。同時發現，Sema4D及VEGF的表達共同受HIF家族轉錄因子的調控;在HIF調控下，Sema4D與VEGF協同促進腫瘤生長及血管形成[14]。

綜上所述，Sema4D在腫瘤發生、發展及血管生成中扮演重要角色。在實體腫瘤中，Sema4D高表達提示血管新生效應更強、惡性程度更高及預后更差。因此，Sema4D可作為抗腫瘤及抗腫瘤血管治療的新靶標。