Semaphorins調控T淋巴細胞功能的研究進展*

李曼琳 綜述，胥 琴 審校

(1.昆明理工大學醫學院，昆明 650500;2.昆明理工大學附屬醫院/云南省第一人民醫院生殖醫學科,昆明 650000)

Semaphorins分子最初是作為軸突導向分子被發現，目前研究表明，不同類別的Semaphorins家族蛋白與其受體結合可以介導細胞多種生理反應，從而參與機體的復雜生理過程。T淋巴細胞在機體中參與多種免疫反應包括免疫細胞的激活、分化及免疫細胞的遷徙與回巢等多種過程。目前，關于Semaphorins蛋白與T淋巴細胞功能的相關性的研究并不多見，但Semaphorins家族及其受體的研究已由最初神經系統上的相關性逐漸轉向與復雜細胞生理變化的研究，后者主要包括腫瘤微環境中Semaphorins家族蛋白及其受體參與的信號轉導，在免疫系統中的調控作用，旨在為靶向治療腫瘤尋找新的靶點。

1 Semaphorins家族分子概述

Semaphorins名稱來源于Semaphore，最初被確定為軸突生長導向因子，在神經元發育過程中起主要作用。Semaphorins是一類具有保守結構域的蛋白家族，該家族蛋白N末端的序列上都存在約500個氨基酸的相似結構，即Sema域[1]。Semaphorins家族蛋白有跨膜蛋白和分泌型蛋白，其特異性受體主要有兩類蛋白，分別是Plexin和Neuropilin[2]，其中Plexin家族蛋白為信號轉導受體，Neuropilin家族蛋白為膜結合受體，當Semaphorins蛋白家族成員與其受體結合后才能激活相應的信號通路，從而調節細胞的多種生理活動。

研究表明,Semaphorins家族蛋白分子主要被分成8類，前7類按照數字編碼分別為Sema1-7亞家族，第8類亞家族(Sema8)表達于病毒中，也稱為V類,包括VA和VB[1,3-4]。Semaphorins家族成員至少有20個，其中Sema1A、Sema1B和Sema2A在無脊椎動物中表達，Seam3～7在脊椎動物中表達(包括Sema3A-F、Sema4A-G、Sema5A-B、Sema6A-D、Sema7A)，Sema5家族成員則在脊椎動物與無脊椎動物中均有表達。Sema1類和Sema4-7類主要為膜結合蛋白，Sema3類和Sema8類主要是分泌型蛋白。Semaphorins家族蛋白參與多種重要的生理過程，如神經系統發育、血管生成、腫瘤發生與發展及腫瘤細胞遷移等。近年來，Semaphorins蛋白在樹突狀細胞(DC)、B淋巴細胞、T淋巴細胞等免疫細胞中的研究逐漸增多，為各類疾病的免疫療法提供新的治療思路和方向。

2 T淋巴細胞概述

先天免疫及后天接受抗原感染所引發的特異性免疫是人體免疫的主要方式，各類免疫細胞都有共同的來源，即骨髓中的多能造血干細胞。多能造血干細胞經過分化最先形成髓樣干細胞和淋巴樣干細胞，隨著不斷的分化，最終形成在機體中發揮免疫功能的各類免疫細胞、紅細胞、血小板等。T淋巴細胞起源于骨髓中的多能造血干細胞分化成的淋巴樣干細胞。淋巴樣干細胞隨血流到達胸腺，在胸腺中發育成熟[5]。T淋巴細胞的表面有許多非常重要的膜分子，成熟的T淋巴細胞膜表面可表達兩類蛋白分子即CD4或CD8，分別稱為CD4+T淋巴細胞或CD8+T淋巴細胞，成熟的T淋巴 細胞最終釋放到外周組織中與其他免疫細胞共同協調參與機體的免疫應答反應。T淋巴細胞是阿米巴樣遷移細胞，遷移過程不需要很強的細胞與細胞間或細胞與基質間的黏附作用，而是依靠細胞骨架的震蕩變形和細胞的假足動力學與周圍組織元素產生足夠的摩擦力向前遷移。因此，細胞可快速遷移，能夠達到每分鐘數十微米的速度。這些遷移的形成幾乎完全由可溶性化學物質吸引或化學排斥信號 引導，這些化學信號通過G蛋白耦聯受體進行傳遞[6]。

3 Semaphorins與T淋巴細胞相關研究進展

3.1 Semaphorin3A(Sema3A) Semaphorins家族第三類亞家族Sema3中第一個被發現的輔助受體是PlexinA；在Sema3蛋白家族中Sema3A第一個被發現，屬于分泌型蛋白，是Sema3蛋白家族中被研究最廣的成員之一[7]。盡管如此對于Sema3A蛋白的分子結構仍然處于研究當中。在惡性肺癌的研究中表明，PlexinA分子在Sema3A信號傳導過程中起關鍵作用。YAMADA等[8]研究發現，降低PlexinA1或Sema3A表達可導致路易斯肺癌細胞(lewis lung carcinoma，LLC)對酪氨酸酶抑制劑吉非替尼和厄洛替尼的敏感性增加，該研究證明了PlexinA1分子調節細胞增殖和糖酵解，抑制PlexinA1導致糖酵解活動減少，以及增加對氧化磷酸化的依賴性。通過相關的串聯網絡證明，Sema3A/PlexinA1信號通過糖酵解途徑可調節癌細胞的增殖。

SUZUKI等[9]研究發現，Semaphorin/Plexin信號系統中Sema3A/PlexinA信號傳導對于成人體內各種器官的平衡是至關重要的。在骨骼中,Sema3A通過促進及抑制成骨細胞和破骨細胞的分化，分別作為骨形成和再吸收之間的耦聯因子。Sema3A的這種“骨保護”效應表明，Sema3A/PlexinA信號可能在治療骨關節疾病中具有潛在的效用。在免疫系統中，由淋巴管內皮細胞產生的Sema3A通過PlexinA1受體作用于DC介導淋巴引流，通過及時的抗原呈遞使有效的免疫誘導成為可能。Sema3A及其受體Plexin-A1在DC和T淋巴細胞中均有表達。Sema3A/PlxinA1也被證明可通過調節T淋巴細胞增殖發揮免疫抑制作用[4]。T淋巴細胞成熟的關鍵是骨髓中的造血干細胞遷移到相應的器官中。因此，細胞遷移是胸腺中T淋巴細胞分化的關鍵，Sema3A與其受體Neuropilins1(Nrp1)及PlexinA分子可參與人胸腺細胞遷移的生理過程。趨化因子CCL12、CCL19、CCL21、CCL25等在胸腺細胞遷移中起主要作用，其中CCL12是人和小鼠胸腺細胞遷移的趨化因子。Sema3A-NPR1結合可影響CCL12誘導胸腺細胞的成熟，特別是對未成熟的CD4+T淋巴細胞和CD8+T淋巴細胞。

3.2 Semaphorin3E(Sema3E) Sema3E是Semaphorins家族中第三類亞家族成員之一，在胚胎發生過程中調節神經系統發育。在免疫系統中Semaphorin3E與其受體PlexinD1結合后激活相應信號通路發揮免疫作用。MOVASSAGH等[10]研究表明，Sema3E/PlexinD1對人呼吸道平滑肌細胞功能產生抑制作用，通過建立慢性過敏性哮喘小鼠模型，發現該小鼠暴露于慢性塵螨環境中后，氣道中Sema3E表達被顯著抑制，并可誘導氣道發生輔助性T淋巴細胞(Th)2/Th17炎性反應。Sema3E參與嗜中性粒細胞誘導的炎性反應，是調節嗜中性粒細胞遷移的重要調節介質。給予外源重組Sema3E可顯著減少過敏原誘導的嗜中性粒細胞向肺部募集，這與緩解過敏性氣道炎癥和改善肺功能有關[11]。

Sema3E在脂肪組織炎癥及胰島素抵抗中發揮作用。在飲食性肥胖的小鼠模型中，Sema3E與其受體PlexinD1的表達均上調，可活化巨噬細胞，進而引起脂肪組織炎癥和與飲食性肥胖相關的全身性胰島素抵抗，Sema3E/PlexinD1抑制后可顯著降低脂肪組織炎癥并改善胰島素抵抗[12]。

嬰兒血管瘤(infantile hemangioma，IH)研究中顯示，Sema3E、Sema3F能抑制IH細胞和血管內皮細胞中肌動蛋白纖維，導致細胞骨架崩解和細胞運動性喪失[13]。Sema3E、Sema3F抑制IH衍生細胞的血管生成能力，因此可潛在抑制IH生長，也表明Sema3E、Sema3F可應用于高度增殖性IH的治療。研究發現，Sema3E目前還可作為胃癌轉移至淋巴結的腫瘤標志物[14]。淋巴結轉移是胃癌復發的一個關鍵因素，淋巴結轉移的出現對于胃癌患者的生存率具有影響。因此，準確預測淋巴結轉移可為胃癌患者提供可靠的預后評估。研究中選取幾個癌癥和淋巴結轉移相關的基因，如Sema3E、PDX1、TP73、NMT1等根據其DNA甲基化數據進行評估。結果表明，該預測方法可以在檢測淋巴結轉移方面獲得更高的準確性，間接證明了所選擇的生物標記物的可靠性。

3.3 Semaphorin4C(Sema4C) Sema4C的受體為PlexinB。研究發現，在卵泡T輔助細胞(follicular T helper，TFH)局部發生的募集現象中，TFH變形蟲樣遷移依賴的是PlexinB2分子與其跨膜結合的配體Sema4C通過調控TFH的招募功能進而優化抗體應答[6]。Sema4C缺陷小鼠模型中，小鼠接觸過敏原后出現氣道炎癥增加、Th2細胞因子水平上升。研究表明，Sema4C缺陷型小鼠的CD19、CD138在體內和體外表達白細胞介素(IL)-10水平降低，IL-4水平上升。通過缺陷型與野生型的過繼轉移實驗確定了Sema4C介導的Th2免疫反應新途徑[15]。

乳腺癌宮頸癌患者血清中檢測到可溶性Sema4C(sSema4C)表達水平升高。sSema4C通過激活淋巴管內皮細胞中PlexinB2/ERBB2信號通路促進淋巴管生成，并通過刺激PlexinB2/MET信號傳導促進腫瘤細胞的增殖與遷移，從而促進淋巴轉移[16]。除乳腺癌、宮頸癌外，Sema4C在食管癌、胃癌和直腸癌中高表達，與淋巴結轉移密切相關。因此，Sema4C可能在食管癌、胃癌和直腸癌的侵襲和淋巴結轉移中發揮關鍵作用[17]。可為癌癥治療提供一個新的靶點，也可作為癌癥預后的靶標分子。

3.4 Semaphorin4D(Sema4D) Sema4D也被稱為CD100，是一種相對分子質量150×103的蛋白質，在炎癥及腫瘤疾病中會出現可溶性CD100(sCD100)，為相對分子質量120×103的蛋白質。CD100為表達于自然殺傷細胞(NK細胞)、T淋巴細胞膜上的信號分子，在T淋巴細胞活化過程中起重要作用。免疫系統中還可通過與其受體CD72結合激活B淋巴細胞和DC，完整的CD100和CD72的相互調節作用是T淋巴細胞受體誘導T淋巴細胞增殖的關鍵[4]。靶向CD100的抗體阻斷是一種潛在的癌癥治療策略，相較于其他免疫細胞，T淋巴細胞的CD100表達水平較高，當T淋巴細胞活化后其表達水平將進一步增加。

CD100在T淋巴細胞中高度表達，其抗體則在T淋巴細胞增殖過程中起作用，但目前其機制尚不清楚。CD100有3種不同的受體，分別是PlxinB1、Plxin2和CD72，通過對CD100+T淋巴細胞的RNA測序發現，CD72的表達水平比PlxinB1和PlxinB2高出3～8倍。利用流式細胞技術分析CD72在T淋巴細胞表面的表達，其在T淋巴細胞活化后表達水平上升。為研究CD100-CD72在T淋巴細胞增殖中的作用，阻斷CD100后刺激T淋巴細胞受體將胞內IL-2、γ干擾素(IFN-γ)染色24 h后并未發現抑制擴散的現象，實驗數據分析表明CD100-CD72在T淋巴細胞增殖過程中發揮作用[18]。

CD100和受體結合可以誘導多種免疫反應。在皮膚損傷修復過程中，Sema4D與PlexinB2在γδT淋巴 細胞上相互作用，在愈合過程中發揮作用。體外觀察發現Sema4D在人口腔角質形成細胞中結合PlexinB1，通過蛋白激酶B/核因子-κB(NF-κB)級聯誘導產生趨化因子CXCL9、CXCL10，從而引發口腔扁平苔蘚(OLP)中CD8+T淋巴細胞遷移[19]。

ZHANG等[20]研究發現，在非特異性皮炎的銀屑病患者損傷的皮膚角質形成細胞中PlxnB2存在特異性增加。在銀屑病患者血清和皮膚角質形成細胞中，CD100及sCD100的表達水平均升高。通過與PlxnB2結合，sCD100能夠促進角質細胞產生CXCL-1、CCL-20、IL-1β和IL-18并激活NLRP3炎性小體。這表明CD100和PlxnB2結合能夠激活NF-κB和NLRP3炎性小體，從而促進角質形成細胞的炎性反應并參與銀屑病的發病。銀屑病患者血清中sCD100與膜結合CD100的水平分別升高。通過角質形成細胞結合PlexinB2與sCD100，促進CXCL-1、CXCL-2、IL-1和IL-18分泌并激活NLRP3炎性小體。該研究還發現，CD100與PlexinB2結合活化NF-κB通路及NLRP3炎性小體從而促進角質形成細胞的炎性反應，并參與牛皮癬的發病機制。因此，在相關疾病的治療上，CD100/PlxnB2可能是牛皮癬潛在的治療靶點。

3.5 Semaphorin6D(Sema6D) Sema6D在T淋巴細胞、B淋巴細胞及NK細胞中均有表達，涉及的生理過程包括免疫反應、心臟發育及神經系統發育等。Sema6D的主要受體是Plexin-A1，在成熟的DC中表達水平較高。TAKEGAHARA等[21]在對PlexinA1的研究中發現，Sema6D與PlexinA1結合后在體內能夠形成復合體血管內皮細胞生長因子受體2(VEGFR2)從而影響心臟發育。Sema6D結合并激活DC，通過 PlexinA1 促進IL-12分泌。PlexinA1在DC中表達并發揮作用，從而影響T淋巴細胞的功能。WONG等[22]通過DNA微陣列的分析顯示，PlexinA1是CIITA的一個靶蛋白分子，通過轉錄因子促進主要組織相容性復合體Ⅱ(MHCⅡ)類分子表達。

3.6 Semaphorin7A(Sema7A) Sema7A又稱為CD108，在先天性免疫系統及獲得性免疫系統中表達。研究發現，先天性免疫系統中可溶性Sema7A(sSema7A)可誘導產生促炎因子IL-1、IL-6、IL-8及腫瘤壞死因子α(TNF-α)[23]。較少程度的Sema7A還能夠誘導人嗜中性粒細胞中IL-8、TNF-α、IL-6、IL-1的產生。單核細胞和嗜中性粒細胞中Sema7A可顯著促進IL-8分泌，誘導人單核細胞表型改變，使其分化為CD11b+、CD14-、CD1a-、CD83+、CD40+、CD86+DC。

獲得性免疫發生過程中，Sema7A在胸腺組織中高表達，在脾和淋巴結中低表達。在T淋巴細胞發育過程中，流式細胞術分析顯示15%的胸腺細胞表達Sema7A分子。T淋巴細胞前體中沒有Sema7A的進一步表達，直到單陽性T淋巴細胞離開胸腺并在外周激活。Sema7A在早期活化的淋巴細胞中表達，且激活后4 h在大多數T淋巴細胞、NK細胞和B淋巴細胞中表達，激活后48 h達到峰值，隨后逐漸減少至消失。這些結果表明，Sema7A與淋巴細胞的活化和分化有關[24]。GARCIA-AREAS等[25]研究確定了Sema7A在晚期乳腺癌4T1小鼠模型中的治療效果，證明了SEMA7A在介導乳腺癌進展中的作用。研究發現，SEMA7A在4T1乳腺癌細胞中shRNA抑制腫瘤的生長，延緩轉移并提高存活率。除乳腺癌外SEMA7A在黑色素瘤、膠質母細胞瘤、口腔鱗狀細胞癌中均有表達，表明SEMA7A在不同癌癥中介導遷移，并在基質金屬蛋白酶(MMPs)的轉移過程中起作用。

4 小 結

近年來，Semaphorin家族蛋白在免疫過程中的作用逐漸受到學界重視。Semaphorin家族分子在乳腺癌、宮頸癌、卵巢癌、食管癌、胃癌、直腸癌、口腔鱗狀細胞癌、過敏性哮喘、銀屑病等不同的疾病中都存在相應表達，其與相應受體結合后對T淋巴細胞、B淋巴細胞、巨噬細胞的成熟、增殖、分化等存在影響，為今后免疫治療提供理論基礎。但由于Semaphorin家族蛋白成員數量較多，對于各成員在免疫系統中的具體調節機制仍需要大量研究去不斷發現與證實。