Semaphorins调控T淋巴细胞功能的研究进展*

李曼琳 综述，胥 琴 审校

(1.昆明理工大学医学院，昆明 650500;2.昆明理工大学附属医院/云南省第一人民医院生殖医学科,昆明 650000)

Semaphorins分子最初是作为轴突导向分子被发现，目前研究表明，不同类别的Semaphorins家族蛋白与其受体结合可以介导细胞多种生理反应，从而参与机体的复杂生理过程。T淋巴细胞在机体中参与多种免疫反应包括免疫细胞的激活、分化及免疫细胞的迁徙与回巢等多种过程。目前，关于Semaphorins蛋白与T淋巴细胞功能的相关性的研究并不多见，但Semaphorins家族及其受体的研究已由最初神经系统上的相关性逐渐转向与复杂细胞生理变化的研究，后者主要包括肿瘤微环境中Semaphorins家族蛋白及其受体参与的信号转导，在免疫系统中的调控作用，旨在为靶向治疗肿瘤寻找新的靶点。

1 Semaphorins家族分子概述

Semaphorins名称来源于Semaphore，最初被确定为轴突生长导向因子，在神经元发育过程中起主要作用。Semaphorins是一类具有保守结构域的蛋白家族，该家族蛋白N末端的序列上都存在约500个氨基酸的相似结构，即Sema域[1]。Semaphorins家族蛋白有跨膜蛋白和分泌型蛋白，其特异性受体主要有两类蛋白，分别是Plexin和Neuropilin[2]，其中Plexin家族蛋白为信号转导受体，Neuropilin家族蛋白为膜结合受体，当Semaphorins蛋白家族成员与其受体结合后才能激活相应的信号通路，从而调节细胞的多种生理活动。

研究表明,Semaphorins家族蛋白分子主要被分成8类，前7类按照数字编码分别为Sema1-7亚家族，第8类亚家族(Sema8)表达于病毒中，也称为V类,包括VA和VB[1,3-4]。Semaphorins家族成员至少有20个，其中Sema1A、Sema1B和Sema2A在无脊椎动物中表达，Seam3～7在脊椎动物中表达(包括Sema3A-F、Sema4A-G、Sema5A-B、Sema6A-D、Sema7A)，Sema5家族成员则在脊椎动物与无脊椎动物中均有表达。Sema1类和Sema4-7类主要为膜结合蛋白，Sema3类和Sema8类主要是分泌型蛋白。Semaphorins家族蛋白参与多种重要的生理过程，如神经系统发育、血管生成、肿瘤发生与发展及肿瘤细胞迁移等。近年来，Semaphorins蛋白在树突状细胞(DC)、B淋巴细胞、T淋巴细胞等免疫细胞中的研究逐渐增多，为各类疾病的免疫疗法提供新的治疗思路和方向。

2 T淋巴细胞概述

先天免疫及后天接受抗原感染所引发的特异性免疫是人体免疫的主要方式，各类免疫细胞都有共同的来源，即骨髓中的多能造血干细胞。多能造血干细胞经过分化最先形成髓样干细胞和淋巴样干细胞，随着不断的分化，最终形成在机体中发挥免疫功能的各类免疫细胞、红细胞、血小板等。T淋巴细胞起源于骨髓中的多能造血干细胞分化成的淋巴样干细胞。淋巴样干细胞随血流到达胸腺，在胸腺中发育成熟[5]。T淋巴细胞的表面有许多非常重要的膜分子，成熟的T淋巴细胞膜表面可表达两类蛋白分子即CD4或CD8，分别称为CD4+T淋巴细胞或CD8+T淋巴细胞，成熟的T淋巴 细胞最终释放到外周组织中与其他免疫细胞共同协调参与机体的免疫应答反应。T淋巴细胞是阿米巴样迁移细胞，迁移过程不需要很强的细胞与细胞间或细胞与基质间的黏附作用，而是依靠细胞骨架的震荡变形和细胞的假足动力学与周围组织元素产生足够的摩擦力向前迁移。因此，细胞可快速迁移，能够达到每分钟数十微米的速度。这些迁移的形成几乎完全由可溶性化学物质吸引或化学排斥信号 引导，这些化学信号通过G蛋白耦联受体进行传递[6]。

3 Semaphorins与T淋巴细胞相关研究进展

3.1 Semaphorin3A(Sema3A) Semaphorins家族第三类亚家族Sema3中第一个被发现的辅助受体是PlexinA；在Sema3蛋白家族中Sema3A第一个被发现，属于分泌型蛋白，是Sema3蛋白家族中被研究最广的成员之一[7]。尽管如此对于Sema3A蛋白的分子结构仍然处于研究当中。在恶性肺癌的研究中表明，PlexinA分子在Sema3A信号传导过程中起关键作用。YAMADA等[8]研究发现，降低PlexinA1或Sema3A表达可导致路易斯肺癌细胞(lewis lung carcinoma，LLC)对酪氨酸酶抑制剂吉非替尼和厄洛替尼的敏感性增加，该研究证明了PlexinA1分子调节细胞增殖和糖酵解，抑制PlexinA1导致糖酵解活动减少，以及增加对氧化磷酸化的依赖性。通过相关的串联网络证明，Sema3A/PlexinA1信号通过糖酵解途径可调节癌细胞的增殖。

SUZUKI等[9]研究发现，Semaphorin/Plexin信号系统中Sema3A/PlexinA信号传导对于成人体内各种器官的平衡是至关重要的。在骨骼中,Sema3A通过促进及抑制成骨细胞和破骨细胞的分化，分别作为骨形成和再吸收之间的耦联因子。Sema3A的这种“骨保护”效应表明，Sema3A/PlexinA信号可能在治疗骨关节疾病中具有潜在的效用。在免疫系统中，由淋巴管内皮细胞产生的Sema3A通过PlexinA1受体作用于DC介导淋巴引流，通过及时的抗原呈递使有效的免疫诱导成为可能。Sema3A及其受体Plexin-A1在DC和T淋巴细胞中均有表达。Sema3A/PlxinA1也被证明可通过调节T淋巴细胞增殖发挥免疫抑制作用[4]。T淋巴细胞成熟的关键是骨髓中的造血干细胞迁移到相应的器官中。因此，细胞迁移是胸腺中T淋巴细胞分化的关键，Sema3A与其受体Neuropilins1(Nrp1)及PlexinA分子可参与人胸腺细胞迁移的生理过程。趋化因子CCL12、CCL19、CCL21、CCL25等在胸腺细胞迁移中起主要作用，其中CCL12是人和小鼠胸腺细胞迁移的趋化因子。Sema3A-NPR1结合可影响CCL12诱导胸腺细胞的成熟，特别是对未成熟的CD4+T淋巴细胞和CD8+T淋巴细胞。

3.2 Semaphorin3E(Sema3E) Sema3E是Semaphorins家族中第三类亚家族成员之一，在胚胎发生过程中调节神经系统发育。在免疫系统中Semaphorin3E与其受体PlexinD1结合后激活相应信号通路发挥免疫作用。MOVASSAGH等[10]研究表明，Sema3E/PlexinD1对人呼吸道平滑肌细胞功能产生抑制作用，通过建立慢性过敏性哮喘小鼠模型，发现该小鼠暴露于慢性尘螨环境中后，气道中Sema3E表达被显著抑制，并可诱导气道发生辅助性T淋巴细胞(Th)2/Th17炎性反应。Sema3E参与嗜中性粒细胞诱导的炎性反应，是调节嗜中性粒细胞迁移的重要调节介质。给予外源重组Sema3E可显著减少过敏原诱导的嗜中性粒细胞向肺部募集，这与缓解过敏性气道炎症和改善肺功能有关[11]。

Sema3E在脂肪组织炎症及胰岛素抵抗中发挥作用。在饮食性肥胖的小鼠模型中，Sema3E与其受体PlexinD1的表达均上调，可活化巨噬细胞，进而引起脂肪组织炎症和与饮食性肥胖相关的全身性胰岛素抵抗，Sema3E/PlexinD1抑制后可显著降低脂肪组织炎症并改善胰岛素抵抗[12]。

婴儿血管瘤(infantile hemangioma，IH)研究中显示，Sema3E、Sema3F能抑制IH细胞和血管内皮细胞中肌动蛋白纤维，导致细胞骨架崩解和细胞运动性丧失[13]。Sema3E、Sema3F抑制IH衍生细胞的血管生成能力，因此可潜在抑制IH生长，也表明Sema3E、Sema3F可应用于高度增殖性IH的治疗。研究发现，Sema3E目前还可作为胃癌转移至淋巴结的肿瘤标志物[14]。淋巴结转移是胃癌复发的一个关键因素，淋巴结转移的出现对于胃癌患者的生存率具有影响。因此，准确预测淋巴结转移可为胃癌患者提供可靠的预后评估。研究中选取几个癌症和淋巴结转移相关的基因，如Sema3E、PDX1、TP73、NMT1等根据其DNA甲基化数据进行评估。结果表明，该预测方法可以在检测淋巴结转移方面获得更高的准确性，间接证明了所选择的生物标记物的可靠性。

3.3 Semaphorin4C(Sema4C) Sema4C的受体为PlexinB。研究发现，在卵泡T辅助细胞(follicular T helper，TFH)局部发生的募集现象中，TFH变形虫样迁移依赖的是PlexinB2分子与其跨膜结合的配体Sema4C通过调控TFH的招募功能进而优化抗体应答[6]。Sema4C缺陷小鼠模型中，小鼠接触过敏原后出现气道炎症增加、Th2细胞因子水平上升。研究表明，Sema4C缺陷型小鼠的CD19、CD138在体内和体外表达白细胞介素(IL)-10水平降低，IL-4水平上升。通过缺陷型与野生型的过继转移实验确定了Sema4C介导的Th2免疫反应新途径[15]。

乳腺癌宫颈癌患者血清中检测到可溶性Sema4C(sSema4C)表达水平升高。sSema4C通过激活淋巴管内皮细胞中PlexinB2/ERBB2信号通路促进淋巴管生成，并通过刺激PlexinB2/MET信号传导促进肿瘤细胞的增殖与迁移，从而促进淋巴转移[16]。除乳腺癌、宫颈癌外，Sema4C在食管癌、胃癌和直肠癌中高表达，与淋巴结转移密切相关。因此，Sema4C可能在食管癌、胃癌和直肠癌的侵袭和淋巴结转移中发挥关键作用[17]。可为癌症治疗提供一个新的靶点，也可作为癌症预后的靶标分子。

3.4 Semaphorin4D(Sema4D) Sema4D也被称为CD100，是一种相对分子质量150×103的蛋白质，在炎症及肿瘤疾病中会出现可溶性CD100(sCD100)，为相对分子质量120×103的蛋白质。CD100为表达于自然杀伤细胞(NK细胞)、T淋巴细胞膜上的信号分子，在T淋巴细胞活化过程中起重要作用。免疫系统中还可通过与其受体CD72结合激活B淋巴细胞和DC，完整的CD100和CD72的相互调节作用是T淋巴细胞受体诱导T淋巴细胞增殖的关键[4]。靶向CD100的抗体阻断是一种潜在的癌症治疗策略，相较于其他免疫细胞，T淋巴细胞的CD100表达水平较高，当T淋巴细胞活化后其表达水平将进一步增加。

CD100在T淋巴细胞中高度表达，其抗体则在T淋巴细胞增殖过程中起作用，但目前其机制尚不清楚。CD100有3种不同的受体，分别是PlxinB1、Plxin2和CD72，通过对CD100+T淋巴细胞的RNA测序发现，CD72的表达水平比PlxinB1和PlxinB2高出3～8倍。利用流式细胞技术分析CD72在T淋巴细胞表面的表达，其在T淋巴细胞活化后表达水平上升。为研究CD100-CD72在T淋巴细胞增殖中的作用，阻断CD100后刺激T淋巴细胞受体将胞内IL-2、γ干扰素(IFN-γ)染色24 h后并未发现抑制扩散的现象，实验数据分析表明CD100-CD72在T淋巴细胞增殖过程中发挥作用[18]。

CD100和受体结合可以诱导多种免疫反应。在皮肤损伤修复过程中，Sema4D与PlexinB2在γδT淋巴 细胞上相互作用，在愈合过程中发挥作用。体外观察发现Sema4D在人口腔角质形成细胞中结合PlexinB1，通过蛋白激酶B/核因子-κB(NF-κB)级联诱导产生趋化因子CXCL9、CXCL10，从而引发口腔扁平苔藓(OLP)中CD8+T淋巴细胞迁移[19]。

ZHANG等[20]研究发现，在非特异性皮炎的银屑病患者损伤的皮肤角质形成细胞中PlxnB2存在特异性增加。在银屑病患者血清和皮肤角质形成细胞中，CD100及sCD100的表达水平均升高。通过与PlxnB2结合，sCD100能够促进角质细胞产生CXCL-1、CCL-20、IL-1β和IL-18并激活NLRP3炎性小体。这表明CD100和PlxnB2结合能够激活NF-κB和NLRP3炎性小体，从而促进角质形成细胞的炎性反应并参与银屑病的发病。银屑病患者血清中sCD100与膜结合CD100的水平分别升高。通过角质形成细胞结合PlexinB2与sCD100，促进CXCL-1、CXCL-2、IL-1和IL-18分泌并激活NLRP3炎性小体。该研究还发现，CD100与PlexinB2结合活化NF-κB通路及NLRP3炎性小体从而促进角质形成细胞的炎性反应，并参与牛皮癣的发病机制。因此，在相关疾病的治疗上，CD100/PlxnB2可能是牛皮癣潜在的治疗靶点。

3.5 Semaphorin6D(Sema6D) Sema6D在T淋巴细胞、B淋巴细胞及NK细胞中均有表达，涉及的生理过程包括免疫反应、心脏发育及神经系统发育等。Sema6D的主要受体是Plexin-A1，在成熟的DC中表达水平较高。TAKEGAHARA等[21]在对PlexinA1的研究中发现，Sema6D与PlexinA1结合后在体内能够形成复合体血管内皮细胞生长因子受体2(VEGFR2)从而影响心脏发育。Sema6D结合并激活DC，通过 PlexinA1 促进IL-12分泌。PlexinA1在DC中表达并发挥作用，从而影响T淋巴细胞的功能。WONG等[22]通过DNA微阵列的分析显示，PlexinA1是CIITA的一个靶蛋白分子，通过转录因子促进主要组织相容性复合体Ⅱ(MHCⅡ)类分子表达。

3.6 Semaphorin7A(Sema7A) Sema7A又称为CD108，在先天性免疫系统及获得性免疫系统中表达。研究发现，先天性免疫系统中可溶性Sema7A(sSema7A)可诱导产生促炎因子IL-1、IL-6、IL-8及肿瘤坏死因子α(TNF-α)[23]。较少程度的Sema7A还能够诱导人嗜中性粒细胞中IL-8、TNF-α、IL-6、IL-1的产生。单核细胞和嗜中性粒细胞中Sema7A可显著促进IL-8分泌，诱导人单核细胞表型改变，使其分化为CD11b+、CD14-、CD1a-、CD83+、CD40+、CD86+DC。

获得性免疫发生过程中，Sema7A在胸腺组织中高表达，在脾和淋巴结中低表达。在T淋巴细胞发育过程中，流式细胞术分析显示15%的胸腺细胞表达Sema7A分子。T淋巴细胞前体中没有Sema7A的进一步表达，直到单阳性T淋巴细胞离开胸腺并在外周激活。Sema7A在早期活化的淋巴细胞中表达，且激活后4 h在大多数T淋巴细胞、NK细胞和B淋巴细胞中表达，激活后48 h达到峰值，随后逐渐减少至消失。这些结果表明，Sema7A与淋巴细胞的活化和分化有关[24]。GARCIA-AREAS等[25]研究确定了Sema7A在晚期乳腺癌4T1小鼠模型中的治疗效果，证明了SEMA7A在介导乳腺癌进展中的作用。研究发现，SEMA7A在4T1乳腺癌细胞中shRNA抑制肿瘤的生长，延缓转移并提高存活率。除乳腺癌外SEMA7A在黑色素瘤、胶质母细胞瘤、口腔鳞状细胞癌中均有表达，表明SEMA7A在不同癌症中介导迁移，并在基质金属蛋白酶(MMPs)的转移过程中起作用。

4 小 结

近年来，Semaphorin家族蛋白在免疫过程中的作用逐渐受到学界重视。Semaphorin家族分子在乳腺癌、宫颈癌、卵巢癌、食管癌、胃癌、直肠癌、口腔鳞状细胞癌、过敏性哮喘、银屑病等不同的疾病中都存在相应表达，其与相应受体结合后对T淋巴细胞、B淋巴细胞、巨噬细胞的成熟、增殖、分化等存在影响，为今后免疫治疗提供理论基础。但由于Semaphorin家族蛋白成员数量较多，对于各成员在免疫系统中的具体调节机制仍需要大量研究去不断发现与证实。