Semaphorin 3F在肿瘤中的研究进展

左志博 郭志琴 王 振 杨宏杰 邬万新

信号素Semaphorin(SEMA)最初在胚胎神经组织中发现，作为化学排斥剂或化学吸引剂，它们通常参与神经元网络和轴突外生长的建立[1]。SEMA3F是Semaphorin的一员，作为轴突导向分子排斥轴突以及诱导生长锥塌陷，SEMA3F对肿瘤细胞及内皮细胞也有类似的作用。研究表明，SEMA3F是位于染色体短臂3p21.3上的等位基因，在肿瘤的发生发展过程中经常表达缺失，并且通过多种机制影响着肿瘤的微环境，提示SEMA3F在肿瘤的生物学行为有负性调节作用。因此，鉴于SEMA3F作为轴突导向分子同时具有靶向肿瘤细胞和内皮细胞的特点，未来的研究将会为肿瘤的精准治疗提供潜在的理论依据。

1 SEMA3F及其受体的概述

SEMA3F是一种分泌型的前体蛋白，分子量约为100 kDa，由一些小亚型通过蛋白前体加工酶和弗林蛋白酶整合而成[2]。SEMA3F的共同受体为NRP及Plexins，其中NRP-2是SEMA3F的高亲和力受体，并且NRP-2同时也是血管内皮生长因子受体VEGF的协同结合受体，共同参与了血管和淋巴管的生成。而Plexin A1及Plexin A3是SEMA3F信号旁路的信号转导受体，发挥信号转换器的作用[3]。因此SEMA3F/NRP-2/PlexinA是SEMA3F发挥生物学功能的分子基础。

2 SEMA3F在肿瘤中的生物学功能

2.1 SEMA3F调控肿瘤细胞的生长和迁移

研究表明，SEMA3F与肿瘤细胞中纤维肌动蛋白及细胞骨架的塌陷密切相关[4]。SEMA3F与NRP-2的相互作用能够抑制血管内皮生长因子VEGF的表达、mTOR介导的细胞应激反应及细胞骨架稳定性，同时过表达的SEMA3F能够通过NRP-2抑制肿瘤的生长[5]。SEMA3F还可以通过NRP-2/Plexin A1途径导致RhoA的失活，从而激活肌动蛋白解聚因子破坏细胞骨架，最终抑制肿瘤细胞的迁移能力[6]。在胶质瘤模型中，SEMA3F通过阻止应力纤维的形成从而诱导细胞的凋亡，其机制可能为通过NRP2-plexinA1使得ABL2/ARG、RhoA和丝切蛋白的失活[7]。

2.2 SEMA3F与细胞间黏附的关系

研究显示，SEMA3F通过RAS家族的鸟苷三磷酸酶抑制整合素介导的细胞外基质黏附。细胞分泌的整合素通过影响细胞黏附性使得肿瘤细胞可以逃避抗癌药物的细胞毒性作用。SEMA3F可通过NRP-2下调整合素的表达，从而改善细胞耐药性，提示SEMA3F可以通过影响细胞黏附性来提高肿瘤化疗的敏感性[8]。此外SEMA3F诱导了E-cadherin和β-catenin的表达异位，促使细胞伪足的收缩以及细胞间连接的丢失，从而影响了细胞黏附性[7]。

2.3 SEMA3F与血管淋巴管生成的关系

除了对交感神经、嗅球和海马轴突的化学排斥作用外，SEMA3F还对血管系统的内皮细胞产生排斥作用[9]。SEMA3F的表达增强了细胞对DNA损伤的敏感性以及促进促细胞凋亡因子的生成，并且内皮细胞中SEMA3F的表达可诱导细胞凋亡，在血管和淋巴管内皮细胞中体现出抗肿瘤的特质，这在抗癌治疗中或许可以内皮细胞为靶点限制肿瘤的生长[10]。Uchida等[11]在体外实验中发现SEMA3F可以通过NRP-2途径来抑制VEGF介导的淋巴管内皮细胞的生成与增殖，从而负向调节淋巴管网络的形成，提示SEMA3F可能是肿瘤淋巴管的重要调控轴并且与肿瘤的转移密切相关。与此同时，SEMA3F与VEGF存在竞争关系，SEMA3F蛋白的肽链C端能有效地阻断VEGF与神经纤毛蛋白的结合，从而发挥其抗血管生成作用[12]。

2.4 SEMA3F与癌症相关基因的关系

c-Myc是一种原癌基因，在癌组织中经常高表达，并且与细胞的恶性增殖密切相关。研究表明，SEMA3F的表达与c-Myc呈负相关，并且在前列腺癌细胞系中最明显，高转移性肿瘤细胞过度表达c-Myc基因，导致Id2表达上调；Id2的异常升高抑制了E47诱导的SEMA3F表达，从而增强了肿瘤细胞迁移和侵袭的能力[13]。p53是与人类肿瘤相关性最高的蛋白因子，在发生基因突变后，其蛋白空间构象发生改变，失去对细胞生长、凋亡和DNA修复的调控作用，对细胞的增殖失去控制，导致细胞癌变[14]。SEMA3F及其受体NRP-2是肿瘤抑制因子p53的直接靶基因，这表明SEMA3F/NRP-2信号转导与肿瘤抑制通路有关[15]。

3 SEMA3F在肿瘤中的表达与作用

3.1 SEMA3F在消化系统肿瘤中的表达与作用

全球范围内结直肠癌发病率居恶性肿瘤第3位，死亡率居恶性肿瘤第4位。研究表明在直肠癌高分化组中SEMA3F的表达水平显著高于中-低分化组，提示SEMA3F在直肠癌早期高表达，随着疾病的进展表达水平逐渐降低，说明SEMA3F对直肠癌疾病进展及预后评估有重要价值[17]。在结直肠癌中，SEMA3F的表达水平显著下降，并且SEMA3F可能通过DNA甲基化抑制肿瘤的侵袭性[18]。SEMA3F在结直肠癌中的表达与肿瘤分期呈负相关，其机制可能是通过下调Rac1的表达从而抑制肿瘤的生长[19]。在结直肠癌中SEMA3F通过下调PI3K-AKT依赖的ASCL2-CXCR4信号通路抑制肿瘤的转移。此外SEMA3F是抑癌基因p53的靶点，SEMA3F/NRP信号通路可能与p53抑制结直肠癌的生长及血管生成有着重要关系[20]。SEMA3F诱导结直肠癌细胞凋亡，抑制上皮间充质转化，增加癌细胞对奥沙利铂的化疗敏感性。这些结果为基于轴突导向分子SEMA3F的结直肠癌新治疗手段提供了依据[21]。在肝细胞癌中SEMA3F水平显著低于癌旁正常肝组织，同时SEMA3F的水平降低与肿瘤包膜缺失、多发结节、复发率高及生存时间短密切相关[22]。SEMA3F在正常神经内分泌细胞中表达，但在神经内分泌肿瘤中表达缺失。在回肠神经内分泌肿瘤中过表达SEMA3F的水平导致肿瘤生长能力及肝转移能力的下降[23]。

3.2 SEMA3F在女性生殖系统肿瘤中的表达与作用

卵巢癌的发病率在妇科恶性肿瘤位列第3，由于发病隐匿，约2/3的患者初诊时已到达中晚期，因此手术及化疗效果欠佳。在卵巢癌中，SEMA3F的表达水平显著降低，并且上调SEMA3F的表达可以抑制血管内皮细胞的形成[24]。研究显示随着卵巢上皮性癌的进展，SEMA3F的染色强度逐渐降低，并且转移患者的SEMA3F水平也显著降低[25]。在卵巢上皮性癌中SEMA3F的表达水平显著下降，并且与临床分期、组织学分级及腹膜转移密切相关，同时生存分析显示SEMA3F阴性或低表达组患者的5年生存率明显低于SEMA3F高表达组[26]。与正常卵巢上皮细胞相比，卵巢癌细胞系中的SEMA3F表达水平显著下降，并且SEMA3F可以降低MMP-2、MMP-9的表达及致使FAK的磷酸化，从而降低癌细胞的黏附性及侵袭性，并且SEMA3F能够抑制内皮细胞的血管化。此外还发现通过雌激素可以恢复SEMA3F的表达，在癌症治疗中有着战略作用[27]。在子宫内膜癌中随着分级的增高，SEMA3F的水平逐渐降低，并且上调SEMA3F的水平可抑制癌细胞株的生长，提示SEMA3F在子宫内膜癌中发挥抑癌基因的作用[28]。

3.3 SEMA3F在头颈部肿瘤中的表达与作用

口腔鳞状细胞癌是口腔常见的原发恶性肿瘤，因其具有较强的局部侵润及转移能力而导致整体的临床预后较差。研究表明在口腔鳞状细胞癌中SEMA3F水平显著下调，并且SEMA3F能够抑制癌细胞的迁移和侵袭潜能[29]。在头颈部鳞状细胞癌中出现SEMA3F的表达缺失并且增强了血管内皮生长因子介导的内皮细胞信号转导，使得淋巴管的生成增加从而增加淋巴转移的概率，提示不良的临床预后[30]。在口腔鳞状细胞癌中SEMA3F的低表达与分化程度不良、淋巴结转移率高密切相关，SEMA3F低水平的患者表现出较高的复发风险以及较短的总生存期[31]。研究显示在涎腺腺样囊性癌中发现转移组的SEMA3F水平显著低于非转移组，而且微血管密度与SEMA3F呈负相关，提示SEMA3F的低表达可能与涎腺腺样囊性癌的血行转移有密切关系[32]。

3.4 SEMA3F在肺癌中的表达与作用

近年我国肺癌发病率及死亡率逐年上升，多发生于老年人群。在大多数肺癌中，SEMA3F表达下调，并且SEMA3F蛋白染色缺失与疾病晚期进展和VEGF过度表达显著相关，其机制可能与SEMA3F对低氧诱导因子1α(HIF-1α)和VEGF的表达水平具有负性调节相关[33]。SEMA3F的过表达显著延长肺癌细胞移植鼠的存活率，同时伴有活化整合素αvβ3的丢失[21]。在肺癌细胞的上皮细胞间充质转化中，SEMA3F的表达水平下降，提示SEMA3F的表达丢失与肺癌的侵袭性密切相关[34]。

3.5 SEMA3F在乳腺癌中的表达与作用

研究表明发现在乳腺原位癌至乳腺浸润性癌的转变过程中，SEMA3F的表达程度逐渐降低，提示SEMA3F的表达下降与乳腺癌的进展密切相关[35]。在乳腺癌中SEMA3F可以通过阻碍NRP及其受体的相互作用从而抑制肿瘤的侵袭性，SEMA3F水平的降低与乳腺癌患者的预后不良密切相关[36]。

3.6 SEMA3F在前列腺癌中的表达与作用

前列腺癌已成为影响我国老年男性健康的主要因素，因此临床上迫切需要更加特异有效的分子标记物来对诊断及预后进行判断。Xie等[37]通过检测前列腺癌中SEMA3F mRNA的表达水平，发现SEMA3F的表达与前列腺癌细胞的侵袭程度呈负相关。Beuten等[38]对789例前列腺患者进行了病例对照研究，发现SEMA3F的单核苷酸多态性与前列腺癌风险和预后不良密切相关。

3.7 SEMA3F在神经系统肿瘤中的表达与作用

在小鼠的胶质母细胞瘤模型进行外源性SEMA3F注射，结果显示与对照组相比，实验组的肿瘤生长受到抑制，肿瘤内CD31阳性的毛细血管也发生崩解，并且通过蛋白免疫印迹法检测出实验组中Akt-mTOR信号通路受到抑制，提示在胶质母细胞瘤中SEM3F通过抑制Akt-mTOR途径来发挥抗肿瘤和抗血管生成作用[15]。在NF2相关神经鞘瘤细胞中SEMA3F的表达水平下降，通过在小鼠模型神经鞘瘤细胞中添加外源性SEMA3F后，使得肿瘤血管正常化、肿瘤负荷下降及生存期延长，提示SEMA3F可能为治疗NF2相关神经鞘瘤提供新策略[4]。

3.8 SEMA3F在软组织肿瘤中的表达与作用

研究表明在婴儿血管瘤中SEMA3F能够降低血管瘤干细胞的应激，导致细胞骨架塌陷，细胞活力丧失。同时SEMA3F能够抑制VEGF及其下游p-ERK的信号通路从而抑制血管瘤细胞的生长，提示SEMA3F可能具备抑制高增殖性婴儿血管瘤的潜在作用[39]。Jung等[40]使用qRT-PCR法检测肺炎性肌纤维母细胞瘤中癌症相关基因的RNA表达状况，发现炎性肌纤维母细胞瘤中SEMA3F的表达水平较正常肺组织相比下降90%以上，提示SEMA3F在肺炎性肌纤维母细胞瘤中可能具有抑癌基因作用。

3.9 SEMA3F在其他肿瘤中的表达及其作用

研究显示在体外实验小鼠黑色素移植瘤模型中，上调SEMA3F的表达能够抑制肿瘤血管的生成和肿瘤的生长及转移[41]。在小鼠的高转移性黑色素瘤模型中使用SEMA3F转染，结果显示表达SEMA3F的肿瘤发生大量凋亡和血管减少，并且没有转移至淋巴结或肺部[15]。国外有学者发现SEMA3F还能够在急性淋巴细胞白血病中抑制T淋巴母细胞的迁徙[42]。在骨肉瘤中SEMA3F的下调可导致肿瘤细胞的增殖、侵袭及转移增加，SEMA3F阴性患者的无病生存时间及总生存时间明显低于阳性患者，多因素Cox回归分析显示SEMA3F表达是预测生存期的独立预后因素[43]。Yoshikawa等[44]对恶性间皮瘤和良性间皮反应增生进行基因组杂交分析，结果显示在恶性间皮瘤中出现SEMA3F的表达下调，提示SEMA3F在恶性间皮瘤中可能具有抑制肿瘤的作用。SEMA3F在正常神经内分泌细胞中表达，但在神经内分泌肿瘤中却表达缺失。 在回肠神经内分泌肿瘤中过表达SEMA3F的水平导致肿瘤生长能力及肝脏转移能力的下降[43]。

4 小结与展望

尽管手术治疗和放化疗的相结合能够提高肿瘤患者的生存率，但不同患者对细胞毒性药物的疗效反应都有所不同，甚至会有副作用的出现，因此靶向药物治疗成为了肿瘤个体化治疗的关键所在。SEMA3F不仅在肿瘤血管生成中发挥抑制作用，对淋巴管的生成也有同样作用，为将来在拮抗肿瘤淋巴转移方面的研究提供新的思路。各系统肿瘤的研究都提示SEMA3F在肿瘤中的表达缺失与其预后不良密切相关，这为未来的生物治疗提供基础依据。虽然SEMA3F是一种抑癌基因，能通过多种途径抑制肿瘤，但其具体机制仍需要进一步深入研究。