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(xué)人民醫(yī)院，湖北宜昌443000)

腫瘤新生血管形成在腫瘤侵襲、轉(zhuǎn)移中發(fā)揮重要作用。在腫瘤生長的早期，其對氧和營養(yǎng)物質(zhì)等的需求主要由周邊血管供應(yīng)，但當腫瘤生長至一定大小后(直徑>2 mm)，僅依靠周邊現(xiàn)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(nèi)部延伸，腫瘤將無法繼續(xù)生長。在此條件下，腫瘤組織細胞將發(fā)生有利于新血管生成的微環(huán)境改變，稱之為腫瘤微環(huán)境血管生成轉(zhuǎn)換。這種轉(zhuǎn)換發(fā)生后，腫瘤血管生成、腫瘤生長和腫瘤轉(zhuǎn)移將同步進行，而抑制腫瘤血管生成，阻斷腫瘤血液供應(yīng)，可有效控制腫瘤的生長與侵襲轉(zhuǎn)移。在腫瘤血管生成中，促血管生成相關(guān)基因越來越受到重視。Semaphorin家族最初被認為是軸突導(dǎo)向因子，可影響中樞神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育。隨后發(fā)現(xiàn)在多種細胞中均有Semaphorin受體表達，從而引起一系列關(guān)于其功能及信號轉(zhuǎn)導(dǎo)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(fā)揮重要作用?，F(xiàn)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(jié)構(gòu)及其受體

1.1 Sema4D的結(jié)構(gòu) Semaphorin家族是一種細胞表面可溶性蛋白。根據(jù)系列相似性及生物學(xué)特性，共分為8個亞型。Ⅰ、Ⅱ型在無脊椎動物中發(fā)現(xiàn)，Ⅲ～Ⅶ型在脊椎動物中發(fā)現(xiàn)，Ⅷ型在病毒中發(fā)現(xiàn)[1]。Sema4D為其Ⅳ型家族成員，屬于跨膜蛋白。其結(jié)構(gòu)上含有一個氨基酸末端信號序列，一個Sema結(jié)構(gòu)域，一個免疫球蛋白域，一個半胱氨酸富集區(qū)，一個跨膜區(qū)和一個存在于胞質(zhì)中的尾部結(jié)構(gòu)。Sema4D以同源二聚體的形式表達于細胞表面。其細胞外的結(jié)構(gòu)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(nèi)二硫鍵的形成，胞內(nèi)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(jié)構(gòu)上胞外區(qū)域與Met基因具有28%的同源性，包含Sema結(jié)構(gòu)域，3個PSI結(jié)構(gòu)域，甘氨酸-脯氨酸富集模體，而胞質(zhì)部分含有2個鳥苷三磷酸(GTP)酶激活蛋白樣結(jié)構(gòu)域，中間1個GTPase結(jié)合結(jié)構(gòu)域，胞質(zhì)尾部有一個盤狀同源區(qū)域(PDZ)結(jié)構(gòu)域結(jié)合位點[4]。Sema4D與PlexinB1結(jié)合后主要激活兩條信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路。其一為RhoGTP酶途徑。小GTPase被認為是Semaphorin發(fā)揮功能的中介。Sema4D與PlexinB1結(jié)合刺激激活的Rac在PlexinB1細胞質(zhì)區(qū)域募集。其二為Met途徑。在內(nèi)皮細胞，PlexinB1作為功能性的受體與Met形成復(fù)合物介導(dǎo)內(nèi)皮細胞遷移。Sema4D與PlexinB1激活Met的酪氨酸激酶活性，導(dǎo)致下游效應(yīng)物生長因子受體蛋白2相關(guān)結(jié)合蛋白的磷酸化，從而介導(dǎo)內(nèi)皮細胞侵襲性生長[5]。

CD72是一個膜結(jié)合的鈣依賴性蛋白，是Sema4D在淋巴組織的主要受體。CD72胞質(zhì)區(qū)含有2個免疫受體酪氨酸抑制基序(ITIM)，在B細胞的發(fā)育和分化及免疫應(yīng)答中起負調(diào)控作用[6]。ITIM與B細胞受體交聯(lián)就可誘導(dǎo)CD72胞內(nèi)ITIM中的酪氨酸磷酸化，并與蛋白質(zhì)酪氨酸磷酸酶1(SHP-1)結(jié)合，誘導(dǎo)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(jié)合，可抑制CD72和B細胞受體的交聯(lián)，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(jù)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(zhuǎn)移及預(yù)后相關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)，Sema4D是胰腺癌血管生成擬態(tài)的關(guān)鍵因子，抑制Sema4D表達能明顯抑制胰腺癌細胞主導(dǎo)的血管生成擬態(tài)形成[8]。在人頭頸部鱗狀細胞癌中，Sema4D促進內(nèi)皮細胞的遷移及裸鼠體內(nèi)血管樣結(jié)構(gòu)的大小和分布，從而促進微血管形成和腫瘤轉(zhuǎn)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(nèi)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(dǎo)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(yù)后密切相關(guān)[11]。同時Sema4D表達強弱預(yù)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(fā)現(xiàn)，80.85%的結(jié)直腸癌標本表現(xiàn)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(fā)現(xiàn)，Sema4D能增強促血管新生作用及誘導(dǎo)人臍靜脈內(nèi)皮細胞的遷移。體內(nèi)實驗發(fā)現(xiàn)，Sema4D表現(xiàn)出強的血管新生效應(yīng)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(zhuǎn)移、淋巴管浸潤、血管侵犯有關(guān)，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(dǎo)腫瘤血管生成而促進腫瘤細胞遠處轉(zhuǎn)移有關(guān)。而在乳腺癌中，Sema4D高表達與腫瘤局部復(fù)發(fā)及預(yù)后明顯相關(guān)。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(dǎo)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(jié)合后主要激活RhoA-ROCK信號通路，誘導(dǎo)腫瘤細胞增殖、遷移及血管新生[16,17]。PlexinB1高表達于內(nèi)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(huán)境中，與內(nèi)皮細胞膜上的PlexinB1結(jié)合后誘導(dǎo)一系列反應(yīng)發(fā)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(zhì)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(jié)合，促使Rho激活[19]。RhoA與GTP結(jié)合激活后與ROCK的卷曲螺旋結(jié)構(gòu)結(jié)合，使其發(fā)生多個氨基酸位點的磷酸化而被激活，并介導(dǎo)下游一系列磷酸化/脫磷酸化反應(yīng)[20]。白血病相關(guān) RhoGEF和 PDZ-RhoGEF是Rho特異性GEF，二者與PlexinB1的C端結(jié)合形成復(fù)合物，介導(dǎo)由Sema4D刺激引起的RhoA激活反應(yīng)[21]。

但Conrotto等[5]認為Sema4D與PlexinB1結(jié)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(fā)揮生物學(xué)效應(yīng)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(dǎo)致內(nèi)皮細胞骨架發(fā)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(nèi)皮細胞生長因子(VEGF)協(xié)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(guān)鍵作用。其能促進內(nèi)皮細胞增殖、遷移，增加新生血管的通透性及抑制內(nèi)皮細胞凋亡。眾多學(xué)者發(fā)現(xiàn)，Sema4D與VEGF在促腫瘤血管生成中具有協(xié)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(zhì)轉(zhuǎn)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(guān)性。

3.3 Sema4D與低氧誘導(dǎo)因子(HIF)作用 腫瘤細胞誘導(dǎo)腫瘤血管形成從而促進生長及轉(zhuǎn)移等方法之一是激活HIF家族轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)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(dǎo)因子?，F(xiàn)已明確HIF-1對低氧誘導(dǎo)的糖酵解增加和腫瘤細胞主導(dǎo)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(nèi)皮細胞相互作用誘導(dǎo)腫瘤新生血管形成[23]。HIF-1可激活一系列基因從而調(diào)控一系列適應(yīng)性反應(yīng)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(fā)現(xiàn)，在頭頸部鱗狀細胞癌中，Sema4D在低氧環(huán)境中通過HIF-1依賴的方式被誘導(dǎo)，從而影響內(nèi)皮細胞的遷移及腫瘤血管發(fā)生。同時發(fā)現(xiàn)，Sema4D及VEGF的表達共同受HIF家族轉(zhuǎn)錄因子的調(diào)控;在HIF調(diào)控下，Sema4D與VEGF協(xié)同促進腫瘤生長及血管形成[14]。

綜上所述，Sema4D在腫瘤發(fā)生、發(fā)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(yīng)更強、惡性程度更高及預(yù)后更差。因此，Sema4D可作為抗腫瘤及抗腫瘤血管治療的新靶標。