Semaphorins調(diào)控T淋巴細(xì)胞功能的研究進(jìn)展*

李曼琳 綜述，胥 琴 審校

(1.昆明理工大學(xué)醫(yī)學(xué)院，昆明 650500;2.昆明理工大學(xué)附屬醫(yī)院/云南省第一人民醫(yī)院生殖醫(yī)學(xué)科,昆明 650000)

Semaphorins分子最初是作為軸突導(dǎo)向分子被發(fā)現(xiàn)，目前研究表明，不同類別的Semaphorins家族蛋白與其受體結(jié)合可以介導(dǎo)細(xì)胞多種生理反應(yīng)，從而參與機(jī)體的復(fù)雜生理過(guò)程。T淋巴細(xì)胞在機(jī)體中參與多種免疫反應(yīng)包括免疫細(xì)胞的激活、分化及免疫細(xì)胞的遷徙與回巢等多種過(guò)程。目前，關(guān)于Semaphorins蛋白與T淋巴細(xì)胞功能的相關(guān)性的研究并不多見(jiàn)，但Semaphorins家族及其受體的研究已由最初神經(jīng)系統(tǒng)上的相關(guān)性逐漸轉(zhuǎn)向與復(fù)雜細(xì)胞生理變化的研究，后者主要包括腫瘤微環(huán)境中Semaphorins家族蛋白及其受體參與的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，在免疫系統(tǒng)中的調(diào)控作用，旨在為靶向治療腫瘤尋找新的靶點(diǎn)。

1 Semaphorins家族分子概述

Semaphorins名稱來(lái)源于Semaphore，最初被確定為軸突生長(zhǎng)導(dǎo)向因子，在神經(jīng)元發(fā)育過(guò)程中起主要作用。Semaphorins是一類具有保守結(jié)構(gòu)域的蛋白家族，該家族蛋白N末端的序列上都存在約500個(gè)氨基酸的相似結(jié)構(gòu)，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(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)受體，Neuropilin家族蛋白為膜結(jié)合受體，當(dāng)Semaphorins蛋白家族成員與其受體結(jié)合后才能激活相應(yīng)的信號(hào)通路，從而調(diào)節(jié)細(xì)胞的多種生理活動(dòng)。

研究表明,Semaphorins家族蛋白分子主要被分成8類，前7類按照數(shù)字編碼分別為Sema1-7亞家族，第8類亞家族(Sema8)表達(dá)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(gè)，其中Sema1A、Sema1B和Sema2A在無(wú)脊椎動(dòng)物中表達(dá)，Seam3～7在脊椎動(dòng)物中表達(dá)(包括Sema3A-F、Sema4A-G、Sema5A-B、Sema6A-D、Sema7A)，Sema5家族成員則在脊椎動(dòng)物與無(wú)脊椎動(dòng)物中均有表達(dá)。Sema1類和Sema4-7類主要為膜結(jié)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(guò)程，如神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育、血管生成、腫瘤發(fā)生與發(fā)展及腫瘤細(xì)胞遷移等。近年來(lái)，Semaphorins蛋白在樹(shù)突狀細(xì)胞(DC)、B淋巴細(xì)胞、T淋巴細(xì)胞等免疫細(xì)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(xì)胞概述

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

3 Semaphorins與T淋巴細(xì)胞相關(guān)研究進(jìn)展

3.1 Semaphorin3A(Sema3A) Semaphorins家族第三類亞家族Sema3中第一個(gè)被發(fā)現(xiàn)的輔助受體是PlexinA；在Sema3蛋白家族中Sema3A第一個(gè)被發(fā)現(xiàn)，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(duì)于Sema3A蛋白的分子結(jié)構(gòu)仍然處于研究當(dāng)中。在惡性肺癌的研究中表明，PlexinA分子在Sema3A信號(hào)傳導(dǎo)過(guò)程中起關(guān)鍵作用。YAMADA等[8]研究發(fā)現(xiàn)，降低PlexinA1或Sema3A表達(dá)可導(dǎo)致路易斯肺癌細(xì)胞(lewis lung carcinoma，LLC)對(duì)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(diào)節(jié)細(xì)胞增殖和糖酵解，抑制PlexinA1導(dǎo)致糖酵解活動(dòng)減少，以及增加對(duì)氧化磷酸化的依賴性。通過(guò)相關(guān)的串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)證明，Sema3A/PlexinA1信號(hào)通過(guò)糖酵解途徑可調(diào)節(jié)癌細(xì)胞的增殖。

SUZUKI等[9]研究發(fā)現(xiàn)，Semaphorin/Plexin信號(hào)系統(tǒng)中Sema3A/PlexinA信號(hào)傳導(dǎo)對(duì)于成人體內(nèi)各種器官的平衡是至關(guān)重要的。在骨骼中,Sema3A通過(guò)促進(jìn)及抑制成骨細(xì)胞和破骨細(xì)胞的分化，分別作為骨形成和再吸收之間的耦聯(lián)因子。Sema3A的這種“骨保護(hù)”效應(yīng)表明，Sema3A/PlexinA信號(hào)可能在治療骨關(guān)節(jié)疾病中具有潛在的效用。在免疫系統(tǒng)中，由淋巴管內(nèi)皮細(xì)胞產(chǎn)生的Sema3A通過(guò)PlexinA1受體作用于DC介導(dǎo)淋巴引流，通過(guò)及時(shí)的抗原呈遞使有效的免疫誘導(dǎo)成為可能。Sema3A及其受體Plexin-A1在DC和T淋巴細(xì)胞中均有表達(dá)。Sema3A/PlxinA1也被證明可通過(guò)調(diào)節(jié)T淋巴細(xì)胞增殖發(fā)揮免疫抑制作用[4]。T淋巴細(xì)胞成熟的關(guān)鍵是骨髓中的造血干細(xì)胞遷移到相應(yīng)的器官中。因此，細(xì)胞遷移是胸腺中T淋巴細(xì)胞分化的關(guān)鍵，Sema3A與其受體Neuropilins1(Nrp1)及PlexinA分子可參與人胸腺細(xì)胞遷移的生理過(guò)程。趨化因子CCL12、CCL19、CCL21、CCL25等在胸腺細(xì)胞遷移中起主要作用，其中CCL12是人和小鼠胸腺細(xì)胞遷移的趨化因子。Sema3A-NPR1結(jié)合可影響CCL12誘導(dǎo)胸腺細(xì)胞的成熟，特別是對(duì)未成熟的CD4+T淋巴細(xì)胞和CD8+T淋巴細(xì)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(fā)生過(guò)程中調(diào)節(jié)神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育。在免疫系統(tǒng)中Semaphorin3E與其受體PlexinD1結(jié)合后激活相應(yīng)信號(hào)通路發(fā)揮免疫作用。MOVASSAGH等[10]研究表明，Sema3E/PlexinD1對(duì)人呼吸道平滑肌細(xì)胞功能產(chǎn)生抑制作用，通過(guò)建立慢性過(guò)敏性哮喘小鼠模型，發(fā)現(xiàn)該小鼠暴露于慢性塵螨環(huán)境中后，氣道中Sema3E表達(dá)被顯著抑制，并可誘導(dǎo)氣道發(fā)生輔助性T淋巴細(xì)胞(Th)2/Th17炎性反應(yīng)。Sema3E參與嗜中性粒細(xì)胞誘導(dǎo)的炎性反應(yīng)，是調(diào)節(jié)嗜中性粒細(xì)胞遷移的重要調(diào)節(jié)介質(zhì)。給予外源重組Sema3E可顯著減少過(guò)敏原誘導(dǎo)的嗜中性粒細(xì)胞向肺部募集，這與緩解過(guò)敏性氣道炎癥和改善肺功能有關(guān)[11]。

Sema3E在脂肪組織炎癥及胰島素抵抗中發(fā)揮作用。在飲食性肥胖的小鼠模型中，Sema3E與其受體PlexinD1的表達(dá)均上調(diào)，可活化巨噬細(xì)胞，進(jìn)而引起脂肪組織炎癥和與飲食性肥胖相關(guān)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(xì)胞和血管內(nèi)皮細(xì)胞中肌動(dòng)蛋白纖維，導(dǎo)致細(xì)胞骨架崩解和細(xì)胞運(yùn)動(dòng)性喪失[13]。Sema3E、Sema3F抑制IH衍生細(xì)胞的血管生成能力，因此可潛在抑制IH生長(zhǎng)，也表明Sema3E、Sema3F可應(yīng)用于高度增殖性IH的治療。研究發(fā)現(xiàn)，Sema3E目前還可作為胃癌轉(zhuǎn)移至淋巴結(jié)的腫瘤標(biāo)志物[14]。淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移是胃癌復(fù)發(fā)的一個(gè)關(guān)鍵因素，淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的出現(xiàn)對(duì)于胃癌患者的生存率具有影響。因此，準(zhǔn)確預(yù)測(cè)淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移可為胃癌患者提供可靠的預(yù)后評(píng)估。研究中選取幾個(gè)癌癥和淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移相關(guān)的基因，如Sema3E、PDX1、TP73、NMT1等根據(jù)其DNA甲基化數(shù)據(jù)進(jìn)行評(píng)估。結(jié)果表明，該預(yù)測(cè)方法可以在檢測(cè)淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移方面獲得更高的準(zhǔn)確性，間接證明了所選擇的生物標(biāo)記物的可靠性。

3.3 Semaphorin4C(Sema4C) Sema4C的受體為PlexinB。研究發(fā)現(xiàn)，在卵泡T輔助細(xì)胞(follicular T helper，TFH)局部發(fā)生的募集現(xiàn)象中，TFH變形蟲(chóng)樣遷移依賴的是PlexinB2分子與其跨膜結(jié)合的配體Sema4C通過(guò)調(diào)控TFH的招募功能進(jìn)而優(yōu)化抗體應(yīng)答[6]。Sema4C缺陷小鼠模型中，小鼠接觸過(guò)敏原后出現(xiàn)氣道炎癥增加、Th2細(xì)胞因子水平上升。研究表明，Sema4C缺陷型小鼠的CD19、CD138在體內(nèi)和體外表達(dá)白細(xì)胞介素(IL)-10水平降低，IL-4水平上升。通過(guò)缺陷型與野生型的過(guò)繼轉(zhuǎn)移實(shí)驗(yàn)確定了Sema4C介導(dǎo)的Th2免疫反應(yīng)新途徑[15]。

乳腺癌宮頸癌患者血清中檢測(cè)到可溶性Sema4C(sSema4C)表達(dá)水平升高。sSema4C通過(guò)激活淋巴管內(nèi)皮細(xì)胞中PlexinB2/ERBB2信號(hào)通路促進(jìn)淋巴管生成，并通過(guò)刺激PlexinB2/MET信號(hào)傳導(dǎo)促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的增殖與遷移，從而促進(jìn)淋巴轉(zhuǎn)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(dá)，與淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移密切相關(guān)。因此，Sema4C可能在食管癌、胃癌和直腸癌的侵襲和淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移中發(fā)揮關(guān)鍵作用[17]?？蔀榘┌Y治療提供一個(gè)新的靶點(diǎn)，也可作為癌癥預(yù)后的靶標(biāo)分子。

3.4 Semaphorin4D(Sema4D) Sema4D也被稱為CD100，是一種相對(duì)分子質(zhì)量150×103的蛋白質(zhì)，在炎癥及腫瘤疾病中會(huì)出現(xiàn)可溶性CD100(sCD100)，為相對(duì)分子質(zhì)量120×103的蛋白質(zhì)。CD100為表達(dá)于自然殺傷細(xì)胞(NK細(xì)胞)、T淋巴細(xì)胞膜上的信號(hào)分子，在T淋巴細(xì)胞活化過(guò)程中起重要作用。免疫系統(tǒng)中還可通過(guò)與其受體CD72結(jié)合激活B淋巴細(xì)胞和DC，完整的CD100和CD72的相互調(diào)節(jié)作用是T淋巴細(xì)胞受體誘導(dǎo)T淋巴細(xì)胞增殖的關(guān)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(xì)胞，T淋巴細(xì)胞的CD100表達(dá)水平較高，當(dāng)T淋巴細(xì)胞活化后其表達(dá)水平將進(jìn)一步增加。

CD100在T淋巴細(xì)胞中高度表達(dá)，其抗體則在T淋巴細(xì)胞增殖過(guò)程中起作用，但目前其機(jī)制尚不清楚。CD100有3種不同的受體，分別是PlxinB1、Plxin2和CD72，通過(guò)對(duì)CD100+T淋巴細(xì)胞的RNA測(cè)序發(fā)現(xiàn)，CD72的表達(dá)水平比PlxinB1和PlxinB2高出3～8倍。利用流式細(xì)胞技術(shù)分析CD72在T淋巴細(xì)胞表面的表達(dá)，其在T淋巴細(xì)胞活化后表達(dá)水平上升。為研究CD100-CD72在T淋巴細(xì)胞增殖中的作用，阻斷CD100后刺激T淋巴細(xì)胞受體將胞內(nèi)IL-2、γ干擾素(IFN-γ)染色24 h后并未發(fā)現(xiàn)抑制擴(kuò)散的現(xiàn)象，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析表明CD100-CD72在T淋巴細(xì)胞增殖過(guò)程中發(fā)揮作用[18]。

CD100和受體結(jié)合可以誘導(dǎo)多種免疫反應(yīng)。在皮膚損傷修復(fù)過(guò)程中，Sema4D與PlexinB2在γδT淋巴 細(xì)胞上相互作用，在愈合過(guò)程中發(fā)揮作用。體外觀察發(fā)現(xiàn)Sema4D在人口腔角質(zhì)形成細(xì)胞中結(jié)合PlexinB1，通過(guò)蛋白激酶B/核因子-κB(NF-κB)級(jí)聯(lián)誘導(dǎo)產(chǎn)生趨化因子CXCL9、CXCL10，從而引發(fā)口腔扁平苔蘚(OLP)中CD8+T淋巴細(xì)胞遷移[19]。

ZHANG等[20]研究發(fā)現(xiàn)，在非特異性皮炎的銀屑病患者損傷的皮膚角質(zhì)形成細(xì)胞中PlxnB2存在特異性增加。在銀屑病患者血清和皮膚角質(zhì)形成細(xì)胞中，CD100及sCD100的表達(dá)水平均升高。通過(guò)與PlxnB2結(jié)合，sCD100能夠促進(jìn)角質(zhì)細(xì)胞產(chǎn)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(jié)合能夠激活NF-κB和NLRP3炎性小體，從而促進(jìn)角質(zhì)形成細(xì)胞的炎性反應(yīng)并參與銀屑病的發(fā)病。銀屑病患者血清中sCD100與膜結(jié)合CD100的水平分別升高。通過(guò)角質(zhì)形成細(xì)胞結(jié)合PlexinB2與sCD100，促進(jìn)CXCL-1、CXCL-2、IL-1和IL-18分泌并激活NLRP3炎性小體。該研究還發(fā)現(xiàn)，CD100與PlexinB2結(jié)合活化NF-κB通路及NLRP3炎性小體從而促進(jìn)角質(zhì)形成細(xì)胞的炎性反應(yīng)，并參與牛皮癬的發(fā)病機(jī)制。因此，在相關(guān)疾病的治療上，CD100/PlxnB2可能是牛皮癬潛在的治療靶點(diǎn)。

3.5 Semaphorin6D(Sema6D) Sema6D在T淋巴細(xì)胞、B淋巴細(xì)胞及NK細(xì)胞中均有表達(dá)，涉及的生理過(guò)程包括免疫反應(yīng)、心臟發(fā)育及神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育等。Sema6D的主要受體是Plexin-A1，在成熟的DC中表達(dá)水平較高。TAKEGAHARA等[21]在對(duì)PlexinA1的研究中發(fā)現(xiàn)，Sema6D與PlexinA1結(jié)合后在體內(nèi)能夠形成復(fù)合體血管內(nèi)皮細(xì)胞生長(zhǎng)因子受體2(VEGFR2)從而影響心臟發(fā)育。Sema6D結(jié)合并激活DC，通過(guò) PlexinA1 促進(jìn)IL-12分泌。PlexinA1在DC中表達(dá)并發(fā)揮作用，從而影響T淋巴細(xì)胞的功能。WONG等[22]通過(guò)DNA微陣列的分析顯示，PlexinA1是CIITA的一個(gè)靶蛋白分子，通過(guò)轉(zhuǎn)錄因子促進(jìn)主要組織相容性復(fù)合體Ⅱ(MHCⅡ)類分子表達(dá)。

3.6 Semaphorin7A(Sema7A) Sema7A又稱為CD108，在先天性免疫系統(tǒng)及獲得性免疫系統(tǒng)中表達(dá)。研究發(fā)現(xiàn)，先天性免疫系統(tǒng)中可溶性Sema7A(sSema7A)可誘導(dǎo)產(chǎn)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(dǎo)人嗜中性粒細(xì)胞中IL-8、TNF-α、IL-6、IL-1的產(chǎn)生。單核細(xì)胞和嗜中性粒細(xì)胞中Sema7A可顯著促進(jìn)IL-8分泌，誘導(dǎo)人單核細(xì)胞表型改變，使其分化為CD11b+、CD14-、CD1a-、CD83+、CD40+、CD86+DC。

獲得性免疫發(fā)生過(guò)程中，Sema7A在胸腺組織中高表達(dá)，在脾和淋巴結(jié)中低表達(dá)。在T淋巴細(xì)胞發(fā)育過(guò)程中，流式細(xì)胞術(shù)分析顯示15%的胸腺細(xì)胞表達(dá)Sema7A分子。T淋巴細(xì)胞前體中沒(méi)有Sema7A的進(jìn)一步表達(dá)，直到單陽(yáng)性T淋巴細(xì)胞離開(kāi)胸腺并在外周激活。Sema7A在早期活化的淋巴細(xì)胞中表達(dá)，且激活后4 h在大多數(shù)T淋巴細(xì)胞、NK細(xì)胞和B淋巴細(xì)胞中表達(dá)，激活后48 h達(dá)到峰值，隨后逐漸減少至消失。這些結(jié)果表明，Sema7A與淋巴細(xì)胞的活化和分化有關(guān)[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(dǎo)乳腺癌進(jìn)展中的作用。研究發(fā)現(xiàn)，SEMA7A在4T1乳腺癌細(xì)胞中shRNA抑制腫瘤的生長(zhǎng)，延緩轉(zhuǎn)移并提高存活率。除乳腺癌外SEMA7A在黑色素瘤、膠質(zhì)母細(xì)胞瘤、口腔鱗狀細(xì)胞癌中均有表達(dá)，表明SEMA7A在不同癌癥中介導(dǎo)遷移，并在基質(zhì)金屬蛋白酶(MMPs)的轉(zhuǎn)移過(guò)程中起作用。

4 小 結(jié)

近年來(lái)，Semaphorin家族蛋白在免疫過(guò)程中的作用逐漸受到學(xué)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(xì)胞癌、過(guò)敏性哮喘、銀屑病等不同的疾病中都存在相應(yīng)表達(dá)，其與相應(yīng)受體結(jié)合后對(duì)T淋巴細(xì)胞、B淋巴細(xì)胞、巨噬細(xì)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(chǔ)。但由于Semaphorin家族蛋白成員數(shù)量較多，對(duì)于各成員在免疫系統(tǒng)中的具體調(diào)節(jié)機(jī)制仍需要大量研究去不斷發(fā)現(xiàn)與證實(shí)。