Semaphorin 3F在腫瘤中的研究進(jìn)展

左志博 郭志琴 王 振 楊宏杰 鄔萬新

信號素Semaphorin(SEMA)最初在胚胎神經(jīng)組織中發(fā)現(xiàn)，作為化學(xué)排斥劑或化學(xué)吸引劑，它們通常參與神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)和軸突外生長的建立[1]。SEMA3F是Semaphorin的一員，作為軸突導(dǎo)向分子排斥軸突以及誘導(dǎo)生長錐塌陷，SEMA3F對腫瘤細(xì)胞及內(nèi)皮細(xì)胞也有類似的作用。研究表明，SEMA3F是位于染色體短臂3p21.3上的等位基因，在腫瘤的發(fā)生發(fā)展過程中經(jīng)常表達(dá)缺失，并且通過多種機(jī)制影響著腫瘤的微環(huán)境，提示SEMA3F在腫瘤的生物學(xué)行為有負(fù)性調(diào)節(jié)作用。因此，鑒于SEMA3F作為軸突導(dǎo)向分子同時具有靶向腫瘤細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞的特點，未來的研究將會為腫瘤的精準(zhǔn)治療提供潛在的理論依據(jù)。

1 SEMA3F及其受體的概述

SEMA3F是一種分泌型的前體蛋白，分子量約為100 kDa，由一些小亞型通過蛋白前體加工酶和弗林蛋白酶整合而成[2]。SEMA3F的共同受體為NRP及Plexins，其中NRP-2是SEMA3F的高親和力受體，并且NRP-2同時也是血管內(nèi)皮生長因子受體VEGF的協(xié)同結(jié)合受體，共同參與了血管和淋巴管的生成。而Plexin A1及Plexin A3是SEMA3F信號旁路的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)受體，發(fā)揮信號轉(zhuǎn)換器的作用[3]。因此SEMA3F/NRP-2/PlexinA是SEMA3F發(fā)揮生物學(xué)功能的分子基礎(chǔ)。

2 SEMA3F在腫瘤中的生物學(xué)功能

2.1 SEMA3F調(diào)控腫瘤細(xì)胞的生長和遷移

研究表明，SEMA3F與腫瘤細(xì)胞中纖維肌動蛋白及細(xì)胞骨架的塌陷密切相關(guān)[4]。SEMA3F與NRP-2的相互作用能夠抑制血管內(nèi)皮生長因子VEGF的表達(dá)、mTOR介導(dǎo)的細(xì)胞應(yīng)激反應(yīng)及細(xì)胞骨架穩(wěn)定性，同時過表達(dá)的SEMA3F能夠通過NRP-2抑制腫瘤的生長[5]。SEMA3F還可以通過NRP-2/Plexin A1途徑導(dǎo)致RhoA的失活，從而激活肌動蛋白解聚因子破壞細(xì)胞骨架，最終抑制腫瘤細(xì)胞的遷移能力[6]。在膠質(zhì)瘤模型中，SEMA3F通過阻止應(yīng)力纖維的形成從而誘導(dǎo)細(xì)胞的凋亡，其機(jī)制可能為通過NRP2-plexinA1使得ABL2/ARG、RhoA和絲切蛋白的失活[7]。

2.2 SEMA3F與細(xì)胞間黏附的關(guān)系

研究顯示，SEMA3F通過RAS家族的鳥苷三磷酸酶抑制整合素介導(dǎo)的細(xì)胞外基質(zhì)黏附。細(xì)胞分泌的整合素通過影響細(xì)胞黏附性使得腫瘤細(xì)胞可以逃避抗癌藥物的細(xì)胞毒性作用。SEMA3F可通過NRP-2下調(diào)整合素的表達(dá)，從而改善細(xì)胞耐藥性，提示SEMA3F可以通過影響細(xì)胞黏附性來提高腫瘤化療的敏感性[8]。此外SEMA3F誘導(dǎo)了E-cadherin和β-catenin的表達(dá)異位，促使細(xì)胞偽足的收縮以及細(xì)胞間連接的丟失，從而影響了細(xì)胞黏附性[7]。

2.3 SEMA3F與血管淋巴管生成的關(guān)系

除了對交感神經(jīng)、嗅球和海馬軸突的化學(xué)排斥作用外，SEMA3F還對血管系統(tǒng)的內(nèi)皮細(xì)胞產(chǎn)生排斥作用[9]。SEMA3F的表達(dá)增強(qiáng)了細(xì)胞對DNA損傷的敏感性以及促進(jìn)促細(xì)胞凋亡因子的生成，并且內(nèi)皮細(xì)胞中SEMA3F的表達(dá)可誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，在血管和淋巴管內(nèi)皮細(xì)胞中體現(xiàn)出抗腫瘤的特質(zhì)，這在抗癌治療中或許可以內(nèi)皮細(xì)胞為靶點限制腫瘤的生長[10]。Uchida等[11]在體外實驗中發(fā)現(xiàn)SEMA3F可以通過NRP-2途徑來抑制VEGF介導(dǎo)的淋巴管內(nèi)皮細(xì)胞的生成與增殖，從而負(fù)向調(diào)節(jié)淋巴管網(wǎng)絡(luò)的形成，提示SEMA3F可能是腫瘤淋巴管的重要調(diào)控軸并且與腫瘤的轉(zhuǎn)移密切相關(guān)。與此同時，SEMA3F與VEGF存在競爭關(guān)系，SEMA3F蛋白的肽鏈C端能有效地阻斷VEGF與神經(jīng)纖毛蛋白的結(jié)合，從而發(fā)揮其抗血管生成作用[12]。

2.4 SEMA3F與癌癥相關(guān)基因的關(guān)系

c-Myc是一種原癌基因，在癌組織中經(jīng)常高表達(dá)，并且與細(xì)胞的惡性增殖密切相關(guān)。研究表明，SEMA3F的表達(dá)與c-Myc呈負(fù)相關(guān)，并且在前列腺癌細(xì)胞系中最明顯，高轉(zhuǎn)移性腫瘤細(xì)胞過度表達(dá)c-Myc基因，導(dǎo)致Id2表達(dá)上調(diào)；Id2的異常升高抑制了E47誘導(dǎo)的SEMA3F表達(dá)，從而增強(qiáng)了腫瘤細(xì)胞遷移和侵襲的能力[13]。p53是與人類腫瘤相關(guān)性最高的蛋白因子，在發(fā)生基因突變后，其蛋白空間構(gòu)象發(fā)生改變，失去對細(xì)胞生長、凋亡和DNA修復(fù)的調(diào)控作用，對細(xì)胞的增殖失去控制，導(dǎo)致細(xì)胞癌變[14]。SEMA3F及其受體NRP-2是腫瘤抑制因子p53的直接靶基因，這表明SEMA3F/NRP-2信號轉(zhuǎn)導(dǎo)與腫瘤抑制通路有關(guān)[15]。

3 SEMA3F在腫瘤中的表達(dá)與作用

3.1 SEMA3F在消化系統(tǒng)腫瘤中的表達(dá)與作用

全球范圍內(nèi)結(jié)直腸癌發(fā)病率居惡性腫瘤第3位，死亡率居惡性腫瘤第4位。研究表明在直腸癌高分化組中SEMA3F的表達(dá)水平顯著高于中-低分化組，提示SEMA3F在直腸癌早期高表達(dá)，隨著疾病的進(jìn)展表達(dá)水平逐漸降低，說明SEMA3F對直腸癌疾病進(jìn)展及預(yù)后評估有重要價值[17]。在結(jié)直腸癌中，SEMA3F的表達(dá)水平顯著下降，并且SEMA3F可能通過DNA甲基化抑制腫瘤的侵襲性[18]。SEMA3F在結(jié)直腸癌中的表達(dá)與腫瘤分期呈負(fù)相關(guān)，其機(jī)制可能是通過下調(diào)Rac1的表達(dá)從而抑制腫瘤的生長[19]。在結(jié)直腸癌中SEMA3F通過下調(diào)PI3K-AKT依賴的ASCL2-CXCR4信號通路抑制腫瘤的轉(zhuǎn)移。此外SEMA3F是抑癌基因p53的靶點，SEMA3F/NRP信號通路可能與p53抑制結(jié)直腸癌的生長及血管生成有著重要關(guān)系[20]。SEMA3F誘導(dǎo)結(jié)直腸癌細(xì)胞凋亡，抑制上皮間充質(zhì)轉(zhuǎn)化，增加癌細(xì)胞對奧沙利鉑的化療敏感性。這些結(jié)果為基于軸突導(dǎo)向分子SEMA3F的結(jié)直腸癌新治療手段提供了依據(jù)[21]。在肝細(xì)胞癌中SEMA3F水平顯著低于癌旁正常肝組織，同時SEMA3F的水平降低與腫瘤包膜缺失、多發(fā)結(jié)節(jié)、復(fù)發(fā)率高及生存時間短密切相關(guān)[22]。SEMA3F在正常神經(jīng)內(nèi)分泌細(xì)胞中表達(dá)，但在神經(jīng)內(nèi)分泌腫瘤中表達(dá)缺失。在回腸神經(jīng)內(nèi)分泌腫瘤中過表達(dá)SEMA3F的水平導(dǎo)致腫瘤生長能力及肝轉(zhuǎn)移能力的下降[23]。

3.2 SEMA3F在女性生殖系統(tǒng)腫瘤中的表達(dá)與作用

卵巢癌的發(fā)病率在婦科惡性腫瘤位列第3，由于發(fā)病隱匿，約2/3的患者初診時已到達(dá)中晚期，因此手術(shù)及化療效果欠佳。在卵巢癌中，SEMA3F的表達(dá)水平顯著降低，并且上調(diào)SEMA3F的表達(dá)可以抑制血管內(nèi)皮細(xì)胞的形成[24]。研究顯示隨著卵巢上皮性癌的進(jìn)展，SEMA3F的染色強(qiáng)度逐漸降低，并且轉(zhuǎn)移患者的SEMA3F水平也顯著降低[25]。在卵巢上皮性癌中SEMA3F的表達(dá)水平顯著下降，并且與臨床分期、組織學(xué)分級及腹膜轉(zhuǎn)移密切相關(guān)，同時生存分析顯示SEMA3F陰性或低表達(dá)組患者的5年生存率明顯低于SEMA3F高表達(dá)組[26]。與正常卵巢上皮細(xì)胞相比，卵巢癌細(xì)胞系中的SEMA3F表達(dá)水平顯著下降，并且SEMA3F可以降低MMP-2、MMP-9的表達(dá)及致使FAK的磷酸化，從而降低癌細(xì)胞的黏附性及侵襲性，并且SEMA3F能夠抑制內(nèi)皮細(xì)胞的血管化。此外還發(fā)現(xiàn)通過雌激素可以恢復(fù)SEMA3F的表達(dá)，在癌癥治療中有著戰(zhàn)略作用[27]。在子宮內(nèi)膜癌中隨著分級的增高，SEMA3F的水平逐漸降低，并且上調(diào)SEMA3F的水平可抑制癌細(xì)胞株的生長，提示SEMA3F在子宮內(nèi)膜癌中發(fā)揮抑癌基因的作用[28]。

3.3 SEMA3F在頭頸部腫瘤中的表達(dá)與作用

口腔鱗狀細(xì)胞癌是口腔常見的原發(fā)惡性腫瘤，因其具有較強(qiáng)的局部侵潤及轉(zhuǎn)移能力而導(dǎo)致整體的臨床預(yù)后較差。研究表明在口腔鱗狀細(xì)胞癌中SEMA3F水平顯著下調(diào)，并且SEMA3F能夠抑制癌細(xì)胞的遷移和侵襲潛能[29]。在頭頸部鱗狀細(xì)胞癌中出現(xiàn)SEMA3F的表達(dá)缺失并且增強(qiáng)了血管內(nèi)皮生長因子介導(dǎo)的內(nèi)皮細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，使得淋巴管的生成增加從而增加淋巴轉(zhuǎn)移的概率，提示不良的臨床預(yù)后[30]。在口腔鱗狀細(xì)胞癌中SEMA3F的低表達(dá)與分化程度不良、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移率高密切相關(guān)，SEMA3F低水平的患者表現(xiàn)出較高的復(fù)發(fā)風(fēng)險以及較短的總生存期[31]。研究顯示在涎腺腺樣囊性癌中發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)移組的SEMA3F水平顯著低于非轉(zhuǎn)移組，而且微血管密度與SEMA3F呈負(fù)相關(guān)，提示SEMA3F的低表達(dá)可能與涎腺腺樣囊性癌的血行轉(zhuǎn)移有密切關(guān)系[32]。

3.4 SEMA3F在肺癌中的表達(dá)與作用

近年我國肺癌發(fā)病率及死亡率逐年上升，多發(fā)生于老年人群。在大多數(shù)肺癌中，SEMA3F表達(dá)下調(diào)，并且SEMA3F蛋白染色缺失與疾病晚期進(jìn)展和VEGF過度表達(dá)顯著相關(guān)，其機(jī)制可能與SEMA3F對低氧誘導(dǎo)因子1α(HIF-1α)和VEGF的表達(dá)水平具有負(fù)性調(diào)節(jié)相關(guān)[33]。SEMA3F的過表達(dá)顯著延長肺癌細(xì)胞移植鼠的存活率，同時伴有活化整合素αvβ3的丟失[21]。在肺癌細(xì)胞的上皮細(xì)胞間充質(zhì)轉(zhuǎn)化中，SEMA3F的表達(dá)水平下降，提示SEMA3F的表達(dá)丟失與肺癌的侵襲性密切相關(guān)[34]。

3.5 SEMA3F在乳腺癌中的表達(dá)與作用

研究表明發(fā)現(xiàn)在乳腺原位癌至乳腺浸潤性癌的轉(zhuǎn)變過程中，SEMA3F的表達(dá)程度逐漸降低，提示SEMA3F的表達(dá)下降與乳腺癌的進(jìn)展密切相關(guān)[35]。在乳腺癌中SEMA3F可以通過阻礙NRP及其受體的相互作用從而抑制腫瘤的侵襲性，SEMA3F水平的降低與乳腺癌患者的預(yù)后不良密切相關(guān)[36]。

3.6 SEMA3F在前列腺癌中的表達(dá)與作用

前列腺癌已成為影響我國老年男性健康的主要因素，因此臨床上迫切需要更加特異有效的分子標(biāo)記物來對診斷及預(yù)后進(jìn)行判斷。Xie等[37]通過檢測前列腺癌中SEMA3F mRNA的表達(dá)水平，發(fā)現(xiàn)SEMA3F的表達(dá)與前列腺癌細(xì)胞的侵襲程度呈負(fù)相關(guān)。Beuten等[38]對789例前列腺患者進(jìn)行了病例對照研究，發(fā)現(xiàn)SEMA3F的單核苷酸多態(tài)性與前列腺癌風(fēng)險和預(yù)后不良密切相關(guān)。

3.7 SEMA3F在神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤中的表達(dá)與作用

在小鼠的膠質(zhì)母細(xì)胞瘤模型進(jìn)行外源性SEMA3F注射，結(jié)果顯示與對照組相比，實驗組的腫瘤生長受到抑制，腫瘤內(nèi)CD31陽性的毛細(xì)血管也發(fā)生崩解，并且通過蛋白免疫印跡法檢測出實驗組中Akt-mTOR信號通路受到抑制，提示在膠質(zhì)母細(xì)胞瘤中SEM3F通過抑制Akt-mTOR途徑來發(fā)揮抗腫瘤和抗血管生成作用[15]。在NF2相關(guān)神經(jīng)鞘瘤細(xì)胞中SEMA3F的表達(dá)水平下降，通過在小鼠模型神經(jīng)鞘瘤細(xì)胞中添加外源性SEMA3F后，使得腫瘤血管正?；?、腫瘤負(fù)荷下降及生存期延長，提示SEMA3F可能為治療NF2相關(guān)神經(jīng)鞘瘤提供新策略[4]。

3.8 SEMA3F在軟組織腫瘤中的表達(dá)與作用

研究表明在嬰兒血管瘤中SEMA3F能夠降低血管瘤干細(xì)胞的應(yīng)激，導(dǎo)致細(xì)胞骨架塌陷，細(xì)胞活力喪失。同時SEMA3F能夠抑制VEGF及其下游p-ERK的信號通路從而抑制血管瘤細(xì)胞的生長，提示SEMA3F可能具備抑制高增殖性嬰兒血管瘤的潛在作用[39]。Jung等[40]使用qRT-PCR法檢測肺炎性肌纖維母細(xì)胞瘤中癌癥相關(guān)基因的RNA表達(dá)狀況，發(fā)現(xiàn)炎性肌纖維母細(xì)胞瘤中SEMA3F的表達(dá)水平較正常肺組織相比下降90%以上，提示SEMA3F在肺炎性肌纖維母細(xì)胞瘤中可能具有抑癌基因作用。

3.9 SEMA3F在其他腫瘤中的表達(dá)及其作用

研究顯示在體外實驗小鼠黑色素移植瘤模型中，上調(diào)SEMA3F的表達(dá)能夠抑制腫瘤血管的生成和腫瘤的生長及轉(zhuǎn)移[41]。在小鼠的高轉(zhuǎn)移性黑色素瘤模型中使用SEMA3F轉(zhuǎn)染，結(jié)果顯示表達(dá)SEMA3F的腫瘤發(fā)生大量凋亡和血管減少，并且沒有轉(zhuǎn)移至淋巴結(jié)或肺部[15]。國外有學(xué)者發(fā)現(xiàn)SEMA3F還能夠在急性淋巴細(xì)胞白血病中抑制T淋巴母細(xì)胞的遷徙[42]。在骨肉瘤中SEMA3F的下調(diào)可導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞的增殖、侵襲及轉(zhuǎn)移增加，SEMA3F陰性患者的無病生存時間及總生存時間明顯低于陽性患者，多因素Cox回歸分析顯示SEMA3F表達(dá)是預(yù)測生存期的獨立預(yù)后因素[43]。Yoshikawa等[44]對惡性間皮瘤和良性間皮反應(yīng)增生進(jìn)行基因組雜交分析，結(jié)果顯示在惡性間皮瘤中出現(xiàn)SEMA3F的表達(dá)下調(diào)，提示SEMA3F在惡性間皮瘤中可能具有抑制腫瘤的作用。SEMA3F在正常神經(jīng)內(nèi)分泌細(xì)胞中表達(dá)，但在神經(jīng)內(nèi)分泌腫瘤中卻表達(dá)缺失。 在回腸神經(jīng)內(nèi)分泌腫瘤中過表達(dá)SEMA3F的水平導(dǎo)致腫瘤生長能力及肝臟轉(zhuǎn)移能力的下降[43]。

4 小結(jié)與展望

盡管手術(shù)治療和放化療的相結(jié)合能夠提高腫瘤患者的生存率，但不同患者對細(xì)胞毒性藥物的療效反應(yīng)都有所不同，甚至?xí)懈弊饔玫某霈F(xiàn)，因此靶向藥物治療成為了腫瘤個體化治療的關(guān)鍵所在。SEMA3F不僅在腫瘤血管生成中發(fā)揮抑制作用，對淋巴管的生成也有同樣作用，為將來在拮抗腫瘤淋巴轉(zhuǎn)移方面的研究提供新的思路。各系統(tǒng)腫瘤的研究都提示SEMA3F在腫瘤中的表達(dá)缺失與其預(yù)后不良密切相關(guān)，這為未來的生物治療提供基礎(chǔ)依據(jù)。雖然SEMA3F是一種抑癌基因，能通過多種途徑抑制腫瘤，但其具體機(jī)制仍需要進(jìn)一步深入研究。