Sema4D:在自身免疫性和感染性疾病中的一種新型免疫調(diào)節(jié)劑

劉亨晶,曹莉婷,溫 雪,于曉輝,張久聰

(1中國人民解放軍聯(lián)勤保障部隊(duì)第九四○醫(yī)院消化內(nèi)科,蘭州 730050;2甘肅中醫(yī)藥大學(xué)臨床醫(yī)學(xué)院;3寧夏醫(yī)科大學(xué)臨床醫(yī)學(xué)院;*通訊作者,E-mail:yuxiaohui528@126.com;#共同通訊作者,E-mail:zhangjiucong@163.com)

Semaphorin是一個(gè)分泌型和膜結(jié)合蛋白的大家族,具有高度保守的500個(gè)氨基酸的信號(hào)結(jié)構(gòu)域,根據(jù)結(jié)構(gòu)屬性分為8類,最早作為軸突導(dǎo)向在神經(jīng)元發(fā)育中發(fā)揮關(guān)鍵作用,近年來因其在免疫系統(tǒng)中的功能受到越來越多的關(guān)注。Semaphorin4D(Sema4D,又稱CD100)是Semaphorin家族中的第Ⅳ類信號(hào)素,通過與其受體Plexin-B1和CD72相互作用,在T細(xì)胞的活化、抗體的產(chǎn)生和免疫調(diào)節(jié)過程中發(fā)揮著重要作用。許多研究報(bào)道Sema4D在自身免疫性和感染性疾病患者中表達(dá)異常,并且與病情嚴(yán)重程度密切相關(guān)[1,2],成為目前研究的熱點(diǎn),因此本文就相關(guān)研究進(jìn)行簡(jiǎn)要綜述。

1 Sema4D的結(jié)構(gòu)、表達(dá)和受體

Sema4D是一類跨膜糖蛋白,分子量為150 kD,由862個(gè)氨基酸組成,其分子結(jié)構(gòu)包括Sema結(jié)構(gòu)域、免疫球蛋白結(jié)構(gòu)域、疏水性跨膜區(qū)和細(xì)胞質(zhì)尾部[3]。

Sema4D在人體中分布廣泛,神經(jīng)系統(tǒng)中主要分布在腦和周圍神經(jīng)系統(tǒng)以及淋巴組織中,在靜止的T細(xì)胞上表達(dá)豐富,其表達(dá)隨T細(xì)胞的活化上調(diào),B細(xì)胞和樹突狀細(xì)胞等抗原提呈細(xì)胞上表達(dá)微弱,血小板、粒細(xì)胞等也存在其表達(dá)。Sema4D主要以膜結(jié)合型和可溶型兩種形式存在,都具有生物活性,當(dāng)免疫細(xì)胞激活時(shí),細(xì)胞膜上Sema4D的表達(dá)增強(qiáng),隨后導(dǎo)致某些基質(zhì)金屬蛋白酶(matrix metalloproteinase,MMPs)在細(xì)胞膜附近聚集誘導(dǎo)Sema4D胞外結(jié)構(gòu)域的脫落,產(chǎn)生120 kD生物活性可溶性的Sema4D(soluble Sema4D,sSema4D)。除此之外,頭頸部鱗狀細(xì)胞癌、乳腺癌、胃癌、宮頸癌等實(shí)體腫瘤組織中其表達(dá)水平也較高。

Sema4D作為配體可以與兩種不同的受體結(jié)合:淋巴組織中的低親和力受體CD72和非淋巴組織中的高親和力受體plexin-B1。CD72是一個(gè)分子量45 kD的Ⅱ型跨膜蛋白,是Sema4D的主要淋巴細(xì)胞受體,主要表達(dá)于B細(xì)胞、血小板、巨噬細(xì)胞、樹突狀細(xì)胞和一些T細(xì)胞亞群[4]。Plexin-B1雖然主要被認(rèn)為是非淋巴組織中的Sema4D受體,但在T細(xì)胞、血小板、骨髓瘤細(xì)胞和濾泡終末細(xì)胞上也有發(fā)現(xiàn)。

2 Sema4D的免疫調(diào)節(jié)功能

2.1 Sema4D是正常T細(xì)胞與APC相互作用的基礎(chǔ)

一個(gè)完整的T淋巴細(xì)胞的激活涉及其與抗原呈遞細(xì)胞的相互作用。Shi等[5]研究發(fā)現(xiàn)抗原免疫可顯著降低Sema4D缺陷小鼠的抗原特異性T細(xì)胞反應(yīng)及分泌細(xì)胞因子的能力,而體內(nèi)注射重組sSema4D蛋白可增強(qiáng)T細(xì)胞的免疫應(yīng)答,提示Sema4D在T細(xì)胞活化中至關(guān)重要,同時(shí)觀察到Sema4D并不是直接作用于T細(xì)胞的,而是通過與抗原遞呈細(xì)胞(antigen presenting cells,APCs)表面的CD72相互作用在T細(xì)胞的免疫應(yīng)答中發(fā)揮重要的作用。Kumanogoh等[6]發(fā)現(xiàn)Sema4D和CD40配體同時(shí)表達(dá)于活化的T細(xì)胞表面,其可分別與B細(xì)胞和APC表面的CD72和CD40結(jié)合,提示Sema4D通過增強(qiáng)CD40誘導(dǎo)的DC活化在T細(xì)胞與APC相互作用過程中起著關(guān)鍵作用。

2.2 Sema4D增強(qiáng)體液免疫反應(yīng)

通過與受體CD72的相互作用,Sema4D還具有調(diào)節(jié)體液免疫應(yīng)答的功能。在B細(xì)胞中,CD72的酪氨酸磷酸化導(dǎo)致酪氨酸磷酸酶SHP-1與CD72胞漿基質(zhì)上的免疫受體酪氨酸基抑制基序(immunoreceptor tyrosine-based inhibitory motif,ITIM)結(jié)合,負(fù)性調(diào)控B細(xì)胞的分化和發(fā)育,而Sema4D刺激可誘導(dǎo)CD72的酪氨酸去磷酸化,使SHP-1與CD72分離,導(dǎo)致B細(xì)胞活化,同時(shí)Sema4D刺激能協(xié)同增強(qiáng)CD40誘導(dǎo)的B細(xì)胞應(yīng)答。Shi等[5]發(fā)現(xiàn)Sema4D缺陷小鼠中,CD40刺激后B細(xì)胞的體外增殖和免疫球蛋白的產(chǎn)生能力受到損害,Sema4D缺陷小鼠的脾B細(xì)胞在抗CD40單克隆抗體和脂多糖刺激后增殖減少,CD72缺陷小鼠中結(jié)果相反,Sema4D缺陷可通過抗CD72單克隆抗體消除。綜上所述,Sema4D通過其受體CD72增強(qiáng)CD40誘導(dǎo)的B細(xì)胞反應(yīng)。

2.3 sSema4D的免疫調(diào)節(jié)功能

類似于Sema4D,sSema4D也被認(rèn)為是CD40誘導(dǎo)的B細(xì)胞增殖的有效刺激因子,并通過樹突狀細(xì)胞(dendritic cells, DC)介導(dǎo)IL-12的分泌,自然脫落和重組的sSema4D都能刺激外周血單個(gè)核細(xì)胞中TNF和IL-6的產(chǎn)生。重組sSema4D還可以恢復(fù)Sema4D缺陷小鼠表現(xiàn)出的T細(xì)胞功能缺陷,增強(qiáng)B細(xì)胞的抗原特異性抗體反應(yīng)。sSema4D還可以調(diào)節(jié)內(nèi)皮細(xì)胞的遷移,抑制單核細(xì)胞和未成熟DC的遷移,這些對(duì)立的功能可能是因?yàn)椴煌募?xì)胞類型表達(dá)不同的受體,并通過誘導(dǎo)不同的受體復(fù)合物和信號(hào)通路觸發(fā)。綜上,sSema4D和Sema4D一樣,具有免疫調(diào)節(jié)作用功能。但是,sSema4D的免疫功能在什么時(shí)候、在多大程度上起作用以及這會(huì)產(chǎn)生什么結(jié)果,目前尚不清楚。

3 Sema4D在免疫/炎癥性疾病中的表達(dá)

3.1 Sema4D在多發(fā)性硬化癥中的表達(dá)

研究表明,Sema4D在炎癥介導(dǎo)的多發(fā)性硬化(multiple sclerosis,MS)等神經(jīng)退行性疾病中起著至關(guān)重要的作用。自身免疫性腦脊髓炎(experimental autoimmune encephalomyelitis,EAE)小鼠為MS的理想模型,Smith等[7]在EAE的病理性病變中發(fā)現(xiàn),脊髓中Sema4D陽性的T細(xì)胞可以與plexin-B1陽性的小膠質(zhì)細(xì)胞相互作用,引起小膠質(zhì)細(xì)胞的活化、神經(jīng)元突起塌陷、破壞血腦屏障的緊密連接,而Sema4D抗體可以顯著減輕多種嚙齒動(dòng)物模型的EAE,Sema4D缺陷的小鼠不會(huì)發(fā)生EAE。Danchenko等[8]發(fā)現(xiàn)MS患者血清及T淋巴細(xì)胞表面的Sema4D較正常對(duì)照組明顯升高,與CD72相互作用后激活B細(xì)胞,釋放促炎因子TNF-α和LT-α,導(dǎo)致神經(jīng)炎癥的發(fā)生,加重MS的臨床進(jìn)程。Quintremil等[9]在人類T細(xì)胞嗜淋巴病毒-1誘導(dǎo)的脫髓鞘神經(jīng)麻痹患者的腦脊液中檢測(cè)到sSema4D,但在非感染性神經(jīng)損傷患者的腦脊液中未檢測(cè)到sSema4D,表明Sema4D在免疫神經(jīng)損傷過程中起作用。綜上所述,Sema4D可能通過對(duì)中樞神經(jīng)系統(tǒng)的直接作用和免疫調(diào)節(jié)作用,在疾病的發(fā)展過程中起作用,并可能成為MS和其他神經(jīng)系統(tǒng)疾病的一種新的治療方法。

3.2 Sema4D在類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎中的表達(dá)

類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎(rheumatoid arthritis,RA)是一種長期的自身免疫性疾病,可導(dǎo)致關(guān)節(jié)慢性炎癥。Yoshida等[10]研究發(fā)現(xiàn)RA患者的血清和關(guān)節(jié)滑液中sSema4D較健康對(duì)照組顯著升高,并與RA活動(dòng)標(biāo)志物呈正相關(guān),還發(fā)現(xiàn)sSema4D可刺激CD14+單核細(xì)胞產(chǎn)生TNF-α和IL-6增加,TNF-α和IL-6誘導(dǎo)滑膜細(xì)胞表達(dá)含Ⅰ型血小板結(jié)合蛋白基序的解聚蛋白樣金屬蛋白酶(A disintegrin-like and metalloproteinase with thrombospondin type-1 motifs-4,ADAMTS-4),而ADAMTS-4參與了sSema4D的水解,因此sSema4D/TNF-α/IL-6/ADAMTS-4的惡性循環(huán)可能是RA炎癥軸的自分泌促進(jìn)劑。在對(duì)改善疾病的抗風(fēng)濕藥物治療反應(yīng)良好的患者中,血清sSema4D水平正?；?在膠原誘導(dǎo)性關(guān)節(jié)炎小鼠中,使用抗Sema4D抗體可以抑制關(guān)節(jié)炎并減少促炎因子的產(chǎn)生。Ha等[11]發(fā)現(xiàn)RA患者大約2年后的影像學(xué)損傷進(jìn)展與Sema4D基線水平有關(guān),但血清中的Sema4D與健康者并無明顯差異,這與Yoshida等[10]結(jié)果不一致,可能與試劑的不同有關(guān)。綜上,Sema4D在RA發(fā)病機(jī)制中的重要作用表明,Sema4D是RA治療的新靶點(diǎn),并且可作為類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎患者病情監(jiān)測(cè)和預(yù)后評(píng)估的指標(biāo)。

3.3 Sema4D在其他自身免疫性疾病中的表達(dá)

外周血輔助性T細(xì)胞17(T helper cell 17,Th17)的顯著增加和調(diào)節(jié)性T細(xì)胞(regulatory T cells,Treg)的顯著減少是強(qiáng)直性脊柱炎(ankylosing spondylitis,AS)主要的發(fā)病機(jī)制。Xie等[12]研究發(fā)現(xiàn)AS患者血清中sSema4D水平均升高,與臨床特征指標(biāo)呈正相關(guān)。Sema4D通過與CD72的相互作用,誘導(dǎo)芳香烴受體(Aryl hydrocarbon receptor,AhR)靶基因CYP1A1的表達(dá),進(jìn)而促進(jìn)CD4+T細(xì)胞增殖和Th17細(xì)胞分化,同時(shí)通過增強(qiáng)RORγT表達(dá)和降低Foxp3表達(dá)抑制Treg細(xì)胞分化,增加了IL-17和IL-22的分泌,介導(dǎo)AS的發(fā)生。Besliu等[13]發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)性硬化(systemic sclerosis,SSc)患者CD4+T細(xì)胞膜上Sema4D和血清中sSema4D的表達(dá)水平較健康者均顯著升高,而系統(tǒng)性紅斑狼瘡(systemic lupus erythematosus,SLE)患者血清中sSema4D水平與健康人無明顯差異,表明sSema4D與SLE的發(fā)病機(jī)制無關(guān)[14],這可能是因?yàn)镾Sc和RA都是T細(xì)胞疾病,而SLE主要是B細(xì)胞疾病。

4 Sema4D在病毒感染性疾病中的表達(dá)

4.1 Sema4D在人類免疫缺陷病毒感染中的表達(dá)

Erikson等[15]發(fā)現(xiàn)人類免疫缺陷病毒(human immunodeficiency virus,HIV)感染者CD8+T、CD4+T細(xì)胞表面Sema4D的表達(dá)降低,此外,表達(dá)Sema4D的CD8+T細(xì)胞的絕對(duì)數(shù)量與HIV特異性T細(xì)胞反應(yīng)的大小有關(guān),Sema4D缺陷的CD8+T細(xì)胞功能受損,提示Sema4D缺乏表達(dá)在HIV感染的免疫功能障礙中起作用。在上述研究中未測(cè)定sSema4D水平,但作者推測(cè),由于CD4+T和CD8+T細(xì)胞的分泌增加,血清中sSema4D的水平將很高。相反,Vadasz等[16]發(fā)現(xiàn)HIV患者血清中sSema4D水平較健康對(duì)照者低,高效抗逆轉(zhuǎn)錄病毒治療恢復(fù)了CD4+T細(xì)胞計(jì)數(shù),但HIV患者血清中sSema4D水平仍較低,與CD4+T或CD8+T細(xì)胞計(jì)數(shù)無關(guān),這表明Sema4D在HIV免疫功能障礙和T細(xì)胞衰竭中發(fā)揮著重要作用。Correa等[17]發(fā)現(xiàn)CD4+T和CD8+T細(xì)胞上的Sema4D水平與CD4+和CD8+T細(xì)胞上表達(dá)的程序性死亡受體1(programmed cell death protein 1,PD-L1)呈正相關(guān),這可能是HIV患者Sema4D+CD8+T細(xì)胞增殖能力降低和效應(yīng)器功能降低的原因,同時(shí)還發(fā)現(xiàn)CD19+B細(xì)胞表達(dá)的Sema4D與CD4+和CD8+T細(xì)胞上表達(dá)的細(xì)胞程序性死亡配體1(programmed cell death 1 ligand 1,PD-L1)呈正相關(guān),表明T細(xì)胞和B細(xì)胞上的免疫調(diào)節(jié)標(biāo)記物之間存在聯(lián)系,但是CD72/Sema4D與PD-1/PD-L1軸在HIV感染中的關(guān)系尚不清楚,因此,細(xì)胞表面標(biāo)志物的異常調(diào)節(jié)在HIV-1感染過程中具有重要研究意義。

4.2 Sema4D在肝炎病毒感染中的表達(dá)

肝炎病毒的慢性持續(xù)性感染增加了終末期肝病,如肝硬化和肝癌的風(fēng)險(xiǎn)。He等[18]研究發(fā)現(xiàn)丙型肝炎病毒(hepatitis C virus,HCV)感染和IFN-α治療可以上調(diào)Sema4D的表達(dá),而在獲得持續(xù)病毒學(xué)應(yīng)答的HCV患者中,Sema4D表達(dá)下降到正常水平。重要的是,IFN-α誘導(dǎo)的B細(xì)胞Sema4D表達(dá)與HCV RNA水平呈負(fù)相關(guān),提示IFN-α治療有助于逆轉(zhuǎn)被破壞的B細(xì)胞穩(wěn)態(tài),Sema4D表達(dá)增強(qiáng)可能與HCV感染的控制有關(guān)。該課題組[19]還發(fā)現(xiàn)IFN-α可以上調(diào)NK細(xì)胞表面Sema4D的表達(dá),通過與靶細(xì)胞上的plexin-B1/B2作用可增強(qiáng)NK殺傷能力。除此之外,IFN-α還可以上調(diào)初始CD8+T細(xì)胞表面Sema4D的表達(dá),Sema4D與CD72相互作用促進(jìn)免疫細(xì)胞反應(yīng)[20]。

Yang等[21]研究發(fā)現(xiàn)慢性乙型肝炎患者T細(xì)胞Sema4D表達(dá)增高,血清sSema4D水平降低。注射sCD100重組蛋白可誘導(dǎo)乙型肝炎病毒(hepatitis B virus,HBV)特異性T淋巴細(xì)胞的產(chǎn)生并實(shí)現(xiàn)病毒的肝內(nèi)清除,而阻斷其受體CD72可減弱肝內(nèi)抗HBVCD8+T細(xì)胞反應(yīng),該研究為建立慢性HBV感染治療新策略提供了理論依據(jù),為研發(fā)增強(qiáng)抗HBV免疫應(yīng)答的藥物提供了新靶點(diǎn)。而王若宇等[22]研究發(fā)現(xiàn)sSema4D在乙肝相關(guān)性肝癌中表達(dá)增加,并且通過影響炎癥因子IL-6、IL-8的表達(dá)及免疫反應(yīng)在乙肝相關(guān)性肝癌的發(fā)生、發(fā)展中起著重要的作用。以上兩項(xiàng)研究中sSema4D的表達(dá)相反,需進(jìn)一步研究sSema4D在HBV感染中的表達(dá)及作用。

4.3 Sema4D在漢坦病毒感染中的表達(dá)

漢坦病毒(Hantaan virus,HTNV)可引起人類嚴(yán)重的致死性腎綜合征出血熱(hemorrhagic fever with renal syndrome,HFRS)。Liu等[23]研究發(fā)現(xiàn)HFRS患者血清中sSema4D水平在急性期明顯升高,恢復(fù)期下降,并且其水平的升高與血小板計(jì)數(shù)、白細(xì)胞計(jì)數(shù)及疾病嚴(yán)重程度正相關(guān),提示sSema4D與HFRS的進(jìn)展有關(guān)。該課題組[24]還發(fā)現(xiàn)HFRS患者急性期CD4+T和CD8+T細(xì)胞上Sema4D的表達(dá)顯著降低,與HTNV病毒載量呈負(fù)相關(guān),提示可能與病毒清除有關(guān),感染后期發(fā)現(xiàn)PD-1在Sema4D+CD8+T細(xì)胞亞群中持續(xù)高表達(dá),這表明疾病晚期Sema4D+CD8+T細(xì)胞數(shù)量的減少可能是由PD-1調(diào)節(jié)的。綜上所述,Sema4D的表達(dá)可能在HTNV感染期間的抗病毒反應(yīng)中起保護(hù)作用,為我們認(rèn)識(shí)人類感染HTNV后CD8+T細(xì)胞介導(dǎo)的保護(hù)性免疫以及免疫穩(wěn)態(tài)提供新的機(jī)制。

5 Sema4D可作為潛在的治療靶點(diǎn)

Sema4D在不同疾病中的異常表達(dá)及免疫調(diào)節(jié)特性使其已成為一個(gè)潛在的治療靶點(diǎn)。在RA中,與對(duì)照組小鼠相比,關(guān)節(jié)炎小鼠給予抗Sema4D抗體可顯著降低關(guān)節(jié)炎評(píng)分、滑膜炎癥浸潤、血清TNF和IL-6水平[10]。mAb67-2是一種新開發(fā)的抗Sema4D抗體,對(duì)小鼠、大鼠、人和猴的膜Sema4D和sSema4D均有特異性。該抗體可抑制Sema4D與Plexin-B1、Plexin-B2和CD72的相互作用,其有效性和安全性在目前已進(jìn)行了臨床前試驗(yàn)。Smith等[7]在4種不同的嚙齒動(dòng)物模型中研究了mAb67-2對(duì)MS的治療作用,與對(duì)照組相比,Sema4D抗體可以降低疾病的嚴(yán)重程度,保持血腦屏障和髓鞘片的完整性,并且不具有免疫抑制作用。

VX15/2503是一種人源化的抗Sema4D IgG4抗體。Patnaik等[25]在Ⅰ期試驗(yàn)中將VX15/2503用于42名成人晚期實(shí)體瘤患者治療,發(fā)現(xiàn)B、T淋巴細(xì)胞升高的患者無進(jìn)展生存期更長,并表現(xiàn)出良好的耐受性。LaGanke等[26]臨床實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)MS患者對(duì)VX15/2503單次靜脈輸注耐受性良好,但治療效果有待進(jìn)一步評(píng)估。

6 小結(jié)與展望

Sema4D是一類表達(dá)于細(xì)胞膜表面的跨膜糖蛋白,通過與其受體CD72或plexin-B1的相互作用在免疫反應(yīng)中發(fā)揮著重要的作用,尤其在自身免疫性疾病和病毒感染性疾病中的表達(dá)與患者疾病的嚴(yán)重程度密切相關(guān),但Sema4D在疾病發(fā)病機(jī)制中的確切作用仍不清楚。鑒于近年來對(duì)Sema4D靶向治療的關(guān)注,研究sSema4D水平升高的機(jī)制,以及導(dǎo)致Sema4D釋放增強(qiáng)的途徑將具有重要價(jià)值。在未來,Sema4D可能會(huì)成為自身免疫性疾病和病毒感染性疾病治療的新靶點(diǎn),并且可作為病情監(jiān)測(cè)和預(yù)后評(píng)估的指標(biāo)。