Semaphorin 4A在免疫系统中的调节作用及机制①

张晓君 文瑞婷 杨志刚（广东医科大学附属湛江中心人民医院血液风湿内科，湛江524045）

信号素（Semaphorins，Sema）家族是一类具有特异性细胞外“Sema”结构域的蛋白质家族，包括分泌型蛋白、细胞表面蛋白和膜结合蛋白，目前已有30余种Sema被鉴定，可分为8个亚家族［1］。Semaphorin 4A（Sema4A）属于Sema家族成员，主要表达于树突状细胞（dendritic cells，DCs）和B细胞，通过与其受体结合发挥生物学作用［2］。Sema4A有7种功能受体：Plexin D1，Plexin B1-3，T细胞免疫球蛋白和黏蛋白域-2（T cell immunoglobulin-and mucin-domaincontaining molecule-2，Tim-2）、神经纤毛蛋白（neuropilin-1，NRP-1）及最新发现的免疫球蛋白样转录物4（immunoglobulin-like transcript 4，ILT-4）［3-4］。最新研究表明，Sema4A与其受体相互作用参与T细胞、DCs及巨噬细胞等免疫细胞的功能调节过程，且在自身免疫性疾病和肿瘤发生发展中发挥重要作用［5］。深入了解Sema4A的免疫调节功能及其在疾病中的作用有望为以Sema4A为靶点的免疫治疗提供新思路。因此，本文就Sema4A的免疫调节功能及其在自身免疫性疾病和肿瘤中作用的最新研究进展进行综述。

1 Sema4A的结构与受体

Sema4A是一段长761 AA，分子量为150 kD的糖蛋白，其结构从氨基末端（32 AA）依次为Sema结构域和C2型免疫球蛋白样结构域（651 AA）、疏水跨膜区（21 AA）及胞质尾（57 AA）［2］。Sema4A在包括大脑、肺和淋巴器官在内的多种组织中均有表达。在免疫系统中，Sema4A主要表达于DCs和B细胞表面，也表达于活化的巨噬细胞，在活化的T细胞上也有低水平表达，但不表达于静息的T细胞［3-5］。Sema4A的受体包括PlexinB1-3、PlexinD1、Tim-2、NRP-1及新发现的ILT-4，通过与不同的受体结合发挥不同的生物学功能［3-4］。

PlexinB1是一段长2 135 AA的糖蛋白，主要表达于胎儿期脑、肺、雌性动物生殖系统、肝脏，而PlexinB2基因位于22号染色体，包含37个编码外显子，主要表达于上皮细胞和内皮细胞［6］。最新研究证实Sema4A信号可通过PlexinB1受体促进抑制性突触发育，通过PlexinB2受体促进兴奋性突触发育［7］。PlexinB2可作为Sema4A在CD8+T细胞上的功能受体，Sema4A/Plexin B2轴通过激活mTOR信号调节CD8+T细胞活化和分化，但具体机制尚未阐明［8］。

Sema4A也表达于内皮细胞，PlexinD1是Sema4A在内皮细胞上的功能受体，Sema4A直接结合PlexinD1在体外抑制VEGF介导的内皮细胞迁移和增殖，并抑制体内胚胎血管生成［9］。表明Sema4APlexinD1轴负向调节VEGF诱导的血管新生，可能在肿瘤发生发展中发挥抗肿瘤作用。此外，Sema4A通过PlexinD1受体可激活Akt通路从而促进肺纤维化，阻断Sema4A/PlexinD1/Akt级联反应有望延缓肺纤维化进展［10］。目前关于Sema4A与PlexinD1受体的研究相对较少，其在不同疾病中的作用有待进一步研究。

Tim-2为Tim家族跨膜蛋白，主要表达于活化的T细胞，尤其是Th2细胞，也可表达于B细胞，但在抗原提呈细胞（antigen presenting cell，APC）上不表达［11］。研究表明，Sema4A与其受体Tim-2相互作用可促进T细胞活化和分化，Sema4A与Tim-2可作为T细胞的共刺激因子发挥作用［11］。但也有研究认为Tim-2对Th2细胞应答起负向调节作用［12］。因此Sema4A与Tim-2的相互作用对T细胞活化起正向调节还是负向调节作用仍存在争议。

NRP-1又被称为CD304和BDCA-4，是一种主要表达于DCs、CD4+T细胞和调节性T细胞（regulatory Tcells，Tregs）的非络氨酸激酶跨膜多功能蛋白［13］。NRP-1是新近发现的Sema4A在Tregs上的功能受体，Sema4A与Tregs上表达的NRP-1受体结合可通过将磷酸酶和张力蛋白同源物（PTEN）募集至NRP-1抑制Akt磷酸化，导致转录因子Foxo3a核定位，维持Tregs稳态和功能从而发挥免疫抑制作用［14］。目前关于Sema4A与其受体NRP-1相互作用的研究较少，Sema4A/NRP-1/Tregs轴在免疫系统中的作用有待进一步研究。

2018年，研究发现ILT-4是人Sema4A在活化的CD4+T细胞上的受体［4］。与小鼠不同，人DCs上的Sema4A与CD4+T细胞上的ILT-4受体结合可促进Th2分化和IL-4、IL-5和IL-13产生，抑制Th1分化和IFN-γ产生，从而发挥强大的免疫负调节效应［4］。提示Sema4A/ILT-4轴对免疫系统的负调节作用可能参与机体病理生理过程。因此，进一步研究Sema4A与ILT-4受体在自身免疫性疾病或肿瘤中的作用有望为以Sema4A/ILT-4轴为靶点的治疗提供依据。

2 Sema4A的免疫调节功能

2.1 Sema4A与CD4+T细胞 DCs来源的Sema4A与T细胞上的Tim-2受体结合可导致抗原特异性T细胞活化［11］。研究表明Sema4A不仅对T细胞的活化具有重要作用，在调节Th1/Th2细胞的免疫应答方面也发挥重要作用，且Sema4A也表达于Th1细胞，对T细胞分化起重要作用［15］。当小鼠T细胞在Th1极化条件下培养时，Sema4A呈高表达；当T细胞在Th2极化条件下培养时，Sema4A表达水平降低。且研究发现Sema4A缺陷小鼠T细胞可向Th2细胞正常分化，但无法分化为Th1细胞，也不产生IFN-γ。表明T细胞来源的小鼠Sema4A参与Th1细胞免疫应答，是Th1细胞分化的关键因子［15］。Sema4A可显著促进活化的人CD4+T细胞产生细胞因子IL-4、IL-5和IL-13，但IFN-γ生成并未增加，提示人Sema4A与小鼠Sema4A不同，其促进Th2细胞分化而非Th1细胞［4］。当初始T细胞与Sema4A缺陷的DCs共培养时，IL-17生成严重受损，表明DCs来源的Sema4A对抗原特异性Th17细胞分化也起重要作用［12］。提示DCs来源的Sema4A与T细胞来源的Sema4A在免疫应答发展过程中发挥不同作用，Sema4A不仅参与抗原特异性T细胞产生，同时对Th1/Th2/Th17细胞分化发挥重要作用。

2.2 Sema4A与CD8+T细胞 最近研究发现Sema4A表达于初始的CD8+T细胞，但不表达于初始的CD4+T细胞，Sema4A通过mTOR通路调节CD8+T细胞活化与分化，敲除Sema4A的CD8+T细胞其细胞因子IFN-γ和TNF-α生成受损，且效应分子颗粒酶B、穿孔素和FAS-L表达显著减低［8］。Sema4A受体分子中只有PlexinB2表达于CD8+T细胞，敲除PlexinB2的CD8+T细胞产生的IFN-γ显著减少［8］。提示Sema4A与其PlexinB2在CD8+T细胞参与的病理生理过程中可能扮演重要作用。

2.3 Sema4A与Tregs 传统T细胞上的Sema4A直接与Tregs上的NRP-1受体相互作用维持Tregs稳定和功能，阻断Sema4A/NRP-1轴可抑制肿瘤生长［14］。提示Sema4A可能在Tregs介导的肿瘤发生发展中扮演重要作用，Sema4A/NRP-1轴有望成为肿瘤免疫治疗靶点。最新研究发现，浆细胞样DCs来源的Sema4A缺陷可抑制功能性NRP-1+Tregs扩增，表明Sema4A/NRP-1信号对Treg活性和功能促进具有重要作用［16］。

2.4 Sema4A与DCs 在免疫系统中，Sema4A倾向表达于骨髓来源和脾脏DCs［11］。采用抗原负载的DCs研究揭示DCs来源的Sema4A对启动T细胞免疫应答具有重要作用［15］。此外，可溶性Sema4A蛋白可促进异基因T细胞与DCs的混合淋巴细胞反应（mixed lymphocyte reaction，MLR），而抗Sema4A单克隆抗体可阻断MLR［15］。提示Sema4A通过影响DCs与T细胞的相互作用参与T细胞活化。

2.5 Sema4A与巨噬细胞 Sema4A也表达于活化的巨噬细胞，并在活化的巨噬细胞中Sema4A受体PlexinB2和PlexinD1表达增加［17］。可溶性Sema4A蛋白可以剂量依赖的方式刺激巨噬细胞迁移，抗PlexinD1单克隆抗体可抑制Sema4A对巨噬细胞的迁移作用。Sema4A介导的巨噬细胞在体内外可通过VEGF-A/VEGF-2信号促进血管新生［17］。但与早期研究报道的Sema4A对血管新生具有抑制作用结论相反［9］。仍需进一步研究阐明Sema4A在血管新生中的作用。

3 Sema4A与疾病

3.1 Sema4A与自身免疫性疾病

3.1.1 炎症性肠病 炎症性肠病是一种自身免疫性疾病，包括溃疡性结肠炎（ulcerative colitis，UC）和克罗恩病（Crohn's disease，CD）。研究发现CD和UC患者血清Sema4A水平比健康志愿者显著降低，但血清Sema4A水平降低的原因及机制尚未明确［18］。CD和UC患者肠道组织活检中发现固有层淋巴细胞中Sema4A呈高表达，提示Sema4A可能在肠道局部组织炎症调节中发挥重要作用［18］。表明Sema4A参与炎症性肠病发生，但具体机制有待进一步研究。

3.1.2 中枢神经系统脱髓鞘 中枢神经系统脱髓鞘是以中枢神经系统多灶性及炎症性脱髓鞘为主的自身免疫系统疾病，免疫激活不当导致髓鞘靶向破坏及成熟髓鞘少突胶质细胞丢失。研究发现，Sema4A作为T细胞活化必需的免疫营养因子，可诱导啮齿动物少突胶质细胞凋亡［19］。随后研究证实人类少突胶质细胞在暴露于Sema4A时发生凋亡，H-铁蛋白可阻断Sema4A介导的细胞毒性［20］。该研究团队进一步发现直接向小鼠胼胝体注射Sema4A可导致髓鞘结构丧失和髓鞘减少，同时伴随成熟髓鞘化少突胶质细胞凋亡［21］。提示Sema4A作为脱髓鞘疾病免疫系统和少突胶质细胞的重要介质参与疾病发生发展。

3.1.3 多发性硬化症 多发性硬化症（multiple sclerosis，MS）是一种中枢神经系统脱髓鞘性自身免疫性疾病，其病因和发病机制尚未明确，近年研究发现抗原提呈及随后发生的髓鞘反应性CD4+T细胞活化/分化在MS的发病机制中发挥关键作用［22-23］。最近研究表明Sema4A参与MS发病过程，MS患者血清Sema4水平升高，DCs Sema4A表达升高，且CD4+T细胞中Th17细胞比例显著上升；高水平Sema4A的MS患者病情更为严重且IFN-β治疗无效［24］。美国FDA批准的用于治疗MS的药物芬戈莫德对高水平Sema4A的MS患者效果良好，且动物实验证实接受芬戈莫德治疗后，接受重组Sema4A融合蛋白注射的实验性自身免疫性脑脊髓炎（EAE）小鼠疾病严重程度得到明显改善［25］。表明Sema4A通过促进CD4+T细胞向Th17分化参与MS发病过程，有望成为MS病情评估及疗效监测的生物学指标。

3.1.4 系统性硬化症 系统性硬化症（systemic sclerosis，SSc）是一种以局限性或弥漫性皮肤增厚和纤维化为特征的全身性自身免疫性疾病。研究发现，SSc患者血浆Sema4A水平及外周血单核细胞和CD4+T细胞内Sema4A表达较健康对照者明显升高，且与皮肤增厚的严重程度呈正相关［26］。炎症因子可明显诱导SSc患者单核细胞和CD4+T细胞分泌Sema4A。功能实验显示，CD3/CD28刺激Sema4A可明显促进总CD4+T细胞、初始CD4+T细胞及效应CD4+T细胞分泌细胞因子IL-17，并提高IL-17+细胞比例［26］。Sema4A可诱导健康对照者和SSc患者真皮成纤维细胞促纤维化表型，可通过阻断或沉默Sema4A受体PlexinD1 and PlexinB2表达消除这种作用［26］。表明Sema4A作为Th17产生和纤维化的关键调节因子在促进SSc炎症和纤维化2个主要特征方面具有直接和双重作用，阻断Sema4A信号可抑制SSc的这2种病理过程，提示Sema4A可能是SSc新的治疗靶点。

3.1.5 类风湿关节炎 类风湿关节炎（rheumatoid arthritis，RA）是一种以慢性侵蚀性关节病变为主要表现的全身性自身免疫性疾病。研究发现，RA患者滑膜液和组织中Sema4A水平较骨性关节炎（osteoarthritis，OA）患者升高，且滑膜液中Sema4A水平与RA疾病活动评分呈正相关［27］。体外采用重组Sema4A蛋白处理可通过促进RA滑膜成纤维样细胞（RASFs）产生IL-6加重炎症反应。机制研究表明，Sema4A通过PlexinB1激活NF-κB信号，Sema4A/NF-κB通过调节IL-6促进炎症反应参与RA发病过程［27］。提示Sema4A表达增加可促进RA炎症发生和疾病进展，Sema4A可能是NF-κB信号的直接靶点，阻断Sema4A/NF-κB信号可能是RA治疗的新手段。

3.2 Sema4A与肿瘤 血管新生是肿瘤发生、发展的重要过程，研究发现，Sema4A与内皮细胞上的PlexinD1受体结合可抑制VEGF诱导的血管新生，从而发挥抗肿瘤作用［9］。但也有研究表明，Sema4A可通过VEGF-A/VEGF-2信号促进血管新生［17］。目前关于Sema4A在肿瘤中的研究较少，究竟是“促进肿瘤”还是“抑制肿瘤”作用尚未明确［28］。最近研究发现，乳腺癌患者血清及组织中Sema4A表达增加，低氧环境下沉默Sema4A表达可抑制乳腺癌细胞增殖、VEGF产生、MAPK/ERK1/2及Akt、STAT3磷酸化，并诱导乳腺癌细胞凋亡［29］。KINNERSLEY等［30］研究发现，家族性结直肠癌患者更易出现Sema4A突变，且Sema4A突变显著促进MAPK/ERK和PI3K/Akt信号活化。PAN等［31］研究发现，敲低肝癌细胞系中的Sema4A可减缓上皮-间质细胞转化（epithelial-mesenchymal transition，EMT）进程，敲除Sema4A可逆转EMT并提高肝癌细胞对阿霉素的敏感性，提示Sema4A可能通过诱导EMT导致肝癌细胞对阿霉素的耐药性。此外，研究发现，Sema4A-PlexinB1可发挥双向作用，Sema4A作为受体与PlexinB1配体结合，促进Sema4A与其下游效应因子极性蛋白Scrib相互作用，调控肿瘤细胞迁移和侵袭及DCs的趋化性［32］。表明Sema4A参与肿瘤发生发展，但其在肿瘤中的作用尚未明确，进一步研究Sema4A在肿瘤发生与转移过程中的作用有望为肿瘤免疫治疗提供新思路。

3.3 Sema4A与其他疾病

3.3.1 过敏性哮喘 过敏性哮喘是由多种细胞尤其是肥大细胞、嗜酸性粒细胞和T淋巴细胞参与的慢性气道炎症，Th2型细胞因子及血清IgE水平升高在哮喘发病过程中扮演重要作用［33］。卵清蛋白（OVA）诱导的Sema4A-/-小鼠与野生型小鼠气道变应性炎症实验动物模型研究发现，Sema4A-/-小鼠气道嗜酸性细胞浸润增加并伴有支气管上皮细胞增生，与支气管肺泡灌洗液中IL-13含量增加，CD4+、CD8+T细胞数增加及Tregs数降低有关［33］。重组Sema4A蛋白可明显下调急性和慢性过敏性哮喘小鼠的过敏性炎症反应，而采用抗Tim-2单克隆抗体处理后过敏性炎症反应加重，提示Sema4A与Tim-2相互作用可能对过敏性喘炎症反应调节起关键作用，表明Sema4A缺陷参与过敏性哮喘发生发展［12］；Sema4A是Th2细胞驱动的肺部病理生理过程重要调节因子，可下调过敏反应［12］。但最新研究发现，人类与小鼠不同，Sema4A在过敏性哮喘患者肺组织呈高表达，通过与CD4+T细胞上的ILT-4受体结合促进Th2细胞分化［4］。表明Sema4A参与过敏性哮喘的发生发展，有望成为过敏性哮喘的治疗靶点；但人Sema4A与小鼠Sema4A在过敏性哮喘发病过程中的作用可能不同，仍需进一步研究。

3.3.2 OA Sema4A在炎症发生过程中发挥关键调节作用［34］。炎症是OA发病的基础，最新研究表明，Sema4A在OA患者膝关节软骨及体外经IL-1β处理的软骨细胞中表达上调，且Sema4A通过促进Rac1/Akt依赖性IκBα磷酸化激活NF-κB信号，同时NFκB活化有助于Sema4A增强IL-14对软骨细胞的分解代谢作用［35］。表明Sema4A是软骨细胞中NF-κB细胞依赖性分解代谢的新型调节因子，可能在OA发病机制中发挥重要作用。

3.3.3 视网膜退行性疾病 Sema4A在光感受器的存活中起重要作用，人Sema4A基因突变被认为是导致视网膜退行性疾病的原因之一［5］。目前在视网膜退行性疾病患者中已鉴定出3个Sema4A错义突变基因：D345H、F350C及R713Q［36］。但将这些突变基因敲入小鼠体内，仅有F350C突变可导致严重的视网膜退行性病变，采用慢病毒介导的Sema4A基因转染治疗可成功阻止Sema4AF350C/F350C和Sema4A-/-小鼠的光感受器退化［37］。表明人和小鼠的Sema4A序列差异可能是基因突变影响不同的原因。最新研究报道，3个视网膜变性家族的发病和未发病个体中均观察到R713Q突变，提示R713Q突变可能是良性多态性失明的危险因素，当与另一个基因突变同时存在时可能致病，单独存在不足以致病［38］。目前关于Sema4A基因突变在视网膜退行性疾病中的作用研究较少且结论不一致，但对于已明确的致病性Sema4A基因突变，基因治疗可作为视网膜退行性疾病的一种非常有前景的治疗手段。

4 结语

综上所述，Sema4A通过与不同受体结合发挥不同的生物学作用，并调节T细胞、DCs及巨噬细胞等免疫细胞功能，在自身免疫性疾病、过敏性疾病、炎症和肿瘤发生发展中发挥重要作用。但目前关于Sema4A的免疫调节功能及其在疾病中作用的研究结果尚未统一，且调控Sema4A作用的信号通路尚未阐明。因此，进一步研究Sema4A的免疫调节功能及其在疾病中的作用，阐明调控Sema4A作用的信号通路有望为以Sema4A为靶点的免疫治疗提供新思路。