Semaphorin 3A与免疫细胞作用的研究进展

Research Progress on the Effect of Semaphorin 3A on Immune Cells

摘要: Semaphorins是一个庞大的分泌和膜结合蛋白家族。最近发现，Semaphorins参与了免疫系统的调控作用。一些Semaphorins及其受体在各种免疫细胞中表达，并影响免疫细胞的功能，包括细胞激活、增殖、迁移和凋亡。Semaphorin 3A (Sema 3A)是Sema家族的一个分泌型成员，在免疫应答的各个阶段都有很强的免疫调节作用，Sema 3A在骨、结缔组织、肾脏、神经元和软骨中广泛表达。本文主要对近年来Sema 3A对主要免疫细胞的作用研究进展进行综述。

Abstract: Semaphorins are a large family of secretory and membrane-bound proteins. It was recently discovered that Semaphorins are involved in the regulation of the immune system. Some Semaphorins and their receptors are expressed in various immune cells and affect the functions of immune cells, including cell activation, proliferation, migration and apoptosis. Semaphorin 3A (Sema 3A) is a secretory member of the Sema family. It has a strong immunomodulatory effect at all stages of the immune response. Sema 3A is widely expressed in bone, connective tissue, kidney, neurons and cartilage. This article mainly reviews the research progress of Sema 3A’s effect on main immune cells in recent years.

1. 引言

Semaphorins (Sema)是一大类分泌的膜结合蛋白，其特征是在N端细胞外有一个由500个氨基酸组成的结构域，该区域富含同型半胱氨酸，被称为Sema结构域。Sema家族共有8类，第1、4、5和6类是膜结合蛋白，而第2和第3类是分泌蛋白，第7类Sema是糖基磷脂酰肌醇(GPI)锚定蛋白 [1]。Sema的受体包括Neuropilins和Plexins两大类 [2]。最初发现这些蛋白具有轴突生长引导作用，对神经系统的发育至关重要。近年来发现，这些蛋白参与调节机体免疫反应，越来越多的证据表明，Sema家族中多个成员如Sema 3A、Sema 4A、Sema 4D、Sema 7A等，参与了几乎所有阶段的正常和病理条件下免疫反应 [3]，这些称之为免疫Sema，它们既有抑制部分免疫细胞的激活、增殖和迁移的作用，又可以促进部分免疫细胞转移，还可以诱导免疫细胞凋亡。

Sema 3是脊椎动物信号素中唯一的一组分泌蛋白，分为7个亚类(Sema 3A到Sema 3G) [4]。其中Sema 3A在许多免疫细胞上都有表达 [5]，在免疫反应的各个阶段，都作为一种强有力的免疫调节因子参与机体免疫反应 [6] [7]。本文主要对近年来Sema3A与免疫细胞作用的研究进展进行综述。

2. Sema 3A与T细胞

T细胞是特异性免疫的重要细胞，具有多种生物学功能，如直接杀伤靶细胞，辅助B细胞产生抗体，促有特异性抗原和有丝分裂原的应答反应以及产生细胞因子等。

Sema 3A作为一种免疫调节因子，Rimar等报道Sema 3A在生理和病理免疫应答中对T细胞起负调控作用 [8]，与效应T细胞共同培养时，可抑制效应T细胞的增殖和分泌促炎细胞因子的能力 [9]。当Sema 3A与Th1和Th17细胞结合时，它会减少这些免疫细胞的增殖和肿瘤坏死因子(TNF)、干扰素(IFNs)和IL-17的分泌 [10]。肿瘤微环境中，Sema 3A对T细胞的抑制作用是通过阻断Ras/丝裂原活化蛋白激酶信号通路介导的，Sema 3A抑制T细胞激活，导致肿瘤微环境中的T细胞功能障碍 [11]。在肺癌等肿瘤疾病中，Sema 3A在肿瘤细胞表面呈现高表达，抑制T细胞的增殖和细胞因子的产生。

Sema 3A在活化的DC和T都有表达 [12]，在树突状细胞(DC)/T细胞共培养中加入Sema 3A可显著抑制T细胞增殖 [9]，向DC/T细胞共培养液加入内源性Sema 3A抗体或拮抗肽中和后，T细胞增殖增加130% [9]。

T细胞通过细胞肌动蛋白与DC连接，肌动蛋白是T淋巴细胞活化的关键 [13] [14]。实验显示，外源Sema 3A存在下，DC-T细胞接触区的肌动蛋白细丝聚合与T细胞受体(TCR)分布都受到严重损害，且细胞骨架上的突触Talin被扰乱 [9]。TCR与主要组织相容性复合体(MHC)结合后，多个细胞内信号通路的刺激激活，促进酪氨酸激酶和许多效应器和接头蛋白的磷酸化 [15]。加入Sema 3A可使ZAP-70的磷酸化抑制约70%；同样，黏着斑激酶(FAK)的酪氨酸磷酸化在Sema 3A刺激下显著受损 [9]。

3. Sema 3A与B细胞

B细胞是特异性免疫的另一重要细胞，不仅可以通过产生抗体发挥特异性体液免疫功能，也可以提呈抗原，参与免疫调节。

CD72和CD100是B细胞上的调节分子，在除浆细胞外的B细胞各个发育阶段均有表达 [16] [17]。CD72作为B细胞受体(BCR)的辅助受体，携带一个基于甲状腺激素的免疫受体抑制基序(ITIM)。ITIM磷酸化后，招募含有SH2结构域的磷酸酶，如含SH2的甲状腺磷酸酶-1，负向调节细胞活性，抑制来自BCR的激活信号 [18]。研究发现，CD72与重组Sema 3A培养后表达上调 [19]。CD100被认为是CD72的天然配体，对B细胞的作用与抗CD72抗体对CD72的作用相似，即抑制CD72、促进B细胞活化的作用 [16]。

Bregs是活化的B细胞的一个亚群，在维持自身耐受和防止自身免疫方面起着至关重要的作用 [1]。研究发现，正常人CD19+CD25+B细胞(Bregs亚群)中Sema 3A及其受体NP-1的表达显著升高，而系统性红斑狼疮(SLE)患者Bregs的Sema 3A及其受体NP-1的表达较低，且与疾病严重程度相关。SLE患者的B细胞与Sema 3A孵育后，B细胞中TLR9的表达减少，这减轻了炎症过程 [20]。

4. Sema 3A与树突状细胞

DC是一种高度移动的抗原呈递细胞，通过协调运输系统来确保它们在正确的时间和地点出现，从而诱导免疫反应发生。在遇到外来抗原之前，DC作为哨兵存在于外周组织中。在抗原暴露后，树突状细胞从外周组织迁移到淋巴器官。

透射电子显微镜显示，DC必须经历相当大的形态学改变才能通过内皮细胞间隙到达淋巴管 [21]。在成纤维细胞网状组织和内部血管壁组织中，DC利用整合素介导的附着和收缩力进行细胞运动。相反，在狭窄区域，树突状细胞利用肌球蛋白II介导的肌动球蛋白收缩的力量向前移动，便可精准锚定细胞体 [22] [23]。

研究发现，Sema 3A作用于DC后部，而Plexin A1位于DC后部，该区域负责肌动球蛋白的收缩。Sema 3A通过与Plexin A1结合，介导肌球蛋白轻链(MLC)的磷酸化促进肌动球蛋白收缩，肌动球蛋白作用于DC，使细胞通过狭窄的缝隙进入淋巴管 [21]。当DC完成迁移后，Sema 3A促进肌球蛋白II提供的牵引力增加 [24]，促进DC后缘的脱离。这表明Sema 3A介导的肌动球蛋白收缩可诱导脱离。

由此，在DC进入淋巴管的过程中，Sema 3A起双重作用，即参与了肌动球蛋白的收缩，并促进了DC尾部粘附组分的分解。

5. Sema 3A与胸腺细胞

胸腺细胞是T淋巴细胞的前身，主要位于胸腺的皮质内，它也能够在体内起免疫的作用。

ROCKS激酶参与包括胸腺细胞在内的多种细胞活动，包括肌动蛋白重组、细胞黏附和运动、增殖和凋亡 [25]。研究表明，胸腺细胞暴露于Sema 3A后，ROCK2含量下降 [26]，下降后后果。同时Sema 3A受体促进了F-肌动蛋白的重组 [27]，引起胸腺细胞细胞骨架的重组以及细胞黏附力降低。

胸腺细胞膜呈波浪状，丝状足细胞明显向底物延伸。实验证明，Sema 3A处理的胸腺细胞有更多的丝状足，表明Sema 3A诱导胸腺细胞的形态变化 [26]。未经处理的胸腺细胞呈圆形，表面光滑，而经Sema 3A处理的细胞显示出拉长的形状，表面更粗糙，粗糙的胸腺细胞迁移能力明显下降 [26]。

6. Sema 3A与巨噬细胞

单核细胞来源于骨髓，从血液移行到全身组织器官，成为巨噬细胞。单核/巨噬细胞可通过胞饮作用、吞噬作用、受体介导作用的内吞作用等摄取抗原物质，其吞噬和清除病原微生物能力很强。巨噬细胞可分化为促炎表型(M1型)或抗炎表型(M2型)。

研究表明，Sema 3A与巨噬细胞共同培养时，Sema 3A并不改变巨噬细胞的吞噬功能，但可诱导巨噬细胞(M1型)凋亡 [28]，抵抗Fas介导的凋亡 [29]。炎症因子如干扰素γ、脂多糖通过下调Sema 3A受体，来阻止sema 3A诱导的巨噬细胞凋亡 [29]。这一结果表明，在Fas介导的凋亡抵抗时，Sema 3A可以作为一种替代的凋亡诱导剂发挥作用。

7. Sema 3A与自身免疫性疾病

Sema 3A的免疫调节作用已得到证实 [19]。系统性红斑狼疮(SLE)是一种典型的自身免疫性疾病，其确切病因尚不清楚，但患者存在明显的T、B细胞功能障碍 [9]。外周血液中的T、B细胞总数通常会减少 [30]。SLE患者B调节细胞(Breg)表面Sema 3A的表达显著降低，这可能与SLE中B细胞功能障碍相关 [10]。B细胞表面CD72抑制B细胞过度活动，研究发现，SLE患者CD72的表达明显降低，CD72的表达与SLE疾病活动性呈负相关，与狼疮性肾炎、抗dsDNA抗体的存在和低补体水平有关 [7]。将B细胞与重组的Sema 3A共培养后，正常人和SLE患者B细胞表面CD72的表达显著上调 [7]。因此，Sema 3A可能成为一种很有效的治疗SLE的方法。

类风湿性关节炎(RA)的免疫遗传学表明，T细胞激活在疾病的发生中起关键作用 [31]。Catalano等人，报道了RA患者CD4⁺ T细胞上Sema 3A的表达缺陷 [32]，他们将Sema 3A与T细胞共培养，发现Sema 3A直接作用于CD4⁺ T细胞，增加IL-10的产生，对RA的治疗有益处 [7]。而且，Sema 3A可抑制破骨细胞功能，增加成骨细胞功能 [33]。它可能是RA免疫的关键介质，具有抑制免疫激活相关的骨破坏作用。

系统性硬化症(SSc)是一种多系统疾病，病变多种多样，从相对良性的皮肤和周围血管疾病到严重的内脏疾病，进展快，死亡风险很高，是预后极差的全身性自身免疫性疾病之一 [1]。Rimar等 [34] 研究发现，SSc患者的血清中Sema 3A和Treg细胞中的Sema 3A水平较正常组都明显降低，且血清Sema 3A水平与病程、低C4水平呈负相关，这提示SSc的免疫功能受损很可能与Sema 3A水平相关。

8. 小结

Sema 3A及其受体与免疫细胞功能和免疫系统疾病关系密切，现有证据支持Sema 3A参与对多种免疫细胞功能调控和自身免疫性疾病的发病过程，但绝大多数作用机制尚未完全明确。今后需进一步剖析Sema 3A执行生物学功能的特定功能序列和结构域，了解它与免疫细胞间的相互作用机制，我们相信未来Sema 3A将作为疾病生物标志物和治疗靶点，辅助疾病的诊断和治疗疾病。