第Ⅳ类信号素免疫学功能研究进展

谭雪玲，邢艳，2，3*

（1.川北医学院医学检验系，四川 南充，637000；
2.川北医学院转化医学研究中心，四川 南充，637000；
3.川北医学院附属医院检验科，四川 南充，637000）

信号素（semaphorin，Sema）是一大类N 端结构中拥有共同Sema 结构域（半胱氨酸内切酶结构域）的分泌型或膜结合型蛋白分子。信号素作为机体各系统间联系的桥梁，在神经系统发育、机体免疫应答、血管新生、新陈代谢和肿瘤发生发展［1-3］等多种生理和病理过程中发挥重要作用。迄今为止，已发现信号素30 余种，根据结构元件和氨基酸序列的相似性，共分为Ⅷ类。其中，Ⅰ-Ⅱ类是无脊椎动物中表达的分泌型蛋白；
Ⅲ-Ⅶ类是脊椎动物中表达的与膜分子有关的蛋白分子；
而第Ⅷ类是由病毒编码的分泌型功能蛋白。Sema Ⅳ属于信号素家族成员之一，不仅促进神经元突触的发生发展，参与调节内皮细胞依赖性血管生成进程和肿瘤的生长转移，还参与免疫系统中免疫细胞的活化、增殖、分化和迁移，并且Sema Ⅳ与自身免疫性疾病的发生发展密切相关，提示Sema Ⅳ有作为自身免疫病诊断标志物和治疗靶点的潜能。本文就Sema Ⅳ-受体途径在免疫系统中的作用进展作一综述。

Sema Ⅳ是信号素家族中的一类跨膜糖蛋白分子，Sema Ⅳ成员均含有一个由PSI（plexin-semaphorinintegrin）结构域与Sema 结构域C 末端紧密相连所构成的功能区，该功能区是与受体结合的重要场所。到目前为止共发现Sema Ⅳ有7 个亚类：Sema4A～4G，其中Sema4A 和Sema4D 从细胞表面裂解产生可溶性形式［4-5］。现有的研究主要探讨了Sema4A、Sema4C 和Sema4D 与其受体对免疫细胞的调节作用，Sema Ⅳ在免疫系统中主要是通过与神经丛蛋白（Plexins）、分化抗原簇72（cluster of differentiation antigen 72，CD72）、神经毡蛋白（neuropilins，Nrps）、T 细胞免疫球蛋白和含粘蛋白结构域的蛋白 2（T-cell immunoglobulin and mucin domain-containing protein 2，TIM-2／TIMD-2）、免疫球蛋白样转录物 4（immunoglobulin-like transcript 4，ILT-4）等受体结合发挥作用。

Plexins 是Sema Ⅳ在免疫系统发挥作用的主要功能受体，共分为4 个A 亚型、3 个B 亚型、1 个C亚型和1 个D 亚型。Plexins 结构与Sema Ⅳ结构相似，所有Plexins 的N 端均含有一个Sema 结构域。此外，Plexins 胞外区含有3 个PSI 结构域和3～6 个免疫球蛋白样转录因子结构域。Plexins 的胞内区由1 个RhoGTP 酶结合结构域和GTP 酶激活蛋白结构域组成。2 个Plexins 分子与1 个信号素分子以二硫键的形式结合，从而参与细胞间的信号转导［6-7］。在免疫系统中，Sema Ⅳ主要与PlexinB1、PlexinB2、PlexinD1 相互作用，从而促进T、B 淋巴细胞的活化、增殖、分化。

CD72 是一种主要表达于B 细胞的低亲和力钙依赖性Ⅱ型跨膜蛋白，是B 细胞的负调控因子［8］。CD72 的胞浆区N 端含有1 个免疫受体酪氨酸抑制基 序1（immune receptor tyrosine-based inhibitory motif1，ITIM1）和1 个ITIM 类似序列（TTIM2）。CD72 通过同源结构域2 蛋白酪氨酸磷酸酶1（Src homology 2 domain containing protein tyrosine phosphatase，SHP-1）诱导信号蛋白去磷酸化，负向调节通过BCR 传递的信号，继而抑制B 细胞活化［9］。在免疫系统中Sema4D 可通过封闭CD72 与B 细胞之间的缔合，进而促进B 细胞活化［10］。

Nrps 是Sema Ⅳ在Treg 细胞上发挥作用的功能受体，共有Nrp-1 和Nrp-2 2 个亚类。其基本结构由胞浆区、跨膜区和胞外区组成。胞外区与相应的配体结合，如信号素、血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）；
跨膜区可与其它受体如Plexins、VEGF 受体结合，形成寡聚受体复合物，例如Nrps 与Sema-Plexins 复合物相互结合，作为其复合物的辅助受体［11］，参与细胞间的信号传递；
而胞浆区则是与众多信号通路相连，使Nrps 通过不同的信号途径传递信号［12-13］。在免疫系统中Sema4A 可通过与Nrp-1 相互作用维持Treg 细胞的稳定性和生存能力。

TIM 是最早发现于肾和肝细胞上的受体家族，在小鼠体内表达8 个亚类（TIM-1-8），在人体内表达3 亚类（TIM-1、3、4）。其中，TIM-2 作为TIM 家族成员之一，主要表达于CD4＋T 细胞，尤其是Th2 细胞。研究表明，TIM-2 作为抑制信号，在Th2 介导的免疫应答过程中具有负反馈调节作用［14］。然而，TIM-2作为Sema4A 的受体，在Th1 细胞分化过程中起正反馈调节作用［15］。但目前研究仍未能完全揭示Sema4A与TIM-2 参与T 细胞增殖、活化、分化及免疫应答的机制。

ILT-4 是近年来新发现的Sema Ⅳ的受体，属于Ig 样转录物家族（也称为LILR，LIR 和CD85），由4个胞外Ig 样结构域和3 个胞浆部分基于酪氨酸的免疫受体抑制基序（ITIM）组成。与小鼠不同的是，在人免疫系统中Sema4A 是通过与活化的CD4＋T 细胞上表达的ILT-4 受体结合发挥免疫调节作用，介导CD4＋T 细胞向Th2 细胞分化［16］。这提示人SemaⅣ与小鼠同源物拥有不同的生物学功能，其具体详细机制仍需要进一步探索。

2.1 Sema Ⅳ与DC 细胞

研究发现Sema Ⅳ中的Sema4A 与Sema4D 主要参与DC 细胞的免疫调节过程。Sema4A 主要表达于DC 细胞中，参与T 细胞的活化。研究发现，小鼠和人来源的Sema4A 蛋白均能促进DC 细胞与T 细胞间的混合淋巴反应（mixed lymphatic response，MLR）。Sema4A-／-小鼠来源的DC 细胞较野生型对同种异体T 细胞的MLR 刺激能力降低，同时抗-Sema4A 抗体可以抑制MLR 中CD4＋T 细胞增殖［16-17］。这表明膜结合型和可溶型Sema4A 可通过介导T 细胞与DC 细胞间相互作用进而调节T 细胞的增殖活化。

在免疫系统，Sema4D 主要表达于T 细胞。以往研究发现Sema4D 可显著增强CD40 诱导的DC细胞的免疫原性和IL-12 的产生［18］，这说明Sema4D可能参与了DC 细胞的活化。进一步探究发现，可溶型和膜结合型Sema4D 蛋白均能显著增强T 细胞与DC 细胞间的MLR［18］，而抗-Sema4D 抗体可阻断体外培养体系中Sema4D-CD72 诱导的T 细胞增殖［19］。以上表明Sema4D 可作用于DC 细胞上相应受体CD72 从而介导DC 细胞的活化、成熟，并间接促进T 细胞的活化，然而Sema4D-CD72 所参与的信号转导机制仍有待进一步证明。

2.2 Sema Ⅳ与CD4＋T 细胞

近年来研究证实Sema4A 与其受体TIMD-2、ILT-4 和Plexins 在CD4＋T 细胞分化过程中发挥重要作用。Rennert 等［20］在小鼠气道过敏模型中发现，Sema4A-／-和TIMD-2-／-小鼠都表现出肺部炎症的加重并伴有Th2 反应失调，随后Kumanogoh 等［17］在小鼠模型中发现，Sema4A 在CD4＋T 细胞向Th1细胞分化的过程中表达上调，并且来自Sema4A-／-小鼠的T 细胞在体外诱导分化过程中Th1 细胞分化效应受损，而Th2 细胞分化效应增强。这表明在小鼠体内Sema4A 通过受体TIMD-2 转导信号从而参与Th1 细胞的免疫应答过程。然而有趣的是，在人体细胞表达的TIM 家族中并无TIMD-2。研究发现，在人免疫系统中，Sema4A 与CD4＋T 细胞表达的ILT-4 相互作用后，通过上调转录因子GATA3 表达、转录激活蛋白（signal transducer and activator of transcription，STAT6）磷酸化以及抑制转录因子Tbet 表达，促使Th2 相关因子的分泌，介导CD4＋T 细胞向Th2 细胞分化［16］。另外Carvalheiro 等［21］还发现Sema4A 还可与CD4＋T 细胞分化过程中所表达的PlexinD1 相互作用，进而抑制Th1 分化而促进Th2和Th17 的分化效应。以上研究表明，人源和鼠源Sema4A 在T 细胞分化过程扮演着重要角色，但二者所介导的T 细胞分化效应却截然不同。此外，人免疫系统中的Sema4A-ILT-4 和Sema4A-PlexinD1调节轴均能参与Th2 细胞免疫应答过程，但二者之间的协同／拮抗作用尚不明确，未来的研究仍需进一步探讨二者在免疫系统中的关系。

2.3 Sema Ⅳ与CD8＋T 细胞

Sema Ⅳ还参与CD8＋T 细胞所介导的生理或病理免疫效应过程。研究证明，重组Sema4A 蛋白与CD8＋T 细胞上受体PlexinB2 相结合，促进IFNγ 的分泌，而抗-PlexinB2 抗体可阻断这一效应［22］。另外，Sema4A-／-CD8＋T 细胞的mTORC1 的下游靶点雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin，mTOR）和S6K 的磷酸化较野生型显著减弱，而mTORC2 下游靶点AKT 磷酸化增强，再加入重组Sema4A 蛋白后mTOR 和S6K 的磷酸化又逐渐恢复［22］。以上表明PlexinB2 是Sema4A 在CD8＋T 细胞上发挥作用的受体，并且Sema4A 是通过mTOR信号传导途径从而影响CD8＋T 细胞的活化和分化，但到目前为止还未揭示Sema4A-PlexinB2 轴与mTOR 信号转导之间的确切分子机制。

Sema4D 可通过受体PlexinB1 和PlexinB2 介导CD8＋T 细胞的增殖和迁移。Ke 等［23］在对口腔扁平苔藓（oral lichen planus，OLP）的 研究 中发现，Sema4D可通过与口腔角质层细胞表达的PlexinB1受体相互结合，通过激活Akt-NF-κB 信号通路，诱导CXCL9／CXCL10 表达，从而驱动OLP 来源的CD8＋T细胞的迁移。OLP 来源的CD8＋T 细胞还表达大量的Sema4D 受体PlexinB2。使用抗-PlexinB2 和抗-Sema4D 抗体能够抑制OLP 来源的CD8＋T 细胞的增殖和颗粒酶B 的产生，而健康人群来源的CD8＋T 细胞却不能对这些刺激做出反应［24-25］。这些研究结果提示Sema4D-PlexinB 可能只影响病理环境中CD8＋T 细胞所参与的免疫反应。

2.4 Sema Ⅳ与Treg 细胞

目前仅报道了Sema4A 参与Treg 细胞介导的免疫效应。与CD4＋T 细胞相似，Sema4A 在小鼠和人Treg 细胞上的功能性受体不同。研究证明，在小鼠体内效应T 细胞表达的Sema4A 与Treg 细胞上的Nrp1 受体相互作用，通过募集磷酸酶和张力蛋白同源物（phosphoatase and tensin homolog，PTEN），在细胞和免疫突触处抑制蛋白激酶B（protein kinase B，Akt）磷酸化，并促进转录因子Foxo3a 的核定位，从而维持Treg 细胞的稳定和存活［26］。该作用途径在癌组织中尤为突出，并且Treg 细胞限制性Nrp1 缺失小鼠不会引起自身免疫反应［26］，说明Nrp1 在抑制自身免疫和维持免疫稳态过程中发挥重要作用。因此Sema4A-Nrp1 途径可作为一个潜在治疗靶点，在不影响自身免疫的情况下限制Treg 细胞介导的肿瘤免疫耐受。人外周血CD4＋T 细胞均不表达Nrps，但可表达PlexinB1。用重组Sema4A 刺激HuT102 细胞（Treg 细胞样淋巴瘤／白血病细胞）和人PBMC，其HuT102 细胞的存活明显增强并且Treg表型更加稳定，而PBMC 中Treg 细胞数量和稳定性明显增高，并且抗-plexinB1 抗体可以抑制这一现象［27］。故在人体免疫系统中Sema4A 是通过与plexinB1 受体结合从而调节Treg 细胞的生存能力和稳定性。

2.5 Sema Ⅳ与B 淋巴细胞

Sema Ⅳ中主要是Sema4C 和Sema4D 参与B 淋巴细胞功能。人和动物体内除浆细胞以外的所有B细胞均表达Sema4D，并通过其受体CD72 发挥免疫学功能。在免疫系统中，Sema4D 通过阻断CD72 与B 细胞受体（B cell receptor，BCR）复合物间的缔合从而增强CD40 诱导的B 细胞活化和增殖［10］。同时CD72 中的酪氨酸磷酸化及其与SHP-1 的结合可被重 组Sema4D 和 抗-CD72 抗体阻断［28］。说 明Sema4D通过诱导CD72 从BCR 复合物中解离，然后导致CD72 中ITIM 去磷酸化和SHP-1 从CD72 中解离，从而促使B 细胞的激活。进一步研究发现，Sema4D-／-小鼠T 细胞依赖性（T cell dependence，TD）抗原特异性抗体的产生明显受损［28］。并且在T／B 细胞共培养建立分化模型中发现，阻断Sema4D 的表达后，生成的浆母细胞数量明显减少［29］。表明Sema4D-CD72 途径不仅参与B 细胞对抗原的应答的初始阶段，还参与了最终阶段。TD 抗原免疫的Sema4D-／-小鼠的生发中心（geminal center，GC）表现出抗体亲和力被抑制并且抗原特异性B 细胞的生成能力较差［28］。这提示Sema4DCD72 相互作用也可能有助于GC B 细胞的扩增和存活，并且进一步促进高亲和力B 细胞的有效选择。

另外，Sema4C 也在活化的B 细胞中高表达。CD27＋B 细胞在Th2 细胞介导下被激活后表达的Sema4C 与F-肌动蛋白、B 细胞受体和PlexinB2 相结合，促进B 细胞极化。Sema4C-／-小鼠脾脏边缘性B细胞亚群和滤泡型B 细胞亚群数量明显减少，导致滤泡形成和B 细胞免疫突触形成受损以及IgG、IgA的产生受损［30］。这表明Sema4C 参与Th2 细胞介导的B 细胞极化和B 细胞突触形成的过程，进而维持细胞通讯。还有研究发现，GC 中B 细胞上表达的PlexinB2 与滤泡辅助性细胞（T follicular helper cell，TFH）上特异表达Sema4C 相互作用后参与TFH 的募集。TFH 上表达的Sema4C 充当受体，识别GC 中B 细胞上表达的PlexinB2，使TFH 从GC 边缘迁移至GC 中，同时PlexinB2-／-或Sema4C-／-TFH 会使TFH 在GC 边缘累积，不能有效迁移至GC，进而损害GC 中T 细胞与B 细胞之间的相互作用［31］。故Sema4C-PlexinB2 还可通过介导GC 中TFH 的迁移进而促进高亲和力B 细胞的有效选择及浆细胞的成熟。

2.6 Sema Ⅳ与NK 细胞

目前针对Sema Ⅳ与自然杀伤细胞（natural killer cell，NK）之间作用机制的研究较少。有研究发现Sema4D 作为NK 细胞膜上表达的一种黏附蛋白，与靶细胞表达的CD72 相互结合后，可增强NK细胞与靶细胞的黏附，从而使NK 细胞能够更有效的杀伤靶细胞［32］。另外还有研究发现，Sema4D 还能与靶细胞表达的PlexinB1／B2 相互结合，促进IFN-γ 分泌，从而增强NK 细胞的杀伤活性［33］。但是Sema4D 并未直接参与NK 细胞的杀伤作用，而是通过增强NK 细胞与靶细胞间的粘附作用，进而增强NK 细胞的免疫功能。NK 细胞与靶细胞识别的是NK 细胞发挥作用的前提条件，因此我们推测Sema4D 及其受体相互作用可能参与了NK 细胞与靶细胞间的相互识别过程。

Sema Ⅳ及其受体在免疫系统中发挥重要作用，参与了DC 细胞和T、B 淋巴细胞的活化、增殖、分化、迁移等过程，但其具体的信号传导途径和作用的分子机制目前尚不完全清楚，有待于进一步深入研究。作为免疫系统重要的调节因子，近年来发现Sema Ⅳ与多种自身免疫性疾病的发生发展密切相关，推测其可能在自身免疫性疾病的病理过程中担负着重要的角色。因此，探究Sema Ⅳ的病理作用机制，以及Sema Ⅳ作为疾病诊断标志物和治疗靶点的可能性，必将成为下一步研究的热点。

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