陳建綜述 夏豪審校

軸突導(dǎo)向蛋白(semaphorin)是一類蛋白的總稱，其家族成員由約30種結(jié)構(gòu)高度保守的蛋白組成。根據(jù)結(jié)構(gòu)特征和與細(xì)胞膜的連接方式，這些蛋白被分為了8類，其中1、2類表達(dá)于無(wú)脊椎動(dòng)物，3～7類在脊椎動(dòng)物中表達(dá)，V(viruses)類存在于某些DNA病毒中[1]。它們都具有一個(gè)包含500個(gè)氨基酸的sema區(qū)域[2]，又各自有其特異性結(jié)構(gòu)，根據(jù)蛋白與細(xì)胞膜之間連接方式的不同，其具有分泌蛋白和跨膜蛋白2種存在形式，通過(guò)旁分泌和自分泌的形式調(diào)節(jié)細(xì)胞行為。最初它們被認(rèn)為主要存在于神經(jīng)系統(tǒng)，作為軸突導(dǎo)向因子參與神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育[3]，后來(lái)的研究發(fā)現(xiàn)，其廣泛分布于神經(jīng)、骨骼肌、內(nèi)皮、腫瘤等各個(gè)組織和器官，并參與細(xì)胞增殖、遷移、黏附、免疫應(yīng)答、心血管發(fā)育等多種生理病理過(guò)程[4-5]。其中第四類家族成員Sema4D又稱CD100，最初于T細(xì)胞表面被發(fā)現(xiàn)，相關(guān)研究主要涉及腫瘤、神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞生長(zhǎng)及骨代謝等[6-7]，近年來(lái)發(fā)現(xiàn)，它也參與一些心血管疾病的病理過(guò)程，然而對(duì)此分子在疾病中發(fā)揮的作用和具體分子機(jī)制研究并未深入，對(duì)其進(jìn)一步研究有望為相關(guān)疾病的預(yù)防和治療提供新的靶點(diǎn)。

1 Sema4D的生物學(xué)特征

Sema4D是一種Ⅰ型跨膜蛋白，從病毒到哺乳動(dòng)物，Sema4D均有表達(dá)且結(jié)構(gòu)保持著高度保守。人類的Sema4D蛋白由位于人類9號(hào)染色體9q22.2位置的SEMA4D基因表達(dá)，分子量約為150 kDa[8]。在人體淋巴結(jié)、脾臟、腦組織內(nèi)及各類免疫細(xì)胞中呈高表達(dá)，心臟、胃腸、肺等也顯著表達(dá)。Sema4D整個(gè)分子包含862個(gè)氨基酸，從胞外的N端開始依次為一個(gè)氨基末端信號(hào)序列、一個(gè)富含糖基化位點(diǎn)的sema區(qū)域、一個(gè)PSI(plexin-semaphorin-integrin)結(jié)構(gòu)域及免疫球蛋白樣區(qū)域，胞內(nèi)的尾部則包含許多絲蘇氨酸磷酸化位點(diǎn)(圖1)。Sema結(jié)構(gòu)域是Sema4D蛋白的特征性結(jié)構(gòu)域，通過(guò)X線晶體學(xué)與3D建模顯示，它含有一個(gè)與整合素α結(jié)構(gòu)相似的七葉β-螺旋結(jié)構(gòu)，參與和整合素之間的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)。Sema結(jié)構(gòu)域是位于蛋白N端的一個(gè)單拷貝區(qū)域，以同源二聚體的形式表達(dá)于細(xì)胞表面，并可形成二聚體進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)[1]，它是與受體特異性結(jié)合和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)。Sema4D的羧基末端幾乎都包含一個(gè)與整合素β鏈同源的富含半胱氨酸的PSI區(qū)域，PSI區(qū)域?qū)τ趕ema結(jié)構(gòu)域的同源二聚相當(dāng)重要。Sema4D在人體內(nèi)分布廣泛，雖然它是一種膜固有蛋白，但在蛋白激酶A、干擾素基因刺激因子(STING)等分子的介導(dǎo)下，Sema4D分子可被金屬蛋白酶ADAM17裂解進(jìn)入血液，成為游離狀態(tài)(sSema4D)[9]，sSema4D分子量約120 kDa，2種形態(tài)都可廣泛參與人體的病理生理過(guò)程[10]，并參與細(xì)胞間的黏附、T細(xì)胞啟動(dòng)、血管生成、炎性反應(yīng)的介導(dǎo)等。

注：所有成員都具有相同的Sema區(qū)域，但根據(jù)其所在種屬，與細(xì)胞膜的連接方式，以及IG樣區(qū)域、7次血小板反應(yīng)蛋白-1重復(fù)等獨(dú)特結(jié)構(gòu)，將semaphorin蛋白家族分為7類

Sema4D可作為配體且和受體結(jié)合發(fā)揮生物學(xué)功能，plexinB1是Sema4D的高親和力受體，在人體多種組織和細(xì)胞表面表達(dá)[7]，是一種跨膜受體。Plexin在胞外包含與Sema4D同源的sema區(qū)域，和sema蛋白形成二聚介導(dǎo)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)；胞內(nèi)有一個(gè)高度保守的Ras家族GTP酶活化蛋白(GTPase activating protein，GAP)結(jié)構(gòu)，當(dāng)plexin受體結(jié)合sema區(qū)域時(shí)，GAP區(qū)域被激活導(dǎo)致Ras和Rap家族GTPase的激活，而Ras/Rap家族GTPase如Rac1、Rnd1、RhoD的激活可以促進(jìn)整合素(integrin)的功能來(lái)調(diào)控細(xì)胞黏附和細(xì)胞骨架。另一方面，plexinB1可以招募并激活酪氨酸激酶受體met并與之形成受體復(fù)合物，激活下游的信號(hào)分子，介導(dǎo)細(xì)胞及腫瘤的侵襲性生長(zhǎng)[11]。研究表明[12]，plexinB1對(duì)胞內(nèi)met的招募和激活是Sema4D介導(dǎo)的促血管生長(zhǎng)作用所必須的。此外，plexinB1受體的C末端可以通過(guò)調(diào)控LARG——一種鳥苷酸交換因子(GEFs)的活性來(lái)介導(dǎo)小G蛋白R(shí)hoA的激活，對(duì)下游的MAPK、PI3K、ROCK通路產(chǎn)生調(diào)控作用，進(jìn)而廣泛參與人體多種生理功能的調(diào)節(jié)。CD72是Sema4D的另一種受體，其對(duì)Sema4D的親和力相對(duì)較低，主要存在于免疫細(xì)胞中，如B細(xì)胞、T細(xì)胞、樹突狀細(xì)胞等。對(duì)免疫細(xì)胞的增殖、成熟、抗體的合成分泌起到調(diào)控作用，CD72尾部含有2個(gè)免疫受體酪氨酸抑制模體(immunoreceptor tyrosine-based inhibitory motif, ITIM)，可結(jié)合酪氨酸磷酸酶SHP-1使其發(fā)揮抑制細(xì)胞信號(hào)的作用[13]。Sema4D與CD72結(jié)合可使ITIM去磷酸化，從而減弱SHP-1的抑制作用，提高細(xì)胞免疫應(yīng)答水平。

2 Sema4D在心血管疾病中的作用機(jī)制

2.1 Sema4D與動(dòng)脈粥樣硬化 動(dòng)脈粥樣硬化(atherosclerosis, AS)是心血管系統(tǒng)常見的疾病，也是心肌梗死和腦卒中的主要原因。多年以來(lái)AS的發(fā)生一直被認(rèn)為是經(jīng)典的單核細(xì)胞驅(qū)動(dòng)過(guò)程[14]。單核細(xì)胞、血小板與內(nèi)皮細(xì)胞間黏附并向內(nèi)皮下遷移是粥樣硬化形成的關(guān)鍵步驟[15-16]，此外脂質(zhì)代謝異常和血小板異常激活參與了病變的進(jìn)程，而Sema4D可能對(duì)這些病理過(guò)程起到了促進(jìn)作用。

Gong等[17]研究發(fā)現(xiàn)，冠狀動(dòng)脈粥樣硬化患者血清游離Sema4D水平較對(duì)照組顯著增高，且隨著冠狀動(dòng)脈狹窄程度上升而升高。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，在小鼠血管損傷模型的血栓形成過(guò)程中，Sema4D及plexinB1受體的表達(dá)明顯增加，并參與血小板與內(nèi)皮細(xì)胞的相互作用，促進(jìn)血小板的黏附與聚集[18]。體內(nèi)外實(shí)驗(yàn)均表明，Sema4D參與了血小板的過(guò)度激活，在血管損傷模型中，缺乏Sema4D的小鼠進(jìn)行損傷處理后出現(xiàn)的動(dòng)脈阻塞癥狀出現(xiàn)較輕且較晚。在血脂異常小鼠模型中同樣發(fā)現(xiàn)，Sema4D陰性小鼠的血小板聚集、脂質(zhì)沉積、動(dòng)脈阻塞程度明顯下降[19]，在Zhu等[20]的研究中，通過(guò)對(duì)LDLR(-/-)和 Sema4D(-/-)LDLR(-/-)小鼠分別進(jìn)行6個(gè)月的高脂飼養(yǎng)，Sema4D敲除組小鼠的主動(dòng)脈脂質(zhì)沉積明顯低于對(duì)照組，血管損傷后阻塞的幾率降低了6倍，血小板聚集降低到野生型小鼠水平。這些結(jié)果表明，Sema4D促進(jìn)了血小板的病理性激活及動(dòng)脈的脂質(zhì)沉積，促進(jìn)了AS的發(fā)生。另一方面，內(nèi)皮細(xì)胞表達(dá)的Sema4D可以與人單核細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、泡沫細(xì)胞表面的plexinB2受體結(jié)合，介導(dǎo)單核細(xì)胞與內(nèi)皮細(xì)胞的黏附[21]，促進(jìn)血液中的單核細(xì)胞向內(nèi)皮下的遷移。Cui等[22]的研究證實(shí)，巨噬細(xì)胞對(duì)富含Sema4D的表面具有更強(qiáng)的趨化性，而粥樣硬化區(qū)域的內(nèi)皮細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、泡沫細(xì)胞的Sema4D表達(dá)均有明顯升高[23]，這可能促進(jìn)了相關(guān)炎性細(xì)胞的趨化作用，參與了AS的病理性進(jìn)程。同時(shí)一項(xiàng)臨床研究顯示[24]，血清水平sSema4D低的ST段抬高型心肌梗死患者行PCI術(shù)后，發(fā)生心血管不良事件的風(fēng)險(xiǎn)明顯降低。

這些研究表明，Sema4D可能通過(guò)促進(jìn)單核—內(nèi)皮細(xì)胞的黏附和遷移、血小板的病理性激活、血管壁的脂質(zhì)沉積及促進(jìn)血管新生的方式促進(jìn)AS的發(fā)生，Sema4D可能是防治AS的一個(gè)潛在靶點(diǎn)。現(xiàn)代醫(yī)學(xué)研究表明，動(dòng)脈粥樣硬化是急性心肌梗死發(fā)生的重要危險(xiǎn)因素，Sema4D對(duì)于動(dòng)脈粥樣硬及心肌梗死發(fā)生發(fā)展的影響和作用機(jī)制的研究目前尚缺乏，對(duì)此方向的研究將會(huì)具有重要臨床價(jià)值。

2.2 Sema4D與心房顫動(dòng)和心房重構(gòu) 心房顫動(dòng)(atrial fibrillation，AF)是臨床上常見的一種心律失常，往往導(dǎo)致患者的生活質(zhì)量下降及心血管事件的發(fā)生。心房顫動(dòng)患者心房?jī)?nèi)血流的紊亂可導(dǎo)致心腔內(nèi)附壁血栓的形成進(jìn)而增加缺血性卒中的風(fēng)險(xiǎn)。盡管心房顫動(dòng)的機(jī)制還未完全闡明，但血小板的激活及炎性反應(yīng)在心房顫動(dòng)發(fā)生的過(guò)程中起到了重要作用，同時(shí)左心房直徑(LAD)也與心房顫動(dòng)患者血清炎性因子的水平有關(guān)[25-26]。

Sema4D在血小板激活和凝血過(guò)程起到了重要的調(diào)控作用，參與血小板聚集與附壁血栓形成，心房顫動(dòng)患者血清Sema4D的高表達(dá)可能對(duì)血栓形成起到了促進(jìn)作用。另外Sema4D可通過(guò)RhoGTP、R-Ras、NF-κB等信號(hào)通路，介導(dǎo)細(xì)胞增殖分化、炎性反應(yīng)等[27]，這可能也對(duì)心房顫動(dòng)起到了促進(jìn)作用。Xiang等[28]研究了心房顫動(dòng)患者的血清Sema4D水平，并探究了Sema4D水平與LAD的關(guān)聯(lián)；113例住院患者被分成陣發(fā)性心房顫動(dòng)、非陣發(fā)性心房顫動(dòng)及無(wú)心房顫動(dòng)的陰性對(duì)照3組，并測(cè)定血清Sema4D和LAD水平。結(jié)果表明，陣發(fā)性、非陣發(fā)性心房顫動(dòng)患者sSema4D水平顯著高于陰性對(duì)照組，非陣發(fā)性心房顫動(dòng)sSema4D水平高于陣發(fā)性心房顫動(dòng)，此外其血清水平還與LAD呈正相關(guān)，這說(shuō)明Sema4D可能參與了心房顫動(dòng)及心房重構(gòu)的過(guò)程。大量研究表明，血清Sema4D水平的升高可反映炎性細(xì)胞的激活，而心房顫動(dòng)患者血清Sema4D水平升高提示Sema4D可能成為炎性反應(yīng)和心房顫動(dòng)之間的橋梁，對(duì)其進(jìn)一步研究可能發(fā)現(xiàn)心房顫動(dòng)的新型分子機(jī)制。

2.3 Sema4D與心力衰竭 心力衰竭是各種心血管疾病發(fā)展的終末階段，涉及炎性反應(yīng)、神經(jīng)激素失調(diào)、生物力學(xué)改變、心室重構(gòu)等多種病理過(guò)程[29-30]。IL-2、IL-6、TNF-α、淋巴細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞等多種細(xì)胞和炎性因子參與其中，在發(fā)生炎性反應(yīng)時(shí)，這些細(xì)胞表面的Sema4D分子可脫落并進(jìn)入血液循環(huán)，參與內(nèi)皮、單核細(xì)胞之間的黏附、趨化等相互作用，并可調(diào)控炎性細(xì)胞IL-6、TNF-α的表達(dá)[31]。這表明Sema4D可能參與心力衰竭的病理過(guò)程。Willner等[32]的研究比較了心力衰竭患者與正常對(duì)照組血清Sema4D和NT-proBNP水平及這2種分子之間的相關(guān)性，并評(píng)估了心力衰竭患者急性加重期和緩解期的Sema4D水平變化情況。結(jié)果表明，相較于對(duì)照組，心力衰竭患者的血清Sema4D和NT-proBNP水平均顯著增高，但區(qū)別于NT-proBNP，Sema4D基線水平與血漿肌酐水平相關(guān)，而與左心室射血分?jǐn)?shù)無(wú)關(guān)，且在患者臨床癥狀改善后，Sema4D水平可迅速下降。這提示相較于NT-proBNP，Sema4D具有快速反映病情緩解和腎功能狀況的優(yōu)勢(shì)，這為心力衰竭提供了一個(gè)可能的生物標(biāo)志物。另一方面，Sema4D本身是一種具有生物活性的分子，表達(dá)于T細(xì)胞、單核細(xì)胞、血小板等細(xì)胞表面，并在激活后通過(guò)金屬蛋白酶的裂解進(jìn)入血液，參與炎性反應(yīng)、血管生成等生理過(guò)程，這些都是心力衰竭的重要病理機(jī)制，并可參與多種疾病的進(jìn)展。在心力衰竭的發(fā)生過(guò)程中，升高的Sema4D水平是否又促進(jìn)了心室重構(gòu)、炎性反應(yīng)等過(guò)程，對(duì)Sema4D或其受體的干預(yù)能否成為新的治療靶點(diǎn)，這些都是值得進(jìn)行進(jìn)一步研究的方向。在最近的一項(xiàng)臨床研究中[33]，研究者通過(guò)對(duì)154例臨床病例的觀測(cè)，探討了心力衰竭、心室重構(gòu)與血清sSema4D水平的關(guān)系，通過(guò)對(duì)weber心功能分級(jí)、左心室舒張末期內(nèi)徑、左心房?jī)?nèi)徑及血清sSema4D水平的測(cè)定，發(fā)現(xiàn)血清sSema4D水平與心功能和心室重構(gòu)密切相關(guān)，低水平sSema4D是心室重構(gòu)的重要保護(hù)性因素。這項(xiàng)研究也為深入研究sSema4D對(duì)于心力衰竭影響的信號(hào)機(jī)制、發(fā)現(xiàn)新藥物、探究新的心力衰竭的病理機(jī)制提供了臨床理論支持。

2.4 Sema4D與血管內(nèi)皮細(xì)胞功能障礙 內(nèi)皮細(xì)胞廣泛分布于血管壁，具有調(diào)節(jié)凝血反應(yīng)、影響血管通透性、調(diào)節(jié)血管平滑肌收縮和舒張的功能。保持內(nèi)皮細(xì)胞的結(jié)構(gòu)和功能正常，對(duì)維持血管內(nèi)的平衡和穩(wěn)態(tài)起著重要作用，其功能失調(diào)對(duì)動(dòng)脈粥樣硬化、高血壓等心血管疾病的發(fā)生和發(fā)展具有促進(jìn)作用。

研究發(fā)現(xiàn)，在糖尿病視網(wǎng)膜微血管病變的小鼠模型中，轉(zhuǎn)錄因子IRF1可在低氧誘導(dǎo)下募集到Sema4D的啟動(dòng)子區(qū)域，提高其轉(zhuǎn)錄水平。升高的血清Sema4D可結(jié)合內(nèi)皮細(xì)胞PlexinB1受體，并激活plexinB1-mDIA1/Src信號(hào)通路，使Src、FAK磷酸化，介導(dǎo)內(nèi)皮細(xì)胞的增殖和遷移，并促進(jìn)血管內(nèi)皮鈣黏蛋白(VE-cadherin)的磷酸化，使血管的通透性增加[34]。在同樣的模型中，敲除plexinB1受體的小鼠，血管損傷后發(fā)生的血管新生和血管滲漏顯著降低，血管內(nèi)皮功能得到改善[35]。Chen等[36]研究發(fā)現(xiàn)，Sema4D水平和血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子水平呈正相關(guān)，兩者具有協(xié)同促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞的增殖和遷移，增加血管通透性，抑制內(nèi)皮細(xì)胞的凋亡，從而促進(jìn)新生血管的形成的作用。Sema4D對(duì)內(nèi)皮細(xì)胞生長(zhǎng)、血管生成的促進(jìn)作用可能與met、Rho/ROCK信號(hào)通路相關(guān)[37]。這些研究表明，Sema4D對(duì)內(nèi)皮細(xì)胞維持功能穩(wěn)定和生長(zhǎng)修復(fù)具有調(diào)節(jié)作用，而目前對(duì)其在促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞增殖遷移和血管新生作用的研究多涉及腫瘤領(lǐng)域，在心血管方面Sema4D對(duì)內(nèi)皮細(xì)胞的影響則是值得進(jìn)一步研究的問(wèn)題。

通過(guò)總結(jié)以上基礎(chǔ)與臨床研究發(fā)現(xiàn)，Sema4D參與了眾多心血管系統(tǒng)疾病的病理進(jìn)程，然而目前卻缺乏對(duì)其深入的完整的病理機(jī)制的研究，將目前Sema4D涉及心血管疾病的研究總結(jié)見表1。

表1 Sema4D在心血管疾病中的動(dòng)物與臨床研究總結(jié)

3 總結(jié)與展望

綜上所述，Sema4D分子不僅是一個(gè)免疫調(diào)節(jié)分子，它也參與了許多心血管疾病的發(fā)生發(fā)展過(guò)程，并且具有促進(jìn)炎性反應(yīng)、細(xì)胞趨化、細(xì)胞增殖遷移的作用。大量研究表明，Sema4D在心血管發(fā)育和各種疾病中發(fā)揮了重要作用，盡管其在這些疾病中發(fā)揮作用的具體分子機(jī)制尚不明確，但Sema4D水平在這些疾病過(guò)程中的改變是確切的，進(jìn)一步闡明其在心血管系統(tǒng)疾病中的信號(hào)機(jī)制，可能為腫瘤、動(dòng)脈粥樣硬化、血管狹窄及其他相關(guān)疾病的促血管、抗血管治療提供新的機(jī)會(huì)。相信隨著研究的不斷深入，Sema4D在心血管疾病中的作用將被揭開，并有望為臨床治療相關(guān)心血管疾病提供新的治療靶點(diǎn)和生物標(biāo)記。