Semaphorin3A在慢性炎症性疾病中的作用

向 荣，许 昱

Semaphorin(Sema)蛋白家族是一类以半胱氨酸富集区域为特征的一组分泌型或膜相关的蛋白家族，最初作为影响神经发育的神经轴突导向因子而被发现[1]。Sema3A最早被发现，也是最经典的Sema家族成员之一，可调控和引导神经轴突的生长[2]。近年来研究发现Sema3A除发挥神经轴突导向作用外，还与细胞迁移、肿瘤生长、血管生成、骨代谢及免疫调节等多种机体的病理生理现象密切相关[3-7]。本文就Sema3A在慢性炎症性疾病中的作用进行综述。

1 Sema3A的结构与功能

Sema3A又称Collapsin-1，是第一个分离并鉴定出来的脊椎动物的Sema分子，由一个大约含500个氨基酸的Sema区、信号肽、Ig样结构域、强碱性C-末端区和β-螺旋构成[8]。Sema3A与其两个高亲和力受体神经毯蛋白1(neurophilins-1, Nrp-1)和plexin-A1在巨噬细胞、T细胞、B细胞、内皮细胞等多种细胞中均有表达[9-11]。

最初的研究发现，Sema3A与其受体Nrp-1结合后可特异性作用于交感神经，引起神经元轴突生长锥塌陷，抑制轴突延伸，从而避免神经过多生长[12]。此后的研究显示，Sema3A还与神经高反应和血管生成有关，Sema3A可调节C-纤维的生长和分布而抑制神经高反应，减轻瘙痒症状[13]，并能与血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)竞争性地结合Nrp-1受体，抑制血管生成，减轻炎症反应[14]。新近研究提示，Sema3A亦是一种潜在的免疫调节因子，对T细胞、B细胞、巨噬细胞等多种免疫细胞均有调节作用。Sema3A可表达于活化的T细胞和B细胞表面，并抑制T细胞和B细胞的分化[15]。此外，Sema3A还可促进调节性T细胞(Treg)和调节性B细胞(Breg)的免疫调节功能[10,16]。

2 Sema3A与自身免疫性疾病

2.1 Sema3A与系统性红斑狼疮

系统性红斑狼疮(systemic lupus diseases, SLE)是一种常见的全身性自身免疫性疾病，B细胞异常是SLE发病的中心环节，且不同B细胞亚群在SLE病理过程中作用各异[17]。Breg细胞在SLE发病早期发挥保护作用，而效应B细胞主要在SLE发病过程中发挥致病作用[18-19]。

越来越多的研究证实，Sema3A在SLE的发生和发展过程中起重要作用。临床研究显示，SLE患者血清中Sema3A的表达水平明显低于正常对照者[16]。进一步研究发现，血清中Sema3A浓度与肾损伤程度、SLE疾病活动度(SEDAI)及抗心脂抗体浓度呈负相关，提示Sema3A可作为评价SLE疾病活动度和肾损害程度的潜在生物学标志物。

关于Sema3A参与SLE发病的具体机制，有学者对Sema3A与B细胞在SLE发病过程中的相互作用进行了研究，发现B细胞上Toll样受体9(Toll-like receptor9，TLR-9)的过表达与抗双链DNA(double-stranded DNA，dsDNA)抗体水平呈明显相关性，抑制SLE患者B细胞中TLR-9的表达可作为抗SLE的治疗靶点[20]。SLE患者外周血中的B细胞与Sema3A体外共培养可使B细胞上CpG寡聚脱氧核苷酸(CpG Oligodeoxynucleotides, CpG-ODN)刺激所致的TLR-9表达减少，推测Sema3A通过抑制B细胞上TLR-9的表达而抑制自身抗体的产生，进而减轻SLE的炎症过程[16]。此外，Sema3A可表达于Breg细胞表面并调节其免疫功能，SLE患者外周血中Sema3A主要表达于CD19+CD25highBreg细胞表面，其表达量明显低于健康对照者[16]。Breg细胞上Sema3A的表达缺失与SLE的发病有关，Sema3A可能通过促进Breg细胞的功能减轻SLE的症状，其具体机制有待进一步研究。

2.2 Sema3A与多发性硬化

多发性硬化(multiple sclerosis, MS)是发病率很高的自身免疫性疾病之一，全球至少有两千五百万人罹患此病，且女性发病率为男性的2倍[21]。研究发现T细胞、B细胞、巨噬细胞、浆细胞、树突状细胞(dendric cells，DCs)等多种免疫细胞均与MS的发病有关。多项研究对Sema3A在MS中的作用进行分析，但得出的结论不同。研究发现，复发期MS患者外周血单个核细胞中Sema3A的表达水平明显低于健康对照者，缓解期时Sema3A的表达明显上升且与健康对照者比较无明显差异[21]。

Williams等[22]建立了实验性变态反应性脑脊髓炎(experimental autoimmune encephalomyelitis，EAE)小鼠模型以探讨Sema3A在MS中的作用，发现急性发作期EAE小鼠外周血和脾淋巴细胞中Sema3A表达降低，而中枢神经组织浸润的炎症细胞上Sema3A的表达水平明显高于正常组，推测Sema3A在外周血和脾淋巴细胞中的低表达可能与EAE的慢性炎症有关，而中枢神经系统炎症细胞中Sema3A呈高表达以下调局部的炎症反应。此外，中枢神经系统中的Sema3A除可由免疫细胞分泌外，也可由少突角质细胞和星形角质细胞分泌，可能是导致Sema3A在不同部位表达差异的原因。

2.3 Sema3A与类风湿关节炎

类风湿关节炎(rheumatoid arthritis, RA)是一种以多发性和对称性增生性滑膜炎为主要表现的自身免疫性疾病[23]，Sema3A在T细胞上的异常表达与RA的发病密切相关。Catalano[24]对Sema3A在RA中的作用进行研究，发现RA患者外周血CD4+T细胞上的Sema3A表达水平明显低于健康对照者，Sema3A可促进白细胞介素(interleukin，IL)-10的分泌，IL-10对CD4+T细胞的调节作用可增强CD4+NP-1+T细胞的免疫抑制作用。另一项临床研究显示，Sema3A在RA患者膝关节滑膜液中的含量较单纯骨关节炎患者明显降低，且Sema3A的表达水平与RA病理评分和疾病活动度评分呈明显负相关[25]。动物研究发现，Sema3A可减轻胶原诱导关节炎模型(collagen-induced arthritis，CIA)小鼠的症状，并通过抑制血清中γ干扰素(interferon γ，IFN-γ)和IL-17的表达及促进IL-10的表达，减缓RA的炎症反应[24]。

血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor, VEGF)是以一种高度特异性的促血管内皮生长因子，可促进血管生成，参与炎症反应。VEGF165作为VEGF最主要的的亚型与Sema3A有共同受体 Nrp-1[26]。RA患者血清中VEGF含量与疾病的活动度和关节的损伤程度呈正相关，Sema3A可通过与VEGF竞争性结合Nrp-1受体而抑制血管生成，从而减轻CIA的炎症反应。

3 Sema3A与变态反应性疾病

3.1 Sema3A与哮喘

哮喘是由嗜酸性粒细胞、肥大细胞、中性粒细胞、T淋巴细胞、气道上皮细胞等多种细胞和细胞组分参与的气道慢性炎症性疾病。临床研究显示，哮喘患者血清中Sema3A含量明显低于健康对照者，且重度哮喘患者血清中Sema3A含量较轻度患者更低，且哮喘患者外周血Treg细胞上Sema3A的表达水平也低于健康对照者[10]。Sema3A与Treg细胞体外共培养则可促进Treg细胞的免疫调节功能，可见Sema3A在哮喘的发病过程中发挥重要调节作用。

气道炎症和重塑是哮喘的主要特征，VEGF作为血管生成的重要调节因子之一参与哮喘的组织重塑过程，且VEGF与Sema3A拥有共同的受体Nrp-1。Shim等[14]的研究发现，VEGF的亚型VEGF1和VEGF2在哮喘小鼠支气管上皮细胞中表达升高，Sema3A与Nrp-1在哮喘小鼠肺泡灌洗液和肺组织匀浆中的表达水平也明显高于正常小鼠。因VEGF通过p38细胞分裂素蛋白激酶途径以负反馈调节机制促进正常间皮细胞对Sema3A的分泌，故推测Sema3A表达升高是由于VEGF的高表达刺激血管内皮细胞分泌Sema3A所致。此外，激活的T细胞、DC细胞可分泌Sema3A可能也是哮喘小鼠血清中Sema3A增多的原因。

3.2 Sema3A与特异性皮炎

皮肤瘙痒是特异性皮炎(atopic dermatitis, AD)的主要临床特征，控制瘙痒症状是治疗AD的目标之一。瘙痒是由起源于背根神经节神经元的无髓鞘神经纤维C[21]纤维引起。角质细胞和纤维母细胞在擦伤等的刺激下分泌神经生长因子(neural growth factor，NGF)，导致C[21]纤维和Sema3A的受体Nrp-1在AD患者表皮层中大量增生[13]。C-纤维的生长受NGF和Sema3A等多种胞外分子的调控。

Sema3A在AD患者受损的真皮层中表达水平明显低于健康对照者，而真皮层中纤维密度则高于健康者[13]。AD小鼠模型真皮层中神经纤维异常增生和瘙痒症状均与Sema3A有关，AD小鼠受损的皮肤组织中Sema3A的表达水平明显降低，而在AD小鼠受损的皮肤上涂以Sema3A可减轻小鼠的瘙痒症状，减轻损伤皮肤组织中的神经纤维浸润。以上结果说明痒引起搔抓动作，而搔抓动作可加重AD，Sema3A可通过抑制上皮层中神经纤维的增生，打破痒-搔抓循环而减轻AD的临床症状[27]。

Sema3A除了对神经纤维发挥抑制作用外，还可通过对免疫系统和血管生成系统的调节作用抑制AD的炎症反应。Sema3A可抑制AD小鼠受损皮肤中肥大细胞、CD4+T细胞等免疫细胞的浸润，同时抑制受损皮肤中IL-4的表达[13]。

3.3 Sema3A与变应性结膜炎

变应性结膜炎(allergic conjunctivitis, AC)是由变应原刺激及IgE介导的眼部炎症性疾病[28]。Tanaka等[29]研究发现，用Sema3A点眼可抑制小鼠的变态反应症状，减少结膜组织中嗜酸性粒细胞的浸润和结膜炎小鼠血清中总IgE、Th2型细胞因子(包括IL-4、IL-5和IL-13)、促炎因子[IFN-γ、IL-17和肿瘤坏死因子α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)]浓度，上调IL-10的表达。此外，Sema3A还可增强结膜上皮细胞的免疫屏障功能，并减少结膜上皮细胞结构紊乱和杯状细胞的增生。

3.4 Sema3A与变应性鼻炎

变应性鼻炎(allergic rhinitis, AR)是指特应性个体接触变应原后，由IgE介导的介质(例如组织胺、前列腺素和P物质等)释放，并由多种免疫活性细胞和细胞因子等参与的鼻黏膜非感染性炎症反应[30]。近年来研究显示，鼻黏膜中神经纤维增生导致鼻痒症状[31]。有学者发现，AR小鼠鼻黏膜中Sema3A表达明显降低，而鼻黏膜中神经纤维密度却明显升高，用Sema3A滴鼻后AR小鼠打喷嚏频度和挠鼻次数明显减少，鼻黏膜中神经纤维的密度也明显减少[32]。以上结果说明Sema3A与AR鼻黏膜中神经纤维过度增生导致的高敏状态有关，Sema3A可通过抑制神经纤维在鼻黏膜中的增生而抑制AR症状。

4 Sema3A与炎症性肠病

炎症性肠病(inflammatory bowel diseases, IBD)是一类由宿主肠道微生物菌群失调引起的肠道慢性炎症性疾病，包括溃疡性结肠炎(ulcerta-tive colitis, UC)和Crohn病(Crohn colitis, CD)。临床研究发现，活动期CD患者外周血中表达Sema3A的Treg细胞比例明显低于健康对照者[33]。进一步研究Sema3A与CD患者临床特征间的关系发现，表达Sema3A的Treg细胞与CD患者的CD活动指数(Crohns disease activity index，CDAI)评分有呈负相关的趋势，而这种表达Sema3A的Treg细胞可能由于其对Th1细胞的抑制作用减弱而导致CD和UC炎症的发生。Sema3A在CD和UC患者外周血血清中含量稍高于健康对照者，但二者间的差异无统计学意义。对结肠组织进行免疫组织化学染色发现，Sema3A在巨噬细胞中表达强度增高，在固有层淋巴细胞中呈中度表达，在正常人以及CD和UC患者结肠组织中的表达均无明显差异。Sema3A虽在免疫反应中也发挥调节作用，但其在组织免疫阶段的作用明显强于其在外周血炎症阶段的作用，这可能是导致Sema3A在IBD患者血清和结肠组织固有层中的表达与健康对照者无差异的原因。

5 展望

Sema家族蛋白在免疫疾病中的调控作用受到越来越多的关注。对Sema家族蛋白发挥调节作用的具体机制进行研究有利于人们深入了解免疫性疾病的病理学机制。本文对Sema3A在自身免疫性疾病、变态反应性疾病和IBD等慢性炎症性疾病中的作用进行了综述，Sema3A可通过调控C-纤维的增生、血管生成及对T细胞、B细胞的免疫调节作用，参与慢性炎症性疾病的病理过程。Sema3A可作为一种潜在的免疫调节因子为慢性炎症性疾病的治疗提供新的靶点。