Sema4D在肿瘤新生血管形成中的作用及其机制研究进展

张宜江，曹继华，徐兴东

(三峡大学人民医院，湖北宜昌443000)

肿瘤新生血管形成在肿瘤侵袭、转移中发挥重要作用。在肿瘤生长的早期，其对氧和营养物质等的需求主要由周边血管供应，但当肿瘤生长至一定大小后(直径>2 mm)，仅依靠周边现有血管不足以支撑肿瘤生长需求，此时如果无新生血管向肿瘤内部延伸，肿瘤将无法继续生长。在此条件下，肿瘤组织细胞将发生有利于新血管生成的微环境改变，称之为肿瘤微环境血管生成转换。这种转换发生后，肿瘤血管生成、肿瘤生长和肿瘤转移将同步进行，而抑制肿瘤血管生成，阻断肿瘤血液供应，可有效控制肿瘤的生长与侵袭转移。在肿瘤血管生成中，促血管生成相关基因越来越受到重视。Semaphorin家族最初被认为是轴突导向因子，可影响中枢神经系统发育。随后发现在多种细胞中均有Semaphorin受体表达，从而引起一系列关于其功能及信号转导通路的研究。Sema4D是Semaphorin家族成员之一，其在肿瘤进展及新生血管形成中发挥重要作用。现就Sema4D在肿瘤血管生成中的作用及其机制研究进展综述如下。

1 Sema4D的结构及其受体

1.1 Sema4D的结构 Semaphorin家族是一种细胞表面可溶性蛋白。根据系列相似性及生物学特性，共分为8个亚型。Ⅰ、Ⅱ型在无脊椎动物中发现，Ⅲ～Ⅶ型在脊椎动物中发现，Ⅷ型在病毒中发现[1]。Sema4D为其Ⅳ型家族成员，属于跨膜蛋白。其结构上含有一个氨基酸末端信号序列，一个Sema结构域，一个免疫球蛋白域，一个半胱氨酸富集区，一个跨膜区和一个存在于胞质中的尾部结构。Sema4D以同源二聚体的形式表达于细胞表面。其细胞外的结构部分包括多个N-连接糖基化位点和高度保守的半胱氨酸残基，用于亚基内二硫键的形成，胞内有一个酪氨酸及多个丝氨酸磷酸化位点[2]。

1.2 Sema4D的受体 Sema4D的受体包括PlexinB1与分化抗原簇72(CD72)。PlexinB1属于Plexin家族，是Seme4D的高亲和力受体[3]。Plexins家族包括9个成员，是Semaphorin家族的受体之一，为单通道跨膜受体，分为4个亚群：PlexinA～D。结构上胞外区域与Met基因具有28%的同源性，包含Sema结构域，3个PSI结构域，甘氨酸-脯氨酸富集模体，而胞质部分含有2个鸟苷三磷酸(GTP)酶激活蛋白样结构域，中间1个GTPase结合结构域，胞质尾部有一个盘状同源区域(PDZ)结构域结合位点[4]。Sema4D与PlexinB1结合后主要激活两条信号转导通路。其一为RhoGTP酶途径。小GTPase被认为是Semaphorin发挥功能的中介。Sema4D与PlexinB1结合刺激激活的Rac在PlexinB1细胞质区域募集。其二为Met途径。在内皮细胞，PlexinB1作为功能性的受体与Met形成复合物介导内皮细胞迁移。Sema4D与PlexinB1激活Met的酪氨酸激酶活性，导致下游效应物生长因子受体蛋白2相关结合蛋白的磷酸化，从而介导内皮细胞侵袭性生长[5]。

CD72是一个膜结合的钙依赖性蛋白，是Sema4D在淋巴组织的主要受体。CD72胞质区含有2个免疫受体酪氨酸抑制基序(ITIM)，在B细胞的发育和分化及免疫应答中起负调控作用[6]。ITIM与B细胞受体交联就可诱导CD72胞内ITIM中的酪氨酸磷酸化，并与蛋白质酪氨酸磷酸酶1(SHP-1)结合，诱导酪氨酸去磷酸化及下游信号蛋白灭活，继而促使静止的B细胞向祖细胞分化，且可降低活化的B细胞增殖。而Sema4D与CD72结合，可抑制CD72和B细胞受体的交联，从而抑制SHP-1功能，使B细胞活化[7]。

2 Sema4D在肿瘤新生血管形成中的作用

越来越多的证据显示，Sema4D作为重要的促血管生成因子，与肿瘤新生血管形成、转移及预后相关。研究发现，Sema4D是胰腺癌血管生成拟态的关键因子，抑制Sema4D表达能明显抑制胰腺癌细胞主导的血管生成拟态形成[8]。在人头颈部鳞状细胞癌中，Sema4D促进内皮细胞的迁移及裸鼠体内血管样结构的大小和分布，从而促进微血管形成和肿瘤转移。而沉默Sema4D基因表达，肿瘤生长及血管形成能力明显受到抑制[9]。在乳腺癌中，Sema4D在乳腺癌细胞中的表达明显高于乳腺内皮细胞。研究证实，Sema4D能促进乳腺癌细胞的增殖、侵袭及迁移，诱导其凋亡，同时促进裸鼠移植瘤的增殖及血管新生[10]。由此表明，Sema4D在肿瘤新生血管形成中起重要作用。

Sema4D在多种恶性肿瘤中的表达明显增高，并与患者预后密切相关[11]。同时Sema4D表达强弱预示血管生成能力的强弱，因此Sema4D可作为抗肿瘤血管治疗的靶标。研究发现，80.85%的结直肠癌标本表现为中至高度的Sema4D表达，高、中、低分化中的阳性比例分别为71.43%、96.76%、77.27%。体外细胞迁移实验发现，Sema4D能增强促血管新生作用及诱导人脐静脉内皮细胞的迁移。体内实验发现，Sema4D表现出强的血管新生效应从而促进肿瘤生长。且Sema4D在直肠癌中的表达与肿瘤分期、侵袭深度、淋巴转移、淋巴管浸润、血管侵犯有关，表明其是生存期短的独立危险因素[12,13]。在宫颈癌中，Sema4D高表达提示患者生存期明显缩短，这可能与Sema4D介导肿瘤血管生成而促进肿瘤细胞远处转移有关。而在乳腺癌中，Sema4D高表达与肿瘤局部复发及预后明显相关。上皮性卵巢癌中Sema4D表达是患者无疾病进展生存期及总生存期的独立影响因素[14]。由此可见，Sema4D是抗肿瘤血管治疗的重要靶标[15]。

3 Sema4D介导肿瘤新生血管形成的机制

3.1 激活PlexinB1-RhoA与Met信号通路 Sema4D与其同源受体PlexinB1结合后主要激活RhoA-ROCK信号通路，诱导肿瘤细胞增殖、迁移及血管新生[16,17]。PlexinB1高表达于内皮细胞膜表面，细胞膜上的Sema4D通过水解酶作用后释放至微环境中，与内皮细胞膜上的PlexinB1结合后诱导一系列反应发生。Ras同源类似物A(RhoA)是Ras超家族成员之一，属于相对分子质量小的G蛋白，丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶(ROCK)是RhoA的下游靶蛋白[18]。鸟嘌呤核苷酸交换因子(GEFs)催化GTP与Rho蛋白结合，促使Rho激活[19]。RhoA与GTP结合激活后与ROCK的卷曲螺旋结构结合，使其发生多个氨基酸位点的磷酸化而被激活，并介导下游一系列磷酸化/脱磷酸化反应[20]。白血病相关 RhoGEF和 PDZ-RhoGEF是Rho特异性GEF，二者与PlexinB1的C端结合形成复合物，介导由Sema4D刺激引起的RhoA激活反应[21]。

但Conrotto等[5]认为Sema4D与PlexinB1结合后可不依赖RhoA，而是PlexinB1聚集成簇，使C-Met低聚化，继而促进酪氨酸磷酸化，且C-Met激活是Sema4D发挥生物学效应所必须的，不一定通过Rho途径。尽管这二者存在争议，但一致认为最终是导致内皮细胞骨架发生变化及细胞迁移而促成肿瘤新生血管形生。

3.2 Sema4D与血管内皮细胞生长因子(VEGF)协同作用 Seme4D促进肿瘤血管生成与部分重要的促血管生成分子类似，如VEGF、HGF及bFGF等[5, 9]。众所周知，VEGF在生理及病理性血管生成中起关键作用。其能促进内皮细胞增殖、迁移，增加新生血管的通透性及抑制内皮细胞凋亡。众多学者发现，Sema4D与VEGF在促肿瘤血管生成中具有协同作用。Sema4D与VEGF共同促进上皮性卵巢癌血管生成[22]。当VEGF、Sema4D被敲除，一系列血管生成启动因子及上皮间质转化的标志物——CD31、MMP2、E-Cadherin表达明显降低，表明Sema4D和VEGF在血管生成中的重要作用，且VEGF和Sema4D与肿瘤分期有明显相关性。

3.3 Sema4D与低氧诱导因子(HIF)作用 肿瘤细胞诱导肿瘤血管形成从而促进生长及转移等方法之一是激活HIF家族转录调节因子。Sema家族的作用受到氧含量的影响。HIF被认为是重要的血管生成诱导因子。现已明确HIF-1对低氧诱导的糖酵解增加和肿瘤细胞主导的血管形成必不可少。在氧浓度正常的情况下，HIF-1很少表达。当在低氧条件下，HIF-1与内皮细胞相互作用诱导肿瘤新生血管形成[23]。HIF-1可激活一系列基因从而调控一系列适应性反应以降低氧浓度，如增强肿瘤细胞葡萄糖摄取及形成新的血管。在低氧条件下，可观察到Sema4D蛋白表达显著增加[24]。Mu等[25]发现，在头颈部鳞状细胞癌中，Sema4D在低氧环境中通过HIF-1依赖的方式被诱导，从而影响内皮细胞的迁移及肿瘤血管发生。同时发现，Sema4D及VEGF的表达共同受HIF家族转录因子的调控;在HIF调控下，Sema4D与VEGF协同促进肿瘤生长及血管形成[14]。

综上所述，Sema4D在肿瘤发生、发展及血管生成中扮演重要角色。在实体肿瘤中，Sema4D高表达提示血管新生效应更强、恶性程度更高及预后更差。因此，Sema4D可作为抗肿瘤及抗肿瘤血管治疗的新靶标。