信号素(Sema)家族最初被定义为轴突导向因子，在神经系统的轴突导向中发挥重要作用。随后越来越多的研究结果证明，Sema家族亦参与免疫应答、肿瘤血管生成和器官形成等过程。Sema3A是Sema家族中最早被研究的轴突导向因子。近年研究发现，Sema3A在肿瘤及自身免疫性疾病(AD)的发生、发展过程中，发挥重要的作用。然而，Sema3A在肿瘤的发生、发展过程中，是发挥抑制作用还是促进作用，目前的研究观点尚不一致。阐明Sema3A在肿瘤和自身免疫调节中的作用，有望为以Sema3A为靶点的免疫治疗，提供新的思路。因此，笔者拟就Sema3A的结构及受体，以及Sema3A在肿瘤及AD中的作用和机制的最新研究进展进行综述。
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信号素(semaphorins，Sema)家族是一个包含≥30个成员的蛋白质家族。截至目前，根据氨基酸序列相似性和蛋白质结构特征，Sema家族成员可被分为8个亚类，其中1、2亚类Sema发现于无脊椎动物，3～7亚类Sema发现于脊椎动物，8亚类Sema发现于病毒[1]。Sema3A属于Sema家族3亚类中的一种分泌型蛋白，主要表达于树突状细胞、活化的T细胞、内皮细胞，以及部分肿瘤细胞。Sema3A主要有2种功能性受体：神经纤毛蛋白(neuropilin，NRP)1及PlexinA1～4，Sema3A通过与上述受体结合发挥生物学作用[2]。已有研究证实，Sema3A参与自身免疫性疾病(autoimmune disease，AD)的发生、发展，并且作为一种免疫负向调节因子在AD中发挥重要作用[3,4]。此外，Sema3A已成为近年肿瘤研究领域的热点。多项研究发现，Sema3A参与多种实体瘤及血液肿瘤的发生、发展[5,6]。然而，目前相关文献对Sema3A在肿瘤中作用的报道尚不一致。因此，笔者拟就Sema3A的结构及受体，以及Sema3A在实体瘤、血液肿瘤及AD中作用的最新研究进展进行综述，以期为阐明Sema3A在肿瘤和自身免疫调节中的作用提供新思路。
Sema3A分子亦被称为Collapsin-1，其在骨骼、肿瘤细胞、结缔组织、神经元及免疫细胞上均有表达，主要结构包括Sema结构域、信号肽、免疫球蛋白样结构域、C-末端和β螺旋结构。其中，Sema结构域是所有Sema家族成员发挥生物学功能的关键，存在于Sema分子N-末端附近，是由约500个氨基酸残基组成的一段高度保守序列，其可与不同的受体结合，发挥不同的生物学功能[2]。Sema3A的受体主要包括NRP1与PlexinA1～4，Sema3A与不同的受体相互作用，从而发挥相应的生物学功能。
NRP1是一种单跨膜糖蛋白，相对分子量为(1.03～1.40)×105的，由3部分组成：一个结构域细胞外区、一个细胞质区及一个跨膜螺旋，其中结构域细胞外区是NRP1发挥生物学功能的区域。NRP1为Sema3A的关键受体，由于NRP1蛋白家族的细胞质区短，不能独立介导信号传导，其需与PlexinA1结合形成共受体，即Sema3A-NRP1-PlexinA1才能激活下游信号的传导。此外，NRP1还可与其配体血管内皮细胞生长因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)相结合，在血管生成中发挥作用[5]。在多种肿瘤细胞和组织中，NRP1的2个配体Sema3A与VEGF可能存在竞争结合关系，当NRP1与Sema3A结合时，可发挥抑制肿瘤进展的作用，当NRP1与VEGF结合时，则可促进肿瘤血管生长，从而促进肿瘤的发生与发展[7]。一项小鼠模型研究结果表明，NRP1在多种肿瘤细胞和组织中均有表达，Sema3A与其受体NRP1的结合在肿瘤的发生与发展中发挥重要的作用[8]。但是NRP1/Sema3A信号通路在AD中的作用目前尚未见报道，值得进一步研究。
PlexinA家族是Sema3A的另一类受体，主要在Sema3A的信号传导中发挥作用[9]。PlexinA家族是一类存在于细胞膜表面的分子，均含有细胞外Sema结合域。膜依赖型Sema3A分子能够直接与PlexinA1分子细胞外Sema结合域直接结合，发挥信号传导作用。而分泌型Sema3A必须与PlexinA1及NRP1形成的复合物，才能进一步介导信号传导。当Sema3A缺乏时，PlexinA1主要以一种自身抑制的状态存在，而NRP1则可以稳定该自身抑制状态；而当Sema3A存在时，NRP1与Sema3A结合并引起PlexinA1的构象发生变化而被激活，从而启动下游的信号传导[10]。
一项体外细胞培养实验结果发现，在非小细胞肺癌(non-small cell lung cancer，NSCLC)患者的肺组织中，Sema3A低表达，并且低表达的Sema3A促进癌细胞胸膜浸润、淋巴结转移、血管浸润，以及增殖细胞核抗原表达，提示Sema3A与疾病预后不良相关[11]。然而，另一项体外实验结果表明，敲低Sema3A的Lewis肺癌细胞，其致瘤性和增殖能力均受到抑制，并且Lewis肺癌干细胞的致瘤性和自我更新能力完全丧失，由此推测Sema3A是维持肿瘤干细胞样细胞存活的一个重要因素[12,13]。近期，一项体外细胞培养研究结果表明，微小RNA(microRNA，miRNA)-362可促进NSCLC细胞的侵袭、迁移及肿瘤形成，而Sema3A作为miRNA-362的靶基因，在NSCLC组织中呈低表达，并且其表达水平与miRNA-362的表达水平呈负相关关系(P<0.05)[14]。这表明，miRNA-362/Sema3A信号通路参与NSCLC的发生与发展，该信号通路有望作为NSCLC的潜在治疗靶点。
胶质母细胞瘤(glomerular basement membrane，GBM)是一类高侵袭性的中枢神经系统肿瘤。对异位和原位异种移植小鼠模型的研究结果表明，GBM内产生的Sema3A与血管内皮屏障的完整性丧失有关，阻断Sema3A或NRP1的结合位点，能够阻碍细胞外囊泡介导的血管通透性[15]。此外，在异种移植小鼠模型及GBM患者血清中，均可检测到细胞外囊泡携带高水平Sema3A，并且以Sema3A/NRP1依赖的方式增强血管通透性[15]。最近研究发现，Sema3A在人类GBM组织中高表达，Sema3A单克隆抗体在体外能够明显抑制GBM患者源性肿瘤细胞和U87-MG细胞株的迁移和增殖能力；在GBM患者源性异种移植(patient-derived xenograft，PDX)小鼠模型中，Sema3A单克隆抗体通过下调肿瘤细胞的增殖能力和肿瘤相关巨噬细胞的募集，从而显著抑制肿瘤的生长[16]。上述体内、外研究结果均表明，Sema3A可促进GBM的发生与发展，Sema3A单克隆抗体有望成为GBM的一种潜在治疗药物。
通过对DNA甲基化及骨肉瘤基因表达谱的分析发现，Sema3A在骨肉瘤中高表达，并且可能与疾病预后相关[17]。体外细胞、组织培养实验及KHOS小鼠模型的研究结果表明，Sema3A在骨合成代谢及骨肉瘤细胞的转移中，具有重要的调节作用，Sema3A可以抑制骨肉瘤细胞促进破骨细胞生成的能力[18]。Sema3A过表达能够降低KHOS细胞在小鼠体内引起的异位骨形成能力，并且可以通过破坏DKK1/β-catenin信号通路，增加骨结节的形成[18]。目前，关于Sema3A在骨肉瘤中的研究较少，其在骨肉瘤中所发挥的确切作用及机制，仍需要更多的研究探索。
肝细胞癌(hepatocellular carcinoma，HCC)细胞体外培养实验及异种移植裸鼠模型的研究结果表明，Sema3A在转移性HCC细胞系，以及HCC复发患者肿瘤组织中均表达上调，并且Sema3A在体外能够促进HCC细胞的增殖、迁移和侵袭，在体内能够促进肿瘤相关巨噬细胞的浸润、肿瘤生长和疾病进展，这提示Sema3A可作为HCC的一种新的预后标志物和潜在治疗靶点[19]。Li等[20]进行的HCC细胞体外培养研究结果显示，Sema3A在HCC患者肿瘤组织中存在明显过表达，Sema3A的表达水平与HCC细胞的转移潜能呈正相关关系(P<0.05)，并且Sema3A可以通过增强凝溶胶蛋白样加帽蛋白(capping protein，Cap)G，半乳糖凝集素-3(galectin-3)，烯醇化酶-2(enolase-2)和上皮细胞黏附分子(epithelial cell adhesion molecule，EpCAM)的表达，促进HCC的进展。然而，另外一项体外细胞培养实验研究则发现，Sema3A表达与HCC细胞的转移呈显著的负相关关系(P<0.05)，并且在人高转移HCC细胞HCCLM3中，Sema3A是miRNA-192-5P的直接负向调控靶点，miRNA-192-5p通过负向调节Sema3A表达，促进HCCLM3细胞的体外增殖、侵袭和迁移能力[21]。目前，关于Sema3A在HCC中的研究较少，并且结果存在差异。Sema3A在HCC中发挥"正向"还是"负向"调节作用，仍需要进一步的研究证实。
一项针对128例胃癌患者的回顾性研究发现，与胃癌组织相邻的正常组织及非肿瘤组织相比，胃癌组织中Sema3A mRNA和蛋白质的表达水平降低(P＝0.003 7、P＝0.3300)，并且Sema3A的低水平表达与低分化(P＝0.015)，血管浸润(P＝0.001)，浸润深度(P<0.001)，淋巴结转移(P＝0.029)，远处转移(P＝0.002)，肿瘤-淋巴结-转移(tumor-node-metastasis，TNM)分期较晚(P＝0.003)，以及疾病预后不良(P<0.001)显著相关；多因素分析结果显示，Sema3A的表达是胃癌患者总体生存(overall survival，OS)率的独立保护因素(P＝0.0021)；体外细胞培养实验结果进一步证实，Sema3A过表达能够抑制胃癌细胞的增殖和迁移[22]。这表明，Sema3A在胃癌的发生与发展中发挥肿瘤抑制作用，其有望成为胃癌疾病进展及预后判断的生物学标志物。
Song等[23]进行的一项随机对照试验结果显示，舌癌组织(n＝43)中Sema3A表达水平较正常舌组织(n＝15)显著降低(P＝0.025)，而NRP1表达水平显著升高(P<0.001)，并且舌癌组织中Sema3A的表达水平与癌细胞淋巴结转移呈负相关关系(P＝0.017)，舌癌组织中Sema3A高表达者的OS期较低表达者显著延长(P＝0.005)，NRP1/Sema3A比值≥1提示OS期较短(P＝0.045)。该研究结果表明，Sema3A及其受体NRP1的异常表达参与舌癌的发生与发展，其可能成为舌癌有临床价值的预后标志物。一项体外细胞培养实验及肿瘤异种移植裸鼠模型研究结果亦显示，Sema3A能够显著抑制VEGF诱导的内皮细胞管腔形成和血管新生(P<0.01)，并且能够抑制口腔癌异种移植瘤小鼠模型的肿瘤生长，其机制是Sema3A抑制VEGF受体(VEGF receptor，VEGFR)2，以及VEGF/VEGFR2信号通路下游的Src激酶和黏着斑激酶(focal adhesion kinase，FAK)磷酸化[24]。此外，一项纳入60例唾液腺腺样囊性癌患者与30例健康个体的随机对照研究发现，唾液腺腺样囊性癌的血行转移与癌组织中Sema3A低表达(P<0.001)，以及NRP1(P<0.000 1)和VEGF(P＝0.014)高表达相关[25]。Wang等[26]针对100例头颈部鳞状细胞癌(head and neck squamous cell carcinoma，HNSCC)患者的临床研究发现，HNSCC组织中Sema3A低表达为患者OS期缩短的独立危险因素(P＝0.025)。体内、外实验结果均证实，Sema3A过表达通过抑制核因子-κB/SNAI2信号通路，抑制肿瘤细胞增殖、上皮细胞向间质细胞分化，并且诱导肿瘤细胞凋亡，同时伴随cyclin E、cyclin D、CDK2、CDK4和CDK6水平降低，以及经p21、p27、活化的Caspase-5和Caspase-7水平升高。上述研究结果表明，Sema3A在头颈部肿瘤发生过程中发挥肿瘤抑制作用，并且其低表达与疾病预后不良相关，因此Sema3A有望成为头颈部肿瘤治疗的新靶点。但是目前在头颈部肿瘤中Sema3A的研究仅限于细胞、组织培养等体外研究及动物模型研究，在药物临床研究中报道较少。
最近研究结果显示，Sema3A在血液肿瘤中亦发挥重要作用[6]。笔者研究团队进行的一项临床研究发现，急性白血病(acute leukemia，AL)组(n＝43)患者的外周血Sema3A表达水平，较健康对照组(n＝50)显著降低[(4 414.90±981.50)pg/mL比(4 892.40±475.16)pg/mL，P<0.05]，而AL组患者外周血NRP1及调节性T细胞(regulatory T cell，Treg)上NRP1的表达水平，较健康对照组显著升高[(331.86±129.07)ng/mL比(258.11±56.39)ng/mL，P<0.05；(3.91±2.14)%比(2.33±1.65)%，P<0.05)][27]。重组Sema3A蛋白可以抑制Treg的NRP1表达，促进AL细胞凋亡。体外实验结果显示，Sema3A单克隆抗体可逆转重组Sema3A蛋白对NRP1表达的抑制作用[27]。上述研究结果表明，Sema3A可能通过抑制NRP1表达，促进AL细胞凋亡，作为肿瘤抑制性因子参与AL发病，NRP1/Sema3A信号通路可能是AL治疗的新靶点。针对慢性淋巴细胞白血病(chronic lymphocytic leukemia，CLL)患者的研究结果显示，CLL组(n＝30)患者的Sema3A相对表达水平较健康对照组(n＝30)显著升高[(7.58±2.66)比(1.01±0.31)，P<0.02)]，并且肿瘤分期为Ⅱ期患者(n＝14)的Sema3A相对表达水平较Ⅰ期者(n＝16)显著升高[(11.12±5.35)比(4.49±1.61)，P<0.05)][28]。此外，在CLL患者和健康对照者中，男性受试者的Sema3A mRNA表达水平均高于女性[(9.62±3.54)比(1.36±0.46)，P<0.03；(1.98±0.70)比(0.36±0.16)，P<0.02)][28]。这提示，Sema3A高表达参与CLL的发生，并且Sema3A的表达水平受肿瘤分期和患者性别的影响[28]。不同研究报道关于Sema3A在AL和CLL中作用的不一致性，可能与研究的疾病类型不同有关。由此可见，Sema3A在不同类型的白血病中可能发挥不同作用。
近期研究结果发现，多发性骨髓瘤(multiple myeloma，MM)患者(n＝61)的血清Sema3A水平较健康对照者(n＝43)显著降低(P<0.001)，并且其血清Sema3A水平降低与疾病进展相关[29]。该研究进一步通过对MM小鼠模型的研究发现，MM小鼠接受抗弗林蛋白酶(furin-resistant，FR)-Sema3A注射后，其疾病进展受到抑制，生存期延长，骨质破坏发生率降低(P<0.05)；并且证实，FR-sema3A能够减少MM细胞骨髓外浸润，减少骨髓坏死和骨髓中MM细胞诱导的血管生成[29]。由此推测，监测MM患者血清Sema3A水平，可提示疾病的进展程度，FR-Sema3A有望作为MM治疗药物应用于临床。但目前尚未能够合成、纯化和浓缩足够量的FR-Sema3A，以确定其是否可发挥全身作用，将来需要进行进一步研究。
AD是机体对自身抗原发生免疫反应，导致自身组织损害的一类疾病。目前，AD确切的发病机制尚未完全阐明。近年，研究发现Sema3A作为免疫负向调控因子，通过抑制T和B细胞自身免疫的过度活化，调控多种AD的发生，包括系统性红斑狼疮(systemic lupus erythematosus，SLE)，类风湿性关节炎(rheumatoid arthritis，RA)，系统性硬化症(systemic sclerosis，SSc)，多发性硬化症多发性硬化症(multiple sclerosis，MS)及炎症性肠病(inflammatory bowel disease，IBD)等[4]。
临床研究发现，SLE患者(n＝32)的血清Sema3A水平，较健康对照者(n＝40)显著降低[(55.04±16.30)ng /mL比(74.41±17.60)ng/mL，P<0.000 1]，并且其血清Sema3A水平与SLE疾病活动指数(SLE disease activity index，SLEDAI)呈负相关关系(r＝-0.89，P<0.000 1)，SLE患者的CD19＋ CD25high B细胞(调节性B细胞)上Sema3A和NRP1的表达水平均较健康对照者显著降低[(2.68±0.09)比(4.27±0.47)，P＝ 0.019；(10.8±3.6)%比(15.4±1.4)%，P＝ 0.030]。将SLE患者的B细胞与Sema3A体外共孵育后，其记忆性B细胞的Toll样受体(Toll-like receptors，TLR)-9表达水平，较未与Sema3A共孵育的SLE患者B细胞显著降低(P＝0.001)[30,31]。最近的研究结果显示，注射外源性Sema3A能够延迟NZB/W狼疮小鼠蛋白尿的出现时间，并且阻止免疫复合物在肾小球的沉积，并且延长小鼠的生存期[32]。上述结果表明，Sema3A通过调节固有免疫和适应性免疫应答，在SLE的发病过程中发挥重要作用，可作为疾病活动和肾损伤的免疫学标志物，并且有望成为SLE的一种潜在治疗方法。
RA为是一种慢性AD，其特征为炎症细胞浸润滑膜，导致软骨和骨破坏。近期一项临床研究发现，RA患者(n＝20)的血清和滑膜液Sema3A水平，较骨性关节炎(osteoarthritis，OA)患者(n＝20)均显著降低(P<0.01)，RA患者体内Sema3A水平分别与类风湿因子(rheumatoid factor，RF)，疾病活动评分28(disease activity index 28，DAS28)，C反应蛋白(C-reactive protein，CRP)等RA严重程度指标呈负相关关系(r＝-0.484 5，P<0.01；r＝-0.817 1，P<0.01；r＝-0.567 7，P<0.01)。小鼠骨髓巨噬细胞的体外培养实验中，Sema3A可促进白细胞介素(interleukin，IL)-4诱导的M2型巨噬细胞极化，抑制脂多糖/γ-干扰素诱导的M1型巨噬细胞极化，并且能够抑制VEGF诱导的内皮细胞增殖和迁移，从而延缓破骨细胞的形成。动物体内实验结果显示，腹腔注射Sema3A能够减轻实验性关节炎小鼠的关节组织损伤和严重程度[33]。RA成纤维细胞样滑膜细胞的体外培养结果显示，Sema3A能够拮抗VEGF165诱导的RA成纤维细胞样滑膜细胞的存活、迁移和侵袭[34]。上述研究结果表明，RA患者体内Sema3A水平降低参与RA发病，Sema3A是一种非常有临床应用前景的RA诊断性生物标志物，以及新的预防与治疗方法。然而，另一项临床研究结果显示，RA患者(n＝130)的血清Sema3A水平，以及外周血单个核细胞中Sema3A mRNA的表达水平，均较健康对照者(n＝150)升高[(15.89±8.58)ng/mL比(6.96±2.62)ng/mL, P<0.05；(1.83±1.46)比(1.01±0.85)，P<0.05)，并且RA患者的血清Sema3A水平与炎症因子生成及骨破坏呈正相关关系(P<0.05)[35]。目前，Sema3A在RA中的相关研究相对匮乏，至于上述研究结果不一致的原因，仍需要大量的研究进一步探索。
SSc是一种以局限性或弥漫性皮肤增厚和纤维化为特征的全身性AD。一项临床研究结果表明，SSc患者(n＝27)的血清Sema3A水平及Treg上Sema3A的表达水平，均较健康对照者(n＝28)显著降低[(14.38±5.7)ng/mL比(27.14±8.4)ng/mL，P<0.000 1；(61.7±15.7)%比(88.7±3.7)%，P<0.000 1)，并且较低水平的血清Sema3A水平与SCL-70抗体阳性相关(P＝0.06)[36]。这提示，SSc患者的血清Sema3A水平降低，可能与其Treg活化减少有关[36]。然而，另有研究表明SSc患者(n＝49)的血清Sema3A水平与健康对照者(n＝39)相比，差异无统计学意义(2.22 ng/mL比3.84 ng/mL，P>0.05)，而NRP1水平较健康对照者显著降低(0.22 ng/mL比0.69 ng/mL，P＝0.001)。这提示，SSc患者的血清Sema3A水平可能与疾病的进展相关。在细胞体外培养实验中发现，在健康个体皮肤微血管内皮细胞中加入重组VEGF165后，能够上调前者的NRP1的表达水平，由此推测SSc患者NRP1缺乏可能影响VEGF-A/VEGFR-2信号通路，导致皮肤微血管病变和血管生成缺陷[37]。
MS为一种中枢神经系统脱髓鞘性AD，免疫和中枢神经系统均可发病。在实验性自身免疫性脑脊髓炎(experimental autoimmune encephalomyelitis，EAE)诱导的MS小鼠模型免疫系统中，Sema3A及其受体NRP1、PlxinA1的表达水平较健康小鼠减少(P＝0.030，P＝0.044，P<0.05)，而在中枢神经系统中，三者的表达水平均显著增高(P＝0.01，P<0.000 1，P<0.000 1)[38]。MS患者(n＝15)疾病复发时外周血Sema3A水平显著低于健康对照者(n＝15)[(48.1±6.1)ng/mL比(55.8±10.7)ng/mL，P＝0.002]，患者疾病缓解时，其外周血Sema3A水平较复发时升高，但是差异无统计学差异[(48.9±6.7)ng/mL比(48.1±6.1)ng/mL，P＝0.57)[39]。由此推测，MS患者体内的Sema3A似乎在免疫系统中发挥抑制过度免疫的"有益"作用，而在中枢神经系统中可能发挥抑制少突胶质细胞前体细胞向损伤部位迁移的"有害"作用[40]。这些结果表明，Sema3A参与MS的发病，但是Sema3A表达水平的变化，对MS患者临床结局的影响机制复杂，目前尚未阐明。
IBD包括，溃疡性结肠炎(ulcerative colitis，UC)和克罗恩病(Crohn disease，CD)。临床研究发现，UC(n＝10)和CD患者(n＝27)外周血Treg的Sema3A表达水平，均较健康对照者(n＝12)显著降低[(64.5%±14.49)%比(88.7±3.6)%，P<0.001 0；(49.8±16.45)%比(88.7±3.6)%，P<0.000 1)，并且外周血Treg的Sema3A表达水平与CD疾病活动指数(CD activity index，CDAI)呈负相关关系(r＝-0.46，P＝0.016)，以上结果被认为是Treg抑制IBD患者T细胞诱导的炎症失败的部分原因[41]。因此，Sema3A有望成为改善IBD的有效靶点。
目前研究结果已证实，Sema3A在肿瘤生长、血管发育和免疫应答等病理、生理过程中发挥重要作用。在AD中，Sema3A作为免疫负向调控因子参与疾病的发生与进展，但是其具体的作用机制尚未完全阐明。在肿瘤中，Sema3A是发挥"促肿瘤发生"还是"抑制肿瘤发生"作用，目前研究结论尚存在分歧，有待进一步研究明确。因此，未来进一步探索Sema3A在自身免疫和肿瘤中的作用和机制，有望为靶向Sema3A及其受体的免疫治疗提供新策略。
所有作者均声明不存在利益冲突
