郭克磊, 李穎利, 韓 立, 卞 華

(1.南陽理工學院張仲景國醫(yī)國藥學院 河南 南陽 473004;2.南陽理工學院河南省張仲景方藥與免疫調(diào)節(jié)重點實驗室 河南 南陽 473004)

風濕免疫性疾病是一組以全身炎癥反應為特征的疾病,免疫系統(tǒng)調(diào)節(jié)功能障礙引起自身免疫,炎癥因子的過多產(chǎn)生可累及血管系統(tǒng),幾乎可導致廣泛的組織和器官損傷或出現(xiàn)功能異常[1]。常見的風濕免疫性疾病包括系統(tǒng)性紅斑狼瘡(Systemic lupus erythematosus,SLE)、類風濕關節(jié)炎(Rheumatoid arthritis,RA)、系統(tǒng)性硬化癥(Systemic sclerosis,SSc)、多發(fā)性硬化癥(Multiple sclerosis,MS)及強直性脊柱炎(Ankylosing spondylitis,AS)等。目前,風濕免疫性疾病的發(fā)病機制還不明確,其治療也無特效藥物。

信號素(Semaphorin,Sema)家族是由神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育過程中被稱為軸突導向分子的大量分泌或膜結(jié)合蛋白質(zhì)組成,其還在免疫調(diào)節(jié)、血管生成、骨重塑、細胞凋亡、細胞遷移和侵襲等諸多過程中發(fā)揮作用。Sema3A是Sema家族的一個分泌成員,大量研究證實其通過參與調(diào)節(jié)免疫和血管生成等過程,影響風濕免疫性疾病的發(fā)病機制,在風濕免疫性疾病的發(fā)生、發(fā)展中發(fā)揮調(diào)節(jié)因子的作用[2]。因此,本文就 Sema3A的結(jié)構(gòu)、功能及Sema3A在風濕免疫性疾病中的作用進行綜述,為風濕免疫性疾病的診斷、治療及藥物開發(fā)提供新的思路。

1 Sema3A 的結(jié)構(gòu)、受體及功能

Sema3A最初命名為collapsin,是信號素3家族的一個分泌成員,含有771個氨基酸,其結(jié)構(gòu)包括信號素結(jié)構(gòu)域、叢狀蛋白-信號素-整合素結(jié)構(gòu)域、免疫球蛋白樣結(jié)構(gòu)域及C-末端,其中N-端信號素結(jié)構(gòu)域是Sema家族成員共有的保守胞外結(jié)構(gòu)域,包含約500個氨基酸,可與不同的受體結(jié)合,發(fā)揮不同的生物學功能[3]。Sema3A的受體主要包括神經(jīng)肽1 (Neuropilin 1,NRP1)和叢狀蛋白A(Plexin A)家族的成員,兩者都是跨膜蛋白,具有胞外結(jié)構(gòu)域,能夠與信號素結(jié)構(gòu)域相互作用,是Sema3A參與信號轉(zhuǎn)導的重要組成部分[3]。

NRP1的胞外結(jié)構(gòu)域包含兩個補體結(jié)合結(jié)構(gòu)域,兩個凝血因子同源結(jié)構(gòu)域和1個Meprin, A5, Mu結(jié)構(gòu)域,而細胞質(zhì)結(jié)構(gòu)域長約40個氨基酸,并包含代表PDZ結(jié)合模塊的C端3個氨基酸(S-E-A)序列。NRP1除了能夠與Sema3A結(jié)合外,還可與PlexinA1及VEGF結(jié)合,參與血管生成信號的轉(zhuǎn)導。NRP1與PlexinA1形成穩(wěn)定的復合物,單獨的PlexinA1不能結(jié)合Sema3A,但是NRP1/PlexinA1復合物與Sema3A的結(jié)合具有高親和性,Sema3A高親和力結(jié)合NRP1協(xié)助Sema3A結(jié)合PlexinA1并激活PlexinA1向下游傳遞信號[4]。NRP1也在內(nèi)皮細胞和腫瘤細胞上表達,作為血管內(nèi)皮生長因子(VEGF)的共受體,增強促血管生成活性,但在細胞表面NRP1與VEGF-A的結(jié)合被Sema3A競爭性結(jié)合,因此Sema3A通過與NRP1競爭性結(jié)合抑制VEGF的結(jié)合抑制血管生成[5]。

PlexinA1 與Sema3A顯示出高度的結(jié)構(gòu)同源性特征,PlexinA1胞外區(qū)N端包括信號素結(jié)構(gòu)域、3個PSI結(jié)構(gòu)域以及叢蛋白和轉(zhuǎn)錄因子共享的6個Ig結(jié)構(gòu)域,胞內(nèi)區(qū)包含兩個GTPase激活蛋白結(jié)構(gòu)域。PlexinA1直接與膜依賴型Sema3A結(jié)合,在信號轉(zhuǎn)導中發(fā)揮作用,而分泌型Sema3A需與NRP1及PlexinA1形成復合物才能進一步介導信號傳導[2]。

Sema3A分布廣泛,在骨、癌細胞、結(jié)締組織、心臟、腎、神經(jīng)元、軟骨、牙齒及免疫細胞等組織均有表達,尤其是在神經(jīng)系統(tǒng)中表達較高,參與調(diào)控多種生物過程。Sema3A可在神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育過程促進軸突分支和生長、突觸形成及神經(jīng)元遷移等,在骨重建中調(diào)節(jié)成骨和成骨細胞生成、抑制骨吸收和增強骨形成等,在免疫反應中抑制T細胞、B細胞等免疫細胞的增殖,促進炎性細胞因子的產(chǎn)生,引起自身免疫及維持免疫耐受等,在心血管系統(tǒng)中調(diào)節(jié)內(nèi)皮細胞生長發(fā)育抑制血管生成、血管形成、心臟形成和淋巴管發(fā)育等,在腫瘤中發(fā)揮抗血管生成的作用而影響腫瘤細胞的生長、運動和轉(zhuǎn)移等[6]。

2 Sema3A與風濕免疫性疾病

2.1 系統(tǒng)性紅斑狼瘡(SLE)

SLE是一種累及多器官或系統(tǒng)的自身免疫性炎癥性疾病,主要臨床表現(xiàn)為皮疹、腎臟疾病、關節(jié)炎、血液系統(tǒng)異常、免疫異常等,腎臟的長期器官損傷導致其高發(fā)病率和死亡率。研究發(fā)現(xiàn)SLE患者血清和外周血B細胞中Sema3A和NRP1表達均低于正常人,SLE患者循環(huán)Sema3A水平與疾病活動度和血液損傷顯著負相關,與血小板減少呈明顯正相關,而血小板減少是SLE血液系統(tǒng)損害中最常見的表現(xiàn),且Sema3A受試者工作特征(receiver operating characteristic,ROC)曲線下面積分析顯示Sema3A對SLE診斷敏感性較高,因此,Sema3A有望成為診斷SLE的潛在標志物[7-10]。狼瘡腎小球腎炎(lupus glomerulonephritis,LGN)患者腎小管中高表達Sema3A,尿液中Sema3A排泄量顯著降低,LGN患者尿液Sema3A水平低于無腎炎患者,且尿液中Sema3A 排泄量與蛋白尿及SLE疾病活動呈負相關,結(jié)果表明SLE患者尿液Sema3A水平可作為評估疾病活動和腎臟受累的生物標志物[11-12]。上述結(jié)果表明Sema3A在SLE患者血液及尿液中水平均降低,Sema3A可作為SLE潛在的診斷標志物。Jacob等[13]將NZB/W狼瘡鼠分為預防組和治療組,分別在蛋白尿出現(xiàn)前后注射Sema3A重組蛋白及空載體,與注射空載體對照鼠相比,預防性注射Sema3A組小鼠保持無蛋白尿的時間明顯延長,治療性注射Sema3A組小鼠嚴重蛋白尿的惡化情況被顯著延遲,兩組小鼠的腎小球和腎小管損傷得到顯著保護,IgG和C3免疫復合物在腎小球中的沉積明顯減少,治療組小鼠的存活率明顯升高。上述結(jié)果表明Sema3A可作為SLE潛在的診斷標志物及藥物防治靶點。

2.2 類風濕關節(jié)炎(RA)

RA是一種影響關節(jié)的慢性自身免疫性疾病,其特征是滑膜組織中的慢性炎癥細胞浸潤和血管翳形成,導致關節(jié)軟骨和骨骼的破壞,在RA關節(jié)中,各種炎癥細胞通過各種細胞因子和趨化因子以及細胞間接觸而被激活。Catalano等[14]研究發(fā)現(xiàn)RA患者CD4+T細胞低表達Sema3A,而NRP1及PlexinA1表達增加,同時RA患者PBMC中CD4+NRP1+ T細胞明顯增多,IL-10分泌升高;隨后研究了Sema3A在膠原誘導的RA動物模型 (CIA)中的預防和治療效果,發(fā)現(xiàn)預防性注射Sema3A可顯著降低RA發(fā)病率、疾病嚴重程度和關節(jié)炎癥,Sema3A治療降低了II型膠原抗體水平并抑制促炎細胞因子IFN-γ和IL-17的釋放,增加血清IL-10的濃度。Tang等[15]研究早期RA患者滑膜組織、成纖維細胞樣滑膜(FLS)細胞中Sema3A/NRP1 /PlexinA1表達水平,發(fā)現(xiàn)Sema3A及NRP1水平明顯下調(diào),PlexinA1表達無變化,Sema3A蛋白處理FLS細胞后通過NRP1 /PlexinA1軸促進FLS遷移和侵襲能力。Hong等[16]研究發(fā)現(xiàn)Sema3A促進RA-FLS細胞凋亡,抑制VEGF165誘導的FLS細胞遷移和侵襲。Gao等[17]研究發(fā)現(xiàn)與150例健康對照和215例其他風濕性疾病患者相比,130例RA患者血清Sema3A水平明顯升高,血清及PBMC中Sema3A mRNA表達升高,NRP1表達減弱,血清Sema3A水平與炎癥因子及骨損傷呈正相關,并與自身抗體產(chǎn)生和骨破壞有關。

吳晶金等[18]檢測CIA小鼠模型滑膜組織,發(fā)現(xiàn)溫陽通絡方可明顯升高Sema3A、PlexinA、NRP1蛋白及mRNA表達水平,同時可抑制滑膜細胞增殖,促進細胞凋亡,表明溫陽通絡方可能通過上調(diào)Sema3A/NRP1/PlexinA的表達治療RA。Teng等[19]研究發(fā)現(xiàn),RA血清和滑膜液中Sema3A水平顯著低于骨關節(jié)炎患者,且Sema3A水平與RA嚴重程度呈負相關;Sema3A還可促進M1巨噬細胞向M2表型轉(zhuǎn)變,抑制VEGF165誘導的內(nèi)皮細胞增殖、遷移和激活,抑制 FLS細胞侵襲和促進凋亡;Sema3A給藥延緩了RA小鼠模型破骨細胞的形成,減輕了關節(jié)組織損傷和關節(jié)炎的嚴重程度,延遲了RA的發(fā)展。上述結(jié)果表明Sema3A及其受體NRP1可能是RA潛在的一個診斷性標志物,也可能是一種新的關節(jié)炎預防和治療靶點。

2.3 多發(fā)性硬化癥(MS)

MS是由自身反應性T細胞介導的中樞神經(jīng)系統(tǒng)(CNS)自身免疫性疾病,以炎癥、脫髓鞘、軸索紊亂和神經(jīng)退行性病變?yōu)樘卣?常累及大腦、小腦白質(zhì)、脊髓和視神經(jīng)。Costa等[20]研究44例MS脫髓鞘病變患者和10例非神經(jīng)系統(tǒng)對照患者,發(fā)現(xiàn)在MS損傷的白質(zhì)中小膠質(zhì)細胞/巨噬細胞檢測到Sema3A和NRP1,而在神經(jīng)元、反應性星形膠質(zhì)細胞僅表達Sema3A,Sema3A及NRP1的表達升高與MS病灶的炎癥活動程度及斑塊形成相關,表明Sema3A通過導致組織再生受損和調(diào)節(jié)免疫反應在MS發(fā)病中具有重要作用。Rezaeepoor等[21]研究發(fā)現(xiàn)15例MS患者復發(fā)期外周血及PBMC中Sema3A水平顯著低于15例健康對照者,緩解期Sema3A水平輕微升高但差異無統(tǒng)計學意義,結(jié)果表明Sema3A水平可用作區(qū)分MS患者復發(fā)和緩解期以及區(qū)分MS患者與正常受試者的診斷指標。Shapoori等[22]研究發(fā)現(xiàn)與健康對照組相比,MS患者未治療組的Sema3A及NRP1基因表達顯著降低,而與未接受治療患者相比,所有接受治療患者的Sema3A和NRP1顯著增加,表明Sema3A/ NRP1在MS患者的治療中發(fā)揮關鍵作用。而Jacob等[23]對160例MS患者和70例健康對照者的橫斷面研究結(jié)果顯示,女性血漿中高水平的Sema3A與MS風險及EDSS高評分相關,提示Sema3A可以作為MS進展的生物標志物。

Gutiérrez-Franco等[24]研究發(fā)現(xiàn)在實驗性自身免疫性腦脊髓炎(experimental autoimmune encephalomyelitis,EAE) MS小鼠模型免疫系統(tǒng)中Sema3A及其受體NRP1、PlxinA1的表達水平比對照小鼠低,而在CNS中三者的表達水平顯著增高,表明Sema3A參與MS的發(fā)病機制、免疫反應的調(diào)節(jié)及CNS神經(jīng)退行性過程。Binamé等[25]研究發(fā)現(xiàn)在MS患者及鼠模型腦組織中,少突膠質(zhì)細胞高表達PlexinA1;使用RNAi或多肽拮抗劑MTP-PlexA1降低PlexinA1表達后可抵消Sema3A對少突膠質(zhì)細胞遷移和分化的抑制作用;MTPPlexA1在體外促進少突膠質(zhì)細胞分化,在銅宗誘導的脫髓鞘及EAE模型減少NRP1/PlexinA1二聚體的數(shù)量,破壞Plexin-A1信號傳導,恢復胼胝體中的脫髓鞘含量,表明MTP-PlexA1多肽具有保護髓鞘的作用,可作為MS治療的候選藥物。上述結(jié)果表明Sema3A/Nrp1/PlexinA1信號軸參與了MS的發(fā)病機制,Sema3A可成為MS診斷和治療的靶標。但不同的研究發(fā)現(xiàn)Sema3A/Nrp1在MS患者中的表達水平相互矛盾,可能是由于Sema3A/Nrp1的雙重作用及多效性,或者研究的細胞類型、器官/系統(tǒng)以及生理與病理條件不同導致的。

2.4 系統(tǒng)性硬化癥(SSc)

SSc是一結(jié)締組織疾病,其特征是廣泛的血管損傷、免疫功能障礙及皮膚和內(nèi)臟等器官的進行性纖維化,SSc死亡率高,且預后較差。Rimar等[26]對27名SSc病人和28名健康對照者進行研究,發(fā)現(xiàn)Sema3A在SSc患者血清和Treg細胞的表達水平低于正常對照,血清較低Sema3A水平與病程呈負相關,與SCL-70抗體陽性相關,結(jié)果表明SSc患者血清和Treg細胞低,Sema3A表達可能是減弱了Treg的激活導致免疫調(diào)節(jié)功能受損。另一項研究發(fā)現(xiàn)血清Sema3A水平顯著高于正常對照組,同時NRP1的水平也顯著升高,Sema3A和NRP1可能參與了神經(jīng)血管機制的改變導致SSc血管生成失調(diào)[27]。Romano等[28]分析了49例SSc患者和39例健康對照的血清、皮膚及皮膚微血管內(nèi)皮細胞,發(fā)現(xiàn)SSc患者血清及皮膚組織Sema3A水平與正常對照組相比無明顯變化,但NRP1的表達顯著降低,血管內(nèi)皮細胞沉默NRP1可顯著抑制血管生成能力,結(jié)果表明NRP1缺乏可能是導致SSc外周微血管病變和血管生成缺陷的關鍵因素。上述研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)Sema3A水平在SSc患者存在差異表達,可能是由于疾病異質(zhì)性或分析的患者數(shù)量少等原因造成的,但也說明了Sema3A信號參與SSc免疫紊亂及血管損傷的進程,在SSc的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮重要作用,Sema3A有望成為SSc的治療靶點, Sema3A在SSc中的具體作用機制還需深入研究。

2.5 強直性脊柱炎(AS)

AS是血清陰性脊柱關節(jié)炎(SpA)的原型,是一種慢性自身炎癥性風濕性疾病,以骶髂關節(jié)炎、炎性背痛、外周關節(jié)炎、附著點炎和前葡萄膜炎為特征。Perrotta等[29]評估40名AS患者及20名健康受試者發(fā)現(xiàn)血清Sema3A水平無明顯差異,與放射學損傷指數(shù)無關聯(lián),但與ESR值及評估疾病活動度的VAS評分呈正相關,AS患者治療4個月后Sema3A血清水平仍然沒有差異。Liao等[30]測量了46名AS患者和30名健康對照血清Sema3A水平,AS患者Sema3A水平高于健康對照,血清Sema3A水平與Sch?ber試驗負相關,與葡萄膜炎及間質(zhì)性肺病之間存在正相關,ROC曲線下面積表明Sema3A水平高于2 ng/mL的情況下,其可作為比ESR或CRP更好的監(jiān)測AS患者疾病活動和炎癥程度的預測指標,在接受抗腫瘤壞死因子治療3個月的AS患者表現(xiàn)出Sema3A變化與疾病活動度波動呈正相關。上述研究結(jié)果存在不一致的情況可能與患者數(shù)量、橫斷面研究類型及放射學指標等有關,但也表明Sema3A在AS異常骨重塑、高活性感覺神經(jīng)支配降低痛閾及免疫調(diào)節(jié)的發(fā)病機制中具有重要作用,血清Sema3A水平是否可以作為監(jiān)測炎癥活動的生物標志物或作為AS患者關節(jié)外受累的預后預測因子仍需進一步研究。

3 總結(jié)

近年來,Sema3A已被證實在免疫反應的所有階段都能夠起到有效的調(diào)節(jié)作用。雖然Sema3A參與了大多數(shù)風濕免疫性疾病的發(fā)病機制,在風濕免疫性疾病的作用方面取得了巨大進展,但其在風濕免疫性疾病發(fā)生發(fā)展中的作用機制還未完全闡明,還需進一步研究。隨著研究的廣泛深入,Sema3A有望成為新的風濕免疫性疾病診斷生物標志物和治療靶點,但還缺乏充足的證據(jù),仍需大量基礎和臨床研究去證實。