近日，有研究报道沉默SEMA4D蛋白表达可抑制胃癌细胞的增殖、自噬、上皮-间质转化，促进胃癌细胞凋亡 [1]。早在去年，临床免疫肿瘤学专题研讨会（ASCO-SITC）就公布了靶向SEMA4D的抗体-Pepinemab，用于非小细胞肺癌临床治疗，其疗效显著，且具有良好的耐受性。SEMA4D作为新发现的重要免疫调节分子，大量数据证明SEMA4D参与到肿瘤调控过程中，且与耐药机制密切相关。那么，什么是SEMA4D？SEMA4D在肿瘤等疾病中的研究进展如何？今天，我们一起来了解一下。

1、什么是SEMA4D？

2、SEMA4D的受体有哪些？

3、SEMA4D介导的信号通路是什么？

4、SEMA4D与哪些疾病相关？

· SEMA4D和自生免疫性疾病

· SEMA4D和肾脏相关疾病

· SEMA4D和骨相关疾病

· SEMA4D和肿瘤相关疾病

5、SEMA4D的研发药物及临床意义

1、什么是SEMA4D？

SEMA4D（轴突导向蛋白4D，又称为CD100），是分子量为150 kDa的跨膜型同源二聚体蛋白，且为脑信号蛋白（Semaphorins）家族的重要成员之一 [2]。SEMA4D分子结构主要包括：SEMA结构域、富含半胱氨酸结构域（cysterine-rich domain，CRD）和免疫球蛋白结构域（immunolobulin，Ig）（图1）[3]。SEMA和CRD结构域为Semaphorins家族所共有的结构。SEMA结构域不仅是SEMA4D蛋白进行信号转导的分子基础，且决定了反应的特异性。CRD结构域与细胞膜间单独存在Ig样结构域，为SEMA4D所特有，可直接与细胞膜结合。SEMA4D以二聚体形式存在于细胞表面，细胞活化时它可以裂解释放出具有生物活性的可溶性蛋白SEMA4D（图1） [3, 4]。

图1. SEMA4D蛋白结构示意图

*图片来源于Chinese Journal of Clinical Oncology 出版物[3]。

SEMA4D广泛表达于人体的多种组织和器官，在胚胎及成人组织中均有表达，其中包括非淋巴组织（心、脑和肾）和淋巴组织（脾、胸腺和淋巴结）[4, 5]。通过多种信号转导途径，SEMA4D在神经系统的轴突向导、免疫系统T、B细胞的活化和免疫调节等方面发挥重要的生物学功能 [6]。近年来，大量研究发现SEMA4D在许多人体肿瘤组织中高表达，且对肿瘤血管新生以及肿瘤侵袭转移起重要作用 [7]。

2、SEMA4D的受体主要有哪些？

目前，SEMA4D主要有3个受体，分别是Plexin-B1、Plexin-B2和CD72 [8]。Plexin-B1属于跨膜蛋白Plexins家族的重要成员之一，最初从小鼠肾脏来源的细胞上发现 [9]。Plexin-B1作为SEMA4D的高亲和力受体，是形成SEMA4D受体复合物的重要组成部分。

Plexin-B1分子量为300 kDa，由全长2135氨基酸的糖蛋白构成，包括α和β两个亚基 [9]。Plexin-B1在多种组织中表达，如消化系统、甲状腺、前列腺等 [9]。SEMA4D结合Plexin-B1后，可使Met酪氨酸激酶活化（图2）。SEMA4D、Plexin-B1和Met形成复合物，激活下游信号通路，参与血管形成、细胞侵袭以及细胞迁移等生物学活动 [10]。

除了高亲和力受体Plexin-B1，SEMA4D可与低亲和力受体CD72和Plexin-B2结合（图2）。CD72为分子量45 kDa的Ⅱ型跨膜蛋白，其属于C型凝集素超家族 [11]。CD72主要表达于免疫细胞，如B细胞、APC及肥大细胞等 [12]。在人肥大细胞中，CD72/SEMA4D复合物，能抑制肥大细胞增殖、趋化因子和细胞因子的产生 [6, 13]。另外，Plexin-B2也属于跨膜蛋白Plexins家族，其分子量为240 kDa，存在于各种组织中 [14]。大量研究发现，SEMA4D通过结合高亲和受体Plexin-B1参与免疫反应、神经生长、骨生长、血栓形成以及肿瘤血管新生等 [6]。

图2. SEMA4D与不同的受体结合

*图片来源于Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences 出版物[15]。

3、SEMA4D介导的信号通路是什么？

目前的研究主要集中在SEMA4D结合高亲和受体Plexin-B1介导的信号通路。如图3所示，SEMA4D结合Plexin-B1受体后，活化ERBB2、Met或者RON酪氨酸激酶途径，激酶活化后可诱导ERBB2、Met和RON下游的信号分子（比如Gab1和Shc）的磷酸化 [16]。ERBB2、Met或RON信号激活是SEMA4D/Plexin-B1介导细胞增殖、迁移和侵袭的条件 [17, 18]。在肿瘤细胞中，血管生成是恶性肿瘤侵袭转移的重要环节。SEMA4D与Plexin-B1结合后促使一系列级联式反应发生，从而介导肿瘤血管生成，但其具体过程仍然存在争议。

图3. SEMA4D结合Plexin-B1激活下游通路

*图片来源于Molecular Cancer 出版物[16]。

有研究认为SEMA4D，借助受体Plexin-B1，通过Rho信号转导途径促进血管生成（图3） [16]。另外有研究认为，SEM4D的促血管生成作用是通过Met激活，继而在酪氨酸磷酸化的过程中实现的 [19]。总而言之，SEMA4D通过结合高亲和受体Plexin-B1，可激活下游信号转导途径，引起细胞的增殖和迁移的变化，进而发挥其生物学功能。

4、SEMA4D与哪些疾病相关？

4.1 SEMA4D和自生免疫性疾病

SEMA4D作为一种具有免疫特异性的分泌和膜结合蛋白，其在少突胶质细胞迁移、中枢神经系统炎症和神经系统变性中起重要作用。SEMA4D或SEMA4D/Plexin-B1表达发生异常，可能造成中枢神经系统相关疾病，如神经炎症性脱髓鞘病 [4]、多发性硬化症等 [20]。

4.2 SEMA4D和肾脏相关疾病

除了神经系统，SEMA4D在肾小管中表达，调控肾脏免疫机制。采用实验性免疫复合物（IC）肾小球肾炎模型，发现高表达的SEMA4D，能增强T细胞和B细胞的应答反应，引起肾小球损伤，导致肾小球肾炎。SEMA4D的受体Plexin-B1在肾小管和肾小球中均有表达，研究发现，SEMA4D/Plexin-B1复合物可能是引起肾脏巨噬细胞募集，诱导肾炎的重要机制 [21]。

4.3 SEMA4D和骨相关疾病

众多研究显示，SEMA4D表达于破骨细胞，其高亲和受体Plexin-B1在成骨细胞中表达 [22]。研究提示，破骨细胞上表达的SEMA4D结合成骨细胞上的Plexin-B1，可上调RhoA蛋白表达，下调IGF-1蛋白表达，从而抑制骨形成。采用骨质疏松的动物模型中，SEMA4D特异性抗体处理可防止骨丢失，改善骨质疏松 [22]。

4.4 SEMA4D和肿瘤相关疾病

越来越多的研究表明，SEMA4D在肿瘤细胞中高表达，包括头颈鳞状细胞癌 [23]、肺癌 [24]、胃癌 [25]、乳腺癌 [26]、骨肉瘤 [27]、卵巢癌 [28]和宫颈癌 [29]。SEMA4D作为重要的促血管生成因子，通过促进血管生成而发挥对肿瘤的促进作用。

研究发现，在头颈鳞状细胞癌中，SEMA4D/Plexin-B1高表达，诱导内皮细胞的迁移，促进肿瘤新生血管生成介导癌细胞发生转移；敲低SEMA4D表达，能显著抑制癌细胞的生长或转移 [23]。另外，采用乳腺癌成瘤模型，发现肿瘤微环境中SEMA4D的下调，能抑制微血管形成能力和转移能力 [26]。

此外，在肺癌和胃癌中，有高水平的SEMA4D和Plexin-B1，沉默SEMA4D表达，能显著地抑制肿瘤细胞增殖 [24, 25]。在卵巢癌及骨肉瘤中，高表达SEMA4D的患者，其无疾病进展生存期及总生存期缩短 [27, 28]。在宫颈癌中，下调SEMA4D表达能改善患者总生存时间 [29]。

SEMA4D的研究还见于前列腺癌、结肠癌、B细胞型非霍奇金淋巴瘤和嗜神经性恶性肿瘤等 [30-32]。因此，进一步研究SEMA4D在各肿瘤中的表达和作用机制，将对肿瘤的发病机制、治疗和预防等具有重要的意义。

5、SEMA4D的研发药物及临床前景

越来越多的证据表明，SEMA4D在神经系统、免疫调节、血管生成、肿瘤侵袭转移等方面均起着重要作用。来自药渡的近期数据显示，靶向SEMA4D的在研临床药物，仅有美国Vaccinex公司的Pepinemab（派比奈单抗）。Pepinemab是一种人源化单抗，可靶向并阻断SEMA4D的信号活动，克服免疫排斥和骨髓抑制的耐药机制，其适应症为头颈鳞状细胞癌，非小细胞肺癌、阿尔茨海默病、多发性硬化等。临床数据表明，在治疗晚期非小细胞肺癌中，SEMA4D抗体Pepinemab取得了重大进展，其耐受性良好，具有强大的抗肿瘤活性 [1]。

更为重要的是，随着对SEMA4D的受体和信号转导研究的深入，大量数据证明SEMA4D是参与免疫相关疾病的重要分子。近年来，免疫治疗早治疗早受益的观点已经被临床普遍接受。但免疫治疗的耐药往往会限制患者的疗效。因此，耐药治疗方案已逐渐成为免疫治疗的重要研究方向。另外，有研究提示，在临床前动物模型中，SEMA4D抗体与免疫检查点抑制剂（包括抗CTLA-4、抗LAG3、抗PD-L1、抗TGFβ）联合用药时，可增强T细胞的浸润和活化，并导致持久的肿瘤消退 [33-35]。

SEMA4D作为一个新星的免疫调节分子，SEMA4D高表达提示肿瘤细胞恶性程度较高，而之前的研究也表示SEMA4D表达强弱预示着血管生成能力的强弱，因此SEMA4D有望作为抗肿瘤治疗的靶标。目前国内外仅Pepinemab在研临床药物，具有较大的开发潜力。我们期待在不久的未来，研究者们能够研发出针对SEMA4D为靶点的药物。

参考文献：

[1] Zheng-Gui, T. A. O., et al. "Effects of silencing Sema4D on the growth, autophagy and epithelial-mesenchymal transformation of gastric cancer cells SGC-7901." Medical Journal of Chinese People's Liberation Army 46.1 (2021): 11-17.

[2] Kuklina, Elena, Irina Nekrasova, and Natalia Glebezdina. "Signaling from membrane semaphorin 4D in T lymphocytes." Molecular Immunology 129 (2021): 56-62.

[3] Zhang, Lei, Ying Chen, and Ke Wang. "Functions of semaphorin 4D in tumor progression." Chinese Journal of Clinical Oncology 3 (2015): 185-189.

[4] Maleki, Kimia T., Martin Cornillet, and Niklas K. Björkström. "Soluble SEMA4D/CD100: a novel immunoregulator in infectious and inflammatory diseases." Clinical Immunology 163 (2016): 52-59.

[5] Chapoval, Svetlana P. "Neuroimmune semaphorins as costimulatory molecules and beyond." Molecular Medicine 24.1 (2018): 1-20.

[6] Wu, Mingfu, et al. "The role of Sema4D/CD100 as a therapeutic target for tumor microenvironments and for autoimmune, neuroimmune and bone diseases." Expert opinion on therapeutic targets 20.7 (2016): 885-901.

[7] Evans, Elizabeth E., et al. "Antibody blockade of semaphorin 4D promotes immune infiltration into tumor and enhances response to other immunomodulatory therapies." Cancer immunology research 3.6 (2015): 689-701.

[8] Masuda, Kenta, et al. "Sema4D stimulates axonal outgrowth of embryonic DRG sensory neurones." Genes to Cells 9.9 (2004): 821-829.

[9] Nkyimbeng-Takwi, EusebiusHenry, and Svetlana P. Chapoval. "Biology and function of neuroimmune semaphorins 4A and 4D." Immunologic research 50.1 (2011): 10-21.

[10] Conrotto, Paolo, et al. "Sema4D induces angiogenesis through Met recruitment by Plexin B1." Blood 105.11 (2005): 4321-4329.

[11] Kumanogoh, Atsushi, et al. "Identification of CD72 as a lymphocyte receptor for the class IV semaphorin CD100: a novel mechanism for regulating B cell signaling." Immunity 13.5 (2000): 621-631.

[12] Nishide, Masayuki, and Atsushi Kumanogoh. "The role of semaphorins in immune responses and autoimmune rheumatic diseases." Nature Reviews Rheumatology 14.1 (2018): 19.

[13] Nojima, Satoshi, and Atsushi Kumanogoh. "Semaphorins in the immune system." Semaphorins. Springer, Tokyo, 2015. 137-157.