年4月，美国癌症研究协会（AACR）年会公布了首个靶向SEMA4D的抗体-Pepinemab，在治疗复发性或转移性头颈癌患者的1b/2期临床数据（NCT），结果表明Pepinemab具有良好的耐受性和安全性，为癌症患者的治疗提供了一个极具潜力的新方向[1]。目前，该项目的2期临床扩展阶段正在招募患者，其研究的主要终点是客观缓解率（ORR），这些研究将有望支持SEMA4D靶点作为癌症患者一线治疗的巨大潜力。既往临床数据证明，Pepinemab联合阿维鲁单抗（Bavencio），在晚期非小细胞肺癌患者治疗中，同样获得了良好的耐受和显著疗效。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CD），是分子量为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-richdomain，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
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kDa，由全长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45kDa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
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
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？
4.1SEMA4D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]。
4.2SEMA4D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]。
4.3SEMA4D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]。
4.4SEMA4D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Pharmsnap的最新数据显示，靶向SEMA4D的在研临床药物，目前仅有美国Vaccinex公司的Pepinemab（派比奈单抗），已处于临床II期。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，在治疗头颈鳞状细胞癌和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。
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作为一个新兴的免疫调节分子，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。
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