信号轴转换：Semaphorins与Plexins作为胰腺癌微环境的新型治疗靶点及关键调控因子

《International Journal of Molecular Sciences》：Changing Course: Semaphorins and Plexins as Novel Therapeutic Opportunities and Key Regulators of Pancreatic Cancer Microenvironment

　　

胰腺导管腺癌（pancreatic ductal adenocarcinoma, PDAC）仍是最致命的实体肿瘤之一，尽管外科及全身治疗近期有所进展，患者预后依然不佳，其根源不仅在于启动疾病的基因突变，还在于以纤维化、血管稀疏、免疫浸润稀少及神经纤维密集为特征的肿瘤微环境。Semaphorins及其受体plexins和共受体neuropilins，已被证实是这一微环境的关键调控者，塑造了恶性细胞、成纤维细胞、巨噬细胞、内皮细胞及外周神经元之间的交互对话。本综述探讨了各semaphorin家族成员如何在特定背景下驱动或抑制基质活化、免疫排斥、病理性血管生成及神经重塑。基于这一机制框架，我们进一步探讨了semaphorin介导的信号传导在PDAC中的临床意义，包括其作为预后及预测性生物标志物的潜力，以及日益增长的治疗靶点前景，为这一长期难以取得实质性治疗突破的疾病确立了极具吸引力的研究前沿。

1. PDAC临床负担：微环境复杂性如何恶化预后

胰腺导管腺癌（PDAC）是胰腺癌的主要组织学亚型，仍是最致命的实体恶性肿瘤之一。其临床结局主要由诊断延迟、早期转移播散及对全身治疗的深度耐药共同决定。尽管外科管理及多药联合化疗方案不断进步，仅少数患者可获得可切除疾病并接受根治性手术，长期生存率依然低下。分子靶向治疗虽扩展了治疗格局，如首创的RAS(ON)多选择性抑制剂daraxonrasib改善了既往治疗转移性胰腺癌患者的生存，但其目前仅限二线应用，获得性耐药反映了PDAC更广泛的生物学复杂性和适应性。PDAC的侵袭行为不能仅由恶性上皮细胞内在的遗传改变解释，肿瘤进展发生于高度组织化且动态的肿瘤微环境（TME）中，该微环境支持肿瘤生长、侵袭、免疫逃逸、治疗耐药及神经重塑。单细胞RNA测序和空间转录组学显著深化了对PDAC微环境的认识，揭示了癌症相关成纤维细胞（CAFs）、巨噬细胞、内皮及免疫细胞的不同功能状态，表明肿瘤进展由动态细胞状态转变及广泛的配体-受体通讯驱动。Semaphorins（SEMAs）及其受体plexins（PLXNs）和neuropilins（NRPs）调控细胞迁移、黏附、细胞骨架组织及组织模式，并已涉足癌症生物学。其在PDAC中的作用高度依赖背景，各家族成员可依据细胞来源、受体谱系及下游信号促进或抑制肿瘤进展。

2. 理解Semaphorin介导信号在PDAC肿瘤生物学调控中的作用

SEMAs是一大类分泌型及膜结合型导向分子，通过与PLXNs、NRPs及额外共受体相互作用，调控远超神经及血管发育经典角色的广泛细胞过程。SEMA信号失调通过调节肿瘤细胞增殖、存活、黏附、迁移、侵袭、血管生成、免疫应答及治疗耐药促进癌症进展。第3类semaphorins主要为分泌蛋白，其信号由NRPs联合PLXNs介导，而其他SEMA类别可直接与PLXNs结合或与整合素及受体酪氨酸激酶（RTKs）形成受体复合物。这些复合物通过小GTPases（如RhoA/Rac1/Cdc42）调控细胞骨架动力学和细胞黏附，并与PI3K/AKT及MAPK/ERK等经典致癌通路交汇。在PDAC中，SEMA3A、SEMA3C、SEMA3D、SEMA3E及SEMA4D等均涉及其生物学，但功能效应并不一致。NRP1依赖性SEMA3A信号可促进FAK依赖性信号、细胞骨架重塑、迁移及失巢凋亡抵抗，并激活基底样PDAC细胞中的PI3K/Akt通路；而NRP1非依赖性SEMA3A变体通过PlexinA4发挥抗肿瘤效应，促进肿瘤血管正常化并减少肿瘤生长及转移播散。SEMA3C通过激活ERK1/2通路促进增殖、迁移和侵袭，其抑制被提议用于增强KRAS或MEK依赖性胰腺癌细胞对MAPK通路抑制的敏感性。SEMA3D通过NRPs和PLXND1信号，与侵袭和转移表型获得相关，其遗传耗竭减少实验模型中的侵袭及转移行为。SEMA3E可直接结合PLXND1而无需NRPs，其过表达通过MAPK/ERK通路促进增殖和迁移。SEMA4D主要通过PLXNB1信号，激活RhoA等小GTPase信号并促进MAPK和AKT磷酸化，增强肿瘤细胞运动及侵袭能力。SEMA5A与PLXNB3相互作用刺激c-MET信号并增强胰腺细胞迁移，其轴也涉入血管生成反应。相反，SEMA6C被认为在PDAC中发挥肿瘤抑制活性，其信号抑制AKT/GSK3轴，减少cyclin D1表达并抑制细胞增殖，其缺失或下调可能有利于细胞周期进展。

3. 通过SEMA/PLXN驱动的细胞间通讯进行微环境重塑

3.1. 胰腺星状细胞与癌症相关成纤维细胞

胰腺星状细胞（PSCs）响应肿瘤及基质信号（尤其TGF-β和PDGF）激活为CAFs，通过功能特化驱动侵袭性疾病进展。多组学分析将CAFs分为炎症性CAFs（iCAFs）、肌成纤维细胞性CAFs（myCAFs）及抗原呈递性CAFs（apCAFs）三个主要亚群，分别通过分泌免疫调节分子、重塑细胞外基质及表达MHC II类分子但缺乏共刺激分子来发挥作用。CAF状态并非固定谱系，而保持功能可塑性，受包括SEMA-PLXN信号在内的肿瘤微环境线索动态调控。在侵袭边缘，肿瘤细胞通过ATP1A1介导的运输增强SEMA7A质膜表达，其与CAFs上的PLXNC1结合促进CAF向侵袭支持表型激活。SEMA7A介导的信号使CAFs重编程以分泌高水平的IGFBP-3，作为旁分泌信号上调侵袭肿瘤细胞上的IL-17RB表达，放大IL-17B信号并增强SNAI2介导的上皮-间质可塑性。此外，TGF-β1刺激PSCs形成myCAFs并释放SEMA7A，促进神经突生长和神经重塑。PSCs还通过交感神经信号驱动的SEMA3C上调促进EMT，SEMA3C通过自分泌信号放大PSC增殖并增强肿瘤细胞侵袭，同时将PSCs重编程为iCAF样状态，建立正反馈环路。

3.2. 免疫微环境

PDAC通常为免疫学“冷”肿瘤，免疫原性低、免疫浸润稀疏且以免疫抑制性TME为主。髓系 compartment 主导免疫微环境，肿瘤相关巨噬细胞（TAMs）是最丰富的免疫细胞群体，主要偏向免疫抑制性M2样极化状态，分泌IL-10和TGF-β，抑制CD8⁺ T细胞浸润。Semaphorins直接调节TAM生物学：SEMA3D通过PLXND1信号激活突变KRAS肿瘤细胞中的ARF6，升高乳酸产生，乳酸通过GPCR132将浸润巨噬细胞重编程为M2样极化；SEMA3C通过调节自噬和PD-L1表达驱动促肿瘤巨噬细胞极化；基底样PDAC中肿瘤来源SEMA3A通过NRP1和PLXNA1促进巨噬细胞募集和M2极化。在肝转移灶中，M2极化TAMs分泌SEMA5A，与肿瘤细胞上的PLXNB3相互作用，增强有氧糖酵解并促进转移灶生长。SEMA4D是多种实体瘤中的促肿瘤semaphorin，其阻断在Rip1-Tag2模型中减少肿瘤生长并延长生存，但也促进SEMA4D阳性巨噬细胞在侵袭前沿积累。SEMA4B通过启动子低甲基化驱动，选择性耗竭CD8⁺ T细胞等抗肿瘤免疫细胞群体，同时富集调节性T细胞等促肿瘤群体，与不良临床结局显著相关。

3.3. 肿瘤血管系统

PDAC的特征是促结缔组织增生微环境内血管结构的复杂重塑，表现为异常血管生成伴血管压缩、灌注不良及血管分布异质。SEMA3A是胰腺癌病理性血管生成的关键调节因子，其全身过表达可抑制肿瘤进展、减少异常血管并增加周细胞覆盖。工程化NRP1非依赖性SEMA3A突变体选择性结合PLXNA4，可正常化异常肿瘤血管、恢复功能性灌注、抑制缺氧并抑制原发肿瘤生长和转移播散，且显著增强吉西他滨的渗透和抗癌疗效。相反，SEMA5A在PDAC中发挥促血管生成作用，通过上调IL-8和VEGF促进内皮细胞增殖和微血管密度增加。SEMA3E在PDAC中与CD31⁺微血管密度增加和肿瘤生长增强相关。TAM来源SEMA4D通过改变周细胞覆盖正常化肿瘤血管，增加desmin⁺和NG2⁺周细胞，改善血管完整性。血管正常化可增强CD8⁺肿瘤浸润淋巴细胞的募集和功能，从而改善免疫治疗反应。

3.4. 神经重塑

PDAC以侵袭性神经周围浸润（PNI）、神经增生及广泛的肿瘤-神经交互为特征。SEMA3D和PLXND1是病理性神经重塑的关键调控者：肿瘤细胞分泌的SEMA3D激活背根神经节神经元上的PLXND1，建立旁分泌信号轴，增强肿瘤细胞迁移和侵袭能力，同时促进神经突生长和神经肥大。SEMA3D驱动的代谢重编程通过KRAS依赖性ARF6信号增强乳酸产生，乳酸通过GPCR132促进巨噬细胞M2极化。SEMA7A由肌成纤维细胞产生，TGF-β1以TGFBR2依赖性方式促进其上调分泌，促进交感神经浸润至发炎及肿瘤前胰腺组织，交感信号及相关肾上腺素能受体促进PDAC起始和进展。

4. 更广泛的轴突导向网络

PDAC中的轴突导向景观超越semaphorins和plexins。Netrin-1（NTN1）通过KRAS突变和β-肾上腺素能信号经MAPK激活在胰腺上皮细胞中上调，其与肿瘤细胞上的NEO1结合激活FAK和ERK通路驱动EMT、干性和侵袭，同时与交感神经元上的NEO1结合促进轴突生长。在早期胰腺肿瘤发生中，NTN1通过神经元受体DCC促进局部交感轴突生长，此早期神经可塑性反应具有保护作用。在转移部位，PDAC来源携带NTN1的细胞外囊泡激活肝星状细胞并诱导视黄酸分泌，通过RAR/RXR-ELF3信号上调播散肿瘤细胞中的NTN1，准备转移巢并促进肝定植。NTN1阻断联合mFOLFIRINOX在局部晚期PDAC患者中耐受良好并改善临床结局。Netrin-G1标记一特化CAF亚群，通过AKT/eIF4EBP1、p38 MAPK/FRA1及谷氨酰胺合成酶信号重编程谷氨酸/谷氨酰胺代谢，同时抑制NK细胞活性。SLIT-ROBO通路是另一在PDAC中反复改变的轴突导向系统。上皮ROBO2作为胰腺基质抑制因子，其缺失触发TGF-β和Wnt信号，将基质细胞转化为激活的肌成纤维细胞，上调ROBO1并加速胶原交联。SLIT2在胰腺癌细胞中下调，其恢复可限制PDAC细胞向神经细胞的定向迁移及内皮细胞迁移，体内恢复SLIT2减少肿瘤侵袭、血管化和转移播散。CAF来源SLIT2通过调节N-cadherin/β-catenin信号增强神经突生长并刺激施万细胞迁移增殖，促进基质-神经连接。

5. Semaphorins与Plexins作为PDAC生物标志物及临床前治疗策略靶点

5.1. 轴突导向分子作为PDAC候选预后及预测性生物标志物

基于SEMA3表达分层，PDAC患者被聚类为具有不同生存结局和免疫浸润特征的两个分子亚型。九基因预后模型在独立队列中验证。低风险患者具有更好的免疫治疗反应，CD8⁺ T细胞、髓样树突状细胞和B细胞浸润更高，免疫检查点基因表达升高，肿瘤突变负荷更高。高风险组KRAS突变频率更高，预后更差。SEMA3C显示最高的肿瘤特异性及与不良预后最强的关联。ANXA2和SEMA3D是转移性PDAC的潜在治疗靶点和预后生物标志物。ANXA2通过诱导SEMA3D分泌促进转移播散，SEMA3D激活肿瘤细胞上的PLXND1。高SEMA3D表达与更广泛的转移性疾病和较差生存相关。SEMA3D-PLXND1轴也涉入神经周围侵袭，肿瘤细胞与神经之间距离减少与PNI相关。

5.2. 靶向Semaphorins和Plexins的临床前治疗策略

单克隆抗体N2E4特异性阻断NRP2-整合素β1相互作用，减弱FAK/ERK/HIF-1α通路激活并抑制VEGF信号转导，从而抑制癌细胞增殖、迁移、侵袭和EMT。工程化NRP1非依赖性SEMA3A突变体以更高亲和力结合PLXNA4，在体内导致肿瘤血管正常化、肿瘤生长和转移抑制，并增强化疗递送和疗效。不可切割型SEMA3E变体（Uncl-SEMA3E）结合PLXND1而不诱导PLXND1-ERBB2相互作用，通过竞争内源性p61-SEMA3E阻断肿瘤细胞转移能力，并在Rip1-Tag2模型中发挥抗血管生成作用，减少肿瘤负荷和血管面积。

6. 靶向Semaphorins和Plexins的PDAC治疗性临床试验

一项正在进行的1期临床试验评估靶向SEMA4D的单克隆抗体pepinemab，与ipilimumab或nivolumab联合用于晚期实体瘤（包括I-III期PDAC）患者，旨在通过SEMA4D阻断的免疫调节特性增强检查点抑制剂活性。另一项1b/2期临床试验评估pepinemab联合avelumab用于一线化疗后的转移性PDAC患者。此外，一项非随机1期研究测试了环肽CEND-1，其结合NRP1和αV整合素，旨在增强抗癌药物向肿瘤组织的渗透，与nab-paclitaxel和吉西他滨标准治疗联合使用。这些试验强调semaphorin通路靶向在PDAC中的治疗多样性，涵盖免疫调节和增强药物递送。

7. 结论与未来展望

对SEMA/PLXN信号网络在PDAC中的深入理解受限于其功能冗余和配体-受体可塑性，以及semaphorins和plexins依据癌症类型、亚型和微环境背景发挥促肿瘤或抑肿瘤效应。未来工作需要整合多层次分析。人工智能和多组学方法正越来越多地应用于肿瘤学，以识别耐药亚克隆、定义空间免疫结构并研究潜在生物标志物和治疗靶点。配体-受体推断工具如CellChat或CellPhoneDB可应用于PDAC单细胞和空间数据，量化肿瘤细胞与TME细胞之间主导的SEMA/PLXN相互作用。空间转录组学可用于确定SEMA/PLXN高表达生态位是否与PDAC组织特定区域共定位。机器学习模型如Beyondcell可基于单细胞转录组谱预测治疗反应，优先考虑个体肿瘤或细胞亚群的治疗选择。计算和多组学方法是识别SEMA/PLXN网络中候选生物标志物和治疗靶点的有力工具，但其预测必须在实验模型中验证。挑战仍然存在，包括个体semaphorins的背景依赖性作用和选择性抑制剂可用性有限。靶向SEMA-PLXN通路的治疗策略，单独或与其他轴突导向信号网络联合，可能提供破坏促肿瘤交互并改善PDAC治疗反应的新机会。