综述：增材制造中的聚合物复合材料：当前技术、应用及新兴趋势

《Polymers》：Polymer Composites in Additive Manufacturing: Current Technologies, Applications, and Emerging Trends

本综述系统阐述了G蛋白偶联受体（GPCR）在脑血管疾病中的阶段依赖性信号转导机制。作者创新性地采用神经血管单元（NVU）框架，揭示GPCR通过动态调控脑血流（CBF）、血脑屏障（BBB）完整性及神经炎症，在急性缺血损伤与卒中后恢复阶段发挥双重作用。文章重点探讨了腺苷受体（A2AR）、鞘氨醇-1-磷酸受体（S1PR）等关键靶点的时空特异性功能转换，为开发阶段特异性GPCR靶向疗法提供了新视角。

　　

脑血管疾病中的G蛋白偶联受体信号转导：从神经血管单元到阶段特异性治疗策略

1. 1.
   引言
   脑血管疾病是全球范围内导致死亡和长期残疾的主要原因，其中缺血性脑卒中是最普遍且破坏性最强的表现形式。尽管急性再灌注治疗取得了显著进展，但有效限制继发性损伤和促进长期功能恢复的策略仍然有限。因此，深入理解调控脑血管功能障碍的分子信号通路至关重要。
   G蛋白偶联受体（GPCR）是最大的信号转导受体家族，调控与脑血管病理相关的多种生理过程，包括血管张力、免疫激活和神经元存活。然而，大脑中的GPCR信号传导具有固有的复杂性。同一受体可能根据细胞类型、配体可用性和微环境条件激活不同的下游通路，导致情境依赖性且有时相互矛盾的生物学结果。这种复杂性导致了不同研究间不一致的解读，并阻碍了成功的临床转化。
   现有综述多从受体中心或单一细胞类型的角度描述GPCR，通常孤立地强调血管平滑肌细胞（VSMC）、内皮细胞或血脑屏障（BBB）。这种方法未能充分捕捉支撑脑血管损伤和恢复的协调性、多细胞信号过程。越来越多的证据表明，神经元、胶质细胞、血管细胞和浸润的免疫细胞作为一个整合的神经血管单元（NVU）发挥作用，其中细胞间通讯关键地塑造了急性损伤和修复反应。此外，GPCR信号在急性缺血、继发性损伤和卒中后修复阶段的时序动态变化很少被整合讨论。
   本综述采用疾病过程导向的框架，系统性地检视GPCR在脑血管疾病中的信号传导。通过纳入NVU中心视角并强调时序阶段特异性效应，我们旨在阐明GPCR信号如何促进损伤进展和恢复，并确定与治疗开发相关的概念性原则。
2. 2.
   经典GPCR信号通路

2.1. GPCR与G蛋白家族

GPCR是一个从酵母到人类都保守的巨大超家族，介导大多数信号通路和感觉功能，约有800个哺乳动物基因，是约30%FDA批准药物的靶点。尽管GPCR配体（从光子到肽类）结构多样，但所有配体都诱导GPCR构象变化以激活G蛋白。结构上，所有GPCR共享一个胞外N末端、七个跨膜α螺旋、三个胞外环、三个胞内环和一个胞质C末端。系统发育分析将人类GPCR分为五个主要家族，各具不同功能：

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  视紫红质家族（A类）：最大的亚组（约70%的GPCR），包括肾上腺素能受体、内皮素受体和趋化因子受体（如CCR5, CXCR4）。
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  分泌素家族（B类）：配体为肽类激素（如胰高血糖素），其受体参与代谢调节。
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  谷氨酸家族（C类）：包括代谢型谷氨酸受体（mGluR）和γ-氨基丁酸（GABA）受体，对神经信号传导至关重要。
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  粘附家族：调节细胞粘附和组织发育，在血管完整性中发挥作用。
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  Frizzled/Taste2家族：介导Wnt信号（Frizzled）和味觉感知（Taste2）。
  G蛋白细分为Gαs、Gαi/o、Gαq/11和Gα12/13家族。配体与GPCR结合诱导Gα上的GTP加载以及与Gβγ的解离，使两个亚基都能接合下游效应器。

2.2. GPCR信号转导核心机制

G蛋白的主要效应器包括腺苷酸环化酶（AC）系统、磷脂酶C（PLC）等。不同的G蛋白家族激活其各自的效应器，从而启动下游信号通路。

Gαs激活AC，将ATP转化为cAMP，后者刺激PKA和环核苷酸门控通道，而Gαi抑制AC，降低cAMP水平。Gαq激活磷脂酶Cβ（PLCβ），将PIP₂水解为IP₃和DAG；IP₃触发内质网释放Ca²⁺，DAG激活PKC，诱导下游细胞反应。RGS（G蛋白信号调节因子）家族成员可以激活特定Gα亚基的GTP酶活性。p115RhoGEF是Rho蛋白的鸟嘌呤核苷酸交换因子，可以特异性刺激G蛋白中Gα12/13的GTP酶活性。此外，Gα12可以通过与受体酪氨酸激酶家族成员、钙粘蛋白等蛋白相互作用来发挥功能。除了Gα蛋白，Gβγ蛋白也可以调节AC、PLCβ、内向整流钾通道（K⁺）和电压门控钙通道（Ca²⁺），从而促进信号转导。

这些信号通路调控细胞内cAMP产生、Ca²⁺释放、PKC激活和RhoA依赖的细胞骨架重塑——这些机制与血管张力、内皮通透性和炎症激活高度相关。

1. 3.
   NVU内的GPCR信号传导

在NVU内，GPCR信号传导在不同的细胞类型间组织起来，以协调应对神经元活动、代谢应激和炎症的反应。GPCR并非作为孤立组件发挥作用，而是形成细胞间信号轴，偶联血管、免疫和神经元功能。GPCR激活的功能结果取决于细胞背景和疾病阶段，因此这些信号网络的破坏会导致神经血管功能障碍和恢复受损。

3.1. 内皮细胞-周细胞GPCR串扰在血管稳定性中的作用

内皮细胞和周细胞构成了脑微血管的结构和功能支柱。这两种细胞类型之间的GPCR信号传导调节毛细血管张力、血管通透性和微血管稳定性。内皮细胞GPCR对循环配体（如腺苷、鞘氨醇-1-磷酸（S1P）、前列腺素）作出反应，从而调节一氧化氮产生、细胞骨架动力学和连接完整性。这些内皮反应反过来影响周细胞收缩性和毛细血管灌注。

相反，周细胞表达的GPCR感知局部代谢和神经递质线索，并将信号传递回内皮细胞，以微调微血管阻力。这种双向GPCR介导的通讯的破坏会使毛细血管网络不稳定，并使血管在脑血管损伤期间易于出现低灌注和渗漏。

3.2. 血脑屏障处的星形胶质细胞-内皮细胞GPCR信号传导

星形胶质细胞通过与内皮细胞的紧密物理和生化相互作用，在调节BBB功能中发挥关键作用。星形胶质细胞衍生的配体，包括S1P、前列腺素和神经递质代谢物，激活内皮细胞GPCR，以调节紧密连接组织和跨细胞运输途径。通过这些机制，星形胶质细胞GPCR信号传导间接控制BBB通透性和内皮细胞对损伤的反应性。

内皮细胞GPCR激活也通过改变细胞外离子平衡和代谢底物可用性反馈给星形胶质细胞，从而影响星形胶质细胞反应性。这种相互的GPCR介导的信号轴建立了一个调节回路，在生理条件下维持BBB稳态，并在病理应激下决定屏障的脆弱性。

3.3. 小胶质细胞-神经元GPCR通讯在免疫监视中的作用

小胶质细胞作为中枢神经系统的常驻免疫细胞，持续监测神经元活动和组织完整性。小胶质细胞上表达的GPCR检测应激或活跃神经元释放的细胞外核苷酸、趋化因子和神经递质。这些受体的激活塑造小胶质细胞的监视行为、细胞因子分泌和吞噬活性。

神经元GPCR信号传导反过来对小胶质细胞衍生的介质作出反应，从而调节神经元兴奋性和应激反应。这种双向的GPCR依赖性通讯确保了稳态条件下的适应性免疫监视，但在失调时可能变得适应不良，导致脑血管疾病中的炎症放大。

3.4. NVU内的整合GPCR网络

尽管可以将单个GPCR通路分配给特定的NVU细胞类型，但其功能后果源于整合的网络行为。内皮细胞激活改变免疫细胞招募，小胶质细胞反应影响血管通透性，星形胶质细胞信号传导塑造血管和神经元功能。GPCR作为该网络内的节点调节器，能够快速协调地适应代谢和炎症线索。

S1P、PGE2和A2AR等GPCR在内皮、胶质和神经元区室中的重复参与并非冗余，而是反映了NVU内的情境特异性信号分区。通过在不同细胞类型中偶联不同的细胞内效应器，这些受体能够并行调节血管稳定性、免疫激活和神经元兴奋性。这种多层次的整合为在脑血管疾病中观察到的GPCR信号传导显著的背景和阶段依赖性提供了机制解释。

这种以NVU为中心的观点为理解GPCR信号如何同步血管、免疫和神经元过程提供了一个概念框架。它也强调了为什么GPCR的治疗性调节常常产生情境依赖性的结果，因为对一个信号节点的扰动可以传播到多个NVU组件。

1. 4.
   GPCR在急性脑血管损伤中的作用

急性脑血管损伤，特别是缺血性脑卒中，引发一系列快速的病理事件，包括脑低灌注、无菌性炎症和BBB破坏。GPCR信号传导通过在不同NVU细胞类型中受到严格调控但高度情境依赖的作用，在协调这些过程中发挥核心作用。重要的是，在急性期，GPCR介导的反应常常发挥双重效应，其保护性或有害性结果取决于受体亚型、细胞定位和激活的时间窗口。

4.1. 急性缺血期间脑血流的调节

脑血流调节失调是急性缺血性脑卒中的一个决定性特征。在VSMC和周细胞上表达的GPCR在此阶段关键地调节血管张力和微血管灌注。Gs偶联的GPCR（包括A2AR和前列腺素E2受体EP2和EP4）的激活促进cAMP依赖性血管舒张，从而促进侧支循环和缺血区域灌注的部分恢复。实验证据进一步表明，EP2/EP4信号支持功能性充血和毛细血管招募，这与在急性缺血中的保护作用一致。

相反，Gq和G12/13偶联的GPCR（如AT1R、内皮素受体和前列腺素F2α受体（FP））的激活诱导细胞内Ca²⁺升高和RhoA介导的收缩信号。这些通路加剧血管收缩，损害微血管再灌注，并导致再通后观察到的无复流现象。这些相对立的GPCR信号轴之间的平衡关键地塑造了卒中超急性期的灌注异质性，并影响梗死灶的扩大。

4.2. GPCR介导的神经炎症和继发性损伤

神经炎症在缺血性损伤后迅速出现，是继发性脑损伤的主要贡献者。在内皮细胞、小胶质细胞和浸润的免疫细胞上表达的GPCR协调缺血微环境内的白细胞招募、细胞因子产生和炎症放大。

内皮细胞GPCR激活调节循环免疫细胞和脑血管之间的初始炎症界面。例如，质子感应GPCR GPR4通过增强内皮细胞激活、白细胞粘附和血管通透性来应对缺血诱导的酸中毒，从而促进免疫细胞浸润。同时，小胶质细胞GPCR，包括趋化因子和嘌呤能受体，调节炎症极化和细胞因子释放，间接影响神经元脆弱性。

这些GPCR驱动的炎症反应并非孤立发生，而是在NVU组件间形成前馈信号环路。内皮细胞激活促进免疫细胞进入，后者又放大小胶质细胞反应性并进一步破坏血管稳态。在急性期，促炎GPCR信号的过度或 prolonged 激活会加剧组织损伤，这强调了时间控制调节而非 indiscriminate 抑制炎症的重要性。

4.3. 急性期GPCR对BBB破坏的调节

BBB破坏是急性脑血管损伤的一个标志，也是脑水肿和出血性转化的主要贡献者。GPCR信号传导主要在早期损伤阶段通过快速调节内皮细胞骨架动力学和紧密连接组织来影响BBB完整性。

S1P3、蛋白酶激活受体（PAR）和缓激肽B2受体（B2R）等GPCR的激活促进RhoA-ROCK信号传导、肌动蛋白应力纤维形成和连接分解，从而增加旁细胞通透性。这些通路在缺血和炎症条件下加剧血管渗漏。相比之下，内皮细胞S1P1信号传导通过稳定紧密连接和限制细胞骨架收缩来抵消屏障破坏，这强调了同一配体系统内受体亚型特异性效应。

值得注意的是，急性BBB破坏在机制上不同于后期阶段的屏障重塑和修复。在急性期，GPCR介导的信号传导主要决定屏障破坏的严重程度和持续时间，从而塑造早期水肿形成和继发性损伤进展。

1. 5.
   GPCR在神经元存活、可塑性和功能恢复中的作用

除了在急性血管调节中的既定作用外，GPCR通过协调神经血管重塑关键地影响长期结局。在亚急性和恢复期，GPCR信号传导从损伤缓解转变为促进神经元韧性、突触可塑性和环路重组。重要的是，这些过程并非仅由神经元驱动，而是依赖于神经元、星形胶质细胞和重塑血管之间的协调信号传导。

5.1. GPCR对延迟神经元存活的调节

急性损伤后，缺血半暗带的神经元仍然容易发生延迟性凋亡和代谢应激。在此时间窗口内，GPCR作为分子“存活开关”，调节细胞命运决策。

GPR37是一种在神经元和少突胶质细胞中富集的Gi偶联受体，充当内源性神经保护刹车。GPR37的基因缺失通过促进caspase-3激活和损害mTOR信号传导而加剧缺血性损伤。

此外，质子感应GPCR将酸性缺血微环境与适应性存活反应联系起来。TDAG8（GPR65）虽然主要在免疫和胶质细胞中表达，但发挥旁分泌神经保护作用，而神经元GPR68感知酸中毒以触发PKC依赖性存活通路。这些观察结果强调了GPCR如何解码代谢线索（如细胞外pH）以在亚急性期保持神经元完整性。

5.2. GPCR对突触可塑性和NVU重塑的调节

卒中后的功能恢复取决于突触重组，这一过程受到三联突触内神经元和星形胶质细胞之间相互作用的严格调控。GPCR通过控制树突兴奋性、神经传递和神经营养支持来调节这种形式的可塑性。

趋化因子受体CCR5作为卒中后可塑性的关键分子“刹车”。CCR5的抑制通过解除对CREB依赖性转录程序的抑制来增强运动恢复，这些程序驱动轴突重塑和突触强化。这一发现代表了一个范式转变，表明在恢复期抑制适应不良的GPCR信号传导与激活促修复通路同样关键。

此外，通过PACAP/PAC1的神经肽信号传导体现了NVU内的协调神经-胶质耦合。PAC1激活不仅通过Kv4.2通道增强神经元兴奋性，还调节星形胶质细胞对突触强化的支持。这种协调的信号传导确保环路重新布线伴随着来自周围NVU组件的适当代谢和营养支持。

5.3. 阶段依赖性GPCR信号转换与功能结局

转化研究中的一个反复出现的挑战是GPCR信号传导显著的情境依赖性。同一受体可能根据疾病阶段、细胞类型和激活持续时间产生相反的效果。β2AR就是这种双重性的例证。虽然β2AR激活可能通过抑制NF-κB改变急性炎症，但在恢复期的 prolonged 激活可能改变神经元兴奋性并损害网络稳定性。

类似地，在急性期驱动促炎反应的GPCR可能在后期阶段变得必要，以促进碎片清除、突触重塑和髓鞘再生。这些观察结果强调，GPCR是作为动态调节器而非静态治疗靶点发挥作用。因此，有效的干预需要精确靶向确定的时间窗口，而非 blanket 激活或抑制。

总的来说，未能考虑这些时间转换可能对功能结局产生不利影响。对急性神经保护有益的GPCR干预措施，如果在后期阶段应用，可能会损害认知恢复或长期网络稳定性，这突出了需要时间优化的策略以最大化持续的运动和认知康复。

1. 6.
   靶向GPCR在脑血管疾病中的转化与治疗挑战

GPCR调节脑血管疾病中的多种病理过程，包括脑血流调节失调、神经炎症、BBB破坏和神经元损伤。因此，GPCR已成为实验性卒中模型中具有吸引力的治疗靶点。然而，尽管在啮齿类动物中报告了强大的神经保护作用，但GPCR靶向策略的临床转化大多未成功。

6.1. 临床验证和 repurposed 的GPCR靶点

几个GPCR家族已被研究作为卒中的治疗靶点。

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  腺苷受体（AR）：AR调节脑灌注、炎症、神经元兴奋性和BBB稳定性。腺苷A1受体（A1AR）激活减少兴奋性毒性，而A2AR调节促进血管舒张，并可在临床前模型中限制缺血性损伤。选择性A2AR拮抗剂，如伊曲茶碱，已批准用于帕金森病，由于其抗炎和神经保护潜力，正在被探索用于卒中后神经保护。
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  内皮素受体（ETR）：ETAR介导ET-1诱导的脑血管收缩并促进缺血性损伤。波生坦是一种双重内皮素受体拮抗剂，在临床前缺血模型中改善脑血流，但可能加剧系统性或感染性并发症，这突出了情境特异性靶向策略的必要性。
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  鞘氨醇-1-磷酸受体（S1P受体）：S1P信号影响BBB完整性、神经炎症和神经发生。FTY720（芬戈莫德）激活神经元、胶质细胞和内皮细胞上的S1P受体，促进抗凋亡通路并促进神经前体细胞增殖。在这方面，S1P靶向疗法体现了GPCR在NVU内的多细胞作用。
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  趋化因子受体（CCR5和CXCR4）：这些GPCR调节免疫细胞招募和卒中后神经可塑性。马拉维罗克对CCR5的拮抗在啮齿类动物模型中增强运动和认知恢复，新出现的人类数据支持其用于卒中后神经修复的潜力。同时，其在长新冠/COVID-19急性后遗症中的治疗应用正在 ongoing 或计划中的临床试验中进行评估。
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  血清素受体（5-HTR）：几种血清素受体亚型调节脑血管张力。5-HT1和5-HT2受体的激活减少脑血管收缩，而5-HT3作为配体门控离子通道发挥作用。舒马普坦等药物广泛用于偏头痛治疗，影响脑血管动力学，可能对脑血管调节具有相关性。

6.2. 临床前疗效与临床结局之间的差异

GPCR靶向卒中治疗的一个反复出现的挑战是临床前神经保护与临床疗效之间的 poor concordance。腺苷受体的广谱调节就是这种转化差距的例证。在实验性缺血中，A2AR的药理学拮抗或基因缺失减少梗死体积、减轻神经炎症并保留突触完整性。然而，调节腺苷信号的临床尝试受到治疗窗窄、心血管副作用和情境依赖性BBB完整性破坏的限制。

在其他GPCR系统（包括内皮素和趋化因子受体）中也观察到了类似的差异，这些受体在严格控制的实验范式中显示出保护作用，但在异质性患者群体中产生不一致或不良结局。这些发现表明，GPCR介导的神经保护高度依赖于损伤阶段、细胞类型和信号背景，并且不能从缺乏时间和空间分辨率的简化模型可靠地推断出来。

6.3. 药理学障碍：BBB穿透、脱靶效应和治疗窗口

药代动力学和药效学限制进一步阻碍了GPCR靶向疗法的临床转化。许多GPCR配体由于BBB通透性受限或被P-糖蛋白等转运体主动外排，无法在缺血脑组织内达到有效浓度。即使实现了BBB穿透，全身给药常常导致脱靶效应，特别是在外周血管系统内，导致低血压或脑自动调节受损。

此外，GPCR信号传导的时间动态性提出了一个根本性挑战。A2AR和β2AR等GPCR表现出阶段依赖性效应，在早期缺血期间赋予血管或抗炎益处，而在后期阶段可能加剧BBB渗漏或免疫激活。未能考虑这些转换窗口的治疗干预可能会无意中将保护性信号转化为有害结局。

6.4. 物种差异和啮齿类动物模型的局限性

GPCR表达模式、偶联偏好和信号偏好的物种特异性差异进一步限制了转化的可预测性。与脑血管病理相关的GPCR，包括A2AR、CXCR4和β2AR，在啮齿类动物与人类之间表现出不同的细胞类型分布和下游信号级联，特别是在内皮细胞、小胶质细胞和周细胞中。这些差异很可能导致GPCR靶向神经保护策略在临床转化过程中频繁失败。

此外，常用的啮齿类动物卒中模型未能充分捕捉人类脑血管疾病特征性的血管合并症、衰老和免疫异质性。因此，在年轻、 otherwise 健康的动物中识别出的GPCR依赖性机制可能无法准确反映病变人脑中的受体功能。

6.5. 新兴的人类相关GPCR研究模型

为了弥合这一转化差距，人类相关的实验平台正被越来越多地采用。诱导多能干细胞（iPSC）衍生的NVU