《Biochemical Pharmacology》：Targeting GPR18: Structural modelling, ligand discovery, and therapeutic potential in neuroinflammatory disorders
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GPR18曾被视为孤儿受体且其内源性大麻素系统（ECS）关联不明，现已被确认为扩展ECS的药理学相关组分。结构、药理学及功能证据日益支持将GPR18定位于扩展ECS中，其在信号传导、组织分布及脂质介导的药理学层面与 cannabinoid receptor 2
GPR18曾被视为孤儿受体且其内源性大麻素系统（ECS）关联不明，现已被确认为扩展ECS的药理学相关组分。结构、药理学及功能证据日益支持将GPR18定位于扩展ECS中，其在信号传导、组织分布及脂质介导的药理学层面与 cannabinoid receptor 2 (CB2R) 而非 cannabinoid receptor 1 (CB1R) 更为接近。本综述通过独特的分析方法提供了GPR18生物学的最新概览。首先，通过系统性比较AlphaFold预测结构与先前发表的同源模型，完善了关于保守基序、组成型活性决定因素及配体结合口袋动态架构的现有认知。其次，结合文献挖掘与来自Human Protein Atlas的开放获取转录组学和蛋白质组学数据，描绘了GPR18在人类组织和器官中的表达谱，揭示了其在免疫、血管及神经胶质区室中的优先表达。第三，探讨了GPR18在神经炎症中的新兴作用，探索了其通过提出的与CB2R的功能相互作用在消退通路、小胶质细胞反应及神经保护机制中的潜在参与。最后，采用计算机化学信息学方法（包括基于PLATO的target fishing），绘制了主要GPR18配体所参与的更广泛网络，并探索了设计双GPR18/CB2R调节剂的策略。总之，这些证据有助于将GPR18从一个难以捉摸的孤儿G蛋白偶联受体（GPCR）重新定位为（内源性）大麻素相互作用组的表征组分，在神经炎症和神经退行性疾病中具有新兴的治疗前景，但仍需进一步的药理学和临床验证。
1. 引言
在G蛋白偶联受体（GPCRs）的研究领域中，GPR18已成为与内源性大麻素系统（ECS）相关的最具争议的候选受体之一。传统ECS定义包括经典受体—— cannabinoid receptor 1 (CB1R) 和 cannabinoid receptor 2 (CB2R)，及其内源性配体花生四烯酸乙醇胺（AEA）和2-花生四烯酰甘油（2-AG）。然而，过去十年间，这一定义已扩展至包括一群对脂质介质表现出部分序列同源性和药理学反应性的“非典型”受体，如GPR55、GPR119，以及最具争议性的GPR18。序列分析显示，GPR18与CB1R的同源性较低（约13-15%），但与CB2R的同源性略高（约20-22%），特别是在跨膜结构域区域。这种有限但显著的保守性通常转化为收敛的配体识别和信号传导。结合药理学证据，如对N-花生四烯酰甘氨酸（NAGly）、特异性促消退介质消退素D2（RvD2）以及植物大麻素Δ9-四氢大麻酚（THC）和大麻二酚（CBD）的反应性，越来越多的证据支持将GPR18纳入扩展ECS。此外，GPR18在免疫细胞、内皮细胞和多个脑区的表达，以及在中枢神经系统（CNS）中于小胶质细胞、星形胶质细胞和神经元内的分布，提示了其在胶质-神经元串扰和炎症调节中的作用。GPR18激活可调节细胞迁移、钙信号传导、细胞因子释放和凋亡，且积累的证据指向其向抗炎和神经保护表型的转变，这与CB2介导的免疫调节相似。重要的是，GPR18在神经炎症中扮演的角色日益凸显，这是阿尔茨海默病等神经退行性疾病的关键驱动因素。在啮齿动物脑缺血和蛛网膜下腔出血模型中，消退素D2-GPR18轴的激活可减轻神经炎症损伤，保护神经元完整性并改善神经学预后。因此，研究人员认为GPR18不应被视为边缘化的孤儿受体，而是大麻素相互作用组中具有机制相关性且极具潜力的治疗靶点。
2. GPR18的结构特征
2.1 结构架构、独特基序与灵活性
GPR18属于A类（视紫红质样）GPCR超家族，其特征是由嵌入脂质双分子层中的七个跨膜α螺旋（TM1-TM7）组成，通过三个胞外环（ECL1-ECL3）和三个胞内环（ICL1-ICL3）连接。人类GPR18基因位于染色体13q32.3，编码由331个氨基酸组成的蛋白质。尽管目前尚无GPR18的高分辨率晶体学或冷冻电镜（cryo-EM）结构，但基于AlphaFold的预测建模为其结构构象和功能域提供了宝贵见解。AlphaFold在预测GPCR三维结构方面取得了显著成功，其预测的跨膜螺旋束与主链均方根偏差（RMSD）通常低于2 ?。AlphaFold生成的GPR18模型（UniProt Q14330）显示出高置信度（pLDDT > 90）的跨膜核心结构，但在灵活的胞外和胞内环区域置信度较低，尤其是ECL2区域（pLDDT约50-70）。AlphaFold模型强调了保守的DRY基序（Asp118, Arg119, Tyr120）位于TM3的胞质端，这是A类GPCR中G蛋白偶联和受体激活的标志性微结构域。一个显著特征是AlphaFold预测中ECL2的结构分歧，其相对于CB1R或CB2R更长，且倾向于折叠向内，侵占结合腔并与TM2侧链接触，这可能阻碍配体的进入。
2.2 ECL2对AlphaFold GPR18模型配体可及性的影响
为了探索ECL2构象动力学对配体可及性的影响，研究人员对GPR18的内源性激动剂NAGly进行了对接模拟。在使用完整的AlphaFold模型时，由于ECL2呈内向折叠构象产生的空间位阻，对接得分较差（约-4.364至-4.188 kcal/mol），且配体姿态主要位于表面。相比之下，在对ECL2进行截短的模型中，对接得分显著提高（约-6.812至-6.289 kcal/mol），且配体更倾向于定位于假定的正位结合位点。这一结果表明ECL2是静态AlphaFold构象中配体进入的主要结构屏障。虽然不同的同源模型和AlphaFold预测在口袋深度上存在差异，但Tyr1043.33、Phe2486.55和Asn1885.46被一致认为是配体识别的关键残基。这些观察结果共同表明，ECL2作为配体可及性的动态“守门人”，其构象变化对于GPR18的药理学至关重要。
2.3 预测的GPR18翻译后修饰（PTMs）
翻译后修饰（PTMs）是膜受体功能调节的关键层。通过使用NetPhos-3.1b服务器对GPR18序列进行预测，研究人员发现了多个高置信度的磷酸化位点，主要集中在胞内结构域（如ICL1和ICL2）和C端尾部区域。其中，Ser922.43、Thr982.49、Ser1514.39以及C端的Ser270-Ser273簇显示出极高的预测得分（>0.9）。这些位点通常是蛋白激酶C（PKC）、蛋白激酶A（PKA）和有丝分裂原活化蛋白激酶（MAPKs）的作用底物。特别值得关注的是C端尾部富含丝氨酸的簇，其在拓扑结构上类似于经典GPCR（如CB2R）中G蛋白偶联受体激酶（GRKs）的磷酸化位点。GRKs介导的磷酸化通常导致β-arrestin募集、受体脱敏和内吞。鉴于O-1918可激活GPR18依赖的Ca2+动员但不能募集β-arrestin，这表明GPR18可能存在偏向性信号传导，而这种现象通常与GRK介导的差异磷酸化模式有关。
3. GPR18配体
GPR18的药理学特征仍不完全明确，主要归因于选择性配体的缺乏和实验结果的不一致。目前已鉴定出多种化合物为其激动剂或拮抗剂。
3.1 GPR18内源性激动剂
首个被设计用于GPR18的内源性配体是NAGly，它能以纳摩尔级效力激活GPR18，触发下游Gi/o蛋白偶联的信号通路，包括抑制腺苷酸环化酶和动员细胞内Ca2+。在免疫细胞中，NAGly诱导趋化性并表现出促消退和抗炎作用。另一个潜在的内源性激动剂是消退素D2（RvD2），这是一种来源于二十二碳六烯酸（DHA）的特异性促消退介质（SPM），可通过结合GPR18触发抗炎信号。
3.2 植物大麻素
Δ9-四氢大麻酚（THC）和大麻二酚（CBD）也与GPR18相互作用。计算研究表明THC可能诱导更强的构象变化和完全的受体激活，而CBD则被提议作为部分激动剂。然而，这些计算观察结果需要实验剂量反应特征来验证。
3.3 大麻素相关及天然激动剂
Abn-CBD是一种合成的类大麻素，不结合CB1R或CB2R，但能有效激活GPR18和GPR55，诱导内皮细胞迁移和血管舒张。马鞭草苷（Verbenalin）是一种从马鞭草中分离的环烯醚萜苷，被鉴定为GPR18的选择性激动剂，在急性肺损伤模型中显示出显著的体内抗炎作用。
3.4 合成激动剂
PSB-KK1415作为一种选择性且强效的GPR18激动剂，显示出纳摩尔级的效力和功能性选择性。O-1602是一种合成的大麻素相关化合物，最初被开发为非精神活性的配体，后被确定为GPR18和GPR55的功能性激动剂，具有免疫调节和潜在的神经炎症控制作用。
3.5 合成拮抗剂
合成拮抗剂相对较少且表征不足。O-1918最初被归类为GPR55拮抗剂，但也显示出对GPR18的抑制活性。然而，其活性因实验检测方法而异，在钙动员实验中表现为激动剂，而在细胞迁移实验中则表现为拮抗剂。
4. GPR18的表达与（病理）生理作用
4.1 人类组织中GPR18的表达
基于Human Protein Atlas的数据，在mRNA水平上，GPR18在骨髓和淋巴组织中表达最高，这与它在免疫调节中的主要作用一致。中等水平的转录活性见于男性生殖系统（特别是睾丸）、胃肠道、泌尿系统和肾脏。在蛋白质水平上，GPR18免疫反应性主要定位于免疫相关组织，包括淋巴结、扁桃体和脾脏。
4.2 GPR18在各器官中的（病理）生理作用
4.2.1 免疫系统
GPR18在巨噬细胞、T淋巴细胞、中性粒细胞和小胶质细胞中高表达。通过脂质介质（如NAGly和RvD2）激活可促进巨噬细胞的胞葬作用，抑制过度的白细胞浸润，并增强凋亡细胞的清除。此外，GPR18还调节T细胞的迁移和功能，在自身免疫性疾病中具有相关性。
4.2.2 心血管系统
GPR18具有心脏保护作用。在压力超负荷诱导的小鼠心力衰竭模型中，RvD2通过GPR18依赖性机制减轻了不良心脏重构并改善了心功能。在腹主动脉瘤（AAA）患者中，RvD2和GPR18的表达显著降低，而RvD2治疗可通过GPR18沉默消除其保护作用。
4.2.3 中枢神经系统
转录组分析显示GPR18在人脑中呈区域性表达，最高水平见于脉络丛，其次是小脑和延髓。GPR18主要在小胶质细胞和某些神经元群体中发现。研究表明，GPR18在背根神经节（DRG）神经元中通过钙敏感的一氧化氮合酶（nNOS）产生一氧化氮（NO），并在视网膜微血管调节中发挥作用。
4.2.4 眼部系统
GPR18在睫状体和小梁网中表达，调节眼内压。在角膜上皮再生过程中，GPR18表达增加并重新分布至伤口边缘，其激活促进角膜上皮细胞的趋化和增殖。
4.2.5 生殖系统
在人类精子中，NAGly激活GPR18诱导肌动蛋白细胞骨架重塑和顶体胞吐。在子宫内膜上皮细胞中，GPR18激活刺激细胞迁移，暗示其在着床或子宫内膜异位症中的生理作用。
4.2.6 能量稳态
GPR18已成为代谢稳态的潜在调节因子。在饮食诱导的肥胖啮齿动物模型中，药理学阻断GPR18可减少体重增加和肥胖，而激活GPR18则会导致血浆葡萄糖和胰岛素水平升高。
4.2.7 肿瘤进展与免疫监视
GPR18在肿瘤学中具有双重作用。在转移性黑色素瘤中，GPR18表现出组成型活性，抑制凋亡并促进肿瘤细胞存活。相反，在多种癌症类型中，肿瘤浸润B细胞中高表达的GPR18与更好的总生存期相关，表明其在适应性抗肿瘤免疫中的积极作用。
5. GPR18与神经炎症性疾病
神经炎症涉及胶质细胞激活、细胞因子释放和外周免疫细胞向中枢神经系统的募集。GPR18已成为多种神经炎症疾病的功能调节剂。
5.1 GPR18在神经炎症性疾病中的简要概述
在阿尔茨海默病（AD）的体外研究中，GPR18/GPR55激动剂（如O-1602和Abn-CBD）可保护神经元免受小胶质细胞来源毒素的影响。在肌萎缩侧索硬化症（ALS）的人类血浆研究中，SPM特征和GPR18表达与患者生存率和疾病进展相关，GPR18被提名为生物标志物候选者。在帕金森病（PD）的体内外模型中，RvD2通过限制小胶质细胞介导的神经毒性发挥促消退活性。在缺血性卒中模型中，RvD2-GPR18轴的激活具有神经血管保护作用。此外，在早期脑损伤（EBI）和蛛网膜下腔出血（SAH）模型中，GPR18的激活也被证明具有多区室的神经保护作用。
6. 结论与展望
综上所述，GPR18已从“孤儿”受体转变为扩展内源性大麻素系统中的关键节点。尽管在结构生物学、配体发现和生理功能方面取得了显著进展，但该领域仍面临挑战。未来的研究应致力于开发更具选择性和脑通透性（BBB penetration）的GPR18配体，并利用冷冻电镜等技术解析其与不同配体结合的原子分辨率结构。此外，深入探究GPR18在不同细胞类型中的偏向性信号传导机制，以及其在神经炎症消退过程中的精确分子通路，将是将其转化为神经退行性疾病有效治疗手段的关键。
