综述：孤儿GPCRs在败血症发病机制中的作用分析及其小分子治疗研究

《Biochemical Pharmacology》：Analyses of orphan GPCRs’ function in the pathogenesis of sepsis and their small-molecule therapeutics

王一冰|林一宁
上海体育大学运动与健康学院，上海200438，中国

**摘要**
败血症是一种全身性感染，其特征是微生物病原体通过血液传播，随后引发炎症、器官衰竭和免疫抑制。先天性和适应性免疫系统的失调会导致危及生命的器官衰竭或反复发作的、常常致命的感染。由于对其潜在机制了解不足，目前尚无有效且特异性的治疗方法。G蛋白偶联受体（GPCRs）是膜结合受体，在败血症中作为免疫系统稳态、过度炎症和免疫抑制的重要上游调节因子。在GPCRs中，孤儿GPCRs缺乏经过验证的配体，其功能和治疗方法尚未得到充分研究。本文重点讨论了孤儿GPCRs（尤其是GPR37、GPR43、GPR81和GPR174）在败血症中的作用。GPR37和GPR43的激活可以增强吞噬活性并减少器官损伤，从而降低死亡率；相反，GPR81的激活会通过METTL3和p300介导的肺损伤以及内皮通透性的增加而加重败血症，而GPR174则会促进炎症并提高败血症啮齿动物的死亡率。通过对小分子孤儿GPCR调节剂的基于结构的分析，我们发现GPR37激动剂青蒿琥酯和GPR43激动剂4-CMTB是最有前景的药物候选物。我们建议设计选择性激活孤儿GPCR偶联的β--arrestin2、Gi和Gq通路的调节剂，以增强吞噬活性并最小化炎症。总体而言，特定的孤儿GPCR偶联下游信号通路为败血症的治疗提供了有希望的治疗靶点。

**引言**
败血症是由病原细菌、真菌和病毒引起的严重全身性感染，这些病原体在血液中感染、扩散并繁殖[1]。败血症会引发宿主的免疫反应失调，多器官衰竭显著增加了患者的死亡率[1]。1979年至2015年间，高收入国家的败血症发病率和死亡率一直很高。荟萃分析显示，全球败血症的发病率为每10万人年437例，医院死亡率为17%[2]；对于重症败血症，全球发病率为每10万人年270例，医院死亡率为26%[2]。败血症的复杂机制由免疫系统对感染的反应所激活的促炎和抗炎通路共同调控。越来越多的证据表明，败血症的特点是炎症引起的早期死亡、炎症诱导的器官功能障碍或易感性二次感染，最终导致死亡[3]（图1）。在败血症的初始阶段，先天性和适应性免疫系统被激活，同时促炎因子表达上调，这种情况通常持续数天。此阶段的患者死亡主要是由于严重的炎症。免疫系统的持续过度激活可能导致潜在的致命器官损伤，尤其是在心脏、肝脏、肺和肾脏。然而，在第二阶段会发生代偿性免疫抑制，此时先天性和适应性免疫系统均受到抑制，患者常因反复发作和机会性感染而死亡[4]。综合多项研究表明，免疫抑制是濒死败血症患者的主要特征之一。在败血症患者死亡后的血清和脾脏中，免疫细胞的比例发生显著变化，先天性和适应性免疫系统受损。免疫抑制表现为细胞毒性T细胞、中性粒细胞、树突状细胞等免疫细胞的大量凋亡，而抗炎调节性T细胞的比例和绝对数量保持不变或增加[3]。

有两种常用的啮齿动物模型用于研究败血症的病理机制：脂多糖（LPS）是一种来自革兰氏阴性菌外膜的毒素，广泛用于体内诱导全身炎症和败血症[5]；另一种是盲肠结扎和穿刺（CLP）模型，可诱导小鼠急性败血症和持续的细胞因子产生[5]（详见其他文献[6]）。败血症会诱导免疫细胞（如巨噬细胞[7]、Treg细胞[8]和B细胞[9]）信号通路的重新编程。过度炎症和免疫抑制的同时发生非常难以解决，因为吞噬活性增强和免疫细胞招募同时发生，不可避免地导致免疫反应过度激活。这是恢复先天性和适应性免疫系统平衡以治疗败血症极具挑战性的原因之一。

在免疫细胞的上游效应器中，膜结合受体检测特定刺激以调节吞噬活性、免疫细胞招募以及由先天性和适应性免疫系统引发的炎症。其中，G蛋白偶联受体（GPCRs）起着关键作用。免疫细胞中GPCRs的表达异常或其内源性配体的改变与患者的败血症严重程度相关，这可通过序贯器官衰竭评估（SOFA）评分来衡量[10]。越来越多的证据表明，GPCRs在宿主抗菌防御[11]和适应性免疫反应[12]的病理生理学中起着重要作用。此外，中枢神经系统和外周组织及器官中的GPCRs在调节败血症的发病机制中也起着重要作用。McN-A-343对中枢M1胆碱能受体的药理激活或M2受体甲氧氯胺的阻断可以抑制LPS处理大鼠血清中的TNF和其他细胞因子的产生，从而激活胆碱能抗炎通路[13]。相反，下调心脏β1-肾上腺素受体介导的信号通路或β1-肾上腺素受体本身会导致败血症啮齿动物心脏的心肌收缩和松弛功能障碍（详见参考文献[14]）。例如，在LPS处理的小鼠心肌组织中观察到Gs mRNA和蛋白质水平降低了50%[15]；此外，小鼠心肌中磷酸二酯酶4D水平的升高会导致cAMP水解增加，从而抑制CLP处理小鼠的β1-肾上腺素受体介导的信号传导[16]。阿托伐他汀治疗CLP诱导的败血症小鼠可以维持心肌组织中的β1-肾上腺素受体水平，并完全逆转cAMP水平的下降[17]。

除了上述已研究二十年的GPCRs外，我们系统总结了过去五年内发表的关于13种GPCRs在败血症发病机制中的功能的研究（见图1和表1）。所有这些发现都在临床前啮齿动物模型中得到了遗传学或药理学验证，且这些GPCRs均为孤儿GPCRs，主要属于A类家族。表1的结果令人惊讶地表明，孤儿GPCRs在整个GPCR超家族中占比过高（共13种中有12种），并成为败血症发病机制的重要调节因子。孤儿GPCRs缺乏经过验证的配体，约占非嗅觉GPCRs的30%[18][19]。它们调节多种免疫过程，例如通过增强巨噬细胞的吞噬作用来抵御感染[20][21]。然而，其机制尚未得到充分研究，也未发现能够调节其活性的特定分子。因此，本文首先关注孤儿GPCRs，作为理解GPCRs如何调节免疫功能的重要起点。

本文的第二个目的是详细讨论孤儿GPCRs的小分子调节剂设计策略。最近关于败血症中一般GPCRs功能的综述文章主要集中在广泛研究的肾上腺素受体和腺苷受体上，作者还讨论了针对GPCR引发的一般炎症反应（如补体级联和细胞因子受体介导的反应）的治疗方法[22]。作者提出基于pepducin的治疗方法是抑制致病GPCRs的主要方法。但由于相关文献有限，综述中对特定小分子GPCR调节剂的深入讨论不足。除了针对非孤儿GPCRs的成熟治疗方法外，小分子孤儿GPCR调节剂发展迅速，与pepducins相比具有更高的生物利用度和细胞摄取效率。本文主要从跨学科角度探讨孤儿GPCRs（尤其是GPR37、GPR43、GPR81和GPR174）在败血症进展中的作用。我们选择这些孤儿GPCRs的原因在于：(1) 它们在败血症中的功能已得到验证；(2) 其设计、效力、结合机制和选择性已有报道，这有助于对其小分子调节剂的优缺点进行批判性分析。我们强调设计优先激活孤儿GPCR偶联信号通路的调节剂的重要性和可行性。小分子可能通过恢复免疫稳态、增强抗感染能力以及防止器官衰竭和免疫抑制来延长败血症患者和啮齿动物的生存期。

我们的文献检索涵盖了1990年1月至2025年12月期间发表的文章，使用以下搜索词及其组合来识别相关研究：败血症、孤儿GPCRs、免疫抑制、机制、巨噬细胞、激动剂和拮抗剂。

**孤儿GPCRs抑制败血症**
过度激活的免疫系统、炎症和免疫抑制是败血症发病机制中最突出的特征。孤儿GPCRs通过两种机制抑制败血症的进展：首先，一些孤儿GPCRs（如GPR37和GPR18）增强巨噬细胞的吞噬活性，从而清除入侵的微生物，减轻炎症并延长败血症啮齿动物的生存期；其次，其他GPCRs（如GPR43）抑制免疫系统的过度激活。

**促进败血症的孤儿GPCRs**
与抑制败血症进展的孤儿GPCRs相反，其他孤儿GPCRs（尤其是GPR81和GPR174）会在免疫细胞中诱导免疫抑制表型，从而削弱免疫系统对抗微生物感染的能力。尽管GPR43、GPR81和GPR174在减轻败血症炎症方面的机制尚不清楚，但这些效应在临床前啮齿动物模型中导致了不同的结果。

**孤儿GPCRs通过调节特定下游信号通路来调控免疫反应**
传统小分子调节剂激活孤儿GPCRs可能会同时引发多种细胞反应，包括增强吞噬活性、免疫细胞招募和炎症。相反，抑制孤儿GPCRs可能导致免疫反应受损或过度炎症。通过选择性激动剂与GPCRs结合，可以触发微妙的构象变化，从而实现特定下游通路的激活。

**当前啮齿动物模型的局限性**
将GPR37、GPR43、GPR81和GPR174在小鼠模型中的作用外推到人类时应谨慎。某些孤儿GPCRs（如GPR174）在免疫抑制中的作用在小鼠模型中难以观察。这一局限性在GPR81的研究中得到了进一步证实，其通过巨噬细胞介导的抗炎作用在免疫抑制阶段无法通过小鼠模型完全阐明[83]。

**结论与展望**
孤儿GPCRs通过转录、表观遗传和表观转录组机制调节免疫系统，从而影响啮齿动物模型中的败血症发病机制。首先，GPR37和GPR43的激活通过增强巨噬细胞介导的吞噬功能和促进适当的中性粒细胞招募来缓解小鼠模型中的败血症。这些发现得到了进一步的支持，研究表明代谢物可以诱导巨噬细胞吞噬功能的激活[153]。

**作者贡献声明**
王一冰：撰写——审稿与编辑、初稿撰写、监督、概念构思。林一宁：初稿撰写。

**利益冲突声明**
作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。

**致谢**
本研究得到了以下资助：中国上海高水平地方大学建设项目（资助王一冰）；上海体育大学运动与代谢健康前沿科学研究基地（资助王一冰）；上海体育大学的运动与公共卫生研究项目（0831）以及上海高等教育青年教师培训计划（资助王一冰）。