血管緊張素轉(zhuǎn)換酶2研究進(jìn)展

郭方君，葉 賽，胡龍龍，唐 良，楊人強(qiáng)

(南昌大學(xué)第二附屬醫(yī)院心內(nèi)科，南昌 330006)

腎素-血管緊張素系統(tǒng)(RAS)是一種體液調(diào)節(jié)系統(tǒng)，RAS的激活是心血管疾病發(fā)生發(fā)展的重要環(huán)節(jié)。經(jīng)典的RAS由一系列酶促反應(yīng)組成，最終產(chǎn)生血管緊張素Ⅱ(AngⅡ)。首先，血管緊張素原在腎素的酶切下生成AngⅠ；然后，血管緊張素轉(zhuǎn)換酶(ACE)水解AngⅠ成AngⅡ。AngⅡ作用于Ang Ⅱ1型受體(AT1R)和Ang Ⅱ2型受體(AT2R)，介導(dǎo)多種生物學(xué)功能[1]。Ang Ⅱ激活A(yù)T1R促進(jìn)血管收縮、炎癥效應(yīng)、水鹽的重吸收和氧化應(yīng)激等作用[2]。近年來，人們發(fā)現(xiàn)RAS的新成員血管緊張素轉(zhuǎn)換酶2(ACE2)，其與ACE的作用相反，具有保護(hù)性生物學(xué)意義[3]。隨著ACE2的發(fā)現(xiàn)及其功能的進(jìn)一步闡明，人們認(rèn)識到RAS比先前了解的更為復(fù)雜。本文就ACE2的功能特性及在疾病中的作用研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 ACE2概述

1.1 ACE2的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

早在2000年，研究學(xué)者[4-5]分別從心衰和淋巴瘤患者cDNA文庫中鑒定出ACE2，ACE2是第一個人類ACE的同源物，屬于鋅金屬蛋白酶，后來被證明是SARS-CoV的受體[6]。ACE2基因定位于X染色體，包含18個外顯子，其中幾個外顯子的大小與ACE的前17個外顯子相似。ACE2是由805個氨基酸組成的膜結(jié)合糖蛋白，包括細(xì)胞漿內(nèi)尾端、跨膜結(jié)構(gòu)域、含催化位點(diǎn)的細(xì)胞外結(jié)構(gòu)域和N端信號肽。ACE2的催化結(jié)構(gòu)域在氨基酸序列上與ACE有42%的相似性[4]。

1.2 ACE2的分布與功能

ACE2最初被認(rèn)為在心臟、腎臟和睪丸中表達(dá)，后來的研究發(fā)現(xiàn)其廣泛表達(dá)于各種器官系統(tǒng)，包括心血管、泌尿、呼吸和神經(jīng)系統(tǒng)，在這些器官系統(tǒng)中，它主要發(fā)揮維持心血管穩(wěn)態(tài)的作用。在液相色譜-質(zhì)譜法測定的126種生物多肽中，ACE2高效水解了3種多肽:血管緊張素、apelin-13和強(qiáng)啡肽(A1-13)[7-8]。ACE2水解AngⅠ羧基末端的亮氨酸生成九肽Ang(1-9)，后者可被ACE和中性內(nèi)肽酶水解生成七肽Ang(1-7)；ACE2還可將Ang Ⅱ直接水解為Ang(1-7)，但ACE2對AngⅡ的親和力約為AngⅠ的400倍[9]，故ACE2在體內(nèi)以水解AngⅡ為主。ACE2的活性不受ACE抑制劑(ACEI)如卡托普利和賴諾普利的影響[10]。ACE2除了對不同底物具有催化作用，它還是2019新型冠狀病毒(SARS-CoV-2)的受體[11]，感染人體，引發(fā)嚴(yán)重的呼吸系統(tǒng)疾病(圖1)。

注：↓表示ACE2結(jié)合SARS-COV-2 S蛋白后ACE2降低，↑表示ACE2結(jié)合S蛋白后AngⅡ升高。圖1 ACE2催化不同底物產(chǎn)生的心血管保護(hù)作用及其作為SARS-CoV-2 S蛋白的受體引發(fā)急性肺損傷

2 ACE2催化不同底物在心血管相關(guān)疾病中的保護(hù)作用

2.1 催化AngⅠ

在RAS中，ACE2可與ACE競爭性地作用于AngⅠ，使之催化生成Ang(1-9)并經(jīng)AT2R發(fā)揮作用[12]，AT2R激活后主要拮抗AngⅡ激活A(yù)T1R產(chǎn)生的作用，即抗細(xì)胞增殖、抗炎和舒張血管等功效。近幾年的研究發(fā)現(xiàn)Ang(1-9)激活A(yù)T2R對心血管產(chǎn)生的保護(hù)作用遠(yuǎn)不止這些。

Ang(1-9)通過AT2R改善肺動脈高壓。對成年雄性SD大鼠一次皮下注射野百合堿誘導(dǎo)的肺動脈高壓模型，通過微量泵泵入Ang(1-9)3周，壓力傳感器測量右心室收縮壓，發(fā)現(xiàn)應(yīng)用Ang(1-9)可降低右心室重量和收縮壓；免疫組化及馬松染色檢測發(fā)現(xiàn)Ang(1-9)可減輕大鼠肺動脈內(nèi)皮損傷、動脈中層肥厚及纖維化；此外，Ang(1-9)還可分別降低肺動脈高壓大鼠血漿炎癥因子和肺組織凋亡蛋白的表達(dá)，而Ang(1-9)對肺動脈高壓的保護(hù)作用被AT2R阻滯劑所阻滯[13]，這些結(jié)果表明，Ang(1-9)通過AT2R減少細(xì)胞凋亡和炎癥反應(yīng)，改善野百合堿誘導(dǎo)的肺動脈高壓。

Ang(1-9)通過AT2R抑制心肌缺血再灌注損傷。結(jié)扎成年SD大鼠心臟左前降支造成心肌梗死模型，經(jīng)滲透壓微量泵注射Ang(1-9)2周，超聲心動圖發(fā)現(xiàn)Ang(1-9)治療能減小左心室壁梗死面積，而與AT2R拮抗劑共給藥可阻斷保護(hù)作用，體外心肌細(xì)胞實驗也證明Ang(1-9)通過AT2R提高缺血/再灌注后心肌細(xì)胞存活率[14]。Ang(1-9)基因過表達(dá)可保留心肌梗死小鼠左室收縮功能，減少心臟性猝死，對小鼠離體心肌細(xì)胞檢測發(fā)現(xiàn)，Ang(1-9)依賴蛋白激酶A增加鈣離子的收縮振幅而增加心肌收縮力[15]，表明Ang(1-9)對心肌細(xì)胞具有正性肌力作用，Ang(1-9)基因治療是心肌梗死的一個潛在新策略。

2.2 催化AngⅡ

ACE2在人體內(nèi)以催化Ang Ⅱ為主，生成Ang(1-7)。Ang(1-7)的特異性受體是Mas[16]。RAS中的經(jīng)典路徑ACE-Ang Ⅱ-AT1R導(dǎo)致血管收縮、水鈉潴留、炎癥反應(yīng)、氧化應(yīng)激及心血管重構(gòu)等形成，而ACE2-Ang(1-7)-Mas受體通過拮抗前一路徑，發(fā)揮血管舒張、利鈉、利尿、抗炎、抗氧化應(yīng)激及抗心血管重構(gòu)等功效[17]。

2.2.1 舒張血管、調(diào)節(jié)血壓作用

RAS的過度激活是高血壓發(fā)病的一個主要因素。高血壓患者長時間的壓力負(fù)荷會引起心肌細(xì)胞肥大。動物實驗[18]表明，自發(fā)性高血壓大鼠心肌細(xì)胞的體積明顯變大，且排列相對紊亂，細(xì)胞間距變寬；心肌組織的ACE2和Ang(1-7)表達(dá)水平顯著降低，針刺大鼠“百會”“太沖”穴可升高ACE2和Ang(1-7)表達(dá)，有效降低血壓，減輕心肌肥厚。在兩腎一夾高血壓大鼠模型中，AT1R阻滯劑纈沙坦降低大鼠心臟ACE、升高ACE2表達(dá)水平，升高的ACE2將AngⅡ裂解為Ang(1-7)舒張血管，降低血壓[19]。給予ACE2激動劑DIZE 4周可減輕腎功能障礙，降低大鼠髓過氧化物酶和氨基葡萄糖苷酶活性，降低細(xì)胞因子、趨化因子和一氧化氮水平[20]。說明ACE2激動劑可以有效改善腎血管變性和高血壓引起的炎癥。

2.2.2 抗動脈粥樣硬化

ACE2催化AngⅡ生成Ang(1-7)在抗動脈粥樣硬化方面扮演重要作用。冠心病患者血漿中ACE2水平隨冠脈狹窄程度加重而升高，但其具體的作用機(jī)制卻不明確[21]。動物研究[22-23]表明，在ACE2基因敲除小鼠中，缺乏ACE2顯著增加AngⅡ誘導(dǎo)的小鼠主動脈內(nèi)徑和腎上腺主動脈外徑；相反，補(bǔ)充ACE2激動劑后小鼠血漿Ang(1-7)水平升高，血漿總膽固醇和極低密度脂蛋白含量降低，以及小鼠主動脈內(nèi)徑和腎上腺主動脈外徑減少約50%。說明ACE2的激活抑制了Ang Ⅱ誘導(dǎo)的腹主動脈瘤的形成和嚴(yán)重程度，表明ACE2在RAS活化的腹主動脈瘤患者藥物治療中是一個潛在的新靶點(diǎn)。Mas受體敲除小鼠通過增加氧化應(yīng)激、炎癥、凋亡機(jī)制增強(qiáng)了AngⅡ誘導(dǎo)的動脈粥樣硬化和腹主動脈瘤破裂[24]，提示激活Mas受體可能對動脈粥樣硬化及動脈瘤有治療作用。

2.2.3 抗心肌重構(gòu)

心肌重構(gòu)在冠心病的病理生理過程中起著重要作用。ACE2-Ang(1-7)-Mas受體軸可減輕心肌梗死后的心肌重構(gòu)和纖維化。結(jié)扎大鼠左冠狀動脈造成心肌梗死模型，給予AT1R阻滯劑替米沙坦和奧美沙坦后，與對照組相比，梗死大鼠心肌纖維蛋白沉積減少，血漿AngⅡ降低、Ang(1-7)升高，心肌組織ACE2、Mas受體、膠原Ⅰ、Ⅲ蛋白和mRNA表達(dá)水平明顯升高[25]。說明AT1R阻滯劑通過升高ACE2、Ang(1-7)、Mas受體的表達(dá)，降低循環(huán)AngⅡ表達(dá)，減少心肌梗死后膠原纖維沉積，從而改善心肌重構(gòu)。中醫(yī)中藥里，鹿紅顆粒也能顯著提高心肌梗死大鼠ACE2、Ang(1-7)水平，降低AngⅡ水平，從而抑制心室重構(gòu)、減輕心肌損傷[26]。

2.3 催化apelin亞型產(chǎn)生的作用

apelin亞型也是ACE2的催化底物。apelin作用的受體是APJ，apelin/APJ具有一定的心臟血管保護(hù)功效。apelin的前體在肽鏈內(nèi)切酶的作用下可被裂解為多種apelin活性片段，稱為apelin亞型。血漿中的apelin亞型以pyr-apelin-13、apelin-13和apelin-17為主，其中pyr-apelin-13與APJ受體的親和力最高[27]。

最新的研究[28]發(fā)現(xiàn)，ACE2活性增強(qiáng)不會顯著降低apelin亞型對心血管疾病的保護(hù)作用。該研究表明，ACE2降解apelin C端的苯丙氨酸殘基不是起生物活性的關(guān)鍵殘基，ACE2將pyr-apelin-13裂解成pyr-apelin13(1-12)，并且這種裂解產(chǎn)物在人類心血管組織中有表達(dá)，對APJ受體仍然具有親和力，故ACE2活性增強(qiáng)不會顯著降低apelin亞型對心血管疾病如肺動脈高壓的保護(hù)作用。

而體內(nèi)apelin是ACE2的正性調(diào)控因子。在apelin基因敲除小鼠心臟中，ACE2的mRNA和蛋白表達(dá)顯著下調(diào)，apelin治療后小鼠心臟中ACE2的表達(dá)水平和活性均明顯提高[29]。對apelin基因敲除小鼠輸注AngⅡ4周后，小鼠心臟出現(xiàn)嚴(yán)重的氧化應(yīng)激、病理性肥厚和心肌纖維化；而當(dāng)給予pyr-apelin-13后發(fā)現(xiàn)pyr-apelin-13通過激活內(nèi)皮型一氧化氮合酶磷酸化信號上調(diào)了ACE2水平、減少了超氧化物和肥厚及纖維化基因的表達(dá)，從而減輕了AngⅡ誘導(dǎo)的小鼠心肌肥厚、纖維化和功能障礙[30]。這些結(jié)果說明apelin正性調(diào)控ACE2起到心血管保護(hù)作用。

3 ACE2在急性肺損傷中的保護(hù)作用

肺組織RAS的激活可以通過多種機(jī)制如血管通透性的增加和肺泡上皮細(xì)胞的改變影響肺損傷的發(fā)病。ACE2在健康人和患者的肺中均有表達(dá)。在肺中，若RAS活性升高、ACE和Ang Ⅱ表達(dá)升高，ACE2活性也高度升高，拮抗ACE-AngⅡ-AT1R在急性肺損傷中的效應(yīng)，增強(qiáng)ACE2活性可能是治療急性肺損傷的新方法[31]。博來霉素誘導(dǎo)大鼠造成急性肺損傷模型中，經(jīng)尾靜脈注射移植攜帶ACE2的人臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞能有效降低急性肺損傷大鼠肺部中性粒細(xì)胞浸潤和總蛋白滲出，改善血管通透程度，降低肺組織中炎癥因子水平，從而減輕急性肺損傷大鼠病理損傷程度[32]。說明通過增加ACE2表達(dá)的治療方法能夠減輕大鼠急性肺損傷嚴(yán)重程度。

4 ACE2在2019新型冠狀病毒肺炎(COVID-19)中的作用

與SARS-CoV類似，SARS-CoV-2感染會導(dǎo)致嚴(yán)重呼吸道疾病[33]。SARS-CoV-2和SARS-CoV都通過相同的受體ACE2來感染細(xì)胞，ACE2結(jié)合冠狀病毒刺突蛋白(S蛋白)，參與病毒的感染和復(fù)制[6,11]。SARS-CoV S蛋白結(jié)合細(xì)胞表面ACE2，降低ACE2表達(dá)，促進(jìn)肺損傷[34]。如前述ACE2能保護(hù)小鼠急性肺損傷。病毒S蛋白與ACE2的結(jié)合是至關(guān)重要的，S蛋白與ACE2結(jié)合后ACE的水平未受影響，導(dǎo)致Ang Ⅱ水平上升，過度激活肺部RAS系統(tǒng)，進(jìn)而導(dǎo)致急性肺損傷出現(xiàn)。說明冠狀病毒的感染破壞了ACE/ACE2的平衡，使得ACE占主導(dǎo)作用，這或許是病毒導(dǎo)致ARDS的一個機(jī)制。通過補(bǔ)償ACE2平衡ACE/ACE2功能可能是緩解病毒所致嚴(yán)重肺損傷的一種方法。最近的研究[35-36]發(fā)現(xiàn)COVID-19患者的血漿Ang Ⅱ水平明顯高于健康人，且COVID-19患者Ang Ⅱ與病毒載量和肺損傷密切相關(guān)。提示RAS失衡是由SARS-CoV-2所致，血管緊張素受體阻滯劑(ARB)和血管緊張素轉(zhuǎn)換酶抑制劑(ACEI)可平衡RAS，可能有助于治療COVID-19患者。

5 總結(jié)與展望

綜上所述，ACE2通過降解AngⅠ、Ang Ⅱ、apelin亞型，參與ACE2-Ang(1-9)-AT2R、ACE2-Ang(1-7)-Mas受體、以及ACE2-Pyr-apelin-13(1-12)-APJ受體軸對抗經(jīng)典的ACE-AngⅡ-AT1R信號軸，在抗炎癥反應(yīng)、血管收縮、肺動脈高壓、動脈粥樣硬化、心肌重構(gòu)等方面起到心血管保護(hù)作用。同時，ACE2結(jié)合SARS-COV-2 S蛋白，降低ACE2、升高Ang Ⅱ水平，破壞RAS的平衡，這是引發(fā)急性肺損傷的一個機(jī)制，也很有可能是成為心血管相關(guān)疾病加重的誘因，因為ACE2的水平下降，其對心血管的保護(hù)作用也會下降。經(jīng)典的RAS干預(yù)藥ACEI、ARB已在心血管疾病治療中得到廣泛應(yīng)用，研究者或許可以在這些信號軸上進(jìn)行干預(yù)，研究出提高ACE2活性的ACE2激動劑，開發(fā)AT2R、Mas受體、APJ受體激動劑，增強(qiáng)ACE2的保護(hù)作用，或許是治療心血管相關(guān)疾病患者的新思路。針對ACE2參與COVID-19發(fā)生，或許可以研發(fā)S蛋白的抗體、ACE2拮抗劑，破壞ACE2與SARS-CoV-2的結(jié)合；病毒感染人體后，是否可以應(yīng)用ACEI、ARB拮抗Ang Ⅱ過度激活RAS，緩解病毒造成的急性肺損傷，同時對伴有心血管相關(guān)疾病患者獲益?