血管紧张素转换酶2研究进展

郭方君，叶 赛，胡龙龙，唐 良，杨人强

(南昌大学第二附属医院心内科，南昌 330006)

肾素-血管紧张素系统(RAS)是一种体液调节系统，RAS的激活是心血管疾病发生发展的重要环节。经典的RAS由一系列酶促反应组成，最终产生血管紧张素Ⅱ(AngⅡ)。首先，血管紧张素原在肾素的酶切下生成AngⅠ；然后，血管紧张素转换酶(ACE)水解AngⅠ成AngⅡ。AngⅡ作用于Ang Ⅱ1型受体(AT1R)和Ang Ⅱ2型受体(AT2R)，介导多种生物学功能[1]。Ang Ⅱ激活AT1R促进血管收缩、炎症效应、水盐的重吸收和氧化应激等作用[2]。近年来，人们发现RAS的新成员血管紧张素转换酶2(ACE2)，其与ACE的作用相反，具有保护性生物学意义[3]。随着ACE2的发现及其功能的进一步阐明，人们认识到RAS比先前了解的更为复杂。本文就ACE2的功能特性及在疾病中的作用研究进展进行综述。

1 ACE2概述

1.1 ACE2的结构特点

早在2000年，研究学者[4-5]分别从心衰和淋巴瘤患者cDNA文库中鉴定出ACE2，ACE2是第一个人类ACE的同源物，属于锌金属蛋白酶，后来被证明是SARS-CoV的受体[6]。ACE2基因定位于X染色体，包含18个外显子，其中几个外显子的大小与ACE的前17个外显子相似。ACE2是由805个氨基酸组成的膜结合糖蛋白，包括细胞浆内尾端、跨膜结构域、含催化位点的细胞外结构域和N端信号肽。ACE2的催化结构域在氨基酸序列上与ACE有42%的相似性[4]。

1.2 ACE2的分布与功能

ACE2最初被认为在心脏、肾脏和睾丸中表达，后来的研究发现其广泛表达于各种器官系统，包括心血管、泌尿、呼吸和神经系统，在这些器官系统中，它主要发挥维持心血管稳态的作用。在液相色谱-质谱法测定的126种生物多肽中，ACE2高效水解了3种多肽:血管紧张素、apelin-13和强啡肽(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和中性内肽酶水解生成七肽Ang(1-7)；ACE2还可将Ang Ⅱ直接水解为Ang(1-7)，但ACE2对AngⅡ的亲和力约为AngⅠ的400倍[9]，故ACE2在体内以水解AngⅡ为主。ACE2的活性不受ACE抑制剂(ACEI)如卡托普利和赖诺普利的影响[10]。ACE2除了对不同底物具有催化作用，它还是2019新型冠状病毒(SARS-CoV-2)的受体[11]，感染人体，引发严重的呼吸系统疾病(图1)。

注：↓表示ACE2结合SARS-COV-2 S蛋白后ACE2降低，↑表示ACE2结合S蛋白后AngⅡ升高。图1 ACE2催化不同底物产生的心血管保护作用及其作为SARS-CoV-2 S蛋白的受体引发急性肺损伤

2 ACE2催化不同底物在心血管相关疾病中的保护作用

2.1 催化AngⅠ

在RAS中，ACE2可与ACE竞争性地作用于AngⅠ，使之催化生成Ang(1-9)并经AT2R发挥作用[12]，AT2R激活后主要拮抗AngⅡ激活AT1R产生的作用，即抗细胞增殖、抗炎和舒张血管等功效。近几年的研究发现Ang(1-9)激活AT2R对心血管产生的保护作用远不止这些。

Ang(1-9)通过AT2R改善肺动脉高压。对成年雄性SD大鼠一次皮下注射野百合碱诱导的肺动脉高压模型，通过微量泵泵入Ang(1-9)3周，压力传感器测量右心室收缩压，发现应用Ang(1-9)可降低右心室重量和收缩压；免疫组化及马松染色检测发现Ang(1-9)可减轻大鼠肺动脉内皮损伤、动脉中层肥厚及纤维化；此外，Ang(1-9)还可分别降低肺动脉高压大鼠血浆炎症因子和肺组织凋亡蛋白的表达，而Ang(1-9)对肺动脉高压的保护作用被AT2R阻滞剂所阻滞[13]，这些结果表明，Ang(1-9)通过AT2R减少细胞凋亡和炎症反应，改善野百合碱诱导的肺动脉高压。

Ang(1-9)通过AT2R抑制心肌缺血再灌注损伤。结扎成年SD大鼠心脏左前降支造成心肌梗死模型，经渗透压微量泵注射Ang(1-9)2周，超声心动图发现Ang(1-9)治疗能减小左心室壁梗死面积，而与AT2R拮抗剂共给药可阻断保护作用，体外心肌细胞实验也证明Ang(1-9)通过AT2R提高缺血/再灌注后心肌细胞存活率[14]。Ang(1-9)基因过表达可保留心肌梗死小鼠左室收缩功能，减少心脏性猝死，对小鼠离体心肌细胞检测发现，Ang(1-9)依赖蛋白激酶A增加钙离子的收缩振幅而增加心肌收缩力[15]，表明Ang(1-9)对心肌细胞具有正性肌力作用，Ang(1-9)基因治疗是心肌梗死的一个潜在新策略。

2.2 催化AngⅡ

ACE2在人体内以催化Ang Ⅱ为主，生成Ang(1-7)。Ang(1-7)的特异性受体是Mas[16]。RAS中的经典路径ACE-Ang Ⅱ-AT1R导致血管收缩、水钠潴留、炎症反应、氧化应激及心血管重构等形成，而ACE2-Ang(1-7)-Mas受体通过拮抗前一路径，发挥血管舒张、利钠、利尿、抗炎、抗氧化应激及抗心血管重构等功效[17]。

2.2.1 舒张血管、调节血压作用

RAS的过度激活是高血压发病的一个主要因素。高血压患者长时间的压力负荷会引起心肌细胞肥大。动物实验[18]表明，自发性高血压大鼠心肌细胞的体积明显变大，且排列相对紊乱，细胞间距变宽；心肌组织的ACE2和Ang(1-7)表达水平显著降低，针刺大鼠“百会”“太冲”穴可升高ACE2和Ang(1-7)表达，有效降低血压，减轻心肌肥厚。在两肾一夹高血压大鼠模型中，AT1R阻滞剂缬沙坦降低大鼠心脏ACE、升高ACE2表达水平，升高的ACE2将AngⅡ裂解为Ang(1-7)舒张血管，降低血压[19]。给予ACE2激动剂DIZE 4周可减轻肾功能障碍，降低大鼠髓过氧化物酶和氨基葡萄糖苷酶活性，降低细胞因子、趋化因子和一氧化氮水平[20]。说明ACE2激动剂可以有效改善肾血管变性和高血压引起的炎症。

2.2.2 抗动脉粥样硬化

ACE2催化AngⅡ生成Ang(1-7)在抗动脉粥样硬化方面扮演重要作用。冠心病患者血浆中ACE2水平随冠脉狭窄程度加重而升高，但其具体的作用机制却不明确[21]。动物研究[22-23]表明，在ACE2基因敲除小鼠中，缺乏ACE2显著增加AngⅡ诱导的小鼠主动脉内径和肾上腺主动脉外径；相反，补充ACE2激动剂后小鼠血浆Ang(1-7)水平升高，血浆总胆固醇和极低密度脂蛋白含量降低，以及小鼠主动脉内径和肾上腺主动脉外径减少约50%。说明ACE2的激活抑制了Ang Ⅱ诱导的腹主动脉瘤的形成和严重程度，表明ACE2在RAS活化的腹主动脉瘤患者药物治疗中是一个潜在的新靶点。Mas受体敲除小鼠通过增加氧化应激、炎症、凋亡机制增强了AngⅡ诱导的动脉粥样硬化和腹主动脉瘤破裂[24]，提示激活Mas受体可能对动脉粥样硬化及动脉瘤有治疗作用。

2.2.3 抗心肌重构

心肌重构在冠心病的病理生理过程中起着重要作用。ACE2-Ang(1-7)-Mas受体轴可减轻心肌梗死后的心肌重构和纤维化。结扎大鼠左冠状动脉造成心肌梗死模型，给予AT1R阻滞剂替米沙坦和奥美沙坦后，与对照组相比，梗死大鼠心肌纤维蛋白沉积减少，血浆AngⅡ降低、Ang(1-7)升高，心肌组织ACE2、Mas受体、胶原Ⅰ、Ⅲ蛋白和mRNA表达水平明显升高[25]。说明AT1R阻滞剂通过升高ACE2、Ang(1-7)、Mas受体的表达，降低循环AngⅡ表达，减少心肌梗死后胶原纤维沉积，从而改善心肌重构。中医中药里，鹿红颗粒也能显著提高心肌梗死大鼠ACE2、Ang(1-7)水平，降低AngⅡ水平，从而抑制心室重构、减轻心肌损伤[26]。

2.3 催化apelin亚型产生的作用

apelin亚型也是ACE2的催化底物。apelin作用的受体是APJ，apelin/APJ具有一定的心脏血管保护功效。apelin的前体在肽链内切酶的作用下可被裂解为多种apelin活性片段，称为apelin亚型。血浆中的apelin亚型以pyr-apelin-13、apelin-13和apelin-17为主，其中pyr-apelin-13与APJ受体的亲和力最高[27]。

最新的研究[28]发现，ACE2活性增强不会显著降低apelin亚型对心血管疾病的保护作用。该研究表明，ACE2降解apelin C端的苯丙氨酸残基不是起生物活性的关键残基，ACE2将pyr-apelin-13裂解成pyr-apelin13(1-12)，并且这种裂解产物在人类心血管组织中有表达，对APJ受体仍然具有亲和力，故ACE2活性增强不会显著降低apelin亚型对心血管疾病如肺动脉高压的保护作用。

而体内apelin是ACE2的正性调控因子。在apelin基因敲除小鼠心脏中，ACE2的mRNA和蛋白表达显著下调，apelin治疗后小鼠心脏中ACE2的表达水平和活性均明显提高[29]。对apelin基因敲除小鼠输注AngⅡ4周后，小鼠心脏出现严重的氧化应激、病理性肥厚和心肌纤维化；而当给予pyr-apelin-13后发现pyr-apelin-13通过激活内皮型一氧化氮合酶磷酸化信号上调了ACE2水平、减少了超氧化物和肥厚及纤维化基因的表达，从而减轻了AngⅡ诱导的小鼠心肌肥厚、纤维化和功能障碍[30]。这些结果说明apelin正性调控ACE2起到心血管保护作用。

3 ACE2在急性肺损伤中的保护作用

肺组织RAS的激活可以通过多种机制如血管通透性的增加和肺泡上皮细胞的改变影响肺损伤的发病。ACE2在健康人和患者的肺中均有表达。在肺中，若RAS活性升高、ACE和Ang Ⅱ表达升高，ACE2活性也高度升高，拮抗ACE-AngⅡ-AT1R在急性肺损伤中的效应，增强ACE2活性可能是治疗急性肺损伤的新方法[31]。博来霉素诱导大鼠造成急性肺损伤模型中，经尾静脉注射移植携带ACE2的人脐带间充质干细胞能有效降低急性肺损伤大鼠肺部中性粒细胞浸润和总蛋白渗出，改善血管通透程度，降低肺组织中炎症因子水平，从而减轻急性肺损伤大鼠病理损伤程度[32]。说明通过增加ACE2表达的治疗方法能够减轻大鼠急性肺损伤严重程度。

4 ACE2在2019新型冠状病毒肺炎(COVID-19)中的作用

与SARS-CoV类似，SARS-CoV-2感染会导致严重呼吸道疾病[33]。SARS-CoV-2和SARS-CoV都通过相同的受体ACE2来感染细胞，ACE2结合冠状病毒刺突蛋白(S蛋白)，参与病毒的感染和复制[6,11]。SARS-CoV S蛋白结合细胞表面ACE2，降低ACE2表达，促进肺损伤[34]。如前述ACE2能保护小鼠急性肺损伤。病毒S蛋白与ACE2的结合是至关重要的，S蛋白与ACE2结合后ACE的水平未受影响，导致Ang Ⅱ水平上升，过度激活肺部RAS系统，进而导致急性肺损伤出现。说明冠状病毒的感染破坏了ACE/ACE2的平衡，使得ACE占主导作用，这或许是病毒导致ARDS的一个机制。通过补偿ACE2平衡ACE/ACE2功能可能是缓解病毒所致严重肺损伤的一种方法。最近的研究[35-36]发现COVID-19患者的血浆Ang Ⅱ水平明显高于健康人，且COVID-19患者Ang Ⅱ与病毒载量和肺损伤密切相关。提示RAS失衡是由SARS-CoV-2所致，血管紧张素受体阻滞剂(ARB)和血管紧张素转换酶抑制剂(ACEI)可平衡RAS，可能有助于治疗COVID-19患者。

5 总结与展望

综上所述，ACE2通过降解AngⅠ、Ang Ⅱ、apelin亚型，参与ACE2-Ang(1-9)-AT2R、ACE2-Ang(1-7)-Mas受体、以及ACE2-Pyr-apelin-13(1-12)-APJ受体轴对抗经典的ACE-AngⅡ-AT1R信号轴，在抗炎症反应、血管收缩、肺动脉高压、动脉粥样硬化、心肌重构等方面起到心血管保护作用。同时，ACE2结合SARS-COV-2 S蛋白，降低ACE2、升高Ang Ⅱ水平，破坏RAS的平衡，这是引发急性肺损伤的一个机制，也很有可能是成为心血管相关疾病加重的诱因，因为ACE2的水平下降，其对心血管的保护作用也会下降。经典的RAS干预药ACEI、ARB已在心血管疾病治疗中得到广泛应用，研究者或许可以在这些信号轴上进行干预，研究出提高ACE2活性的ACE2激动剂，开发AT2R、Mas受体、APJ受体激动剂，增强ACE2的保护作用，或许是治疗心血管相关疾病患者的新思路。针对ACE2参与COVID-19发生，或许可以研发S蛋白的抗体、ACE2拮抗剂，破坏ACE2与SARS-CoV-2的结合；病毒感染人体后，是否可以应用ACEI、ARB拮抗Ang Ⅱ过度激活RAS，缓解病毒造成的急性肺损伤，同时对伴有心血管相关疾病患者获益?