ACE在皮膚組織損傷修復(fù)與再生中作用的研究

[摘要]血管緊張素轉(zhuǎn)化酶(angiotensin-converting enzyme， ACE)是腎素-血管緊張素系統(tǒng)(renin-angiotensin system， RAS)激活過程中的關(guān)鍵性限速酶之一，可催化血管緊張素Ⅰ水解生成RAS最重要的活性產(chǎn)物血管緊張素Ⅱ。ACE也可使具有擴(kuò)張血管反應(yīng)的緩激肽生成苯丙-精二肽，還可直接作用于腎上腺皮質(zhì)促進(jìn)醛固酮分泌。近年來發(fā)現(xiàn)ACE除了降解血管緊張素I和緩激肽外，還能降解其它產(chǎn)物如:β-內(nèi)啡肽、P物質(zhì)、Ac-SDPK等。同時(shí)，ACE和中性內(nèi)肽酶(neutral endopeptidase，NEP)作為終止皮膚神經(jīng)-內(nèi)分泌介質(zhì)作用的關(guān)鍵酶可調(diào)控皮膚細(xì)胞的存活、創(chuàng)傷愈合和組織再生。本文主要闡述近年來有關(guān)ACE及其底物在皮膚組織損傷修復(fù)與再生中作用的相關(guān)研究。

[關(guān)鍵詞]血管緊張素轉(zhuǎn)化酶;創(chuàng)傷愈合;緩激肽;P物質(zhì);內(nèi)啡肽

[中圖分類號(hào)]Q813.1[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A[文章編號(hào)]1008-6455(2010)08-1256-03

Potential role of angiotensin-converting enzyme in wound repair and regeneration

LI Sheng-hong1，LIU Hong-wei1，CHENG Biao2

(1.The First Affiliated Hospital of Jinan University，Key Laboratory for Regenerative Medicine，Ministry of Education，Guangzhou 510630，Guangdong，China; 2.Department of Plastic Surgery，Guangzhou General Hospital of PLA，Guangzhou 510010，Guangdong，China)

Abstract: Angiotensin-converting enzyme (ACE) is a key component of renin-angiotensin system (RAS).It converts angiotensin I (Ang I) into angiotensin II (Ang II)， a pluripotent signaling peptide.In contrast to renin， another key enzyme of RAS， ACE is more promiscuous in its substrate specificity.Angiotensin I and bradykinin are well-known physiological substrates， whereas ACE also cleaves substance P，AcSDKP，β-endorphins，and several other peptides.Perhaps because of this variety of substrates，ACE affects many physiological processes including blood pressure， hematopoiesis，and fertility.Recently，a large number of studies have revealed that ACE is involved in skin function.ACE appears to be a critical regulator in controlling cutaneous inflammatory response，as well as affecting pigmentation，cell survival and tissue regeneration.Emerging evidence has suggested that ACE plays a role in the context of stem cell regulation.This review mainly summarized the evidences for the potential role of angiotensin-converting enzyme in wound repair and regeneration.

Key words: angiotensin-converting enzyme;wound healing;bradykinin;substance P;endorphins

1ACE簡介

血管緊張素轉(zhuǎn)化酶(angiotensin-converting enzyme， ACE)是由Leonard T. Skeggs于1954 年從馬血漿中首先發(fā)現(xiàn)的一種含鋅的金屬肽酶[1]，又名激肽酶Ⅱ，系統(tǒng)命名為肽酰二肽水解酶(EC， 3-4-15-1)。此酶能催化血管緊張素Ⅰ (angiotensin，Ang I)水解去掉羧基端二肽生成具有血管收縮作用的血管緊張素Ⅱ(angiotensin II，Ang II)。ACE在人體廣泛分布，通常以三種形式存在，是一個(gè)基因的不同剪接產(chǎn)物。異構(gòu)體Ⅰ在組織中普遍存在，稱為體細(xì)胞 ACE(somatic ACE，sACE);異構(gòu)體Ⅱ和異構(gòu)體Ⅲ表達(dá)于睪丸組織和成熟的精子細(xì)胞中，稱為睪丸ACE(testic ACE，tACE)。

ACE是腎素-血管緊張素系統(tǒng)(renin-angiotensin system，RAS)的關(guān)鍵酶，通過內(nèi)分泌、自分泌及旁分泌在全身和局部發(fā)揮作用，主要作用于Ang I的羧基末端，脫去組氨酰亮氨酸，生成具有八肽的Ang II。ACE同時(shí)又是激肽酶Ⅱ，可以促進(jìn)緩激肽的降解，主要降解緩激肽羧基末端的苯丙氨酰精氨酸，使之失去活性，抑制緩激肽引起的血管擴(kuò)張作用。

2ACE的其它相關(guān)底物

ACE是一種細(xì)胞外酶，可以將十肽的Ang I降解為八肽的Ang II。傳統(tǒng)的觀念認(rèn)為ACE水解主要為Ang I和緩激肽的C末端的二肽，是一種二肽羧基肽酶，而近期的研究對(duì)ACE的特異性有了新的認(rèn)識(shí)[1]:①ACE能水解酰胺化肽如P物質(zhì)和K物質(zhì);②以P物質(zhì)、脫精氨酸緩激肽(des-Arg9-BK)和促性腺激素釋放激素(LH-RH)為底物時(shí)，ACE具有三肽羧基肽酶的活性;③以封閉N末端的LH-RH為底物時(shí)，ACE呈現(xiàn)三肽氨基肽酶活性。因此ACE具有多種活性底物，可以降解多種底物，如降解P物質(zhì)、緩激肽(BK)、內(nèi)啡肽、縮膽囊素、Ac-SDKP (N-acetyl-seryl-aspartyl-lysyl-proline)、神經(jīng)降壓肽等[2]，并非傳統(tǒng)的認(rèn)為僅作用于Ang I。

3ACE與皮膚損傷修復(fù)及再生

ACE是RAS激活過程中的關(guān)鍵性限速酶，已被發(fā)現(xiàn)存在于表皮的角質(zhì)形成細(xì)胞的胞膜[3-4]。ACE抑制劑已被作為一線抗高血壓藥物，廣泛應(yīng)用于心血管疾病的治療，然而各種ACE抑制劑50%的副反應(yīng)發(fā)生在皮膚。已有報(bào)道ACE抑制劑可導(dǎo)致毛囊干細(xì)胞功能障礙和脫發(fā)，ACE可通過調(diào)節(jié)與創(chuàng)傷修復(fù)有關(guān)物質(zhì)的濃度來影響皮膚的損傷修復(fù)與再生[5]。ACE和中性內(nèi)肽酶(neutral endopeptidase，NEP)作為終止皮膚神經(jīng)-內(nèi)分泌介質(zhì)作用的關(guān)鍵酶可調(diào)控皮膚細(xì)胞的存活、創(chuàng)傷愈合和組織再生[6]。在創(chuàng)傷的角質(zhì)形成細(xì)胞單層中，ACE mRNA的表達(dá)迅速增加，在創(chuàng)傷后第三個(gè)月，仍能在人的瘢痕組織中發(fā)現(xiàn)ACE mRNA表達(dá)持續(xù)增加[7]。許多研究表明，ACE的上調(diào)會(huì)影響纖維化的重塑過程。這一點(diǎn)在心血管系統(tǒng)的病理改變中已經(jīng)得到證實(shí)。為了解ACE與皮膚纖維化疾病如增生性瘢痕、瘢痕疙瘩形成的關(guān)系，Morihara等分別選取了10例正常皮膚傷后愈合的標(biāo)本、14例增生性瘢痕或瘢痕疙瘩標(biāo)本，以及正常皮膚組織標(biāo)本15例進(jìn)行對(duì)比性研究。采用高壓液相色譜儀檢測(cè)各標(biāo)本中的ACE的活性，用免疫組化法定位組織中的ACE。研究表明，病理性瘢痕組織中的ACE活性明顯高于正常皮膚組織，也高于正常愈合的皮膚組織。提示:ACE的上調(diào)，不僅影響心血管的纖維化，而且也影響皮膚病理性瘢痕的形成。

在人胚胎皮膚已經(jīng)發(fā)現(xiàn)ACE在皮膚表皮分化形成過程中發(fā)揮著重要作用，現(xiàn)已證明[2]在人類11周齡的胚胎中，盡管此時(shí)的表皮僅有兩三個(gè)細(xì)胞層，但發(fā)現(xiàn)表皮中已有ACE的表達(dá)，ACE可以促進(jìn)人類胚胎表皮成熟過程中的細(xì)胞有絲分裂。而在成熟的人類表皮中，ACE僅表達(dá)于表皮的基底細(xì)胞層，可能與基底細(xì)胞層的表皮細(xì)胞的不斷更新有關(guān)。

盡管ACE在皮膚組織自我更新及皮膚損傷修復(fù)中的分子機(jī)制尚不清楚，但這些研究提示:在人的皮膚組織表達(dá)ACE，其在皮膚組織自我更新、損傷修復(fù)與再生過程中發(fā)揮著重要的作用。

4ACE的相關(guān)底物及其在皮膚損傷修復(fù)與再生中的作用

4.1 Ang II在皮膚損傷修復(fù)中的作用:Ang II是ACE的最主要的催化產(chǎn)物，也是RAS中最重要的活性產(chǎn)物。業(yè)已證明，皮膚是Ang II的靶器官之一，Ang II在諸多層面參與皮膚組織的自我更新和損傷修復(fù)。這部分內(nèi)容筆者已在有關(guān)文獻(xiàn)[8]中詳述。

4.2 ACE的其它相關(guān)底物及其在皮膚損傷修復(fù)與再生中的作用:近年來發(fā)現(xiàn)ACE除了能夠降解Ang I外，還能作用于緩激肽(BK) 、P物質(zhì)，Ac-SDKP、內(nèi)啡肽、β-淀粉樣蛋白、神經(jīng)降壓肽等[9]，可能通過調(diào)節(jié)這些重要活性物質(zhì)的含量而在皮膚組織損傷修復(fù)中發(fā)揮作用。

4.2.1 緩激肽:緩激肽(bradykinin， BK)是一種九肽物。ACE可以降解BK成無活性的片段，主要作用于BK C-末端的兩個(gè)二肽而失活，ACE降解BK的作用甚至比降解Ang I更為容易，Ng和Vane發(fā)現(xiàn)BK在肺內(nèi)的滅活和將Ang I轉(zhuǎn)化為Ang II的酶是同一種酶，即ACE的作用[1]。

BK具有強(qiáng)大的舒血管作用，能夠刺激內(nèi)皮產(chǎn)生一氧化氮，前列環(huán)素等舒血管物質(zhì)。組織損傷時(shí)會(huì)釋放BK，產(chǎn)生炎性痛和痛敏。BK降解產(chǎn)生的脫精氨酸BK(des-Arg9-BK)刺激初級(jí)傳入神經(jīng)元，并致痛敏。BK作為皮膚中一種重要的炎癥介質(zhì)，當(dāng)皮膚受到傷害性刺激時(shí)，它可以被激活或提高皮膚中傷害性刺激受體的敏感性。Mayer等[10]的研究發(fā)現(xiàn)在皮膚受到傷害時(shí)，皮膚中的BK系統(tǒng)被環(huán)氧化物酶激活，刺激皮膚合成和釋放PGE2，從而參與皮膚的損傷過程。另外，在大鼠皮膚組織中已經(jīng)證實(shí)BK和組胺相互作用參與皮膚的瘙癢等異常感覺的形成[11]。

ACE和NEP在BK的降解中有著非常重要的作用。Ryan在1994年就報(bào)道在內(nèi)皮中ACE和NEP可以抑制BK的生物活性，在內(nèi)皮中ACE和NEP可以將BK等多肽物質(zhì)降解為脫精氨酸的多肽片段，即脫精氨酸BK(des-Arg9-BK)，尤其是ACE在BK等多肽類物質(zhì)的降解中發(fā)揮著特別重要的作用[12]。有越來越多的證據(jù)證實(shí)ACE抑制劑在臨床上的應(yīng)用所發(fā)揮的作用很大程度上歸功于BK降解減少。

4.2.2 P物質(zhì):P物質(zhì)(SP)是中樞和外周神經(jīng)系統(tǒng)潛在的神經(jīng)遞質(zhì)，在皮膚中也有表達(dá)[13]。當(dāng)皮膚受到化學(xué)、物理損傷，紫外線照射等有害刺激時(shí)，可以促進(jìn)P物質(zhì)的釋放。研究證實(shí)SP可上調(diào)成纖維細(xì)胞表達(dá)神經(jīng)肽，誘導(dǎo)成纖維細(xì)胞表達(dá)生長因子及其受體，調(diào)控表皮干細(xì)胞遷移、分化，促進(jìn)進(jìn)入肉芽組織內(nèi)的表皮干細(xì)胞跨胚層向血管內(nèi)皮細(xì)胞和成纖維細(xì)胞分化。

SP作為ACE的重要底物可能是ACE調(diào)控皮膚損傷修復(fù)的作用模式之一。進(jìn)一步研究ACE在創(chuàng)傷修復(fù)過程中表達(dá)的時(shí)空變化，及其與SP之間的相互作用對(duì)于闡明ACE在創(chuàng)傷修復(fù)中的作用和機(jī)制有重要意義。

4.2.3 Ac-SDKP:Ac-SDKP是1989年首次從胎牛骨髓中提取的一種四肽，廣泛存在于血液和組織中。Ac-SDKP是一種具有抑制造血干細(xì)胞分化的強(qiáng)大抑制劑，同時(shí)也具有抗纖維化作用，主要被ACE降解。Ac-SDKP在體內(nèi)具有抑制纖維母細(xì)胞分化增殖和膠原合成的作用，在正常的條件下Ac-SDKP參與人體內(nèi)膠原含量的調(diào)節(jié)，阻止器官膠原沉積[14]。同時(shí)也證實(shí)Ang II可以降低Ac-SDKP的基礎(chǔ)水平，增加膠原細(xì)胞的含量，這種情況可能是Ac-SDKP的負(fù)反饋調(diào)節(jié)作用所致。因膠原代謝在皮膚創(chuàng)傷組織的修復(fù)中起重要作用，創(chuàng)傷后膠原構(gòu)成的重組對(duì)于正常化皮膚組織的功能非常重要。因此ACE對(duì)Ac-SDKP的降解，可能也是ACE調(diào)控皮膚損傷修復(fù)過程的方式之一。

最近人們認(rèn)識(shí)到造血干細(xì)胞參與了皮膚損傷修復(fù)過程中的上皮化、血管再生和肉芽組織形成，在組織修復(fù)與再生過程中起重要作用。研究表明[15]Ac-SDKP是一種生理性造血細(xì)胞生長抑制因子，作為一種負(fù)性調(diào)控因子，Ac-SDKP具有抑制造血干細(xì)胞生長的生物學(xué)功能，并且對(duì)其他細(xì)胞有生長抑制作用，ACE也有可能通過降解Ac-SDKP，調(diào)節(jié)造血干細(xì)胞的生物學(xué)功能，從而參與皮膚創(chuàng)傷修復(fù)。

4.2.4 內(nèi)啡肽:內(nèi)啡肽(endorphin)亦稱安多芬或腦內(nèi)啡，于1975年發(fā)現(xiàn)，是一種由腦下垂體和脊椎動(dòng)物的丘腦下部所分泌的氨基化合物[16]。研究表明:在體外培養(yǎng)的皮膚細(xì)胞包括角質(zhì)形成細(xì)胞、黑色素細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞、成纖維細(xì)胞和脂肪細(xì)胞中均有內(nèi)啡肽及其特異性受體的表達(dá)[17]。最近我們?cè)诖笫笃つw燒傷模型中發(fā)現(xiàn):燒傷愈合過程中β-內(nèi)啡肽和μ型-阿片受體的表達(dá)具有一定的時(shí)空特性[18]，這種時(shí)空表達(dá)規(guī)律可能造成包括角質(zhì)形成細(xì)胞、成纖維細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞和炎癥細(xì)胞在內(nèi)的許多細(xì)胞表型發(fā)生改變，從而參與組織的創(chuàng)傷修復(fù)與再生的活動(dòng)。當(dāng)創(chuàng)傷愈合形成瘢痕組織時(shí)，特別是在增生性瘢痕和瘢痕疙瘩組織表皮和真皮層中出現(xiàn)廣泛游離的阿片肽類物質(zhì)，即阿片受體各亞型在人正常皮膚與增生性瘢痕組織中的表達(dá)具有不同的分布特征，它們可能是在造成瘢痕愈合后感覺異常的重要因素[16]。在皮膚局部組織形成的內(nèi)啡肽在免疫反應(yīng)、組織修復(fù)、色素代謝等方面發(fā)揮重要作用[19]。它們能夠調(diào)節(jié)皮膚朗格漢斯細(xì)胞的功能，能引起皮膚中的肥大細(xì)胞釋放組胺，與皮膚瘙癢的形成有關(guān)。角質(zhì)形成細(xì)胞分泌的β-內(nèi)啡肽能夠刺激體外培養(yǎng)的表皮角質(zhì)細(xì)胞伸展、直徑變大，促進(jìn)其生長、遷移、分化及細(xì)胞因子的產(chǎn)生。β-內(nèi)啡肽在組織修復(fù)過程中還有調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)的作用。

盡管研究表明皮膚是內(nèi)啡肽和ACE產(chǎn)生的場(chǎng)所以及參與各種病理生理活動(dòng)的作用位點(diǎn)，同時(shí)內(nèi)啡肽也是ACE作用的底物，但它們之間的相互作用對(duì)皮膚損傷修復(fù)產(chǎn)生的影響仍有待于進(jìn)一步闡明。

4.2.5 ACE與干細(xì)胞的關(guān)系:最近一些研究證據(jù)提示ACE在干細(xì)胞的調(diào)節(jié)中發(fā)揮著重要的作用。Jokubaitis報(bào)道[20]ACE是人類胚胎，胎兒和成人造血組織的標(biāo)記物，在調(diào)節(jié)造血干細(xì)胞發(fā)育的過程中發(fā)揮重要作用。在小鼠的研究中已經(jīng)證實(shí)抑制ACE的活性可導(dǎo)致造血干細(xì)胞的分化降低。

β1-整粘蛋白，K19和P63目前被用作表皮干細(xì)胞的標(biāo)記物，它們的表達(dá)大部分定位于表皮基地層的角質(zhì)形成細(xì)胞，在人類胚胎的表皮干細(xì)胞更為常見。我們的研究已經(jīng)證實(shí)[2]在21周齡的胚胎組織中，用免疫熒光雙標(biāo)記ACE和β1-整粘蛋白，ACE和K19，ACE和P63均證實(shí)ACE的陽性區(qū)域和表皮干細(xì)胞的β1-整粘蛋白，K19和P63陽性區(qū)域相重疊，因此推測(cè)ACE可能是人類表皮干細(xì)胞潛在的標(biāo)記物[2]，在調(diào)節(jié)表皮干細(xì)胞功能和表皮形成中發(fā)揮重要作用。ACE調(diào)節(jié)表皮干細(xì)胞和表皮形成主要是通過有絲分裂實(shí)現(xiàn)的，這種情況正好解釋了在人類成熟的表皮組織中ACE僅僅位于基底層，也許與上皮細(xì)胞的更新有關(guān)。

綜上所述:ACE作為終止皮膚神經(jīng)-內(nèi)分泌介質(zhì)作用的關(guān)鍵酶可調(diào)控皮膚細(xì)胞的存活、創(chuàng)傷愈合和組織再生。ACE可作為造血干細(xì)胞的標(biāo)志物和表皮干細(xì)胞潛在的標(biāo)記物，ACE抑制劑可調(diào)節(jié)干細(xì)胞的功能。除Ang I和緩激肽是ACE的底物外，β-內(nèi)啡肽、P物質(zhì)、Ac-SDPK等重要的活性物質(zhì)也是ACE的底物。這些發(fā)現(xiàn)強(qiáng)烈提示我們:ACE本身直接或通過調(diào)節(jié)上述活性物質(zhì)的含量在皮膚損傷修復(fù)、再生過程中發(fā)揮作用。因此，積極探討生理狀態(tài)下以及創(chuàng)面愈合過程中ACE與皮膚損傷修復(fù)與再生之間的關(guān)系，以及可能存在的調(diào)控作用與機(jī)制，對(duì)我們更清楚的了解內(nèi)分泌因素在皮膚組織自我更新、損傷修復(fù)與再生等過程中所起的作用具有重要意義。

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[收稿日期]2010-06-10 [修回日期]2010-07-13

編輯/張惠娟