基于新冠肺炎中ACE2的作用及其在腎臟疾病發(fā)病機制中的新認(rèn)識

于 澈，趙 雪，王 榮

(山東第一醫(yī)科大學(xué)附屬省立醫(yī)院 腎內(nèi)科，山東 濟(jì)南 250021)

當(dāng)前，新型冠狀病毒(SARS-CoV-2)仍在全球范圍內(nèi)肆虐，截至作者發(fā)稿時，根據(jù)Worldometer(世界實時統(tǒng)計數(shù)據(jù))顯示，全球新冠肺炎累計確診病例超1 300萬例，死亡近30萬例，早已超過了兩種以前出現(xiàn)的非典型性肺炎(2003年SARS-CoV病毒)和MERS-CoV(2012年中東呼吸道病毒)病例總數(shù)和死亡總數(shù)[1-2]。目前已知新冠肺炎(COVID-19)會導(dǎo)致人體多器官受損，包括肺、心血管、腎、胃腸道等。腎臟，作為人體重要的免疫器官，在本次疫情中表現(xiàn)如何？

研究發(fā)現(xiàn)一半以上COVID-19患者出現(xiàn)蛋白尿，20%以上患者表現(xiàn)出血肌酐和尿素氮升高，并存在不同程度的腎臟影像學(xué)異常。在一份研究報告顯示，中國湖北和四川兩省近200例住院COVID-19患者中，59%的患者尿蛋白陽性，44%患者存在血尿，均為腎臟受損的表現(xiàn)[3-4]。伴有急性腎損傷(AKI)的患者，其病死率是沒有急性腎損傷的COVID-19患者的5倍多[5]。雖然以上研究為單中心統(tǒng)計數(shù)據(jù)，仍然說明COVID-19患者中，腎功能損害是較為普遍的現(xiàn)象。

血管緊張素轉(zhuǎn)化酶2(angiotensin-converting enzyme, ACE2)，常作為腎素-血管緊張素系統(tǒng)(renin-angiotensin system, RAS)系統(tǒng)的一種酶類出現(xiàn)在各類研究中。最新研究發(fā)現(xiàn)其作為受體，能夠幫助SARS-CoV-2病毒進(jìn)入宿主細(xì)胞, 引發(fā)感染等一系列病理變化，引起學(xué)術(shù)界廣泛關(guān)注。事實上，2003年就發(fā)現(xiàn)ACE2是SARS病毒的受體，而對其研究并未十分深入?，F(xiàn)代科技的發(fā)展讓我們有機會深入了解ACE2的功能特點，筆者將以SARS-CoV-2感染為引導(dǎo)，探討ACE2在人體疾病中的作用及機制，尤其在腎臟疾病方面的最新進(jìn)展。

1 COVID-19下ACE2的作用及結(jié)構(gòu)

ACE是一種編碼805個氨基酸的金屬蛋白酶，位于X染色體(Xp22.2)中，是具有單一胞外催化結(jié)構(gòu)域的Ⅰ型跨膜糖蛋白。在RAS中發(fā)揮著重要的調(diào)節(jié)功能，可將無活性的血管緊張素I(AngI)轉(zhuǎn)化為調(diào)控血管收縮的Ang Ⅱ，后者通過血管緊張素受體(AT1和AT2)介導(dǎo)多種生物學(xué)反應(yīng)。2000年，研究人員將ACE2從心力衰竭患者和人淋巴癌cDNA庫中克隆出來，發(fā)現(xiàn)其作為ACE的同源物，將Ang Ⅱ裂解成Ang1-7多肽，具有保護(hù)心臟、舒張血管、抗生長及增殖的作用，與ACE互相制衡。

2003年，Penninger課題組首先鑒定出ACE2是冠狀病毒SARS-CoV的關(guān)鍵受體[6]。SARS-CoV主要通過包膜上的S蛋白與ACE2受體結(jié)合，結(jié)合后ACE2下調(diào)，失去肺保護(hù)作用，患者出現(xiàn)急性肺損傷和肺水腫以及大量炎癥因子進(jìn)而產(chǎn)生呼吸衰竭等臨床表征。與SARS-CoV異曲同工之處在于，2019年底爆發(fā)的COVID-19，同樣通過S蛋白與ACE2結(jié)合，其親和力為SARS病毒的10～20倍。根據(jù)明尼蘇達(dá)大學(xué)的研究發(fā)現(xiàn)，基因突變導(dǎo)致SARS-CoV-2的刺突蛋白形成了比SARS-CoV更緊密的分子“脊”。這種更緊湊的結(jié)構(gòu)，使得SARS-CoV-2能夠更強地附著在人類ACE2受體上，能夠更好地感染細(xì)胞，從而比SARS病毒傳播更快，這為SARS-CoV-2的高傳染性提供了分子基礎(chǔ)[7-8]。2020年，西湖大學(xué)周強課題組利用冷凍電鏡技術(shù)成功解析SARS-CoV-2受體ACE2全長[9]。作為膜蛋白的ACE2本身很難在體外穩(wěn)定獲得，而ACE2與腸道內(nèi)的一個氨基酸轉(zhuǎn)運蛋白B0AT1能夠形成復(fù)合物，因此他們通過共表達(dá)的方法獲得了ACE2與B0AT1優(yōu)質(zhì)穩(wěn)定的復(fù)合物。ACE2三維結(jié)構(gòu)的成功解析，開啟了ACE2的研究之路。

2 SARS-CoV-2腎臟損傷可能機制

盡管所有研究指向肺部是主戰(zhàn)場，但是鐘南山、李蘭娟院士團(tuán)隊已經(jīng)分別從COVID-19患者的糞便及尿液樣本中分離出SARS-CoV-2，證實的確存在活病毒[10]。事實上早在2004年，已有課題組發(fā)現(xiàn)SARS-CoV病毒可通過尿液、汗液傳播[11]，文中對4例SARS-CoV患者進(jìn)行了尸檢標(biāo)本檢測，除肺部存在SARS-CoV外，其他包括氣管、甲狀旁腺、腎上腺、腎遠(yuǎn)曲小管、肝臟、胃、小腸、垂體、胰腺、腦、皮膚汗腺有12個組織中發(fā)現(xiàn)有SARS-CoV，但在其他器官如淋巴結(jié)中并未發(fā)現(xiàn)。因此，與其高度同源的SARS-CoV-2在尿液中存在也不足為奇了。已知的研究發(fā)現(xiàn)尿液中可檢測到如乙型肝炎病毒、寨卡病毒、SARS-CoV，以及近日發(fā)現(xiàn)的新冠狀病毒，推測病毒釋放到尿液中可能是其生物學(xué)過程的普遍現(xiàn)象。通常作為大分子抗體并不能從腎小球過濾到原尿。對于病毒來說，腎小管中缺乏抗體可能使它們逃避體液免疫[12]。科學(xué)家們在一項其他病毒的研究中發(fā)現(xiàn)，病毒分散于各個部位腎小管中，并沒有CD4+或CD8+T細(xì)胞被募集到腎臟，只是因為一過性的細(xì)胞因子風(fēng)暴的存在(引起急性呼吸窘迫綜合征和多器官衰竭的重要原因)，可能造成腎臟損傷。而這種分散感染形式，可能是病毒逃避宿主免疫反應(yīng)的策略，并持續(xù)將病毒排入尿液。腎臟局部T細(xì)胞反應(yīng)的弱化或短暫的細(xì)胞因子風(fēng)暴為病毒存活提供了有利的場所。但SARS-CoV-2如何進(jìn)入尿液，所到之處是否直接損傷腎臟，每種病毒是否機制相同，還有待進(jìn)一步驗證。

SARS-CoV-2感染導(dǎo)致腎臟損傷的機制仍不清楚。關(guān)于其腎臟病理報道十分少，中部戰(zhàn)區(qū)醫(yī)院課題組[13]回顧性分析SARS-CoV-2患者腎功能臨床數(shù)據(jù)，并對腎臟組織進(jìn)行了蘇木精伊紅(H&E)染色、免疫組織化學(xué)檢查及病毒核蛋白(NP)抗原檢測。在腎臟組織標(biāo)本檢測到了SARS-CoV-2，并提出其可直接感染人體腎小管，引起急性腎小管損傷。觀察到的病毒核蛋白表達(dá)受限于腎小管細(xì)胞，且僅存在于小管細(xì)胞質(zhì)中，細(xì)胞核中未發(fā)現(xiàn)，與SARS-CoV-2的感染特性相一致，這為SARS-CoV-2直接感染腎小管細(xì)胞提供了有力證據(jù)。在之前針對SARS、MERS的腎臟樣本尸檢結(jié)果同樣顯示腎小管損傷，包括擴張性改變和壞死、近端腎小管上皮細(xì)胞刷狀緣脫落等。由于和SARS-CoV-2具有相似的病理學(xué)特點，這些分析結(jié)果對SARS-CoV-2具有一定參考價值。在國外一項對SARS-CoV-2感染腎穿刺患者的研究中發(fā)現(xiàn)[14]，在足細(xì)胞胞質(zhì)中含有大量球形顆粒的液泡，這些球形顆粒具有SARS-CoV-2典型病毒包涵體外觀，這表明腎臟在感染過程中受到了直接攻擊[5]?；颊吖忡R下腎小球呈現(xiàn)塌陷性局灶節(jié)段樣纖維化(FSGS)改變，但是因為患者為非洲裔，具有可能的apoL1基因變異，但也不能排除病毒感染后腎臟表現(xiàn)，如既往較為熟知的HIV病毒感染后腎臟表現(xiàn)大部分為塌陷樣FSGS。

研究表明，SARS-CoV-2與Ⅱ型肺泡表面的ACE2受體結(jié)合，介導(dǎo)肺部損傷，但目前并未有直接證據(jù)在腎臟是否為此機制。僅檢測到ACE-2大量存在于腎小管細(xì)胞表面，作為受體結(jié)合病毒感染可能使局部炎癥反應(yīng)惡化，從而加劇AKI發(fā)作的發(fā)生率和持續(xù)時間[15]。而感染所致的免疫激活釋放大量炎癥因子，可能是腎臟損傷的重要原因之一。Wilson等[16]在報道中指出，中重度AKI屬于ARDS患者的高風(fēng)險亞組，具有很高的死亡風(fēng)險。考慮到與AKI相關(guān)的ARDS可能的致病機制，AKI同樣也歸因于多種原因，如血液動力學(xué)改變(包括右心衰竭)，機械通氣，抗生素的使用，抗病毒藥物如試驗于COVID-19患者的瑞德西韋同樣可能增加腎臟受損風(fēng)險，以及感染/敗血癥后的繼發(fā)性腎損傷。這些研究均強調(diào)了免疫反應(yīng)與細(xì)胞因子風(fēng)暴的重要作用，這些炎癥介質(zhì)能夠與腎臟固有細(xì)胞相互作用，導(dǎo)致細(xì)胞功能障礙，微循環(huán)紊亂及腎小管損傷[17-18]。

3 ACE2與腎臟的淵源

組織中表達(dá)ACE2是否就一定會造成感染或損傷有待商榷，就像對于腎穿刺活檢中，乙型肝炎病毒存在于腎臟組織中可以診斷為乙型肝炎相關(guān)性腎炎，但是病毒如何侵犯腎臟機制并不明確。ACE2的表達(dá)分布水平與病毒攻擊并不一致，中國學(xué)者發(fā)表在JAMA Cardiology上的一篇論文記錄了武漢416例住院的COVID-19患者中近20%的患者出現(xiàn)了心臟損傷[19]。而心臟高表達(dá)ACE2卻沒有分離到SARS-CoV。睪丸中高表達(dá)ACE2，但是精液中無病毒表達(dá)[20]。另外，有研究顯示從中華菊頭蝠中分離出的SARS-like冠狀病毒，用來侵襲其他物種蝙蝠時，即使大量表達(dá)ACE2也不能在該蝙蝠中增殖感染，說明不僅是ACE2有無和親和力那樣簡單。

ACE2在腎臟中高表達(dá)，主要在腎小管刷狀近緣，腎血管的內(nèi)皮和平滑肌細(xì)胞以及足細(xì)胞。在受損的腎小管中，Ang Ⅱ升高可能是在人類腎臟疾病中進(jìn)一步腎臟損害的可能介質(zhì)。因此，腎內(nèi)ACE和ACE2之間的平衡破壞以及隨之而來的Ang Ⅱ高水平可能導(dǎo)致腎損害。如有研究顯示，給予鼠重組ACE2可以減輕Alport綜合征小鼠的Ang Ⅱ介導(dǎo)的腎損傷，包括可以通過包括抗炎、抗氧化應(yīng)激和抗纖維化等多種機制來保護(hù)腎臟纖維化等機制[21]。目前尚無病毒通過腎臟固有細(xì)胞ACE2受體直接侵襲腎臟的研究。但是慢性腎病(CKD)可能增加SARS-CoV-2患者預(yù)后不良的臨床風(fēng)險，像糖尿病、高血壓本身已存在的疾病也會增加腎臟受傷的概率。因此，應(yīng)加強保護(hù)患有CKD的群體，防止感染SARS-CoV-2仍然十分重要。

最新研究還顯示，ACE2屬于干擾素誘導(dǎo)基因，可能是加重SARS-CoV-2期感染的重要原因，SARS-CoV-2可以利用物種特異性干擾素驅(qū)動的ACE2上調(diào)來增強感染[2]。細(xì)胞檢測到病毒進(jìn)入宿主細(xì)胞后，干擾素(IFN)誘導(dǎo)干擾素刺激基因(ISG)對于小鼠，非人類靈長類動物(NHPs)對于人類宿主抗病毒防御至關(guān)重，尤其是在上皮屏障上。干擾素有3種不同類型：分為Ⅰ型，Ⅱ型和Ⅲ型。非典SARS-CoV的一項研究表明，I型IFN反應(yīng)的時機是體內(nèi)反應(yīng)的關(guān)鍵組成部分，此前學(xué)者們曾大量使用干擾素治療非典型肺炎，結(jié)果發(fā)現(xiàn)患者癥狀迅速惡化。此次NIH 指南基于此前多篇學(xué)術(shù)論文的結(jié)論[22]，建議在對COVID-19患者的治療中不使用干擾素，也佐證了在臨床研究中已經(jīng)觀察到的有患者在使用了干擾素后病情惡化的現(xiàn)象。無論是人腎小管上皮細(xì)胞，還是實驗用的非洲綠猴Vero-6腎細(xì)胞均不產(chǎn)生干擾素。但是腎臟局部吸引的免疫細(xì)胞如NK細(xì)胞可產(chǎn)生大量干擾素。已知的干擾素除了具有抗病毒的作用外，還具有抗炎和促炎雙重作用，容易引起急性腎衰竭、腎病綜合征等。IFN-γ能增加腎小球系膜細(xì)胞、上皮細(xì)胞的MHCII類抗原的表達(dá)，使之成為效應(yīng)細(xì)胞的靶細(xì)胞而受損，變異的MHCⅡ類抗原可以誘導(dǎo)產(chǎn)生自身抗體，形成不同部位的原位復(fù)合物而誘發(fā)不同類型的腎小球腎炎[23]。特定類型的IFN與ACE2在腎臟中會發(fā)揮何種作用，目前仍然未知。

4 結(jié)語

雖然ACE2不是SARS-CoV-2的唯一受體，卻是十分重要的環(huán)節(jié)。目前關(guān)于ACE2功能作用的爭議較多，比如說在COVID-19后局部ACE2或是血清中ACE2到底是上升或下降，各家報道不一。又如，合并高血壓患者是否考慮停用血管緊張素轉(zhuǎn)換酶抑制劑(ACEI)、血管緊張素Ⅱ受體拮抗劑(ARB)，而改用鈣拮抗劑(CCB)類。這些藥物在COVID-19自然史中到底時有益還是有害。目前部分專家建議在重癥患者中目前并無證據(jù)表明其有害，而在普通輕癥患者中AEC2或ARB可能有助于ACE2上調(diào)從而發(fā)揮其保護(hù)作用，不建議停用[24-25]。鑒于人體差異性以及涉及器官廣泛，目前針對ACE2的藥物僅僅在類器官中有一定研究。

Slutsky課題組研制出APN01(human recombinant soluble angiotensin-converting enzyme 2，人重組可溶性血管緊張素轉(zhuǎn)化酶2，簡稱hrsACE2)的藥物可作為抗病毒藥物治療COVID-19。在這項研究分析的細(xì)胞培養(yǎng)物(人類血管和腎臟類器官)中，hrsACE2將SARS-CoV-2病毒載量抑制了1 000～5 000倍?？扇苄问降腁CE2可以捕捉這種病毒，確實可能是一種非常合理的靶向受體的療法。雖然類器官可以以非常敏捷的方式來測試已經(jīng)用于治療其他疾病或即將被驗證的藥物，并節(jié)省測試新藥物所花費的時間，但是離投入臨床使用十分遙遠(yuǎn)[26]。而針對于腎臟損傷，目前并無特異性藥物。由于SARS-CoV-2的行為方式與人類所見過的任何病原體都不一樣，所以很難對它有一個清晰的認(rèn)識。無論怎樣，開發(fā)出有效疫苗都是最好的防控措施，了解機體本身固有的病理生理機制，對于未來藥物的研發(fā)同樣重要，也是當(dāng)前迫切需要解決的問題。