血管緊張素轉(zhuǎn)換酶2與新型冠狀病毒感染相關(guān)研究現(xiàn)狀

孫 穎 綜述，程 標，蘇明華 審校

(四川省醫(yī)學科學院·四川省人民醫(yī)院，a老年心血管科，b.急診內(nèi)科，四川 成都 610072)

1 ACE2的結(jié)構(gòu)和生物學功能

腎素-血管緊張素系統(tǒng)(renin-angiotensin system，RAS)是重要的神經(jīng)內(nèi)分泌系統(tǒng)[1]。經(jīng)典的RAS作用軸，是指血管緊張素I(Ang I)在ACE的作用下生成血管緊張素II(AngII)，通過靶細胞表面的G-蛋白偶聯(lián)受體 AT1發(fā)揮作用，稱為ACE-AngII軸。該軸的過度激活，可引起血壓升高、炎癥反應等，造成心腎等靶器官損害[1]。

ACE2是2000年發(fā)現(xiàn)的第一個人類ACE同源物。ACE2主要作用AngI，生成九肽Ang 1-9，并進一步在 ACE的作用下生成Ang1-7。ACE2也可直接降解Ang II生成七肽Ang 1-7，作為ACE的反向調(diào)節(jié)。Ang 1-7通過結(jié)合靶器官表面Mas受體，發(fā)揮舒張血管、抗炎、抗增殖等對抗RAS經(jīng)典調(diào)節(jié)途徑的作用，稱為ACE2-Ang-(1-7)軸[1]。

正常生理情況下，ACE-AngII軸和ACE2-Ang-(1-7)軸的活性水平處于動態(tài)平衡狀態(tài)。

2 新冠病毒與ACE2復合物結(jié)構(gòu)

2019年12月以來，湖北省武漢市爆發(fā)了由新型冠狀病毒肺炎引起的急性呼吸道傳染病疫情。

新冠病毒主要通過ACE2進入細胞。Yan等[2]全球率先展示了新冠病毒表面S蛋白RBD結(jié)構(gòu)域與細胞表面ACE2全長蛋白形成復合物的冷凍電鏡圖像。馮怡等也在同期對病毒-受體結(jié)合物結(jié)構(gòu)分別做了獨立解析[3]。以上研究均提示新冠病毒通過S蛋白的RBD結(jié)構(gòu)域與ACE2的N端活性區(qū)結(jié)合，形成病毒RBD-ACE2復合結(jié)構(gòu)。He等[4]研究顯示，新冠病毒的RBD-ACE2結(jié)合自由能顯著低于SARS病毒，RBD比SARS病毒的更靈活，故新冠病毒表現(xiàn)出更大的傳染性。

3 ACE2的組織分布與新冠病毒檢出

研究顯示ACE2可表達在腎臟、心血管、胃腸道、呼吸、中樞神經(jīng)系統(tǒng)及淋巴組織中[5]。ACE2的分布與病毒的復制和檢出具有相關(guān)性。目前已有研究證據(jù)提示，鼻咽拭子、痰、下呼吸道分泌物、糞便、尿液等標本中均可檢測出新冠病毒核酸。

研究提示肺組織中ACE2主要表達在II型肺泡上皮細胞(AT2)上[6]。新冠病毒通過AT2細胞在肺內(nèi)蔓延引發(fā)肺炎。Guan等[7]分析1099例COVID-19患者特征提示，76.4%的病例入院行胸部CT即顯示出肺炎的影像學改變。劉茜等[8]通過對COVID-19死亡患者尸檢證實，死者肺部損傷明顯，呈現(xiàn)深部氣道和肺泡損傷為特征的炎性反應。Xu等[9]對患者肺組織進行病檢，也顯示出雙側(cè)彌漫性肺泡損傷等表現(xiàn)。

目前，新冠病毒感染的確診主要是通過口/鼻咽拭子標本進行核酸檢驗。Yang等[10]采集COVID-19患者490份鼻拭子、205份咽拭子、142份痰液和29份肺泡灌洗液樣本進行病毒核酸檢測。結(jié)果提示：痰樣本最準確，其次是鼻拭子。重癥病例發(fā)病后8～14天采集的肺泡灌洗液樣本陽性率達100%。故國家衛(wèi)生健康委員會于2020年2月18日發(fā)布的《新型冠狀病毒肺炎診療方案(試行第六版)》強調(diào)：為提高核酸檢測陽性率，建議盡可能留取痰液，實施氣管插管患者采集下呼吸道分泌物，標本采集后盡快送檢。

ACE2在腸道組織內(nèi)高表達[5]。Guan等[7]研究顯示有8.7%的COVID-19患者出現(xiàn)腹瀉和嘔吐癥狀。美國對其第一例COVID-19患者腹瀉的糞便樣本進行檢測提示新冠病毒RNA陽性[11]。Xiao等[12]收集73名確診患者糞便標本進行檢測，陽性率為53.42%，其中更有23.29%患者咽拭子核酸陰性以后，糞便標本仍然核酸陽性。進一步對其中一位患者行內(nèi)鏡消化道取樣，發(fā)現(xiàn)ACE-2在該患者胃、十二指腸和直腸腺上皮細胞表達，同時在這些組織的腺上皮細胞檢測到新冠病毒核衣殼蛋白。

腎小管細胞表達ACE2[5]。Fan等[13]研究發(fā)現(xiàn)，3%～10%的COVID-19患者出現(xiàn)腎功能異常，包括肌酐或尿素氮升高，約7%的患者出現(xiàn)急性腎功能損害。2020年2月22日廣州日報報道[14]，趙小滿等從新冠肺炎患者尿液中分離出新冠病毒，對公共衛(wèi)生安全防控提出警示，但結(jié)果尚未在學術(shù)論文中發(fā)表。

Fan等[13]還報道了感染新冠病毒后，睪丸中的ACE2表達可能導致睪丸受損。Wang等[15]研究指出，ACE2主要富集在精原細胞、支持細胞和間質(zhì)細胞上，提示睪丸是新型冠狀病毒攻擊的高危器官，一旦感染生精功能將會受阻甚至受損。

Huang等[16]報告的武漢最早確診的41例患者中，有12%診斷急性心肌損傷，主要表現(xiàn)為高敏肌鈣蛋白I水平升高。另一組138例患者的研究中，有16.7%的患者發(fā)生心律失常，7.2%的患者伴有急性心肌損傷[17]。心臟高表達ACE2，但Xu等[9]獲得的患者心臟活檢樣本卻沒有分離到新冠病毒，提示病毒感染心肌感染可能還需要其他輔助因子，另外心臟的解剖學位置可能也是病毒不易入侵的原因之一。動靜脈內(nèi)皮細胞、動脈平滑肌細胞均表達ACE2，故病毒一旦進入血液循環(huán)將很容易傳播[5]。

ACE2位于X染色體，但ACE2活性的性別差異是由于卵巢激素環(huán)境中雌二醇的存在，而不是性別染色體劑量的差異引起的[18]。實際上男性受感染的風險并未比女性低[7]。說明ACE的量與感染風險并不一定呈正相關(guān)，是否受感染還與病毒吸入量、致病力以及機體自身免疫力有關(guān)。

4 ACE2與新冠病毒導致的組織損傷

ACE2是保護急性肺損傷的關(guān)鍵分子。與正常野生型小鼠相比，ACE2基因敲除小鼠在誘導因素下可表現(xiàn)出非常嚴重的急性肺損傷病理表現(xiàn)，而重組人ACE2對SARS病毒、酸吸入和敗血癥等引起的急性肺損傷均有保護作用[6]。

新冠病毒通過ACE2受體入侵肺泡后，利用胞內(nèi)營養(yǎng)物質(zhì)大量復制，將引起AT2細胞死亡。AT2細胞凋亡引起肺泡表面活性物質(zhì)缺乏，引起肺泡的表面張力增加，大肺泡破裂、小肺泡萎縮[6]。AT2細胞可以轉(zhuǎn)化為I型肺泡上皮細胞，作為“干細胞”修復肺損傷。當AT2凋亡嚴重時修復受阻，成纖維細胞出現(xiàn)代償性增殖與分化，肺纖維化形成，機體通氣功能難以恢復[19]。AT2細胞通過鈉離子通道發(fā)揮液體轉(zhuǎn)運功能。AT2減少導致的肺泡內(nèi)液體積聚是肺水腫的發(fā)生機制[6]。故感染新冠病毒的患者一旦進入重癥肺炎階段，死亡率增高。

新冠病毒還可通過下調(diào)ACE2表達，破壞ACE-AngII軸與ACE2-Ang-(1-7)軸的平衡，造成組織損傷。SARS相關(guān)研究已證明，冠狀病毒感染導致ACE2水平下降，但ACE未受影響[20]。升高的AngⅡ過度激活肺部AT1受體，可引起肺部毛細血管通透性增加出現(xiàn)肺水腫，同時加重炎癥反應和細胞凋亡，加速肺損傷[21]。AngII可引起T淋巴細胞激活。Huang等[16]文章指出，與正常對照組相比，新冠病毒感染患者的血漿樣本中IL-1b、IFNγ、IP-10、MCP-1有所升高；而與癥狀較輕的患者相比，ICU中的重癥患者血漿中G-CSF、IP-10、MCP-1、 MIP-1α與TNFα表達升高，說明細胞因子風暴與患者感染的嚴重程度之間存在相關(guān)性。王福生等[9]對COVID-19患者的外周血進行流式細胞儀檢測發(fā)現(xiàn)，T淋巴細胞過度激活，尤其表現(xiàn)為高致炎性的Th17比例升高，以及CD8+T細胞的細胞毒顆粒增加，提示肺部病變部分是由嚴重的免疫損傷所致。AngII水平相對或絕對升高，還可誘導心血管疾病的發(fā)生或是加重已有心血管基礎(chǔ)病的嚴重程度，誘發(fā)或加重腎臟損傷。炎癥反應失控及多器官功能受損被推測是COVID-19患者死亡的重要原因[22]。

從病毒感染到發(fā)生肺損傷的進程來看，ACE2既是冠狀病毒感染人體的靶點，同時在發(fā)生感染后，ACE2水平下降甚至缺失，也是導致新冠肺炎患者肺損傷和肺衰竭的重要病理因素之一。但需要認識到，ACE2下降也是機體減少病毒入侵的自保措施，是新冠病毒感染呈現(xiàn)自限性、自愈性的基礎(chǔ)。

5 以ACE/ACE2軸為靶點的COVID-19治療

至今仍缺乏針對新冠病毒的特效藥，研發(fā)調(diào)控RAS尤其是靶向 ACE2的藥物將有可能成為治療新冠肺炎的切入點。

S蛋白是新冠病毒的主要表面抗原成分，具有抗原決定簇，可誘導抗體的產(chǎn)生。針對S蛋白的抗體，即中和性抗體，可與病毒結(jié)合，使其不再結(jié)合ACE2無法入侵細胞。其它抗體能妨礙新冠病毒S蛋白的RBD與ACE2復合物有效結(jié)合需形成的三位構(gòu)象，亦能發(fā)揮阻滯作用?？乖贵w復合物的形成，還可啟動機體免疫細胞對病毒顆粒的吞噬，清除病毒。新型冠狀病毒肺炎診療方案(第六版)已提出康復者血漿治療可適用于病情進展較快、重型和危重型患者[23]。但趙建平建議使用康復者血漿前測定保護性抗體滴度[24]。

針對病毒感染后ACE2缺失造成的急性肺損傷，可以通過外源性補充ACE2，或者降低AngⅡ的濃度，抑制AT1受體等方法緩解肺部損傷。動物研究證實：人重組ACE2蛋白注射到酸損傷ACE2敲除小鼠后，急性肺損傷癥狀得到改善[21]。北美一項Ⅱ期臨床研究，對10例確診的急性呼吸窘迫綜合征患者應用人重組ACE2注射治療后，發(fā)現(xiàn)AngⅡ水平快速下降，Ang1-7水平也得到回升，初步顯示在人體補充ACE2能夠重塑肺部ACE2/ACE平衡，治療急性肺損傷具有良好的安全性和可行性[25]。

在此次COVID-19疫情中，中藥防治藥方中大多包含了黃芪、人參、檳榔、金銀花、連翹等。已有研究證實，黃芪、人參、山藥、檳榔等均表現(xiàn)出了對RAS的調(diào)控作用[22]：黃芪中的單體黃芪甲苷可以激活RAS系統(tǒng)中的ACE2-Ang 1-7-Mas通路，使ACE2、Ang1-7、Mas水平升高，從而起到呼吸系統(tǒng)的保護作用。人參皂苷Rg3通過上調(diào)腎臟中ACE2的表達，增加AngII的降解，可減輕腎臟中由AngII介導的炎癥、氧化應激，從而減輕腎臟的病變。

ACEI、ARB類藥物是常用RAS阻斷劑類降壓藥。ACE的催化活性可被ACEI如卡托普利、依拉普利阻斷，但ACE2的催化活性不受ACEI類藥物影響。Hagiwara等[26]研究顯示，對于脂多糖誘導的急性肺損傷小鼠給予依那普利處理可以快速降低AngⅡ水平?？ㄍ衅绽€能降低脂多糖誘導的急性肺損傷小鼠IFN-γ、PGE2、TGF-β1水平，升高IL-4水平，調(diào)節(jié)機體的免疫系統(tǒng)反應，減輕輕肺部炎癥和肺損傷[27]。Ferrario等[28]給大鼠應用ACEI(賴諾普利)和ARB(氯沙坦)后，血壓下降的同時，ACE2水平分別增高4.7和2.8倍。Haga等[29]使用SASR病毒S蛋白的片段來模擬病毒對ACE2蛋白的下調(diào)作用，實驗結(jié)果顯示Spike-Fc可以加重酸造成的急性肺損傷，使用氯沙坦可以緩解Spike-Fc加重的這一部分損傷。

理論上講，ACE2是病毒的結(jié)合受體，RAS阻斷劑導致的ACE2升高可能方便病毒進入細胞或加速病毒復制。但目前還未見RAS阻斷劑類藥物是否會增加新冠肺炎風險的報道。但ACEI可以抑制緩激肽釋放酶抑制緩激肽降解，有增加咳嗽和血管神經(jīng)性水腫的風險。所以目前RAS阻斷劑在COVID-19的治療中的使用還未達成共識，需要在未來的臨床、科研中得到答案。

6 總結(jié)和說明

ACE2在新冠病毒感染和COVID-19病程進展中發(fā)揮了重要的作用。新冠病毒通過ACE2受體入侵細胞，一方面造成被感染細胞的直接凋亡，另一方面下調(diào)ACE2含量，打破ACE/ACE2軸平衡，造成AngII絕對或相對升高，作用于相應的靶器官造成間接損害。針對ACE/ACE2軸的藥物治療，有可能成為防控新冠疫情的有效途徑。

本文中有部分研究成果來自預印本發(fā)表的論文，可能會產(chǎn)生一些學術(shù)爭議。但新冠疫情作為嚴重危害人民健康的急性呼吸道傳染病，科研工作者出于和同行交流目的自愿以預印本形式發(fā)布科研結(jié)果，本文就相關(guān)研究進行綜述，目的在于給目前忙碌的臨床一線醫(yī)生提供參考，為進一步開展相關(guān)研究拓展思路。