血管緊張素轉(zhuǎn)換酶2在心臟損傷中的作用研究進(jìn)展

葉賽，王伶，楊人強(qiáng)

(1.南昌大學(xué)第二附屬醫(yī)院心血管內(nèi)科，江西 南昌 330006；2.南昌大學(xué)第二附屬醫(yī)院檢驗(yàn)科，江西 南昌 330006）

ACE2是近年來(lái)發(fā)現(xiàn)重要的心血管保護(hù)因子，介導(dǎo)血管緊張素II向Ang1-7高效的轉(zhuǎn)化。越來(lái)越多的證據(jù)表明ACE2通過(guò)拮抗AngII起到心血管保護(hù)作用，并在治療心血管疾病方面具有很大的潛力，但同時(shí)ACE2受體也是β冠狀病毒（2019-nCOV）感染非常重要的靶點(diǎn)，介導(dǎo)病毒與宿主呼吸道黏膜上皮結(jié)合。

1 血管緊張素轉(zhuǎn)換酶2概述

1.1 ACE2結(jié)構(gòu)、分布、作用ACE2基因位于X染色體[1]，人類ACE2是由805個(gè)氨基酸組成的ACE同系物，與ACE的催化結(jié)構(gòu)域序列具有42%的一致性[2]。2000年Donoghue等人[3]首次從心衰患者cDNA文庫(kù)克隆ACE2基因。并發(fā)現(xiàn)ACE2是一種I型跨膜蛋白，分別含有一個(gè)信號(hào)肽、跨膜結(jié)構(gòu)域和單個(gè)金屬蛋白酶，其活性位點(diǎn)中含有一個(gè)HEXXH鋅結(jié)合結(jié)構(gòu)域，其胞外N端結(jié)構(gòu)域包含催化位點(diǎn)和胞內(nèi)C端尾部[4]。

ACE2主要表達(dá)于心臟、腎臟、睪丸、主動(dòng)脈、胃腸道、視網(wǎng)膜和肺[5]。在心臟中，Northern印跡分析顯示ACE2 mRNA大小為3.4 kb，免疫組化顯示其主要定位于心室肌，心肌成纖維細(xì)胞和冠狀動(dòng)脈，并且主要在冠狀動(dòng)脈內(nèi)皮細(xì)胞中表達(dá)[3,6]。

ACE2作為反向調(diào)節(jié)經(jīng)典RAS系統(tǒng)重要的活性分子，其主要作用是降解AngII，通過(guò)從AngI和AngII的C端去除單個(gè)氨基酸，分別產(chǎn)生九肽Ang1-9和七肽Ang1-7，對(duì)代謝紊亂、高血壓和心力衰竭有保護(hù)作用[7-9]。臨床研究發(fā)現(xiàn)ACE為心腦血管事件發(fā)病的危險(xiǎn)因素，動(dòng)脈硬化患者血清ACE水平顯著升高[10]。ACE2活性和表達(dá)水平同時(shí)可作為預(yù)測(cè)心血管疾?。–VD）的分子標(biāo)記物，在無(wú)CVD的健康個(gè)體中，循環(huán)中ACE2活性較低；在CVD患者，循環(huán)ACE2水平升高可預(yù)測(cè)冠脈疾病、房顫、心力衰竭等不良事件[11]。

1.2 ACE2-Ang1-7/1-9-MasR軸概述RAS由兩個(gè)分支組成，包括經(jīng)典通路AngII/ACE/AT1R，非經(jīng)典通路ACE2/Ang 1-7/MasR，這兩條通路作用相互對(duì)立，從而調(diào)節(jié)血管收縮和擴(kuò)張，幫助維持血流動(dòng)力學(xué)和穩(wěn)態(tài)[7-8]。ACE2通過(guò)兩條路徑發(fā)揮作用：通過(guò)水解AngI生成Ang1-9后進(jìn)一步水解成Ang1-7；或直接水解AngII生成Ang1-7，并且后者的效率是前者的400-500倍[12]。據(jù)報(bào)道，Ang1-7可增加尿鈉排泄，減少血容量，并促進(jìn)抗氧化和抗細(xì)胞增殖作用，激活MASR起到降低血壓作用，改善內(nèi)皮功能，增加緩激肽和一氧化氮(NO)的釋放[13]。

2 A CE2在心臟損傷中的作用

2.1 ACE2在SRAS-COV2相關(guān)心臟損傷的作用由β冠狀病毒（2019-nCoV）所致的新型冠狀病毒肺炎患者常有心悸、胸悶、胸痛等臨床癥狀。臨床實(shí)驗(yàn)室檢查發(fā)現(xiàn)存在心電圖、心功能、心肌酶譜等改變，合并慢性心血管疾病(如高血壓、心功能不全、冠心病)和老年人病情發(fā)展迅速,容易發(fā)展為重型、危重型[14-15]。一項(xiàng)對(duì)45 000例確診病例分析，結(jié)果表明合并心血管疾病患者的死亡率(10.5%)明顯高于無(wú)合并任何慢性疾病的死亡率（0.9%）[16]。病毒表面表達(dá)的棘突糖蛋白（Spike glycoprotein，S蛋白)存在受體結(jié)合域結(jié)構(gòu)，其通過(guò)識(shí)別呼吸道上皮細(xì)胞膜表面ACE2受體胞外域頂端進(jìn)入宿主細(xì)胞[17]，誘導(dǎo)病毒感染宿主,隨后病毒進(jìn)入細(xì)胞依賴于跨膜蛋白絲氨酸酶2(Transmembrane protease serine 2，TMPRSS2）的啟動(dòng)。Wrapp團(tuán)隊(duì)證實(shí)2019-nCoV S蛋白與ACE2之間的結(jié)合強(qiáng)度是SARS-CoV的10～20倍,提示2019-nCoV傳染性更強(qiáng)[14,18-19]。

ACE2表達(dá)下調(diào)、炎癥、缺氧及代謝障礙等因素，與病毒相關(guān)心肌損傷發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)。Liu等人發(fā)現(xiàn)SARS-CoV2引起病毒性心肌炎,病毒可能通過(guò)直接攻擊心肌細(xì)胞導(dǎo)致患者心肌酶譜明顯升高、心功能顯著下降，且血漿AngⅡ水平較健康人顯著升高[20-21]。S蛋白激活整合素-金屬蛋白酶17（A disintegrin and metalloprotease 17，ADAM17）剪切細(xì)胞膜上ACE2[22]，致ACE2表達(dá)下調(diào)，引起RAS系統(tǒng)失衡,使得AngⅡ相對(duì)增多[23]，激活絲裂原活化蛋白激酶信號(hào)通路并使轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子TGF-β表達(dá)上調(diào)，加重心肌纖維化，其中AngⅡ含量增加不僅引起血管內(nèi)皮功能受損、血壓升高、同時(shí)減弱心肌收縮力,導(dǎo)致NADPH氧化酶,ROS生成增加。臨床初步觀察發(fā)現(xiàn),新型冠狀病毒感染患者體內(nèi)炎性細(xì)胞因子水平顯著升高，Th1型促炎因子G-CSF、IP-10、MIP-1α、TNF-α等血清含量與患者嚴(yán)重程度呈正相關(guān)，SARS-CoV2感染通過(guò)炎癥反應(yīng)及由Th1和Th2失衡引起的細(xì)胞因子風(fēng)暴也可能是心肌損害的機(jī)制[24]。

2.2 ACE2在心力衰竭中的作用 一項(xiàng)前瞻性研究表明，Ang1-7/AngII比值降低與心力衰竭病情惡化和住院時(shí)間延長(zhǎng)有關(guān)[25]。RAS系統(tǒng)失衡在心室重構(gòu)及心衰進(jìn)展中發(fā)揮重要作用。使用ACEI/ARB和鹽皮質(zhì)激素受體拮抗劑對(duì)于降低射血分?jǐn)?shù)的心衰HF-rEF顯示出臨床益處。心肌ACE2被上調(diào)，提示ACEI/ARB的有益作用部分由激活A(yù)CE2/Ang1-7軸介導(dǎo)[1]。重組人ACE2已經(jīng)進(jìn)行I/II期臨床試驗(yàn)，分別降低血漿AngII和增加Ang 1-7的水平，ACE2干預(yù)在HF-pEF和HF-rEF模型中顯示出很大的益處。Ang1-7具有較強(qiáng)心臟保護(hù)作用，激活PI3K-Akt-eNOS通路，抑制蛋白激酶C(PKC)-p38 MAPK通路，抑制心肌纖維化。Ang1-7抑制醛固酮的分泌改善內(nèi)皮功能障礙，抑制炎癥和心肌纖維化，糾正代謝功能障礙和逆轉(zhuǎn)心肌肥大[1,4]。Apelin通過(guò)激活G蛋白偶聯(lián)受體APJ在心血管疾病中發(fā)揮有益作用，研究證明Apelin上調(diào)ACE2的表達(dá)和活性，拮抗心肌細(xì)胞Ang II-AT1R軸，同時(shí)增強(qiáng)老年或心衰Ang1-7-Mas受體信號(hào)[26]。總之，ACE2的心臟保護(hù)作用可歸因于將AngI降解為Ang1-9，使得ACE作用的底物AngI減少；以及降解AngⅡ，產(chǎn)生Ang1-7，發(fā)揮心臟保護(hù)作用[4]。

2.3 ACE2在糖尿病心肌病及心肌梗死后重塑中的作用 利鈉肽(NPS)和RAS系統(tǒng)是糖尿病心肌病發(fā)生發(fā)展的主要原因[7-8]。1型糖尿?。═1D）大鼠心肌ACE2和Ang1-7水平降低，ACE/ACE2和AngII/Ang1-7比值增加。T1D大鼠TGF-β表達(dá)增加激活促纖維化信號(hào)，并降低其抑制劑Smad7在心臟中的表達(dá)。而且心臟組織凋亡標(biāo)志物c-PARP和c-Caspase3表達(dá)增加[27]。NEP抑制劑和ACE2激活劑聯(lián)合治療糾正RAS和NPS系統(tǒng)，可顯著減輕糖尿病心肌病相關(guān)的代謝紊亂和心肌纖維化，明顯抑制NF-kB、TGF-β和凋亡信號(hào)通路活化。ACE2激活劑通過(guò)ACE2/Ang1-7/MasR或AT2R軸作用于sGC激活PI3K/AKT通路，提高血漿和心臟cGMP水平，使得H3K4Me2及其H3K4甲基轉(zhuǎn)移酶的表達(dá)正常化[7-8,28]。ACE2基因敲除小鼠導(dǎo)致心肌纖維化肥厚和功能障礙。心臟NADP氧化酶活性增強(qiáng),ROS生成，蛋白激酶C和基質(zhì)金屬蛋白酶激活，導(dǎo)致心臟細(xì)胞外基質(zhì)的降解增加[28-29]。CCAAT增強(qiáng)子結(jié)合蛋白β （CCAAT/enhancerbinding proteinβ，C/EBPβ),屬于堿性亮氨酸拉鏈轉(zhuǎn)錄因子家族，調(diào)控細(xì)胞生長(zhǎng)和分化，并與ACE2啟動(dòng)子序列結(jié)合，過(guò)表達(dá)C/EBPβ基因上調(diào)ACE2的表達(dá)，增加MMP-2的表達(dá)和活性，從而增加糖尿病小鼠ECM的降解，顯著減輕膠原沉積，抑制心肌細(xì)胞凋亡[30]。

心肌重構(gòu)在冠心病的病理生理中發(fā)揮重要作用[31]。重氮氨苯脒乙酰甘氨酸鹽（Diminazene，DIZE）是ACE2特異性激活劑，研究表明DIZE可能通過(guò)激活A(yù)CE2/AT1R/MasR軸在急性心梗中起到保護(hù)作用，使得大鼠心梗面積顯著減小，CK和LDH水平降低，降低炎癥因子（TNF-a,IL-6）、COX-2和iNOS水平。ACE2調(diào)節(jié)急性心梗后心臟重塑，對(duì)心臟恢復(fù)至關(guān)重要[12]。DIZE能顯著減輕心肌梗死導(dǎo)致的左室短軸縮短率減少，提高左室內(nèi)壓最大上升速率max-dp/dt，防止心室肥大[27]。ACE2-Ang1-7-MasR軸在心肌重構(gòu)發(fā)展過(guò)程中發(fā)揮潛在的保護(hù)作用。奧美沙坦不僅通過(guò)阻斷AngII受體1(AT1R)，而且通過(guò)上調(diào)ACE2、Ang1-7和MasR的表達(dá)，抑制心肌局部AngII水平，馬松染色提示心肌膠原沉積減少，改善心肌梗死后心肌重構(gòu)[31]。Ang1-7通過(guò)刺激心肌血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子D和基質(zhì)金屬蛋白酶9的表達(dá)來(lái)促進(jìn)血管生成，從而促進(jìn)心臟修復(fù)和心室功能[31]。

2.4 ACE2在房顫中的作用 Walters團(tuán)隊(duì)研究納入了58名陣發(fā)性房顫患者，20名持續(xù)性房顫，25名健康志愿者。結(jié)果表明房顫患者中血漿ACE2活性升高，持續(xù)性房顫升高程度最為顯著[32]。激活經(jīng)典的RAS途徑，抑制非經(jīng)典RAS途徑，可能通過(guò)直接和間接的機(jī)制來(lái)誘發(fā)房顫。直接機(jī)制通過(guò)心外膜脂肪細(xì)胞浸潤(rùn)至心房肌，間接機(jī)制通過(guò)釋放炎性因子TNF-α、IL-6、MCP-1、MMP2/7、巨噬細(xì)胞表型轉(zhuǎn)換、心臟電重構(gòu)[33-34]。

過(guò)表達(dá)ACE2減少瞬時(shí)受體電位M7型（Transient receptor potential melastatin 7，TRPM7）表達(dá)，TRPM7是表達(dá)在成纖維細(xì)胞表面的主要Ca2+通道，可促進(jìn)TGF介導(dǎo)的纖維化。ACE2基因敲除小鼠的心外膜脂肪組織 （epicardial adipose tissue，EAT）炎癥反應(yīng)加重，同時(shí)促炎細(xì)胞因子表達(dá)增加[33]。Ang1-7激活G蛋白偶聯(lián)受體MAS1，Ang1-7/MAS1軸通過(guò)減輕炎癥、纖維化和心臟電重構(gòu)，同時(shí)擴(kuò)張血管和抑制血栓形成，在治療房顫中發(fā)揮潛在作用[33]。

2.5 ACE2在阿霉素心肌病中的作用 阿霉素是臨床上廣泛用于治療急性白血病等惡性腫瘤的蒽環(huán)類藥物，其引起的心肌病心肌重構(gòu)的機(jī)制仍未完全闡明?？赡芘c氧化應(yīng)激，代謝異常，炎癥，心肌纖維化，心肌細(xì)胞凋亡，DNA和線粒體損傷有關(guān)。通過(guò)心肌注射過(guò)表達(dá)ACE2腺病毒基因治療阿霉素誘導(dǎo)的大鼠心肌病，發(fā)現(xiàn)可減少細(xì)胞凋亡、炎癥反應(yīng)和氧化應(yīng)激，減輕心肌纖維化，改善左室重構(gòu)和心功能，明顯降低大鼠死亡率。過(guò)表達(dá)ACE2通過(guò)降低心肌AngII水平，增加心肌組織Ang1-7，激活A(yù)MPK和PI3K-AKT通路，抑制ERK1/2表達(dá)從而抑制TNF-α、VACM-1和ICAM-1炎癥因子浸潤(rùn)，降低TGF-β1表達(dá)[35-37]。

3 結(jié)語(yǔ)與展望

綜上所述，RAS系統(tǒng)失衡在心肌損傷發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮重要的作用，作為RAS系統(tǒng)新成員的ACE2作用不容忽視，其通過(guò)多種途徑參與心肌損傷，同時(shí)可作為預(yù)測(cè)心血管疾病不良事件的分子標(biāo)記物。應(yīng)用重組人ACE2或ACE2激活劑未來(lái)可作為治療心血管疾病新策略。ACE2在新型冠狀病毒肺炎中發(fā)揮“雙重作用”，ACE2受體介導(dǎo)新型冠狀病毒與宿主呼吸道上皮細(xì)胞結(jié)合，是β冠狀病毒（2019-nCOV）感染非常重要的靶點(diǎn)，而病毒感染后通過(guò)多種途徑使得機(jī)體心肌組織ACE2水平下降，炎癥、缺氧及代謝障礙等，與新冠肺炎心肌損傷關(guān)系密切。通過(guò)降低ACE2受體與S蛋白親和力，或是抑制病毒入侵的關(guān)鍵步驟如TMPRSS2的啟動(dòng)等過(guò)程。ACE2可以作為預(yù)防新型冠狀病毒感染靶點(diǎn)設(shè)計(jì)疫苗。并在機(jī)體感染后通過(guò)激活心肌中ACE2或使用重組人ACE2增加心肌組織表達(dá)水平，以糾正RAS系統(tǒng)紊亂，相信今后在各位學(xué)者的努力下ACE2在心肌損傷中越來(lái)越多的作用將會(huì)被闡明，為治療疾病提供理論依據(jù)，并改善患者的生存質(zhì)量降低死亡率。