ACE2與新型冠狀病毒肺炎

　　【摘要】 研究表明，血管緊張素轉(zhuǎn)化酶(ACE)2很可能是2019新型冠狀病毒(2019-nCoV)感染細(xì)胞的介導(dǎo)受體。ACE2在肺臟大多表達(dá)于Ⅱ型肺泡細(xì)胞，Ⅱ型肺泡細(xì)胞中ACE2的大量表達(dá)可能解釋2019新型冠狀病毒肺炎(COVID-19)中的肺部損傷。既往研究證實(shí)，ACE、血管緊張素Ⅱ、AngⅡ的高表達(dá)加重肺損傷，而 ACE2對(duì)于肺損傷有保護(hù)作用，但目前尚無證據(jù)表明針對(duì) ACE及ACE2的治療可有效緩解COVID-19。

　　【關(guān)鍵詞】 2019新型冠狀病毒;血管緊張素轉(zhuǎn)化酶2;2019新型冠狀病毒肺炎

　　本文源自國(guó)際心血管病雜志2020年3月第47卷第2期《國(guó)際心血管病》雜志，于1961年經(jīng)國(guó)家新聞出版總署批準(zhǔn)正式創(chuàng)刊，CN:31-1951/R，本刊在國(guó)內(nèi)外有廣泛的覆蓋面，題材新穎，信息量大、時(shí)效性強(qiáng)的特點(diǎn)，其中主要欄目有：短篇論著、經(jīng)驗(yàn)交流、病例報(bào)告等。

　　2019年12月以來，中國(guó)武漢出現(xiàn)了一系列不明原因的肺炎患者，臨床表現(xiàn)為病毒性肺炎，下呼吸道樣本測(cè)序分析提示病原體是一種新型冠狀病毒，2020年1 月12 日被 WHO 命 名 為 2019nCoV[1]。Huang等[2]觀察武漢市入院的首批已被實(shí)驗(yàn)室確認(rèn)為2019nCoV 感染的41例住院患者，他們大多為男性，約32%的患者有基礎(chǔ)疾病，包括糖尿病和心血管 疾 病。確 診 的 41 例 患 者 的 中 位 年 齡 為49歲，66%的患者有華南海鮮市場(chǎng)接觸史，發(fā)病時(shí)常見癥狀有發(fā)熱、咳嗽、肌痛或疲勞，較為少見的癥狀有咳痰、頭痛、咯血和腹瀉。55%的患者在發(fā)病后出現(xiàn)呼吸困難，平均時(shí)間為發(fā)病后8d。63%的患者發(fā)生淋巴細(xì)胞減少。41例確診患者均有肺炎，胸部CT表現(xiàn)異常，并發(fā)癥包括急性呼吸窘迫綜合征(29%)、病 毒 RNA 血 癥 (15%)、急 性 心 臟 損 傷(12%)、繼發(fā)感染(10%)。WHO 于2月11日將2019nCoV引發(fā)的疾病命名為2019冠狀病毒病(也稱新型冠狀病毒肺炎，COVID19)[3]。

　　當(dāng)前爆發(fā)的 COVID19類似于2002年中國(guó)爆發(fā)的嚴(yán)重急性呼吸綜合征(SARS)。這兩次事件均由先前未知的冠狀病毒所致，COVID19已證實(shí)由2019nCoV感染所致[45]，SARS的病原體是SARS冠狀病毒 (SARSCoV)。冠狀病毒的得名來自于病毒脂質(zhì)層外面由棘突蛋白(S蛋白)構(gòu)成的冠狀突起。冠狀病毒利用S蛋白與靶細(xì)胞表面的特異性受體結(jié)合，進(jìn)而進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)復(fù)制引起感染，因此，S蛋白在冠狀病毒侵染細(xì)胞的過程中非常重要[6]。

　　1、血管緊張素轉(zhuǎn)化酶2(ACE2)與2019-nCoV

　　ACE2已證實(shí)為SARSCoVS蛋白結(jié)合的關(guān)鍵受體[7]。Xu等[5]通過研究2019nCoVS蛋白結(jié)構(gòu)模型與人類 ACE2受體的結(jié)合能力，證實(shí) ACE2為病毒受體。總體來說，2019nCoV與SARSCoV的S蛋白同源性較低，兩種病毒S蛋白的氨基酸序列相似度只有76.47%，但兩種病毒S蛋白的 RBD受體結(jié)合結(jié)構(gòu)域有高度同源性。盡管2019nCoV 的S蛋白與 ACE2 蛋白結(jié)合的 5 個(gè)關(guān)鍵氨基酸與SARSCoV的S蛋白相比有4個(gè)發(fā)生了變化，但由于兩種病毒S蛋白 RBD結(jié)構(gòu)域的三維結(jié)構(gòu)幾乎相同，因此在相互作用界面可保持相似的范德華力和靜電性質(zhì)。這說明，2019nCoV仍是通過與SARSCoV相同的受體和相似的機(jī)制進(jìn)行病毒感染和傳播，這對(duì)后續(xù)治療工作有重要意義。

　　Zhou等[8]開展了病毒感染性研究，表明 ACE2對(duì)2019nCov 進(jìn) 入 HeLa 細(xì) 胞 至 關(guān) 重 要，2019nCoV可感染表達(dá) ACE2的 HeLa細(xì)胞，而不會(huì)感染未表達(dá) ACE2的 HeLa細(xì)胞。Xu等[5]及 Zhou等[8]研究表明，ACE2很可能是2019nCov感染細(xì)胞的介導(dǎo)受體。基于上述研究結(jié)果，靶向 ACE2或SARSCoV的藥物有望用于治療2019nCoV 感染患者。

　　2 ACE2的作用機(jī)制

　　2.1 ACE2的發(fā)現(xiàn)和分布

　　Donoghue等[9]和 Tipnis等[10]于2000年分別從心力衰竭和淋巴瘤患者的cDNA 文庫中鑒定出ACE2，此后開啟了腎素血管緊張素系統(tǒng)(RAS)新支路的研究。RAS是機(jī)體重要的體液調(diào)節(jié)系統(tǒng)，主要由兩條軸組成，即血管緊張素轉(zhuǎn)換酶(ACE)血管緊張素(Ang)Ⅱ血管緊張素Ⅱ1型受體(AT1R)軸和 ACE2Ang(17)Mas 軸。ACE 的 效 應(yīng) 分 子AngⅡ通過結(jié)合特異性受體 AT1R、AT2R 調(diào)節(jié)血壓和水鈉平衡，其中 AT1R 起主導(dǎo)作用。此外，AngⅡ還具有促炎性反應(yīng)、促增殖和收縮血管等作用。ACE2雖與 ACE在結(jié)構(gòu)上具有同源性，但是兩者的 生 物 學(xué) 活 性 卻 截 然 不 同，ACE2 主 要 降 解AngⅡ生成 Ang(17)。Ang(17)與受體 Mas結(jié)合產(chǎn)生與 ACEAngⅡAT1軸相拮抗的作用[11]。

　　目前發(fā)現(xiàn) ACE2廣泛分布于心臟、腎臟、睪丸、脂肪組織、腦組織、血管平滑肌細(xì)胞、胃腸道等[12]。Zhao等[13]利用高通量單細(xì)胞測(cè)序分析技術(shù)研究了43134個(gè)肺臟細(xì)胞，發(fā)現(xiàn) ACE2在0.64%的肺臟細(xì)胞中表達(dá)，且大多數(shù)(約83%)集中表達(dá)于Ⅱ型肺泡細(xì)胞(AT2)，表達(dá)ACE2的AT2占其總量的(1.4± 0.4)%，這(1.4±0.4)%的 ACE2+ AT2還表達(dá)30多個(gè)與病毒組裝復(fù)制相關(guān)的功能基因。2019nCov似乎已經(jīng)巧妙地進(jìn)化到利用這些 AT2細(xì)胞群進(jìn)行繁殖和傳播。AT2中 ACE2的大量表達(dá)可能解釋感染后嚴(yán)重的肺泡損傷，提示COVID19的防治可從抑制 ACE2著手。此外，ACE2在其他細(xì)胞類型如Ⅰ型肺泡細(xì)胞、支氣管上皮細(xì)胞、成纖維細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞和巨噬細(xì)胞中也有表達(dá)。

　　2.2 ACE2及血管緊張素轉(zhuǎn)換酶抑制劑(ACEI)/血管緊張素Ⅱ受體拮抗劑(ARB)在急性呼吸窘迫綜合征(ARDS)中的作用

　　ARDS是一種沒有心力衰竭依據(jù)但以低氧血癥及雙肺滲出為臨床表現(xiàn)的綜合征。ARDS的危險(xiǎn)因素包括肺炎(細(xì)菌、病毒、真菌或機(jī)會(huì)性感染)，胃內(nèi)容物吸入及膿毒血癥等。治療以支持治療為主，主要是保護(hù)性機(jī)械通氣，避免液體過負(fù)荷。盡管如此，ARDS患者死亡率仍高達(dá)30%[14]。

　　在 ARDS的發(fā)病過程中，ACE2在肺內(nèi)發(fā)揮什么作用?研究顯示，在脂多糖誘導(dǎo)的 ARDS大鼠模型中，支氣管肺泡灌洗液的 ACE 活性明顯升高，ACE2活性降低，與之對(duì)應(yīng)的 AngⅡ 表達(dá)升高，Ang(17)表達(dá)降低[15]。這提示 ARDS時(shí)，肺組織局部 RAS 穩(wěn)態(tài)失衡，ACEAngⅡ軸活性上調(diào)，而ACE2Ang(17)軸活性降低。

　　SARS爆發(fā)后，許多患者短時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)了ARDS ，甚至因此喪生。Kuba 等[16]研究發(fā)現(xiàn)，SARSCoV感染的小鼠 ACE2表達(dá)下調(diào)，而ACE的表達(dá)沒有明顯改變，AngⅡ表達(dá)明顯升高，提示SARSCoV可能是通過ACE2路徑導(dǎo)致肺功能損傷。另有研究顯示，在博來霉素誘導(dǎo)的 ARDS小鼠模型中，ACE2基因缺失小鼠表現(xiàn)出比對(duì)照組更嚴(yán)重的癥狀，而應(yīng)用人重組 ACE2治療后，肺損傷癥狀明顯改善，生存率也有所提高。此外，給予 ARB或同時(shí)敲除 ACE基因的 ACE2基因缺失小鼠，要比單純 ACE2基因缺失小鼠的 ARDS癥狀輕。另外，ACE2基因缺失小鼠和(或)AT1R 缺失小鼠的肺部損傷較輕，AT2R 缺失小鼠則相反。因此，在ARDS發(fā)病過程中，ACE、AngⅡ和 AT1R的高表達(dá)加重癥狀，而ACE2和AT2R改善癥狀[17]。基于ACE2在ARDS中的作用機(jī)制及SARS研究的啟示，推測(cè) ACE2對(duì)于肺損傷有保護(hù)作用，而且 ACE2下調(diào)與嚴(yán)重肺部病理損傷相關(guān)。由于2019nCoV選擇了具有肺保護(hù)作用的 ACE2作為受體，讓針對(duì)ACE2的靶向治療進(jìn)退兩難。確有相關(guān)研究已證實(shí)ACEI或 ARB 對(duì)于肺損傷的保護(hù)作用。劉和亮等[18]通過在油酸致 ARDS大鼠模型中應(yīng)用卡托普利發(fā)現(xiàn)其能降低肺動(dòng)脈高壓，抑制 ARDS的病情進(jìn)展并對(duì)肺血管內(nèi)皮細(xì)胞有一定保護(hù)作用。Neyrinck等[19]的研究也證實(shí)了ACEI對(duì)于內(nèi)毒素所致大鼠肺損傷的治療作用。Wsten等[15]研究表明，ARB對(duì) ARDS也有治療作用。在無特異性藥物治療COVID19的當(dāng)下，應(yīng)用ACEI或ARB 能否減輕2019nCoV作用于宿主細(xì)胞 ACE2受體所導(dǎo)致的肺損傷尚不明確。

　　2019nCov感染患者發(fā)病后的時(shí)間線為：從癥狀出現(xiàn)開始，至住院的中位時(shí)間為7d(4～8d)，至出現(xiàn)呼吸困難的中位時(shí)間為8d(5～13d)，至出現(xiàn)ARDS的中位時(shí)間為9d(8～14d)，至開始機(jī)械通氣的中位時(shí)間為10.5d(7～14d)，至入住ICU 的中位時(shí)間為10.5d(8～17d)。武漢市首批確診的41例患者均有肺炎，嚴(yán)重者可進(jìn)展至 ARDS[2]。由SARSCoV感染使 SARSCoVS蛋白受體 ACE2表達(dá)下調(diào)促進(jìn)ACEAngⅡ軸上調(diào)而導(dǎo)致ARDS的發(fā)病機(jī)理，推測(cè) COVID19 患者肺損傷與2019nCovS蛋白作用于受體 ACE2導(dǎo)致其下調(diào)有關(guān)，但目前尚未有研究確切證明2019nCov感染宿主細(xì)胞后會(huì)導(dǎo)致ACE2 表達(dá)下調(diào)。因此，2019nCovACE2ARDS之間的具體作用機(jī)制仍需進(jìn)一步研究。目前抗感染治療可考慮從 ACE2蛋白抑制劑或?qū)Ρ磉_(dá)ACE2 的細(xì)胞進(jìn)行消融入手，但抑制ACE2也可能使肺損害更嚴(yán)重。ACEI或ARB在既往研究中對(duì)于肺損傷有治療作用，但其是否能緩解COVID19所致的肺部病理損傷尚無足夠證據(jù)。