ACE2/Ang(1-7)/Mas轴在心血管疾病中的研究进展

黎秀芝，尹新华

(哈尔滨医科大学附属第一医院心内科，哈尔滨 150001)

肾素-血管紧张素系统(renin-angiotensin system，RAS)是人体内重要的体液调节系统。RAS广泛存在于循环系统中，包括血管壁、心脏、中枢等，并对其功能进行调节。在典型的RAS途径中，肾素裂解血管紧张素原产生血管紧张素(angiotensin，Ang)Ⅰ，AngⅠ被血管紧张素转换酶(angiotensin converting enzyme，ACE)水解形成AngⅡ，AngⅡ是RAS的主要效应因子，在心脏、血管等中发挥生物学作用[1]。AngⅡ是具有生物活性的肽，其作用于AngⅡ 1型受体(angiotensin Ⅱ type 1 receptor，AT1R)和2型受体。AngⅡ主要通过激活AT1R发挥促进血管收缩、交感神经激活、炎症、盐和水的重吸收以及氧化应激的不良作用[2-3]。长期暴露于AngⅡ与多种心血管疾病有关，包括高血压、动脉粥样硬化(atherosclerosis，As)、冠心病(coronary atherosclerotic heart disease，CHD)、支架再狭窄、心脏肥大和心力衰竭。多年来，人们将目光集中在RAS的AngⅡ及其受体在心血管疾病中的作用，直到发现RAS的新成员：ACE2和Ang(1-7)，并确定Mas为 Ang(1-7)的特异性受体[4-5]。随后文献陆续报道了ACE2/Ang(1-7)/Mas轴可反调控ACE/AngⅡ/AT1R轴，其主要生物学功能为拮抗后者的不良影响[6]，在高血压、心肌梗死、心力衰竭等心血管疾病中发挥重要作用[7-9]。目前，ACE2/Ang(1-7)/Mas轴作为RAS的主要参与者[6]，其心血管保护作用已得到证实，成为心血管疾病领域的研究热点之一。随着对ACE2/Ang(1-7)/Mas轴认识的深入，该轴在高血压、CHD和心力衰竭等心血管疾病治疗中可能成为潜在的治疗靶点。现就ACE2/Ang(1-7)/Mas轴在心血管疾病中的研究进展予以综述。

1 ACE2/Ang(1-7)/Mas轴概述

1.1ACE2 ACE2是第一个被发现的人类ACE同源物，其催化结构域序列与ACE具有42%的同源性。ACE2于2000年由Donoghue等[10]和Tipnis等[11]分别从人心力衰竭和人淋巴瘤的互补DNA中克隆出来。该基因定位于Xp22区域，全长约39.98 kb，包括18个外显子和17个内含子。ACE2可被解聚酶水解为可溶性ACE2，故ACE2有两种存在形式——膜联型和溶解型。其中，膜联型ACE2属于胞外酶，分布于细胞膜表面，包括四个部分：N端的信号肽区、锌结合基序(第374～378位氨基酸残基)、跨膜区(第740～768位氨基酸)和C端胞内结构域。溶解型ACE2缺少后两部分结构，主要分布于血浆和尿液中[11]。

虽然ACE和ACE2基因具有很高的相似性，但两者的功能却截然不同。ACE充当二肽基羧肽酶(从底物的C端去除二肽)，而ACE2充当单羧肽酶(去除单个氨基酸)。在RAS代谢过程中，ACE水解AngⅠ转化成 AngⅡ，AngⅡ通过作用于AT1R在心血管系统发挥促炎、促血管收缩、促氧化应激等作用[2]。ACE2则作用于AngⅠ和AngⅡ，将其分别降解为Ang(1-9)和Ang(1-7)，后者拮抗AngⅡ的不良作用[6]。在人体中，ACE2是目前已知对AngⅡ亲和力最高的酶，约是对Ang Ⅰ 的400倍[12]。因此在RAS中，ACE2的主要作用是酶解AngⅡ生成Ang(1-7)。

1.2Ang(1-7) Ang(1-7)是具有生物活性的内源性七肽，其氨基酸序列为天冬氨酸-精氨酸-缬氨酸-酪氨酸-异亮氨酸-组氨酸-脯氨酸。它的来源主要有以下3种途径：①ACE2降解八肽AngⅡ的第8位苯丙氨酸产生Ang(1-7)，为主要途径。②ACE2竞争性作用于ACE底物十肽AngⅠ，通过裂解AngⅠC端的亮氨酸残基生成无活性的Ang(1-9)，Ang(1-9)再由ACE或中性肽链内切酶或羟脯酰肽链内切酶进一步转化生成Ang(1-7)。③中性肽链内切酶或羟脯酰肽链内切酶直接作用于AngⅠ，使其去掉第7位脯氨酸与第8位苯丙氨酸肽链上的3个氨基酸残基而生成Ang(1-7)[13-15]。Serfozo等[16]发现，不同系统中影响AngⅡ转化为Ang(1-7)的酶有所不同。在循环系统和肺中，将AngⅡ转换为Ang(1-7)依赖于羟脯酰肽链内切酶，而肾脏中Ang(1-7)的形成主要依赖ACE2。

Ang(1-7)通过与其特异性受体Mas结合，激活下游通路负向调节RAS，不仅具有舒张血管、抗炎、抗增殖、抗纤维化、抗血管和心室重构、改善内皮功能的作用[6]，还具有抗心律失常、抗肿瘤增细胞殖、改善葡萄糖及脂质代谢、改善血管性认知障碍和炎症相关记忆功能障碍等[17-19]多种作用。

1.3Mas受体 Mas受体由Young等[20]于1986年首次克隆成功，并被证实为Ang(1-7)内源性特异性受体[4]。Mas受体由Mas原癌基因编码，具有325个氨基酸残基的七次跨膜结构的G蛋白偶联受体，包含7个跨膜环、1个N端胞外域和1个C端胞内域[20]。它的跨膜和胞内结构域高度保守：在大鼠和小鼠中Mas基因具有97%的同源性，而在小鼠和人中具有91%的同源性，大鼠和小鼠的Mas蛋白仅较人类Mas蛋白少了一个氨基酸残基，提示Mas受体的功能广泛而保守。

通过转染过表达Mas可增强Ang(1-7)活性，而敲除Mas基因或加入Mas受体特异性拮抗剂D-Ala7-Ang(1-7)抑制Ang(1-7)的结合，Ang(1-7)活性则被抑制。可见，Mas 作为Ang(1-7)内源性特异性受体[14]，通过与其结合介导其生物学作用。

1.4ACE2/Ang(1-7)/Mas轴的分布及功能 ACE2/Ang(1-7)/Mas轴在体内分布广泛。ACE2最初被认为只在心脏、肾脏和睾丸中表达，但最终被发现在不同的器官系统，包括心血管系统，肾脏、肺和大脑中广泛表达[11]。在心脏中，ACE2定位于心肌细胞、心脏成纤维细胞和冠状动脉内皮细胞。同时，Mas受体也存在于心肌细胞、心脏成纤维细胞和内皮细胞[21]。在心血管系统中，ACE2/Ang(1-7)/Mas轴主要发挥舒张血管、抗炎、抗氧化应激、抗血栓形成、抗纤维化、抗血管和心室重构等作用。

2 ACE2/Ang(1-7)/Mas轴在心血管疾病中的作用

心血管系统疾病是人类重要的死亡原因之一，ACE2/Ang(1-7)/Mas轴在心血管系统疾病已有广泛研究，目前被认为是治疗高血压和预防心血管疾病的关键靶点。

2.1高血压 在各种高血压模型中，Ang(1-7)的抗高血压作用已经明确。Ang(1-7)是一种天然的血管舒张素，可以舒张血管、降低血压[6]。研究发现，用Ang(1-7)对动脉进行预处理可抑制血管收缩成分AngⅡ诱导的升压反应[22]。在小鼠和大鼠的主动脉环中，注射Ang(1-7)非肽类Mas激动剂AVE0991和肽类Mas激动剂CGEN856S观察到与Ang(1-7)一样的血管舒张作用，而加入Mas受体拮抗剂 D-Ala7-Ang(1-7)其作用则被抑制或减弱[23]。病毒转染过表达ACE2可以增加Ang(1-7)和Mas的表达、降低血压，其缺乏会导致高血压。但关于Ang(1-7)的血管舒张作用的研究相互矛盾：低剂量Ang(1-7)输注会导致血管舒张，高剂量则被认为不产生作用、没有血管收缩[24]或会导致血管收缩，这可能是由于较高剂量的Ang(1-7)对AT1R刺激微弱所致[6]。对正常血压、高血压前期和高血压男性患者血清中的ACE2表达进行检测发现，ACE2介导的AngⅡ降解活性在正常血压和高血压患者的单核细胞衍生的巨噬细胞中差异无统计学意义[25]。此外，高血压前期患者单核细胞衍生的巨噬细胞中的ACE2活性明显高于高血压患者，提示ACE2作为高血压早期标志物具有潜在作用，ACE2升高可能是人体对高血压的“代偿性反应”[23]。

ACE2/Ang(1-7)/Mas轴降低血压可能有以下机制：①Ang(1-7)激活内皮细胞上的Mas受体可诱导磷脂酰肌醇-3-激酶/蛋白激酶B途径，激活内皮型一氧化氮合酶，释放一氧化氮并舒张血管[26]。②Ang(1-7)抑制胞外信号调节激酶1/2和c-Src等细胞内信号调节通路[27]，刺激Mas受体激活，拮抗AngⅡ的作用。③Ang(1-7)抑制近端小管内钠的再吸收，从而增加肾内水和钠的排泄。④Ang(1-7)抑制下丘脑中去甲肾上腺素的释放，减弱中枢交感活性。⑤其他途径，如增强缓激肽的舒张血管作用、加速AngⅡ的降解、影响氨基酸类神经递质释放、恢复动脉压力反射功能和改善压力反射敏感性等。可见，ACE2/Ang(1-7)的降压机制可能是多环节多层面的。

虽然Ang(1-7)的抗高血压作用已在动物模型中得到验证，但其在人类中的研究还仍较少。目前，临床研究主要集中在健康受试者和原发性高血压、心力衰竭及肥胖患者的Ang(1-7)增加肾动脉血流量的能力上。然而，由于Ang(1-7)的药动学特性不佳，且因肽酶的快速裂解，它的半衰期非常短，所以很难将在动物模型中的发现转化到临床实际应用中[28]。基于此，目前已经开发出了提高Ang(1-7)水平或活性的新型替代制剂，包括Mas受体激动剂、口服Ang(1-7)制剂、ACE2激活剂和重组人ACE2，并已在动物模型中进行了测试[6]。多项研究表明，这些新颖的治疗剂可降低动物模型中的血压并减轻高血压对心血管的损害，说明它们在高血压和心血管疾病的治疗中具有潜力[29-31]。因此，ACE2/Ang(1-7)/Mas轴的抗高血压作用为临床高血压的治疗及高血压引起的高血压心脏病、心脏肥大、心力衰竭等疾病提供了新的治疗策略。

2.2CHD 有研究报道，有CHD史的患者的循环ACE2水平更高[32]，且ACE2似乎可以对抗活化RAS的不良反应，因此ACE2可能作为CHD发生发展过程RAS的一种代偿机制。然而，有文献报道，ACE2/Ang(1-7)/Mas轴的循环水平存在性别差异，且在CHD的患病率中也观察到CHD的性别差异[33]。Zhou等[34]发现，男性CHD组与非CHD组的ACE2/Ang(1-7)/Mas轴水平差异无统计学意义，在男性中未发现ACE2与CHD的关联；而女性CHD组的循环ACE2水平较非CHD组明显升高，经血管造影进一步证实，女性CHD患者血清ACE2水平显著升高，表明ACE2与女性患者的CHD独立相关，并与多支血管病变有关。这些研究结果提示，循环中的ACE2水平可独立预测女性CHD的发生，ACE2可能成为女性CHD的一个新指标及未来的治疗选择。ACE2/Ang(1-7)/Mas轴的循环水平出现性别差异，其机制可能为ACE2基因位于X染色体上，在CHD早期机体代偿上调ACE2表达水平，ACE2将AngⅠ转换为Ang(1-7)以拮抗RAS的不良反应。这可能是由性激素介导，其中雌激素已被证明与ACE2、Ang(1-7)、Mas的活性密切相关，可能与雌激素对As斑块进展的有益作用有关[35]。Ang(1-7)是一种抗As的保护因子，其作用与AngⅡ相反，主要发挥抗炎、抗氧化应激、抗血栓形成、扩张血管和抗血管平滑肌增殖的作用。有学者通过对CHD患者的血清Ang(1-7)水平进行检测发现，在CHD各亚型(包括心绞痛、心肌梗死等)患者的血清中，Ang(1-7)水平显著升高，且与病变严重程度呈正相关。一项涉及24名健康受试者的研究也发现，女性血浆中的Ang(1-7)水平高于男性[36]。另有文献报道，CHD和高血压前期患者的ACE2及Ang(1-7)水平升高[25]，但随着疾病的进展降低。这些差异表明，机体内反调节RAS的成分ACE2/Ang(1-7)/Mas轴的表达水平根据心血管疾病的不同发展阶段、严重性或类型而被上调或下调[23]。因此认为，在CHD和高血压的早期阶段Ang(1-7)可能为代偿性升高；在疾病的早期，人体通过显著激活ACE2/Ang(1-7)/Mas来拮抗RAS过度激活，而疾病发展进入终末期，可能与ACE2/Ang(1-7)/Mas轴下调和ACE/AngⅡ/AT1R上调的平衡被打破有关[37]。

然而，在CHD患者中，ACE2与Ang(1-7)并不是平行增加的，这表明ACE2活性的增加可能直接影响As进程，而不是通过诱导更多的AngⅡ转化为Ang(1-7)或Ang Ⅰ 转化为Ang(1-9)。另外，Ang(1-9)作为ACE2生成Ang(1-7)过程产生的中间产物，研究报道其在CHD患者中无明显变化[38]。文献报道，Ang(1-9)通过AngⅡ2型受体表现出良好的生物学效应，从而产生心脏保护[38]，但Ang(1-9)是否通过产生不同的代谢物对心脏产生直接的生物学影响尚未明确。因此，Ang(1-9)在心血管疾病中的作用和机制，及其与ACE2/Ang(1-7)/Mas轴的相互影响可能需要更多的研究进一步明确。

2.3心力衰竭 心室重构是心力衰竭的核心机制。RAS的激活及AngⅡ水平的升高，在心室重构中发挥关键作用。RAS的抑制剂(如ACE抑制剂或Ang受体拮抗剂类药物)是人类心力衰竭治疗的基石。然而，目前心力衰竭的治疗效果仍不尽如人意，因此对ACE2/Ang(1-7)/Mas轴进行干预成为心力衰竭治疗的研究热点。

ACE2和Ang(1-7)是抵抗心力衰竭的新保护途径。重组人ACE2已在Ⅰ和Ⅱ期临床试验中进行了应用，具有降低血浆AngⅡ和升高Ang(1-7)水平的作用，进而改善心力衰竭[9]。在动物实验中，ACE2的缺失导致AngⅡ水平升高，心肌肥大和纤维化加重，从而加快心脏功能障碍的进程，其中雄性较雌性小鼠心功能损害更加严重，且老年动物更为明显[39]。升高ACE2的水平可以预防和改善心力衰竭，其机制可能为：①Ang(1-7)降低心肌中促炎症细胞因子(肿瘤坏死因子-α、白细胞介素-1β和白细胞介素-6)的水平，从而减轻了心脏炎症。②Ang(1-7)通过上调双特异性磷酸酶1发挥抗炎作用，双特异性磷酸酶1负性调节p38/促分裂原活化的蛋白激酶信号通路，抑制血管内皮素1，阻止心肌成纤维细胞分裂、增殖、合成胶原纤维。③阻断ACE2基因敲除小鼠的蛋白激酶Cα和胞外信号调节激酶1/2通路，表明Ang(1-7)可独立于ACE2发挥抑制氧化应激、改善心脏重构和心功能等效应。④Ang(1-7)/Mas活化心肌成纤维细胞的蛋白酪氨酸磷酸酶-1，拮抗AngⅡ引起的c-Src和促分裂原活化的蛋白激酶磷酸化，降低转化生长因子-β1和Ⅰ型、Ⅲ型胶原的表达水平。

然而，对于ACE2/Ang(1-7)/Mas轴在心力衰竭组织中的表达存在争议，有学者认为与健康志愿者相比，心力衰竭患者的血清ACE2水平更高，血清Ang(1-7)水平更低[40]；另有学者认为，心力衰竭组的ACE、ACE2、AngⅡ、Ang(1-7)、Mas、B型脑钠肽和胶原沉积的表达水平均高于假手术组，且与疾病严重程度呈正相关[41]，说明在心力衰竭发生发展过程中，ACE2被激活，这可能与CHD发展过程存在相似的代偿性心功能保护机制有关[42]。至于有文献报道的心力衰竭患者血清中的Ang(1-7)水平显著低于健康志愿者，可能是存在未知的Ang(1-7)代谢途径，或可能是Ang(1-7)/Mas受体结合率增加，此外血液中Ang(1-7)的半衰期短也可能会产生影响[43]。以上研究证实了ACE2/Ang(1-7)/Mas轴在心力衰竭中抗心室重构的重要作用。

2.4外周血管疾病 越来越多的证据表明，RAS可能调控As的各个阶段，直至最终破裂[44-46]。RAS激活后，AngⅡ通过促进炎症、形成新生血管、促进细胞凋亡、使纤维帽变薄、在斑块破裂时影响血栓形成等方面促进As斑块发生及进展。作为RAS的反调节轴，ACE2/Ang(1-7)/Mas轴可通过拮抗AngⅡ发挥抗As作用。

ACE2和Ang(1-7)的动脉硬化保护作用已在许多研究中得到证实。在体外培养的人内皮细胞、体内载脂蛋白E缺陷小鼠和兔As模型中，过表达ACE2均观察到明显的抗As作用[47-48]。相反，ACE2缺陷可通过上调As可能的中介物和增强对促炎刺激的反应而增加As斑块的积聚。在As进展过程中，ACE2活性有不同程度的调节，在稳定的晚期As病变中，ACE2的活性低于早期和破裂的As病变。

在载脂蛋白E基因敲除小鼠晚期As斑块中，Ang(1-7)水平升高，表明内源性活化Ang(1-7)对As不稳定斑块起保护作用[49]。且长期Ang(1-7)治疗可减慢As小鼠模型的病变进展，改善内皮功能。此外，Ang(1-7)呈剂量依赖性地通过抑制血管平滑肌细胞的增殖和迁移而抑制早期的As病变，大剂量的Ang(1-7)则通过抑制斑块炎症而增强斑块的稳定性[49-51]。Mas受体激动剂AVE 0991也被观察到能够阻断As进展，从而进一步证实了由于Ang(1-7)的激活而引起的As保护作用[51-52]。

ACE2/Ang(1-7)/Mas轴抗动脉粥样硬化作用的机制为：①抑制内皮功能障碍和氧化应激。Ang(1-7)可通过增加高血压大鼠中的一氧化氮释放来改善内皮功能，Mas受体的缺失或抑制与一氧化氮释放减少和内皮功能受损有关。②通过抑制胞外信号调节激酶和p38，Janus激酶/信号转导因子等反向调节AngⅡ诱导的血管平滑肌细胞增殖和迁移[53]。③增强斑块稳定性并通过Mas依赖性机制产生抗血栓形成作用。

可见，ACE2/Ang/(1-7)/Mas轴在As发病机制中的作用已通过多种动物模型进行了研究，但大部分研究集中在ACE2上，对Ang(1-7)和Ang(1-9)在冠状动脉粥样硬化中的作用了解较少，需进一步研究。

2.5其他 研究报道，ACE2/Ang(1-7)/Mas轴具有抗心律失常作用，其中包括心房颤动[54-55]。临床前和临床证据表明，RAS在心房颤动的发病机制中具有潜在作用[56]。AngⅡ介导的途径或抑制由Ang(1-7)介导的途径可能参与诱导和维持心房颤动，其机制可能涉及炎症、心外膜脂肪组织积累和心脏电重构等多方面[57]。其中心外膜脂肪组织是心房颤动的预测因子，因为它可能通过直接(心外膜脂肪细胞浸润到潜在的心房心肌中)和间接(炎症脂肪因子释放、氧化应激刺激、巨噬细胞表型转换和心房颤动触发)机制诱导其发作[58]。而Ang(1-7)反调节Ang可能通过影响心外膜脂肪组织的蓄积来预防心房颤动，这代表了一种预防心房颤动的有用治疗策略，尤其是对于心力衰竭和已知左心功能不全的患者。而Ang(1-7)在其他心血管疾病患者中是否也具有这种作用需进一步研究。

3 小 结

自Tigerstedt和Bergmann[59]在19世纪末发现RAS以来，ACE2/Ang(1-7)/Mas作为整个系统生理学和病理生理学的关键参与者，许多实验室对其进行了多项研究。有证据表明，刺激RAS的ACE2/Ang(1-7)/Mas轴可能是治疗CHD、高血压、心力衰竭等多种心血管疾病的有效方法[60]。这为心血管疾病的防治提供新的思路和靶点。然而，ACE2/Ang(1-7)/Mas轴在心血管系统中的作用及具体机制仍需进一步阐明，且从基础研究到临床转化仍需进行更深入的研究。