血管紧张素转化酶2与新型冠状病毒感染的关系研究进展

徐滢滢 邹春波

新型冠状病毒肺炎（corona virus disease 2019，CoVID-19）的致病病毒被WHO命名为新型冠状病毒（severe acute respiratory syndrome coronavirus 2，SARS-CoV-2），是继严重急性呼吸系统综合征冠状病毒（severe acute respiratory syndrome coronavirus，SARS-CoV）、中东呼吸综合征冠状病毒（middle east respiratory syndrome coronavirus，MERS-CoV）等之后发现的第7种可感染人类的冠状病毒[1]。SARS-CoV-2可累及呼吸、肾脏、心血管、消化等多个系统，起病快，传染性强，进展迅速，易感人群基数大，且尚未发现针对性抗病毒药物。为避免其更大规模地扩散，研究开发特效药刻不容缓。研究表明，SARS-CoV-2的感染致病过程与血管紧张素转换酶2（angiotensin-converting enzyme 2，ACE2）的结合有关[2]，但其导致多脏器损伤的机制有待进一步阐明。本文从ACE2组织分布及作用机制、SARS-CoV-2致组织损伤可能的发病机制、干预方法等方面作一综述，以期为临床治疗及药物研制提供参考。

1 ACE2组织分布及作用机制

肾素-血管紧张素系统 (renin-angiotensin system，RAS)是维持人体内环境稳态的重要机制之一，由经典正向血管紧张素转换酶/血管紧张素Ⅱ/血管紧张素1型受体轴（angiotensin-converting enzyme/angiotensinⅡ/angiotensin 1 receptor，ACE/AngⅡ/AT1R）调节通路和与之拮抗的非经典负向血管紧张素转换酶2/血管紧张素（1-7）/Mas轴[angiotensin-converting enzyme2/angiotensin（1-7）/mas，ACE2/Ang（1-7）/Mas]调节通路组成。正常生理情况下，RAS正向与负向轴的活性水平处于动态平衡状态，其平衡失调是各种疾病发生、发展以及脏器损伤的主要原因。ACE2在2000年被发现是人类ACE的第一个同源基因[3]，随着研究进一步深入，人们对ACE2的了解也更加全面，ACE2作为一种整合膜蛋白，在肺、肾脏、心血管、胃肠道、脑、眼、胰腺及睾丸等组织器官广泛分布。

肺内ACE2受体主要集中表达在Ⅱ型肺泡（alveolar type 2，AT2）细胞上，其比例高达83%，此外分布于肺微血管内皮细胞[4]；而免疫组化分析显示心室肌毛细血管内皮细胞和冠状动脉是ACE2在心血管的主要定居部位[3]，同时在心肌细胞和心肌成纤维细胞中也有表达[1]；在肾脏，ACE2分布于肾小管、肾小球上皮细胞和系膜细胞、血管平滑肌细胞等部位，其在肾皮质中的活性甚至高于心脏组织，且在肾小管中表达最高[5-6]；在线数据库分析结果表明，ACE2在睾丸间质细胞和输精管细胞中均有高表达[7]；生物信息学分析显示，ACE2高表达于食管上皮细胞、回结肠的吸收性上皮细胞中[8]；实验结果提示ACE2在胰腺内、外分泌腺均有表达[9]；ACE2在包括下丘脑室旁核（paraventricular nucleus of hypothalamus，PVN）在内的不同脑核内表达；膀胱尿路上皮细胞ACE2阳性比例较高；在角膜和结膜细胞中也存在ACE2受体；ACE2在人胎盘绒毛的合体滋养层、细胞滋养层、内皮细胞和血管平滑肌以及脐带中表达[10]。

生理状态下，ACE2直接催化AngⅡ，将其降解成Ang（1-7）或经间接途径先从AngⅡ裂解羧基末端亮氨酸以产生九肽的Ang（1-9），进一步通过ACE将其转化为七肽的Ang（1-7），后者通过G-蛋白偶联受体Mas抑制RAS正向调控，从而发挥反向调节作用[3]。病理状态下，正负双向动态平衡失调，ACE2水平下调，ACE活性增加，AngⅡ生成增多，降解缺失，RAS正向调节途径过度激活并激活有丝分裂原活化蛋白激酶（mitogenactivated protein kinase，MAPK）、蛋白激酶 B、环单磷酸鸟苷/蛋白激酶G、非受体酪氨酸激酶c-Src等下游信号传导通路介导炎症反应、组织纤维化、氧化应激、细胞增殖和凋亡、动脉粥样硬化等病理过程，造成多脏器损伤。

2 SARS-CoV-2致组织损伤可能的发病机制

冠状病毒对脏器的靶向性损伤主要是通过其表面的S蛋白与靶细胞表面受体的结合实现的。研究表明冠状病毒可与几种功能性受体结合，如SARS-CoV可与ACE2受体结合，MERS-CoV可与二肽基肽酶4受体和CD26受体结合[1]。SARS-CoV-2与 SARS-CoV、MERSCoV同属于β-CoV，而SARS-CoV-2与SARS-CoV的基因组序列相似性（Zhou等[2]的研究提示其同源性高达79.5%）及结构相似性提示ACE2可能是两者共同的细胞靶向受体。且ACE2与SARS-CoV-2的S蛋白亲和力更强，是SARS-CoV的10～20倍[11]。理论上，ACE2受体分布部位均是冠状病毒潜在感染靶点。由此，笔者认为可从S蛋白-ACE2受体途径探索SARS-CoV-2的已知或可能感染靶点及其发病机制。

2.1 肺组织损伤 Kuba等[5]通过一动物实验证实SARSCoV感染后下调ACE2，激活RAS是急性呼吸窘迫综合征（acute respiratory distress syndrome，ARDS）/急性肺损伤的发病机制之一。另有研究表明ACE2是肺水肿和急性肺衰竭严重程度的关键负性调节因子，SARS-CoV的S蛋白与ACE2结合导致ACE2水平下降，加重肺病变的严重程度[12]。以上均为SARS-CoV-2引起肺损伤的可能机制提供了借鉴。由此推测SARS-CoV-2通过与ACE2受体结合，取消其保护作用，AngⅡ水平相对或者绝对升高，进而通过以下可能途径导致肺部病理改变：（1）AngⅡ通过促进IL-6、TNF-α等炎症因子的释放和中性粒细胞、淋巴细胞及单核/巨噬细胞的活化，诱导肺部炎症反应。（2）AngⅡ激活烟酰胺腺嘌呤二核苷酸氧化酶，释放大量活性氧自由基，打破体内氧化-抗氧化平衡，机体产生氧化应激反应，细胞膜脂质过氧化，细胞膜通透性增加，结构蛋白受损并与胞内核酸反应，致细胞凋亡，导致肺水肿、严重肺损伤等[13]。（3）炎症与氧化应激之间相互促进，形成恶性循环，新的细胞因子不断产生和释放，当炎性因子的异常高表达突破阈值时，出现细胞因子风暴，导致ARDS和多脏器功能衰竭[14]。这也提示CoVID-19患者除了肺部损伤，还累及肾脏、心脏、肝脏、胰腺等多脏器功能障碍。除此之外，有研究表明，肺ACE2活性的降低激活脱精氨酸9缓激肽/缓激肽B1受体轴，释放趋化因子生长调节基因5、巨噬细胞炎性蛋白2、生长调节α蛋白、TNF-α等促炎性趋化因子，中性粒细胞迅速浸润，加剧肺部炎症和损伤[15]；缺乏ACE2也会增加基质金属蛋白水解酶激活和信号传导及转录激活因子3磷酸化，促进肺部炎症[16]。

2.2 肾脏组织损伤 肾脏是重要的受累器官之一，严重影响预后。ACE2在肾脏大量表达，发挥肾脏保护作用。ACE2/Ang（1-7）轴通过增加血管内皮中NO、前列腺素、内皮衍生性舒张因子的释放，发挥扩管降压、抗炎症反应及抗氧化应激的作用，从而抑制肾脏纤维化；ACE2通过抑制肾脏组织转化生长因子-β1（transforming growth factor-β1，TGF-β1）、MAPK 及 Janus激酶-转录激活子磷酸化，减少肾脏成纤维细胞增生和纤维蛋白的生成[17]；ACE2-Ang（1-7）-Mas 轴通过抑制肾小管局部Na+和HCO3-的重吸收，发挥排钠利尿、调节水电解质酸碱平衡的作用[18]；ACE2/Ang（1-7）/Mas还能抑制高糖诱导的细胞外调节蛋白激酶(extracellular regulated protein kinases，ERK）和p38磷酸化，进而抑制肾小管上皮细胞向间充质细胞转化[19]。反之，ACE2水平下降，使AngⅡ降解减少，醛固酮释放增加，后者可能促进纤维蛋白原和胶原的合成，引起肾小球系膜细胞增殖，进而诱导肾小球硬化和纤维化；肾脏局部产生的AngⅡ可能通过激活TGF-β1/p38MAPK通路引起足细胞凋亡；ACE2基因敲除的糖尿病小鼠血压升高，肾小球系膜细胞过度增生，足突融合，滤过率增加，且α-平滑肌肌动蛋白（α-smooth muscle actin，α-SMA）蓄积、增多，胶原的沉积导致肾脏纤维化[6]。SARS-CoV-2结合ACE2，使其失去了对肾脏的保护作用，从而出现高钠血症、代谢性碱中毒、蛋白尿等，引起肾功能损伤甚至急性肾衰竭，增加致死风险。

2.3 心血管系统组织损伤 临床发现CoVID-19患者伴有病毒相关的心脏损伤，而ACE2受体广泛表达于心血管系统组织，因此与ACE2相关的信号通路可能也在心脏损伤中发挥了作用。ACE2水平下降，一方面抑制AngⅡ降解导致其大量积累。AngⅡ通过升高细胞内Ca2+浓度，激活Ca2+-钙调神经磷酸酶-活化T细胞核因子通路导致心肌细胞肥大[18]；AngⅡ可经内质网通路介导心肌细胞凋亡；AngⅡ通过增加血管壁通透性、降低基质金属蛋白酶活性、刺激醛固酮分泌等方式引发心肌纤维化和心血管重塑；AngⅡ激活MAPK和ERK通路，促进心肌细胞增殖、纤维化和炎性反应的发生；AngⅡ结合AT1R，并激活ERK信号途径增加纤溶酶原激活剂抑制物-1活性，从而降低纤溶系统活性诱发急性心肌梗死[20]。实验表明，ACE2基因敲除使小鼠体内AngⅡ水平升高，引起缺氧诱导基因表达上调，导致心肌收缩能力下降，左心室室壁变薄，心脏结构功能严重受损；另一方面，ACE2基因敲除使小鼠体内使Ang（1-7）生成减少，而其作为 AngⅡ的拮抗剂，具有脏器保护作用[21]。Ang（1-7）可能通过激活AT2R及部分抑制AT1R,改善血管内皮功能，释放血管舒张物质如缓激肽、前列腺素和NO等起扩管降压作用[18]；Ang（1-7）激活细胞内环单磷酸鸟苷/蛋白激酶G通路，升高心房钠尿肽和脑钠肽，抑制水钠潴留、炎性反应、心肌细胞增殖和纤维化等作用[22]；Ang（1-7）可抑制非受体酪氨酸激酶c-Src的活性和TNF、IL-6的产生发挥抗炎作用，缓解心室重构等心血管疾病的发生、发展。

2.4 肝脏组织损伤 ACE2具有抗肝纤维化的作用。肝星状细胞（hepatic stellate cells，HSC）中，ACE2/Ang（1-7）/Mas轴通过抑制ERK的磷酸化和HSC的分裂增殖，减少细胞外基质堆积，从而抑制肝脏纤维化[23]；Ang（1-7）激活Mas受体，抑制TGF-β1/Smad2信号通路，减少胶原蛋白和TGF-β1的表达，对肝纤维化起保护作用[24]。SARS-CoV-2感染使ACE2水平降低，失去肝保护作用，相反AngⅡ水平升高，引起肝脏损害。AngⅡ诱发氧化应激反应刺激HSC合成胶原，引起肝纤维化；AngⅡ可通过L-型Ca2+通道使Ca2+内流或结合AT1R激活磷脂酶 C（phospholipase C，PLC）/三磷酸肌醇（inositol triphosphate，IP3）信号通路 ,增加HSC内的Ca2+浓度，从而引起HSC收缩、增殖，进而发展为肝纤维化[25]；AngⅡ可激活NF-κB通过HSC的活化、炎症反应的发生、谷氨酰胺酶表达催化蛋白交联等过程引起肝脏炎症和纤维化[26]；AngⅡ也能通过AT1R激活HSC中Smad和Rho/ROCK信号通路，这可能是AngⅡ促肝纤维化的重要机制之一[27]。

2.5 其他器官组织损伤 鉴于ACE2也分布于胰腺、脑、眼、神经、膀胱、子宫、睾丸、胃肠道等器官组织，因此这些部位都有可能成为SARS-CoV-2感染的潜在靶点。在胰腺中，ACE2能拮抗AngⅡ介导的胰岛细胞氧化应激及凋亡，发挥胰岛保护功能；ACE2/Ang（1-7）/Mas轴通过增加胰腺微循环血流，改善胰岛内皮细胞功能，从而对胰岛β细胞起调节作用[9]。在大脑，ACE2减少，激活AT1R，导致局部AngⅡ水平升高，增加PVN等兴奋性神经元的活动，导致交感神经输出增加，脑干中增强的AngⅡ活性也会降低压力反射敏感性和迷走神经张力，削弱对血压的调节作用，导致神经性高血压[28]；ACE2上调Ang（1-7）可减轻脑组织缺血/再灌注后的氧化应激及细胞凋亡。在眼组织中，研究显示，ACE2/Ang（1-7）/Mas轴通过下调 MAPKs（p38MAPK、JNK、ERK），STATs和NF-κB的磷酸化抑制视网膜色素上皮细胞炎症反应[29]。而在膀胱，ACE2可能通过激活Ang（1-7）/AT2R轴，增加半胱氨酸蛋白酶3（caspase-3），半胱氨酸蛋白酶8（caspase-8）和p38的表达，促进膀胱癌细胞的凋亡和抑制血管生成[30]。在生殖系统中，子宫内膜息肉的生成可能与子宫内膜局部RAS中AT1、AT2、Mas和 ACE2的蛋白异常调控和表达有关[31]；Ang（1-7）受体Mas可能在睾丸生精功能的调节中起重要作用。在胃肠道，ACE2-Ang（1-7）-MasR轴可能通过抑制p38、ERK1/2、AKT磷酸化改善肠道炎症反应，ACE2还可能通过调节肠道菌群来影响肠炎[32]。综上，SARSCoV-2的感染可能使这些部位ACE2/Ang（1-7）下降，AngⅡ升高，引起相应的损伤，影响患者预后，增加致死风险。

3 干预方法

CoVID-19分为医学观察期和临床治疗期（初期、中期、重症期和恢复期）。医学观察期症状较轻，多以缓解症状、增强抵抗力为主，而临床治疗期症状明显，且机体防御能力降低，疾病进展迅速，可根据发病机制采用中西医结合的方式，尽早预防与干预，提高生活质量，降低感染致死风险。

3.1 抗病毒治疗 抗病毒治疗的原理是通过诱导人体细胞合成抗病毒蛋白或直接抑制病毒复制的各个环节发挥抗病毒效应。目前尚无抗病毒的特效药，诊疗方案推荐可试用α-干扰素、洛匹那韦/利托那韦、利巴韦林、磷酸氯喹、阿比多尔[33]。另外，德瑞西韦、法匹那韦等显示出良好的临床应用前景，但其有效性和安全性还需要大量的临床试验进一步评估。因此，临床上应根据不同类型患者所处的不同时期，在明确药物相互作用、不良反应、禁忌证的情况下，权衡利弊，个体化谨慎选择应用，如有不适应立即停止使用。

3.2 血液净化治疗 CoVID-19诊疗方案明确指出，对有高炎性反应的危重患者，有条件可以考虑使用体外血液净化技术[33]。多种血液净化技术的接连使用，在CoVID-19患者的治疗中发挥了重要作用。

3.2.1 连续性肾脏替代治疗（continuous renal replacement therapy，CRRT） CRRT通过弥散、对流与吸附方式，有维持容量平衡、清除免疫复合物以及细胞因子、维持机体内环境稳态等作用，是危重症患者多脏器支持的基础，适用于重症CoVID-19患者的高钾血症、酸中毒、肺水肿或水负荷过重和多器官功能不足时的体液管理等[33]。专家建议，CRRT治疗应以非肾脏治疗为主，选择以对流为主的治疗模式和生物相容性好的膜材，适当早期介入，防治细胞因子风暴，且CRRT与其他血液净化技术联用效果可能更佳[34]。

3.2.2 血浆/全血吸附技术 连续性血浆滤过吸附、血液灌流和双重血浆分子吸附系统等可通过生物或物理化学亲和作用清除血液中对机体有害的毒素或溶质，适用于重症CoVID-19患者体内细胞因子的吸附清除，建议在炎症早期、促细胞因子占主导时开始应用[34]。

3.2.3 血浆置换技术 血浆置换有全面清除患者体内各种分子量的毒素和改善凝血功能、免疫紊乱等作用，可用于清除重症新冠肺炎患者体内分子量较大的炎症介质。但其有效性尚未明确，不建议常规开展，如有条件可个体化谨慎尝试使用。

3.3 中医辨证论治 CoVID-19属于中医“疫病”范畴，中医治疗以其整体思维和辨证论治的特殊优势，被国家卫健委纳入《新型冠状病毒感染的肺炎诊疗方案(试行第七版)》[33]。本次抗疫的大量实践证明，中医药确实发挥了重要作用。银杏提取物能够保护AngⅡ诱导的心肌细胞凋亡；生脉注射液可以显著抑制Ras/MAPK通路的过度激活所致的自由基堆积，从而起到抗氧化作用，生脉散中人参、麦冬均有不同程度的抗氧化应激作用[35]；丹参可能通过抑制RAS，减轻ACE/AngⅡ活化诱导的炎症反应；人参皂苷Rg3可能通过上调组织中ACE2发挥抗肿瘤作用和心血管、肾脏保护作用[36]。因此，在不同时期针对证型，将中医辨证施治与经验用药相结合，对CoVID-19的预防和治疗起积极作用。

3.4 升高ACE2水平 ACE2的减少是SARS-CoV-2致病的关键一环，因此升高体内ACE2活性可能成为潜在改善和治疗CoVID-19的手段之一。Wysocki等[37]发现新型重组ACE2能降解AngⅡ为Ang（1-7），激活RAS负向调节轴，从而对抗肾脏损伤。Qaradakhi等[38]认为ACE2内源性激动剂乙酰甘氨酸重氮氨苯脒提高了ACE2活性，增加Ang（1-7）含量，从而起到降低肾脏纤维化及炎症水平、防治心血管疾病的作用。因此，开发研制升高体内ACE2水平的药物对防治CoVID-19具有一定前景。

3.5 其他干预方法

3.5.1 心理疏导 研究表明，ACE2/Ang（1-7）/Mas通路可能通过中枢和外周的多种生化机制显示出抗焦虑和抗抑郁的作用[39]。且CoVID-19患者常存在生理性恐惧、绝望等情绪，故及时做好心理评估，疏导患者情绪十分重要，必要时可结合药物治疗进行干预。

3.5.2 戒烟 众所周知，吸烟对人体的危害极大，在SARS-CoV-2肆虐的关键时期，吸烟增大了呼吸道感染风险。另有研究指出，长期吸烟导致血清ACE/ACE2比例升高，可能引起呼吸系统及心血管系统疾病的发生、发展[40]。故吸烟可能进一步增加CoVID-19患者的器官损伤，戒烟很有意义。

4 小结和展望

综上所述，ACE2受体组织分布与SARS-CoV-2感染部位密切相关，探明其发病机制并根据不同病情给予精准的防控干预措施，将为CoVID-19的预防、诊断、治疗及多器官保护带来新的契机，并为后续探索新的治疗靶点提供线索。