血管紧张素转换酶2在心脏损伤中的作用研究进展

叶赛，王伶，杨人强

(1.南昌大学第二附属医院心血管内科，江西 南昌 330006；2.南昌大学第二附属医院检验科，江西 南昌 330006）

ACE2是近年来发现重要的心血管保护因子，介导血管紧张素II向Ang1-7高效的转化。越来越多的证据表明ACE2通过拮抗AngII起到心血管保护作用，并在治疗心血管疾病方面具有很大的潜力，但同时ACE2受体也是β冠状病毒（2019-nCOV）感染非常重要的靶点，介导病毒与宿主呼吸道黏膜上皮结合。

1 血管紧张素转换酶2概述

1.1 ACE2结构、分布、作用ACE2基因位于X染色体[1]，人类ACE2是由805个氨基酸组成的ACE同系物，与ACE的催化结构域序列具有42%的一致性[2]。2000年Donoghue等人[3]首次从心衰患者cDNA文库克隆ACE2基因。并发现ACE2是一种I型跨膜蛋白，分别含有一个信号肽、跨膜结构域和单个金属蛋白酶，其活性位点中含有一个HEXXH锌结合结构域，其胞外N端结构域包含催化位点和胞内C端尾部[4]。

ACE2主要表达于心脏、肾脏、睾丸、主动脉、胃肠道、视网膜和肺[5]。在心脏中，Northern印迹分析显示ACE2 mRNA大小为3.4 kb，免疫组化显示其主要定位于心室肌，心肌成纤维细胞和冠状动脉，并且主要在冠状动脉内皮细胞中表达[3,6]。

ACE2作为反向调节经典RAS系统重要的活性分子，其主要作用是降解AngII，通过从AngI和AngII的C端去除单个氨基酸，分别产生九肽Ang1-9和七肽Ang1-7，对代谢紊乱、高血压和心力衰竭有保护作用[7-9]。临床研究发现ACE为心脑血管事件发病的危险因素，动脉硬化患者血清ACE水平显著升高[10]。ACE2活性和表达水平同时可作为预测心血管疾病（CVD）的分子标记物，在无CVD的健康个体中，循环中ACE2活性较低；在CVD患者，循环ACE2水平升高可预测冠脉疾病、房颤、心力衰竭等不良事件[11]。

1.2 ACE2-Ang1-7/1-9-MasR轴概述RAS由两个分支组成，包括经典通路AngII/ACE/AT1R，非经典通路ACE2/Ang 1-7/MasR，这两条通路作用相互对立，从而调节血管收缩和扩张，帮助维持血流动力学和稳态[7-8]。ACE2通过两条路径发挥作用：通过水解AngI生成Ang1-9后进一步水解成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]。据报道，Ang1-7可增加尿钠排泄，减少血容量，并促进抗氧化和抗细胞增殖作用，激活MASR起到降低血压作用，改善内皮功能，增加缓激肽和一氧化氮(NO)的释放[13]。

2 A CE2在心脏损伤中的作用

2.1 ACE2在SRAS-COV2相关心脏损伤的作用由β冠状病毒（2019-nCoV）所致的新型冠状病毒肺炎患者常有心悸、胸闷、胸痛等临床症状。临床实验室检查发现存在心电图、心功能、心肌酶谱等改变，合并慢性心血管疾病(如高血压、心功能不全、冠心病)和老年人病情发展迅速,容易发展为重型、危重型[14-15]。一项对45 000例确诊病例分析，结果表明合并心血管疾病患者的死亡率(10.5%)明显高于无合并任何慢性疾病的死亡率（0.9%）[16]。病毒表面表达的棘突糖蛋白（Spike glycoprotein，S蛋白)存在受体结合域结构，其通过识别呼吸道上皮细胞膜表面ACE2受体胞外域顶端进入宿主细胞[17]，诱导病毒感染宿主,随后病毒进入细胞依赖于跨膜蛋白丝氨酸酶2(Transmembrane protease serine 2，TMPRSS2）的启动。Wrapp团队证实2019-nCoV S蛋白与ACE2之间的结合强度是SARS-CoV的10～20倍,提示2019-nCoV传染性更强[14,18-19]。

ACE2表达下调、炎症、缺氧及代谢障碍等因素，与病毒相关心肌损伤发生发展密切相关。Liu等人发现SARS-CoV2引起病毒性心肌炎,病毒可能通过直接攻击心肌细胞导致患者心肌酶谱明显升高、心功能显著下降，且血浆AngⅡ水平较健康人显著升高[20-21]。S蛋白激活整合素-金属蛋白酶17（A disintegrin and metalloprotease 17，ADAM17）剪切细胞膜上ACE2[22]，致ACE2表达下调，引起RAS系统失衡,使得AngⅡ相对增多[23]，激活丝裂原活化蛋白激酶信号通路并使转化生长因子TGF-β表达上调，加重心肌纤维化，其中AngⅡ含量增加不仅引起血管内皮功能受损、血压升高、同时减弱心肌收缩力,导致NADPH氧化酶,ROS生成增加。临床初步观察发现,新型冠状病毒感染患者体内炎性细胞因子水平显著升高，Th1型促炎因子G-CSF、IP-10、MIP-1α、TNF-α等血清含量与患者严重程度呈正相关，SARS-CoV2感染通过炎症反应及由Th1和Th2失衡引起的细胞因子风暴也可能是心肌损害的机制[24]。

2.2 ACE2在心力衰竭中的作用 一项前瞻性研究表明，Ang1-7/AngII比值降低与心力衰竭病情恶化和住院时间延长有关[25]。RAS系统失衡在心室重构及心衰进展中发挥重要作用。使用ACEI/ARB和盐皮质激素受体拮抗剂对于降低射血分数的心衰HF-rEF显示出临床益处。心肌ACE2被上调，提示ACEI/ARB的有益作用部分由激活ACE2/Ang1-7轴介导[1]。重组人ACE2已经进行I/II期临床试验，分别降低血浆AngII和增加Ang 1-7的水平，ACE2干预在HF-pEF和HF-rEF模型中显示出很大的益处。Ang1-7具有较强心脏保护作用，激活PI3K-Akt-eNOS通路，抑制蛋白激酶C(PKC)-p38 MAPK通路，抑制心肌纤维化。Ang1-7抑制醛固酮的分泌改善内皮功能障碍，抑制炎症和心肌纤维化，纠正代谢功能障碍和逆转心肌肥大[1,4]。Apelin通过激活G蛋白偶联受体APJ在心血管疾病中发挥有益作用，研究证明Apelin上调ACE2的表达和活性，拮抗心肌细胞Ang II-AT1R轴，同时增强老年或心衰Ang1-7-Mas受体信号[26]。总之，ACE2的心脏保护作用可归因于将AngI降解为Ang1-9，使得ACE作用的底物AngI减少；以及降解AngⅡ，产生Ang1-7，发挥心脏保护作用[4]。

2.3 ACE2在糖尿病心肌病及心肌梗死后重塑中的作用 利钠肽(NPS)和RAS系统是糖尿病心肌病发生发展的主要原因[7-8]。1型糖尿病（T1D）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表达增加激活促纤维化信号，并降低其抑制剂Smad7在心脏中的表达。而且心脏组织凋亡标志物c-PARP和c-Caspase3表达增加[27]。NEP抑制剂和ACE2激活剂联合治疗纠正RAS和NPS系统，可显著减轻糖尿病心肌病相关的代谢紊乱和心肌纤维化，明显抑制NF-kB、TGF-β和凋亡信号通路活化。ACE2激活剂通过ACE2/Ang1-7/MasR或AT2R轴作用于sGC激活PI3K/AKT通路，提高血浆和心脏cGMP水平，使得H3K4Me2及其H3K4甲基转移酶的表达正常化[7-8,28]。ACE2基因敲除小鼠导致心肌纤维化肥厚和功能障碍。心脏NADP氧化酶活性增强,ROS生成，蛋白激酶C和基质金属蛋白酶激活，导致心脏细胞外基质的降解增加[28-29]。CCAAT增强子结合蛋白β （CCAAT/enhancerbinding proteinβ，C/EBPβ),属于碱性亮氨酸拉链转录因子家族，调控细胞生长和分化，并与ACE2启动子序列结合，过表达C/EBPβ基因上调ACE2的表达，增加MMP-2的表达和活性，从而增加糖尿病小鼠ECM的降解，显著减轻胶原沉积，抑制心肌细胞凋亡[30]。

心肌重构在冠心病的病理生理中发挥重要作用[31]。重氮氨苯脒乙酰甘氨酸盐（Diminazene，DIZE）是ACE2特异性激活剂，研究表明DIZE可能通过激活ACE2/AT1R/MasR轴在急性心梗中起到保护作用，使得大鼠心梗面积显著减小，CK和LDH水平降低，降低炎症因子（TNF-a,IL-6）、COX-2和iNOS水平。ACE2调节急性心梗后心脏重塑，对心脏恢复至关重要[12]。DIZE能显著减轻心肌梗死导致的左室短轴缩短率减少，提高左室内压最大上升速率max-dp/dt，防止心室肥大[27]。ACE2-Ang1-7-MasR轴在心肌重构发展过程中发挥潜在的保护作用。奥美沙坦不仅通过阻断AngII受体1(AT1R)，而且通过上调ACE2、Ang1-7和MasR的表达，抑制心肌局部AngII水平，马松染色提示心肌胶原沉积减少，改善心肌梗死后心肌重构[31]。Ang1-7通过刺激心肌血管内皮生长因子D和基质金属蛋白酶9的表达来促进血管生成，从而促进心脏修复和心室功能[31]。

2.4 ACE2在房颤中的作用 Walters团队研究纳入了58名阵发性房颤患者，20名持续性房颤，25名健康志愿者。结果表明房颤患者中血浆ACE2活性升高，持续性房颤升高程度最为显著[32]。激活经典的RAS途径，抑制非经典RAS途径，可能通过直接和间接的机制来诱发房颤。直接机制通过心外膜脂肪细胞浸润至心房肌，间接机制通过释放炎性因子TNF-α、IL-6、MCP-1、MMP2/7、巨噬细胞表型转换、心脏电重构[33-34]。

过表达ACE2减少瞬时受体电位M7型（Transient receptor potential melastatin 7，TRPM7）表达，TRPM7是表达在成纤维细胞表面的主要Ca2+通道，可促进TGF介导的纤维化。ACE2基因敲除小鼠的心外膜脂肪组织 （epicardial adipose tissue，EAT）炎症反应加重，同时促炎细胞因子表达增加[33]。Ang1-7激活G蛋白偶联受体MAS1，Ang1-7/MAS1轴通过减轻炎症、纤维化和心脏电重构，同时扩张血管和抑制血栓形成，在治疗房颤中发挥潜在作用[33]。

2.5 ACE2在阿霉素心肌病中的作用 阿霉素是临床上广泛用于治疗急性白血病等恶性肿瘤的蒽环类药物，其引起的心肌病心肌重构的机制仍未完全阐明。可能与氧化应激，代谢异常，炎症，心肌纤维化，心肌细胞凋亡，DNA和线粒体损伤有关。通过心肌注射过表达ACE2腺病毒基因治疗阿霉素诱导的大鼠心肌病，发现可减少细胞凋亡、炎症反应和氧化应激，减轻心肌纤维化，改善左室重构和心功能，明显降低大鼠死亡率。过表达ACE2通过降低心肌AngII水平，增加心肌组织Ang1-7，激活AMPK和PI3K-AKT通路，抑制ERK1/2表达从而抑制TNF-α、VACM-1和ICAM-1炎症因子浸润，降低TGF-β1表达[35-37]。

3 结语与展望

综上所述，RAS系统失衡在心肌损伤发生发展中发挥重要的作用，作为RAS系统新成员的ACE2作用不容忽视，其通过多种途径参与心肌损伤，同时可作为预测心血管疾病不良事件的分子标记物。应用重组人ACE2或ACE2激活剂未来可作为治疗心血管疾病新策略。ACE2在新型冠状病毒肺炎中发挥“双重作用”，ACE2受体介导新型冠状病毒与宿主呼吸道上皮细胞结合，是β冠状病毒（2019-nCOV）感染非常重要的靶点，而病毒感染后通过多种途径使得机体心肌组织ACE2水平下降，炎症、缺氧及代谢障碍等，与新冠肺炎心肌损伤关系密切。通过降低ACE2受体与S蛋白亲和力，或是抑制病毒入侵的关键步骤如TMPRSS2的启动等过程。ACE2可以作为预防新型冠状病毒感染靶点设计疫苗。并在机体感染后通过激活心肌中ACE2或使用重组人ACE2增加心肌组织表达水平，以纠正RAS系统紊乱，相信今后在各位学者的努力下ACE2在心肌损伤中越来越多的作用将会被阐明，为治疗疾病提供理论依据，并改善患者的生存质量降低死亡率。