血管緊張素轉化酶２和其主要產物Ａｎｇ（１—７）生物作用

中圖分類號：R392．5

文獻標識碼：A

文章編號：1672—1349(2007)06—0521—03

腎素一血管緊張素系統(RAS)是一個重要的血壓和水電解質調節系統。經典的RAS是指由肝臟分泌的血管緊張素原釋放入血液循環，在。腎近球細胞產生的腎素作用下轉化為10肽的血管緊張素I(Ang I)，再經肺循環的血管緊張素轉化酶(ACE)的作用轉化為8肽的血管緊張素Ⅱ(AngⅡ)。近年來，研究發現除上述經典(循環RAS)外，局部組織如心臟、血管壁、腎臟、腦等組織還具有獨立的RAS，主要調節局部組織的生長和分化，循環和局部的RAS在心血管疾病中起非常重要的作用。血管緊張素轉換酶抑制劑(ACEI)、血管緊張素Ⅱ受體拮抗劑(ARB)在心血管中的廣泛應用已充分證明RAS的重要性。新近發現的RAS新成員血管緊張素轉化酶2(ACE2)及其主要產物Ang(1－7)使人們認識到RAS的復雜性及促使進一步研究該系統在心血管疾病中作用機制和針對該系統的相應藥物的開發。現就ACE2和其主要產物Ang(1～7)在心血管疾病中的作用作一綜述。

1 血管緊張素轉化酶2的結構和生物學特性

1．1血管緊張素轉化酶2的結構和基因 ACE2是第一個被認識的ACE的同源物，于2000年，首先從人心力衰竭互補脫氧核糖核酸(cDNA)文庫和人淋巴瘤文庫中克隆出來。ACE2與ACE有相當多的相似性，它也是I型結構的鋅依賴性膜金屬蛋白酶，分子量為120 kD，與ACE在N末端催化區有42％同源性。ACE2基因定位于X染色體的XP22位點。相當于高血壓大鼠模型x染色體上標記的未知基因的數量性狀遺傳位點，可影響高血壓的復雜表型的表達。ACE2對血壓的影響與性別相關，這可能因為ACE2基因位于x染色體，而雌性有2條X染色體，因此，ACE2對雌性小鼠的血管張力影響更大。對二者基因結構的對比分析更發現ACE2基因所包含的18個外顯與ACE基因的頭17個外顯子的結構具有相當大的類似性。這提示兩個基因是由一個共同的祖先基因演化而來的。

1．2血管緊張素轉化酶2的生物學特性 除了上述的相似點外，ACE與ACE2又有許多不同之處。①ACE嚴格地說是體細胞型ACE(somatic ACE，sACE)有兩個催化活性區域。ACE2僅有一個，在這一點上ACE2更接近于sACE的另一個同源類似物——睪丸特異型ACE(testicular—specific ACE，t—ACE)，后者也僅有一個催化活性區。②ACE的表達廣泛分布在整個循環系統以及局部組織器官中，而ACE2的表達具有高度的組織特異性。有學者觀察了23塊人體組織，僅在其中的心臟、腎臟和睪丸組織中發現ACE2的表達。而在其他組織器官及血液中未發現它的存在。免疫組化表明ACE2蛋白主要存在于冠狀動脈內皮、腎血管和腎小管上皮細胞中。Harmer等發現在胃腸系統。尤其是回腸、十二指腸、空腸、結腸中ACE2有較高水平的表達。這提示ACE2可能在心腎局部RAS以及胃腸系統的生理和病理生理狀態下發揮著特殊的作用。③乙二胺四乙酸(EDTA)可以抑制ACE2的活性。ACEI在體內及體外均不能抑制ACE2的生理活性。但它們卻可以抑制ACE的兩個催化活性區域。④與ACE及一些其他細胞表面蛋白一樣，ACE2能也易于從細胞表面被切割后分泌出來。ACE中存在特定的切割位點序列，但ACE2中沒有這種識別序列，所以，可能存在另外一種不同的分泌酶，在目前尚不明確的位點將ACE2從細胞上切割下來。⑤它的特異性亦與ACE截然不同。ACE2水解AngⅡ的無活性前體物質AngI生成Ang(1—9)肽而Ang(1—9)可進一步被ACE轉化為舒血管肽Ang(1—7)。ACE2也可以直接轉化AngⅡ為Ang(1—7)。體外研究結果顯示ACE2對AngⅡ的催化效率比對AngI高出近400倍。表明ACE2的主要作用是轉化AngⅡ為Ang(1－7)。Ang(1—7)能夠抑制細胞生長增生，產生心臟血管保護作用。ACE2除作用于血管緊張素肽外，還能切除dcs—Arg9緩激肽、神經加壓素1—13、激肽、水解酶apelin－13和強啡肽A1—13的C末端殘基。這些肽類物質都參與心血管的生理和病理過程。但與ACE不同，ACE2對緩激肽沒有作用。⑥Ang(1—7)受體新近已被鑒定出來。是一種由Masl原癌基因編碼的G蛋白受體。Mas受體在正常腎臟組織有分布，遺傳性缺失該受體影響ang(1—7)與小鼠腎臟的結合，結果小鼠無法通過Ang(1—7)發揮大量飲水后的利尿作用。同時，動物動脈對Ang(1—7)的舒張作用也無反應。

2 ACE2和Ang(1—7)在心血管中的作用

2．1 ACE2和Ang(1—7)和高血壓的關系 為明確ACE2代謝途徑在調節血壓和心臟功能中的作用，ACE2基因敲除，ACE2轉基因動物已經建立成，另外，ACE2拮抗劑、選擇性ACE2抑制劑的研究也已經展開。在多種實驗性高血壓模型中，已經鑒定出一些影響高血壓易患性的QTL。由于ACE2基因正好位于高血壓大鼠X染色體的QTL上，因此推斷ACE2可能在原發性高血壓發病中具有一定作用。作為一個血壓動態平衡的潛在調節者，ACE2通過RAS和其他調節肽途徑發揮著生物化學活性。已經證實，在鹽敏感高血壓模型、特發性高血壓小鼠及特發性高血壓傾向的小鼠模型中，ACE2的信使RNA和蛋白質水平隨著血壓的增加而顯著降低，ACE2的水平降低會導致AngⅡ水平的上升，促進了血壓的增高。盡管有上述的ACE2和高血壓的關系，ACE2缺失小鼠和同窩出生的對照小鼠相比并沒有顯示血壓增高。在6個月大小的ACE2敲除雄性小鼠收縮壓和平均動脈壓均降低，但是如果同時伴有心功能受損，則很難確定血壓是否對系統血管阻力具有依賴作用。ACE2敲除后的復雜作用在ACE2敲除雌性小鼠中可以看到：雌性小鼠即使存在有心功能損害也沒有發現有血壓減低，這可能是由于系統陰力增加的緣故。這從一定程度上說明：①在心血管系統中，與X染色體相關的ACE2基因具有性別特異性；②ACE2對血壓的調節依賴RAS，即在機體RAS激活的狀態下才會發揮作用，其作用主要是拮抗AngⅡ的升壓作用；③機體的Ang(1—7)可以由非ACE2途徑產生，并可能其他遺傳因素能夠調節ACE2的作用，ACE2缺失小鼠可能會出現幾種肽的過調節，ACE2缺失的小鼠AngI增加，在腎臟組織中Ang I在中性的肽鏈內切酶(neprilysin)的作用下，轉變成／Lag(1—7)，Ang(1—7)的增加可以拮抗AngⅡ的作用并且加強緩激肽的作用。④最近ACE2的4個單核苷酸多態性分析研究表明：ACE2的基因多態性，與高血壓不相關，可能的原因是單獨一個ACE2基因改變不能導致高血壓。這與高血壓是眾多遺傳因素和環境因素共同作用的結果相一致。

2．2 ACE2和Ang(1—7)和心臟功能的關系

2．2．1 ACE2和Ang(1—7)和冠心病的關系 ACE在敲除ACE2基因的小鼠，心臟缺氧標志基因如BNIP－3及PAl—I明顯上調，表明缺失ACE2基因的小鼠心肌組織處于缺氧狀態，缺氧標志物上調說明血管內皮細胞ACE2的缺失導致冠狀動脈的收縮，減少了氧向心肌細胞釋放。在大鼠和人心臟，心肌內血管內皮細胞和心肌細胞有ACE2的表達也支持ACE2在局部血管擴張中的作用。對心肌梗死大鼠研究發現，心肌梗死大鼠，雖出現左室功能不全和心臟肥大，但心臟ACE2沒有改變，在給血管緊張素Ⅱ1型受體拮抗劑治療的大鼠，心臟ACE 2表達水平明顯增加。ACE2基因與人缺血性心臟病有何關系?目前還缺少這方面的研究。根據心肌梗死后AngⅡ和ACE水平增加的事實，可推測心肌ACE2基因表達也是增加的，這種增加可能是一種代償，通過使nag(1—7)生成增加而對抗AngⅡ的不利效應。從擴張型心肌病病人中分離的ACE2在體外可以使Ang(1-7)生成增加。在大鼠肌梗死模型中發現，Ang(1—7)免疫反應增加。進一步研究發現Ang(1—7)的釋放可使心肌梗死后的心力衰竭減輕，且血管緊張素Ⅱ2型受體拮抗劑不能抵消這種作用，認為血管緊張素Ⅱ1型受體拮抗劑對心臟ACE2表達的作用可能是直接的血管緊張素Ⅱ1型受體阻斷作用或者是增加的Ang(1—7)的調節作用。目前，ACE2與冠心病的關系研究尚少。

2．2．2 ACE2影響心肌的收縮力 Crackower等將鼠的ACE2基因敲除，制成純合子動物模型ACE2－／y(雄性)和ACE2－／-(雌性)，6個月齡時，超聲心動圖發現左心室室壁運動顯著減弱，室壁變薄，左心室舒張末期容積增大。雄鼠較同月齡的雌鼠心功能下降更為顯著，并伴有低血壓，血壓下降系由于心功能不全所致。心肌的組織學檢查未發現擴張型心肌病的特征，無間質性纖維化、心肌細胞肥大及心肌細胞凋亡的證據。這種功能改變非常類似動物或者人類的一種因缺氧而造成的心肌收縮降低的狀態，稱作“心肌眩暈／冬眠”，這些均提示ACE2可能介導心肌缺血。Goulter等在9例健康供體、11例原發性擴張性心肌病(IDC)、12例缺血性心肌病(ICM)病人的左心室游離壁心肌中檢測了ACE2 mRNA、ACE mRNA、心鈉素(atrial natri－uretic factor，ANF)mRNA的表達，發現IDC組及ICM組ACE2mRNA的表達分別比健康供體組增加了2．4倍和1．8倍；ACEmRNA的表達在IDC組及ICM組分別增加了3．1倍和2．4倍；而ANFmRNA的表達在IDC組及ICM組分別增加了13倍和8倍；有意義的是，研究發現健康供體的心肌ACE2mRNA的表達要高于ACEmRNA的表達，ACE2mRNA表達水平比率在不同物種和不同組織之間會有相應的變化，在心力衰竭等RAS過度激活的病理生理狀態下，ACE2的表達上調，生成具有改善心臟功能的Ang(1—7)，降低AngⅡ從而在RAS中起到平衡作用。

2．2．3 ACE2可能與心室重構和心律失常有關 Wakimoto等將人的ACE2基因轉染給鼠，使其在心臟過高表達，發現動物在出生后3周即出現完全性房室傳導阻滯及多形性室性心動過速和／或心室顫動，多發生心臟猝死。Donoghue等[13]將人的ACE2基因轉染給鼠，使其在心肌細胞過高表達，發現轉基因鼠于出生后2周均出現房室傳導阻滯(AVB)，心電圖QRS輕度增寬，3周時均出現完全性AVB，部分出現室性心律失常(頻發室早、非持續性或持續性室上性心動過速)及心臟猝死；未死亡的轉基因鼠于5周時AVB改善，轉為I度AVB，室性早搏減少。心內電生理檢查示AH阻滯和HV問期延長，程序刺激可誘發室上性心動過速，而野生型均不能誘發。4周齡時，與同齡野生型鼠比Ang(1—7)在ACE2高表達的轉基因鼠中，有較高的猝死率。進一步的電生理檢查示傳導加速，節律紊亂，從而產生室速、室顫在轉基因鼠心臟中縫隙連接蛋白40．43均下降，表明ACE 2介導的縫隙連接重塑可解釋電生理紊亂在生存下來的轉基因鼠中，可自動下調ACE2轉基因，從而恢復正常的傳導、節律和連接蛋白表達水平相關。

2．2．4 ACE2影響心臟的發育 在缺乏ACE2果蠅同種組織的果蠅體內，可發現心臟管腔有形成缺陷，缺乏ACE2導致心臟祖細胞減少和破壞中胚葉的形成。因此，ACE 2在心臟形態發育中也可能有作用。總之，ACE2影響心臟功能的證據是確鑿的，但其機制尚不完全清楚，需要對ACE2基因剔除小鼠進行更加全面和深入的分析。

3對腎臟的調節

ACE2在腎臟廣泛表達且主要在腎近曲小管轉化Ang 1為Ang(1—7)，從而有可能對腎臟的調節起作用。對2型糖尿病嚙齒動物模型觀察ACE2，ACE的表達時發現：8周齡糖尿病但無腎病組，ACE mRNA和ACE蛋白在腎皮質的表達均下降，ACE的活性明顯減低，而ACE 2 mRNA在腎皮質的表達無下降，ACE2蛋白的表達相反卻上升，表明ACE2可能在糖尿病早期起到腎臟保護作用。對24周齡糖尿病腎病人鼠模型的研究發現：ACE2蛋白在腎小管的表達下降30％，使得局部AngⅡ的水平上升，導致腎小管間質纖維化，而雷米普利治療組。腎ACE2蛋白的表達卻相似于幾無糖尿病腎病大鼠組，表明血管緊張素轉化酶抑制劑保護腎功能的作用可能是通過ACE2所介導的代謝而發揮調節作用的。

4對呼吸及其他系統的調節

研究顯示，ACE2是嚴重急性呼吸綜合征相關冠狀病毒(SARS—CoV)的一個功能性受體：①從SARS—CoV可感染的非洲綠猴腎細胞(Veto E6)中分離出ACE2蛋白能高效的與SARS病毒蛋白的S1區結合；②轉染了ACE2的293T細胞能與表達S蛋自的細胞形成多核體而同樣的293T細胞轉染了人免疫缺陷病毒1則不行；③SARS病毒在ACE2轉染的293T細胞里能高效的復制，在人免疫缺陷病毒1轉染的細胞中則不會；④抗ACE2抗體能阻病毒在Vero E6細胞中的復制。但抗ACE抗體則不行。ACE2作為SARS—CoV的結合受體這一新的功能被發現后，人們反過來重新審視過去發表的72種人類組織實時PCR結果，發現當時直至以后ACE2的受體功能發現前的時間內被忽略的一個結果，即ACE2的mRNA在支氣管、肺實質，腸道等組織中一樣高表達。這種器官分布與SARS病人急性肺部感染的特征相吻合。但受體配體結合后如何引起SARS的病理生理改變及臨床癥狀，其機制還不清楚。

5 ACE2與生殖

Brosnihan等觀察了妊娠19d的斯普利格2道利大鼠，應用免疫細胞化學法(immunocytochemical)發現其。腎臟組織中Ang(1—7)和ACE2蛋白水平比正常對照組分別增加了56％和117％(P<0．05)。認為妊娠期間腎臟局部ang(1—7)的生成和高表達與ACE2密切有關。但妊娠導致ACE2表達上調的機制還不清楚。Crackower等發現ace基因缺陷的雄性大鼠其睪丸的組織學及精子活力正常，但ace2P2雄性大鼠其生殖能力明顯下降，提出ace基因在生殖方面的作用獨立于其作為羧肽酶的作用。對于ace2P2大鼠，無論雌雄，生殖能力均正常，提出在睪丸這個特定的器官，ACE與ACE2之間沒有生理功能方面的交錯。

另外，ACE2在消化道、骨髓細胞中也有表達，可能以目前人們尚不了解的機制調節睪丸、消化道和造血系統的功能還有待進一步研究。

6結語

心血管疾病的發生發展可以看作是一個連續的統一體，高血壓、脂質代謝紊亂、糖尿病等危險因素(即目前備受醫學界關注的代謝綜合征的各方面)最初促使動脈粥樣硬化和(或)左心室肥厚，形成冠心病。冠狀動脈疾病的進一步發展引起心肌缺血，而動脈粥樣硬化斑塊形成的血栓使冠狀動脈閉塞導致心肌梗死，心肌梗死的后果是引起心律失常、心肌壞死甚至心臟猝死，即使在急性心肌梗死中幸存下來，心肌梗死后心室發生重構導致心室擴大、心力衰竭，最終也發展為終末期心臟病。經典RAS的作用機制主要是由AngⅡ通過與AT1受體結合收縮血管平滑肌，使鈉潴留，抑制。腎素分泌，促進內皮素分泌，增加血管加壓素釋放，升高血壓，激活交感神經系統，促使心肌肥大，刺激血管和心臟纖維化，增強心肌收縮力，誘發心律失常，激活纖溶酶原激活物抑制劑和刺激過氧化物形成，幾乎參與了這一統一體一心血管疾病系統的每一個環節。因此，任何干擾AngⅡ活性的因素均可以降低心血管疾病的發生率與病死率。ACE2和Ang(1—7)的發現使人們對RAS有了全新的認識，ACE2主要通過Ang(1—7)在高血壓、缺血性心肌病、糖尿病。腎病、生殖系統、呼吸系統、胃腸道疾病等發揮作用，給人們提供了認識RAS及ACE2在這些疾病中的作用機制，同時給以ACE2為靶點的藥物的開發提供了新的思路。