ACE在皮膚組織損傷修復與再生中作用的研究

[摘要]血管緊張素轉化酶(angiotensin-converting enzyme， ACE)是腎素-血管緊張素系統(tǒng)(renin-angiotensin system， RAS)激活過程中的關鍵性限速酶之一，可催化血管緊張素Ⅰ水解生成RAS最重要的活性產(chǎn)物血管緊張素Ⅱ。ACE也可使具有擴張血管反應的緩激肽生成苯丙-精二肽，還可直接作用于腎上腺皮質促進醛固酮分泌。近年來發(fā)現(xiàn)ACE除了降解血管緊張素I和緩激肽外，還能降解其它產(chǎn)物如:β-內啡肽、P物質、Ac-SDPK等。同時，ACE和中性內肽酶(neutral endopeptidase，NEP)作為終止皮膚神經(jīng)-內分泌介質作用的關鍵酶可調控皮膚細胞的存活、創(chuàng)傷愈合和組織再生。本文主要闡述近年來有關ACE及其底物在皮膚組織損傷修復與再生中作用的相關研究。

[關鍵詞]血管緊張素轉化酶;創(chuàng)傷愈合;緩激肽;P物質;內啡肽

[中圖分類號]Q813.1[文獻標識碼]A[文章編號]1008-6455(2010)08-1256-03

Potential role of angiotensin-converting enzyme in wound repair and regeneration

LI Sheng-hong1，LIU Hong-wei1，CHENG Biao2

(1.The First Affiliated Hospital of Jinan University，Key Laboratory for Regenerative Medicine，Ministry of Education，Guangzhou 510630，Guangdong，China; 2.Department of Plastic Surgery，Guangzhou General Hospital of PLA，Guangzhou 510010，Guangdong，China)

Abstract: Angiotensin-converting enzyme (ACE) is a key component of renin-angiotensin system (RAS).It converts angiotensin I (Ang I) into angiotensin II (Ang II)， a pluripotent signaling peptide.In contrast to renin， another key enzyme of RAS， ACE is more promiscuous in its substrate specificity.Angiotensin I and bradykinin are well-known physiological substrates， whereas ACE also cleaves substance P，AcSDKP，β-endorphins，and several other peptides.Perhaps because of this variety of substrates，ACE affects many physiological processes including blood pressure， hematopoiesis，and fertility.Recently，a large number of studies have revealed that ACE is involved in skin function.ACE appears to be a critical regulator in controlling cutaneous inflammatory response，as well as affecting pigmentation，cell survival and tissue regeneration.Emerging evidence has suggested that ACE plays a role in the context of stem cell regulation.This review mainly summarized the evidences for the potential role of angiotensin-converting enzyme in wound repair and regeneration.

Key words: angiotensin-converting enzyme;wound healing;bradykinin;substance P;endorphins

1ACE簡介

血管緊張素轉化酶(angiotensin-converting enzyme， ACE)是由Leonard T. Skeggs于1954 年從馬血漿中首先發(fā)現(xiàn)的一種含鋅的金屬肽酶[1]，又名激肽酶Ⅱ，系統(tǒng)命名為肽酰二肽水解酶(EC， 3-4-15-1)。此酶能催化血管緊張素Ⅰ (angiotensin，Ang I)水解去掉羧基端二肽生成具有血管收縮作用的血管緊張素Ⅱ(angiotensin II，Ang II)。ACE在人體廣泛分布，通常以三種形式存在，是一個基因的不同剪接產(chǎn)物。異構體Ⅰ在組織中普遍存在，稱為體細胞 ACE(somatic ACE，sACE);異構體Ⅱ和異構體Ⅲ表達于睪丸組織和成熟的精子細胞中，稱為睪丸ACE(testic ACE，tACE)。

ACE是腎素-血管緊張素系統(tǒng)(renin-angiotensin system，RAS)的關鍵酶，通過內分泌、自分泌及旁分泌在全身和局部發(fā)揮作用，主要作用于Ang I的羧基末端，脫去組氨酰亮氨酸，生成具有八肽的Ang II。ACE同時又是激肽酶Ⅱ，可以促進緩激肽的降解，主要降解緩激肽羧基末端的苯丙氨酰精氨酸，使之失去活性，抑制緩激肽引起的血管擴張作用。

2ACE的其它相關底物

ACE是一種細胞外酶，可以將十肽的Ang I降解為八肽的Ang II。傳統(tǒng)的觀念認為ACE水解主要為Ang I和緩激肽的C末端的二肽，是一種二肽羧基肽酶，而近期的研究對ACE的特異性有了新的認識[1]:①ACE能水解酰胺化肽如P物質和K物質;②以P物質、脫精氨酸緩激肽(des-Arg9-BK)和促性腺激素釋放激素(LH-RH)為底物時，ACE具有三肽羧基肽酶的活性;③以封閉N末端的LH-RH為底物時，ACE呈現(xiàn)三肽氨基肽酶活性。因此ACE具有多種活性底物，可以降解多種底物，如降解P物質、緩激肽(BK)、內啡肽、縮膽囊素、Ac-SDKP (N-acetyl-seryl-aspartyl-lysyl-proline)、神經(jīng)降壓肽等[2]，并非傳統(tǒng)的認為僅作用于Ang I。

3ACE與皮膚損傷修復及再生

ACE是RAS激活過程中的關鍵性限速酶，已被發(fā)現(xiàn)存在于表皮的角質形成細胞的胞膜[3-4]。ACE抑制劑已被作為一線抗高血壓藥物，廣泛應用于心血管疾病的治療，然而各種ACE抑制劑50%的副反應發(fā)生在皮膚。已有報道ACE抑制劑可導致毛囊干細胞功能障礙和脫發(fā)，ACE可通過調節(jié)與創(chuàng)傷修復有關物質的濃度來影響皮膚的損傷修復與再生[5]。ACE和中性內肽酶(neutral endopeptidase，NEP)作為終止皮膚神經(jīng)-內分泌介質作用的關鍵酶可調控皮膚細胞的存活、創(chuàng)傷愈合和組織再生[6]。在創(chuàng)傷的角質形成細胞單層中，ACE mRNA的表達迅速增加，在創(chuàng)傷后第三個月，仍能在人的瘢痕組織中發(fā)現(xiàn)ACE mRNA表達持續(xù)增加[7]。許多研究表明，ACE的上調會影響纖維化的重塑過程。這一點在心血管系統(tǒng)的病理改變中已經(jīng)得到證實。為了解ACE與皮膚纖維化疾病如增生性瘢痕、瘢痕疙瘩形成的關系，Morihara等分別選取了10例正常皮膚傷后愈合的標本、14例增生性瘢痕或瘢痕疙瘩標本，以及正常皮膚組織標本15例進行對比性研究。采用高壓液相色譜儀檢測各標本中的ACE的活性，用免疫組化法定位組織中的ACE。研究表明，病理性瘢痕組織中的ACE活性明顯高于正常皮膚組織，也高于正常愈合的皮膚組織。提示:ACE的上調，不僅影響心血管的纖維化，而且也影響皮膚病理性瘢痕的形成。

在人胚胎皮膚已經(jīng)發(fā)現(xiàn)ACE在皮膚表皮分化形成過程中發(fā)揮著重要作用，現(xiàn)已證明[2]在人類11周齡的胚胎中，盡管此時的表皮僅有兩三個細胞層，但發(fā)現(xiàn)表皮中已有ACE的表達，ACE可以促進人類胚胎表皮成熟過程中的細胞有絲分裂。而在成熟的人類表皮中，ACE僅表達于表皮的基底細胞層，可能與基底細胞層的表皮細胞的不斷更新有關。

盡管ACE在皮膚組織自我更新及皮膚損傷修復中的分子機制尚不清楚，但這些研究提示:在人的皮膚組織表達ACE，其在皮膚組織自我更新、損傷修復與再生過程中發(fā)揮著重要的作用。

4ACE的相關底物及其在皮膚損傷修復與再生中的作用

4.1 Ang II在皮膚損傷修復中的作用:Ang II是ACE的最主要的催化產(chǎn)物，也是RAS中最重要的活性產(chǎn)物。業(yè)已證明，皮膚是Ang II的靶器官之一，Ang II在諸多層面參與皮膚組織的自我更新和損傷修復。這部分內容筆者已在有關文獻[8]中詳述。

4.2 ACE的其它相關底物及其在皮膚損傷修復與再生中的作用:近年來發(fā)現(xiàn)ACE除了能夠降解Ang I外，還能作用于緩激肽(BK) 、P物質，Ac-SDKP、內啡肽、β-淀粉樣蛋白、神經(jīng)降壓肽等[9]，可能通過調節(jié)這些重要活性物質的含量而在皮膚組織損傷修復中發(fā)揮作用。

4.2.1 緩激肽:緩激肽(bradykinin， BK)是一種九肽物。ACE可以降解BK成無活性的片段，主要作用于BK C-末端的兩個二肽而失活，ACE降解BK的作用甚至比降解Ang I更為容易，Ng和Vane發(fā)現(xiàn)BK在肺內的滅活和將Ang I轉化為Ang II的酶是同一種酶，即ACE的作用[1]。

BK具有強大的舒血管作用，能夠刺激內皮產(chǎn)生一氧化氮，前列環(huán)素等舒血管物質。組織損傷時會釋放BK，產(chǎn)生炎性痛和痛敏。BK降解產(chǎn)生的脫精氨酸BK(des-Arg9-BK)刺激初級傳入神經(jīng)元，并致痛敏。BK作為皮膚中一種重要的炎癥介質，當皮膚受到傷害性刺激時，它可以被激活或提高皮膚中傷害性刺激受體的敏感性。Mayer等[10]的研究發(fā)現(xiàn)在皮膚受到傷害時，皮膚中的BK系統(tǒng)被環(huán)氧化物酶激活，刺激皮膚合成和釋放PGE2，從而參與皮膚的損傷過程。另外，在大鼠皮膚組織中已經(jīng)證實BK和組胺相互作用參與皮膚的瘙癢等異常感覺的形成[11]。

ACE和NEP在BK的降解中有著非常重要的作用。Ryan在1994年就報道在內皮中ACE和NEP可以抑制BK的生物活性，在內皮中ACE和NEP可以將BK等多肽物質降解為脫精氨酸的多肽片段，即脫精氨酸BK(des-Arg9-BK)，尤其是ACE在BK等多肽類物質的降解中發(fā)揮著特別重要的作用[12]。有越來越多的證據(jù)證實ACE抑制劑在臨床上的應用所發(fā)揮的作用很大程度上歸功于BK降解減少。

4.2.2 P物質:P物質(SP)是中樞和外周神經(jīng)系統(tǒng)潛在的神經(jīng)遞質，在皮膚中也有表達[13]。當皮膚受到化學、物理損傷，紫外線照射等有害刺激時，可以促進P物質的釋放。研究證實SP可上調成纖維細胞表達神經(jīng)肽，誘導成纖維細胞表達生長因子及其受體，調控表皮干細胞遷移、分化，促進進入肉芽組織內的表皮干細胞跨胚層向血管內皮細胞和成纖維細胞分化。

SP作為ACE的重要底物可能是ACE調控皮膚損傷修復的作用模式之一。進一步研究ACE在創(chuàng)傷修復過程中表達的時空變化，及其與SP之間的相互作用對于闡明ACE在創(chuàng)傷修復中的作用和機制有重要意義。

4.2.3 Ac-SDKP:Ac-SDKP是1989年首次從胎牛骨髓中提取的一種四肽，廣泛存在于血液和組織中。Ac-SDKP是一種具有抑制造血干細胞分化的強大抑制劑，同時也具有抗纖維化作用，主要被ACE降解。Ac-SDKP在體內具有抑制纖維母細胞分化增殖和膠原合成的作用，在正常的條件下Ac-SDKP參與人體內膠原含量的調節(jié)，阻止器官膠原沉積[14]。同時也證實Ang II可以降低Ac-SDKP的基礎水平，增加膠原細胞的含量，這種情況可能是Ac-SDKP的負反饋調節(jié)作用所致。因膠原代謝在皮膚創(chuàng)傷組織的修復中起重要作用，創(chuàng)傷后膠原構成的重組對于正常化皮膚組織的功能非常重要。因此ACE對Ac-SDKP的降解，可能也是ACE調控皮膚損傷修復過程的方式之一。

最近人們認識到造血干細胞參與了皮膚損傷修復過程中的上皮化、血管再生和肉芽組織形成，在組織修復與再生過程中起重要作用。研究表明[15]Ac-SDKP是一種生理性造血細胞生長抑制因子，作為一種負性調控因子，Ac-SDKP具有抑制造血干細胞生長的生物學功能，并且對其他細胞有生長抑制作用，ACE也有可能通過降解Ac-SDKP，調節(jié)造血干細胞的生物學功能，從而參與皮膚創(chuàng)傷修復。

4.2.4 內啡肽:內啡肽(endorphin)亦稱安多芬或腦內啡，于1975年發(fā)現(xiàn)，是一種由腦下垂體和脊椎動物的丘腦下部所分泌的氨基化合物[16]。研究表明:在體外培養(yǎng)的皮膚細胞包括角質形成細胞、黑色素細胞、內皮細胞、成纖維細胞和脂肪細胞中均有內啡肽及其特異性受體的表達[17]。最近我們在大鼠皮膚燒傷模型中發(fā)現(xiàn):燒傷愈合過程中β-內啡肽和μ型-阿片受體的表達具有一定的時空特性[18]，這種時空表達規(guī)律可能造成包括角質形成細胞、成纖維細胞、內皮細胞和炎癥細胞在內的許多細胞表型發(fā)生改變，從而參與組織的創(chuàng)傷修復與再生的活動。當創(chuàng)傷愈合形成瘢痕組織時，特別是在增生性瘢痕和瘢痕疙瘩組織表皮和真皮層中出現(xiàn)廣泛游離的阿片肽類物質，即阿片受體各亞型在人正常皮膚與增生性瘢痕組織中的表達具有不同的分布特征，它們可能是在造成瘢痕愈合后感覺異常的重要因素[16]。在皮膚局部組織形成的內啡肽在免疫反應、組織修復、色素代謝等方面發(fā)揮重要作用[19]。它們能夠調節(jié)皮膚朗格漢斯細胞的功能，能引起皮膚中的肥大細胞釋放組胺，與皮膚瘙癢的形成有關。角質形成細胞分泌的β-內啡肽能夠刺激體外培養(yǎng)的表皮角質細胞伸展、直徑變大，促進其生長、遷移、分化及細胞因子的產(chǎn)生。β-內啡肽在組織修復過程中還有調節(jié)炎癥反應的作用。

盡管研究表明皮膚是內啡肽和ACE產(chǎn)生的場所以及參與各種病理生理活動的作用位點，同時內啡肽也是ACE作用的底物，但它們之間的相互作用對皮膚損傷修復產(chǎn)生的影響仍有待于進一步闡明。

4.2.5 ACE與干細胞的關系:最近一些研究證據(jù)提示ACE在干細胞的調節(jié)中發(fā)揮著重要的作用。Jokubaitis報道[20]ACE是人類胚胎，胎兒和成人造血組織的標記物，在調節(jié)造血干細胞發(fā)育的過程中發(fā)揮重要作用。在小鼠的研究中已經(jīng)證實抑制ACE的活性可導致造血干細胞的分化降低。

β1-整粘蛋白，K19和P63目前被用作表皮干細胞的標記物，它們的表達大部分定位于表皮基地層的角質形成細胞，在人類胚胎的表皮干細胞更為常見。我們的研究已經(jīng)證實[2]在21周齡的胚胎組織中，用免疫熒光雙標記ACE和β1-整粘蛋白，ACE和K19，ACE和P63均證實ACE的陽性區(qū)域和表皮干細胞的β1-整粘蛋白，K19和P63陽性區(qū)域相重疊，因此推測ACE可能是人類表皮干細胞潛在的標記物[2]，在調節(jié)表皮干細胞功能和表皮形成中發(fā)揮重要作用。ACE調節(jié)表皮干細胞和表皮形成主要是通過有絲分裂實現(xiàn)的，這種情況正好解釋了在人類成熟的表皮組織中ACE僅僅位于基底層，也許與上皮細胞的更新有關。

綜上所述:ACE作為終止皮膚神經(jīng)-內分泌介質作用的關鍵酶可調控皮膚細胞的存活、創(chuàng)傷愈合和組織再生。ACE可作為造血干細胞的標志物和表皮干細胞潛在的標記物，ACE抑制劑可調節(jié)干細胞的功能。除Ang I和緩激肽是ACE的底物外，β-內啡肽、P物質、Ac-SDPK等重要的活性物質也是ACE的底物。這些發(fā)現(xiàn)強烈提示我們:ACE本身直接或通過調節(jié)上述活性物質的含量在皮膚損傷修復、再生過程中發(fā)揮作用。因此，積極探討生理狀態(tài)下以及創(chuàng)面愈合過程中ACE與皮膚損傷修復與再生之間的關系，以及可能存在的調控作用與機制，對我們更清楚的了解內分泌因素在皮膚組織自我更新、損傷修復與再生等過程中所起的作用具有重要意義。

[參考文獻]

[1]張志剛，張國斌. 血管緊張素轉化酶生物學作用的新概念[J].生命的化學，1991，11(5):21-23.

[2]Liu H-W，Cheng B，Li JF，et al. Characterization of angiotensin-converting enzyme expression during epidermis morphogenesis in humans: a potential marker for epidermal stem cells[J].Br J Dermatol，2009，160:250-258.

[3]Rodgers KE，Abiko M，Girgis W，et al. Acceleration of dermal tissue repair by angiotensin II[J].Wound Repair Regen，1997，5:175-183.

[4]Rodgers K，Xiong S，F(xiàn)elix J，et al. Development of angiotensin(1-7) as an agent to accelerate dermal repair[J].Wound Repair Regen，2001，9(3):238-247.

[5]Rodgers KE，DeChemey AH，St Amand KM，et al.Histologic alterations in dermal repair after thermal injury effects of topical angiotensin II. J Burn Care Rehabil，1997，18(5):381-388.

[6]Okuyama N，Roda N，Sherman R，et al.Angiotebsin II improves random-flap viability in a rat model[J].Ann Plast Surg，1999，42(3):313-319.

[7]劉宏偉，程飚，付小兵. 增生性瘢痕中血管緊張素轉化酶表達及血管緊張素II產(chǎn)生的變化[J].中國美容醫(yī)學，2006，15(4):358-360.

[8]劉宏偉，程飚. 血管緊張素II受體與皮膚組織損傷后的修復[J].中國臨床康復，2005，9(34):127-129.

[9]Fleming I. Signaling by the angiotensin-converting enzyme[J].Circ Res，2006， 98: 887-896.

[10]Mayer S，Izydorczyk I， Reeh P W， et al. Bradykinin-induced nociceptor sensitisation to heat depends on cox-1 and cox-2 in isolated rat skin[J].Pain，2007，130:14-24.

[11]Koppert W，Martus P，Reeh PW，et al. Interactions of histamine and bradykinin on polymodal C-fibers in isolated rat skin[J].Eur J Pain，2001，5:97-106.

[12]Adam A，Leclair P，Montpas N，et al. Altered cardiac bradykinin metabolism in experimental diabetes caused by the variations of angiotensin-converting enzyme and other peptidases[J].Neuropeptides，2010，44: 69-75.

[13]Steckelings UM，Wollschlager T，Peters J，et al. Human skin: source of and target organ for angiotensin II[J].Exp Dermatol，2004，13:148-154.

[14]Maria A，Cavasin，Tang-Dong Liao，et al. Decreased Endogenous Levels of Ac-SDKP Promote Organ Fibrosis[J].Hypertension，2007，50:130-136.

[15]Lombard MN，Sotty D，Wdzieczak-Bakala J，et al.In vivo effect of the tetrapeptide，N-acetyl-Ser-Asp-Lys-Pro，on the G1-S transition of rat hepatocytes[J].Cell Tissue Kinet，1990，23:99-103.

[16]Cheng B，Liu H-W，F(xiàn)u X-B，et al. Coexistence and upregulation of three types of opioid receptors， mu， delta and kappa， in human hypertrophic Scars[J].Br JDermatol，2008，158:713-720.

[17]Bigliardi-Qi M，Sumanovski LT，Buchner S，et al. Mu-opiate receptor and beta-endorphin expression in nerve endings and keratinocytes in human skin[J].Dermatol，2004，209:183-189.

[18]程飚，劉宏偉，付小兵，等. β內啡肽與μ型阿片受體在深Ⅱ度燙傷大鼠創(chuàng)面愈合過程中的表達[J].中華燒傷雜志，2007，23(1):36-39.

[19]Liu LP，F(xiàn)an WX，Dai YQ，et al. Effects of β-endorphin in the skin[J].J Clinic Dermatol，2006，35:192-193.

[20]Jokubaitis VJ，Sinka L，Driessen R，et al. Angiotensin-converting enzyme (CD143) marks hematopoietic stem cells in human embryonic，fetal，and adult hematopoietic tissues[J].Blood，2008，111: 4055-4063.

[收稿日期]2010-06-10 [修回日期]2010-07-13

編輯/張惠娟