ACE2 受體在冠狀病毒感染性疾病中的致病機(jī)制

趙晶晶，楊光路

(內(nèi)蒙古醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院兒科，內(nèi)蒙古 呼和浩特)

2019 年底暴發(fā)于武漢的新型冠狀病毒(SARS-CoV-2)肺炎已經(jīng)給中國造成了巨大的防控壓力和疾病負(fù)擔(dān)。該病毒在人體致病機(jī)制的研究迫在眉睫。冠狀病毒[1]屬于套式病毒目、冠狀病毒科、冠狀病毒屬，是一類具有囊膜、基因組為線性單股正鏈的RNA 病毒，是自然界廣泛存在的一大類病毒。將冠狀病毒分為四個(gè)屬：α、β、γ、δ，其中β 屬冠狀病毒又可分為四個(gè)獨(dú)立的亞群 A、B、C 和 D 群。感染哺乳動(dòng)物的冠狀病毒主要為α、β 屬冠狀病毒；感染禽類的冠狀病毒主要來源于γ、δ屬冠狀病毒。某些冠狀病毒會(huì)感染人類并引起疾病，比如中東呼吸綜合征(MERS)和嚴(yán)重急性呼吸綜合征(SARS)，其癥狀可從普通感冒到重癥肺部感染。迄今為止被發(fā)現(xiàn)的冠狀病毒中(包括本次發(fā)現(xiàn)的SARS-CoV-2)，目前只發(fā)現(xiàn)7 種可以讓人類感染。

此次在武漢首先發(fā)現(xiàn)的冠狀病毒是一種先前尚未在人類中發(fā)現(xiàn)的病毒株系，被WHO 命名為2019 新型冠狀病毒(SARS-CoV-2)，并與2020 年2 月11 日晚，將新型冠狀病毒肺炎所致的疾病正式命名為“COVID-19”。SARS-CoV-2屬于β 屬冠狀病毒。

1 SARS-CoV-2

現(xiàn)有研究表明[2]，SARS-CoV-2 與嚴(yán)重急性呼吸綜合征冠狀病毒(SARS-CoV)在基因組序列上有80%左右的相似性，與蝙蝠中發(fā)現(xiàn)的SARS 類似冠狀病毒有90%以上的相似性。該研究發(fā)現(xiàn)該新型冠狀病毒編碼至少27 種蛋白質(zhì)，其中包括15 種非結(jié)構(gòu)蛋白(nsp1-nsp10，nsp12-nsp16)、4 種結(jié)構(gòu)蛋白(結(jié)構(gòu)蛋白S、膜蛋白M、包膜蛋白E 和核衣殼蛋白N)和8 種輔助蛋白(3a、3b、p6、7a、7b、8b、9b 和orf14)。基因組編碼蛋白的組成上大部分和SARS-CoV 一致，但是也存在一定差異性，比如SARS-CoV-2 缺失了SARS-CoV 編碼的8a 蛋白；編碼的8b 蛋白(121 個(gè)氨基酸)的長度要長于SARS-CoV(84個(gè)氨基酸)等；二者編碼的3b 蛋白也存在顯著差異。這些附屬蛋白的組成性差異，意味著新型冠狀病毒和此前爆發(fā)的SARS-CoV 可能存在著一定差異性的致病機(jī)制。此外，通過系統(tǒng)地比較SARS-CoV-2 與SARS 和SARS 類似冠狀病毒兩組病毒在每個(gè)編碼蛋白上的氨基酸序列，發(fā)現(xiàn)二者之間存在總共380 個(gè)差異性氨基酸位點(diǎn)。值得注意的是，在病毒的S蛋白上， SARS-CoV-2 與SARS 病毒的差異位點(diǎn)分布在SARS病毒受體結(jié)合部位周圍和SARS 病毒的抗原表位上。這些蛋白質(zhì)水平差異可能有助于揭示SARS-CoV-2 與SARS 病毒在傳染性和致病力上的潛在差異。ACE2 已被確認(rèn)為SARS 冠狀病毒的受體[3-5]。生物信息學(xué)預(yù)測方法和體外測試，已證明人類血管緊張素轉(zhuǎn)化酶2(ACE2)是SARS-CoV-2 進(jìn)入宿主細(xì)胞的推定受體[6]。

2 ACE2

ACE2 是腎素- 血管緊張素- 醛固酮(RAAS) 系統(tǒng)的新成員之一，是一種末端羧肽酶和一種I 型跨膜糖蛋白[7]。ACE2 基因由18 個(gè)外顯子組成，是編碼805 個(gè)氨基酸的I 型跨膜糖蛋白。在哺乳動(dòng)物中，ACE2 在蛋白質(zhì)水平上相當(dāng)保守，因?yàn)樗胁溉閯?dòng)物都表現(xiàn)出70%或更高的同源性[8]，為2019新冠狀病毒肺炎提供了潛在的治療靶點(diǎn)。同時(shí)，石正麗研究團(tuán)隊(duì)[9]確認(rèn)了SARS-CoV-2 進(jìn)入細(xì)胞的路徑與SARS 冠狀病毒一樣，即通過ACE2 細(xì)胞受體。

3 SARS-CoV-ACE2-CCL2

在一項(xiàng)研究中[10]證實(shí)了SARS-CoV 病毒顆粒(VLP)處理的人肺細(xì)胞(A549)和猴腎(VeroE6)細(xì)胞中CCL2(重組人趨化因子2) 的表達(dá)上調(diào)。CCL2、MCP-1( 單核細(xì)胞趨化蛋白-1)可吸引單核細(xì)胞、記憶T 淋巴細(xì)胞和嗜堿性粒細(xì)胞。CCL2 及其受體CCR2 參與炎癥反應(yīng)，包括單核巨噬細(xì)胞遷移、Th2 細(xì)胞極化和TGF-β1 的產(chǎn)生。因此，CCL2 與幾種肺炎性疾病有關(guān)，包括急性呼吸窘迫綜合征、哮喘和肺纖維化[11]。這些炎癥性疾病和肺浸潤被認(rèn)為是導(dǎo)致SARS 患者進(jìn)行性呼吸衰竭和死亡的主要原因。此外，在SARS 患者血清和SARS冠狀病毒感染的培養(yǎng)體系的培養(yǎng)上清液中檢測到CCL2 的上調(diào)[12,13]。CCL2 啟動(dòng)子[14]具有兩個(gè)AP-1( 激活蛋白1) 結(jié)合位點(diǎn)，在SARS-COVVLP 或病毒刺突蛋白預(yù)處理的A549 細(xì)胞中，經(jīng)Westernblot 分析發(fā)現(xiàn)構(gòu)成AP-1 蛋白的c-Fos 蛋白和c-jun 蛋白表達(dá)上調(diào)。AP-1 的轉(zhuǎn)錄活性由MAPK(絲裂原活化蛋白激酶)調(diào)節(jié)[15]，該研究[10]表明SARS-CoV 主要通過ERK1/2-AP-1 信號通路上調(diào)CCL2 的表達(dá)。該研究同時(shí)發(fā)現(xiàn)RAS 和Raf 是SARS 冠狀病毒誘導(dǎo)ERK1/2 激活和CCL2上調(diào)的關(guān)鍵分子。ACE2 已被確定為SARS-CoV 及SARSCoV-2 的主要受體，研究發(fā)現(xiàn)經(jīng)ACE2 抗體預(yù)處理的A549細(xì)胞CCL2mRNA 的上調(diào)和ERK1/2 的磷酸化被阻斷，提示SARS 冠狀病毒刺突蛋白與ACE2 受體之間的相互作用介導(dǎo)了ERK1/2 的磷酸化，并導(dǎo)致CCL2 表達(dá)上調(diào)。另一方面，有研究[16]表明當(dāng)SARS 冠狀病毒與其ACE2 受體結(jié)合時(shí)，酪蛋白激酶II 在Ser-787 處磷酸化ACE2，這種結(jié)合引起ACE2 的構(gòu)象變化，激活了ERK1/2 和AP-1 參與的ACE2 下游信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，ACE2 可能通過與RAS、PI3K 和PKC 等上游因子相互作用，參與細(xì)胞內(nèi)激活ERK1/2 的信號通路(如圖1)。

圖1 涉及SARS 冠狀病毒誘導(dǎo)的CCL2 表達(dá)的ACE2 信號通路的模型[10]

4 ACE2-Ang-(1-7)-MASR 軸

腎素從腎臟的腎小球旁細(xì)胞釋放出來，將巨球蛋白前體血管緊張素原裂解成不活躍的十肽血管緊張素Ⅰ(Ang-I)，ACE 經(jīng)系統(tǒng)和局部分布的血管緊張素轉(zhuǎn)換酶(ACE) 酶解，進(jìn)入循環(huán)，進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為具有活性的八肽Ang-II[17]。此外，Ang-II 被ACE2 裂解，形成Ang-(1-7)，與Mas 受體(MASR)結(jié)合以拮抗AT1R 介導(dǎo)的相關(guān)效應(yīng)[18]。Wiener 和他的同事發(fā)現(xiàn)ACE2 主要位于小鼠肺部的Clara 細(xì)胞和II 型肺泡上皮細(xì)胞[19]。Metzger 和他的團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，ACE 在人肺的整個(gè)肺泡毛細(xì)血管網(wǎng)絡(luò)的毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞中大量表達(dá)[20]。肺ACE2似乎具有調(diào)節(jié)Ang Ⅱ、Ang-(1-7) 水平的作用。最近的研究表明，局部RAS 組份分布在肺部的免疫細(xì)胞和炎癥細(xì)胞中。因此，RAS 系統(tǒng)有可能對VILI(呼吸機(jī)相關(guān)肺損傷)和ARDS(急性呼吸窘迫綜合征)相關(guān)的肺損傷產(chǎn)生一系列影響。Ang-II 可通過與AT1R[21]相互作用誘導(dǎo)人和大鼠肺泡上皮細(xì)胞(AECs)的劑量依賴性凋亡。Ang-II、AT1R[22,23]誘導(dǎo)AECs凋亡涉及多條不同的信號通路。因此與Mas 受體(MASR)結(jié)合的經(jīng)ACE2 形成的Ang-(1-7)，可能是誘導(dǎo)人和大鼠肺部炎癥的可能通路。

5 小結(jié)和展望

SARS-CoV-2 是一種先前在人類世界中未發(fā)現(xiàn)的新型冠狀病毒，但其主蛋白酶與其他冠狀病毒如SARS-CoV 主蛋白酶的同源性較高，以ACE2 為病毒進(jìn)入宿主細(xì)胞的有效受體，當(dāng)SARS 冠狀病毒與其ACE2 受體結(jié)合時(shí)，酪蛋白激酶II在Ser-787 處磷酸化ACE2，ACE2-MAPK-AP-1-CCL2 可能是病毒導(dǎo)致肺部病理改變的途徑之一。ACE2-Ang-(1-7)-MASR 通路進(jìn)一步誘導(dǎo)急性呼吸窘迫等一系列肺部炎癥性疾病。將成為新冠狀病毒肺炎的治療提供了潛在的治療靶點(diǎn)。