血管緊張素轉化酶2與新型冠狀病毒感染的關系研究進展

徐瀅瀅 鄒春波

新型冠狀病毒肺炎（corona virus disease 2019，CoVID-19）的致病病毒被WHO命名為新型冠狀病毒（severe acute respiratory syndrome coronavirus 2，SARS-CoV-2），是繼嚴重急性呼吸系統綜合征冠狀病毒（severe acute respiratory syndrome coronavirus，SARS-CoV）、中東呼吸綜合征冠狀病毒（middle east respiratory syndrome coronavirus，MERS-CoV）等之后發現的第7種可感染人類的冠狀病毒[1]。SARS-CoV-2可累及呼吸、腎臟、心血管、消化等多個系統，起病快，傳染性強，進展迅速，易感人群基數大，且尚未發現針對性抗病毒藥物。為避免其更大規模地擴散，研究開發特效藥刻不容緩。研究表明，SARS-CoV-2的感染致病過程與血管緊張素轉換酶2（angiotensin-converting enzyme 2，ACE2）的結合有關[2]，但其導致多臟器損傷的機制有待進一步闡明。本文從ACE2組織分布及作用機制、SARS-CoV-2致組織損傷可能的發病機制、干預方法等方面作一綜述，以期為臨床治療及藥物研制提供參考。

1 ACE2組織分布及作用機制

腎素-血管緊張素系統 (renin-angiotensin system，RAS)是維持人體內環境穩態的重要機制之一，由經典正向血管緊張素轉換酶/血管緊張素Ⅱ/血管緊張素1型受體軸（angiotensin-converting enzyme/angiotensinⅡ/angiotensin 1 receptor，ACE/AngⅡ/AT1R）調節通路和與之拮抗的非經典負向血管緊張素轉換酶2/血管緊張素（1-7）/Mas軸[angiotensin-converting enzyme2/angiotensin（1-7）/mas，ACE2/Ang（1-7）/Mas]調節通路組成。正常生理情況下，RAS正向與負向軸的活性水平處于動態平衡狀態，其平衡失調是各種疾病發生、發展以及臟器損傷的主要原因。ACE2在2000年被發現是人類ACE的第一個同源基因[3]，隨著研究進一步深入，人們對ACE2的了解也更加全面，ACE2作為一種整合膜蛋白，在肺、腎臟、心血管、胃腸道、腦、眼、胰腺及睪丸等組織器官廣泛分布。

肺內ACE2受體主要集中表達在Ⅱ型肺泡（alveolar type 2，AT2）細胞上，其比例高達83%，此外分布于肺微血管內皮細胞[4]；而免疫組化分析顯示心室肌毛細血管內皮細胞和冠狀動脈是ACE2在心血管的主要定居部位[3]，同時在心肌細胞和心肌成纖維細胞中也有表達[1]；在腎臟，ACE2分布于腎小管、腎小球上皮細胞和系膜細胞、血管平滑肌細胞等部位，其在腎皮質中的活性甚至高于心臟組織，且在腎小管中表達最高[5-6]；在線數據庫分析結果表明，ACE2在睪丸間質細胞和輸精管細胞中均有高表達[7]；生物信息學分析顯示，ACE2高表達于食管上皮細胞、回結腸的吸收性上皮細胞中[8]；實驗結果提示ACE2在胰腺內、外分泌腺均有表達[9]；ACE2在包括下丘腦室旁核（paraventricular nucleus of hypothalamus，PVN）在內的不同腦核內表達；膀胱尿路上皮細胞ACE2陽性比例較高；在角膜和結膜細胞中也存在ACE2受體；ACE2在人胎盤絨毛的合體滋養層、細胞滋養層、內皮細胞和血管平滑肌以及臍帶中表達[10]。

生理狀態下，ACE2直接催化AngⅡ，將其降解成Ang（1-7）或經間接途徑先從AngⅡ裂解羧基末端亮氨酸以產生九肽的Ang（1-9），進一步通過ACE將其轉化為七肽的Ang（1-7），后者通過G-蛋白偶聯受體Mas抑制RAS正向調控，從而發揮反向調節作用[3]。病理狀態下，正負雙向動態平衡失調，ACE2水平下調，ACE活性增加，AngⅡ生成增多，降解缺失，RAS正向調節途徑過度激活并激活有絲分裂原活化蛋白激酶（mitogenactivated protein kinase，MAPK）、蛋白激酶 B、環單磷酸鳥苷/蛋白激酶G、非受體酪氨酸激酶c-Src等下游信號傳導通路介導炎癥反應、組織纖維化、氧化應激、細胞增殖和凋亡、動脈粥樣硬化等病理過程，造成多臟器損傷。

2 SARS-CoV-2致組織損傷可能的發病機制

冠狀病毒對臟器的靶向性損傷主要是通過其表面的S蛋白與靶細胞表面受體的結合實現的。研究表明冠狀病毒可與幾種功能性受體結合，如SARS-CoV可與ACE2受體結合，MERS-CoV可與二肽基肽酶4受體和CD26受體結合[1]。SARS-CoV-2與 SARS-CoV、MERSCoV同屬于β-CoV，而SARS-CoV-2與SARS-CoV的基因組序列相似性（Zhou等[2]的研究提示其同源性高達79.5%）及結構相似性提示ACE2可能是兩者共同的細胞靶向受體。且ACE2與SARS-CoV-2的S蛋白親和力更強，是SARS-CoV的10～20倍[11]。理論上，ACE2受體分布部位均是冠狀病毒潛在感染靶點。由此，筆者認為可從S蛋白-ACE2受體途徑探索SARS-CoV-2的已知或可能感染靶點及其發病機制。

2.1 肺組織損傷 Kuba等[5]通過一動物實驗證實SARSCoV感染后下調ACE2，激活RAS是急性呼吸窘迫綜合征（acute respiratory distress syndrome，ARDS）/急性肺損傷的發病機制之一。另有研究表明ACE2是肺水腫和急性肺衰竭嚴重程度的關鍵負性調節因子，SARS-CoV的S蛋白與ACE2結合導致ACE2水平下降，加重肺病變的嚴重程度[12]。以上均為SARS-CoV-2引起肺損傷的可能機制提供了借鑒。由此推測SARS-CoV-2通過與ACE2受體結合，取消其保護作用，AngⅡ水平相對或者絕對升高，進而通過以下可能途徑導致肺部病理改變：（1）AngⅡ通過促進IL-6、TNF-α等炎癥因子的釋放和中性粒細胞、淋巴細胞及單核/巨噬細胞的活化，誘導肺部炎癥反應。（2）AngⅡ激活煙酰胺腺嘌呤二核苷酸氧化酶，釋放大量活性氧自由基，打破體內氧化-抗氧化平衡，機體產生氧化應激反應，細胞膜脂質過氧化，細胞膜通透性增加，結構蛋白受損并與胞內核酸反應，致細胞凋亡，導致肺水腫、嚴重肺損傷等[13]。（3）炎癥與氧化應激之間相互促進，形成惡性循環，新的細胞因子不斷產生和釋放，當炎性因子的異常高表達突破閾值時，出現細胞因子風暴，導致ARDS和多臟器功能衰竭[14]。這也提示CoVID-19患者除了肺部損傷，還累及腎臟、心臟、肝臟、胰腺等多臟器功能障礙。除此之外，有研究表明，肺ACE2活性的降低激活脫精氨酸9緩激肽/緩激肽B1受體軸，釋放趨化因子生長調節基因5、巨噬細胞炎性蛋白2、生長調節α蛋白、TNF-α等促炎性趨化因子，中性粒細胞迅速浸潤，加劇肺部炎癥和損傷[15]；缺乏ACE2也會增加基質金屬蛋白水解酶激活和信號傳導及轉錄激活因子3磷酸化，促進肺部炎癥[16]。

2.2 腎臟組織損傷 腎臟是重要的受累器官之一，嚴重影響預后。ACE2在腎臟大量表達，發揮腎臟保護作用。ACE2/Ang（1-7）軸通過增加血管內皮中NO、前列腺素、內皮衍生性舒張因子的釋放，發揮擴管降壓、抗炎癥反應及抗氧化應激的作用，從而抑制腎臟纖維化；ACE2通過抑制腎臟組織轉化生長因子-β1（transforming growth factor-β1，TGF-β1）、MAPK 及 Janus激酶-轉錄激活子磷酸化，減少腎臟成纖維細胞增生和纖維蛋白的生成[17]；ACE2-Ang（1-7）-Mas 軸通過抑制腎小管局部Na+和HCO3-的重吸收，發揮排鈉利尿、調節水電解質酸堿平衡的作用[18]；ACE2/Ang（1-7）/Mas還能抑制高糖誘導的細胞外調節蛋白激酶(extracellular regulated protein kinases，ERK）和p38磷酸化，進而抑制腎小管上皮細胞向間充質細胞轉化[19]。反之，ACE2水平下降，使AngⅡ降解減少，醛固酮釋放增加，后者可能促進纖維蛋白原和膠原的合成，引起腎小球系膜細胞增殖，進而誘導腎小球硬化和纖維化；腎臟局部產生的AngⅡ可能通過激活TGF-β1/p38MAPK通路引起足細胞凋亡；ACE2基因敲除的糖尿病小鼠血壓升高，腎小球系膜細胞過度增生，足突融合，濾過率增加，且α-平滑肌肌動蛋白（α-smooth muscle actin，α-SMA）蓄積、增多，膠原的沉積導致腎臟纖維化[6]。SARS-CoV-2結合ACE2，使其失去了對腎臟的保護作用，從而出現高鈉血癥、代謝性堿中毒、蛋白尿等，引起腎功能損傷甚至急性腎衰竭，增加致死風險。

2.3 心血管系統組織損傷 臨床發現CoVID-19患者伴有病毒相關的心臟損傷，而ACE2受體廣泛表達于心血管系統組織，因此與ACE2相關的信號通路可能也在心臟損傷中發揮了作用。ACE2水平下降，一方面抑制AngⅡ降解導致其大量積累。AngⅡ通過升高細胞內Ca2+濃度，激活Ca2+-鈣調神經磷酸酶-活化T細胞核因子通路導致心肌細胞肥大[18]；AngⅡ可經內質網通路介導心肌細胞凋亡；AngⅡ通過增加血管壁通透性、降低基質金屬蛋白酶活性、刺激醛固酮分泌等方式引發心肌纖維化和心血管重塑；AngⅡ激活MAPK和ERK通路，促進心肌細胞增殖、纖維化和炎性反應的發生；AngⅡ結合AT1R，并激活ERK信號途徑增加纖溶酶原激活劑抑制物-1活性，從而降低纖溶系統活性誘發急性心肌梗死[20]。實驗表明，ACE2基因敲除使小鼠體內AngⅡ水平升高，引起缺氧誘導基因表達上調，導致心肌收縮能力下降，左心室室壁變薄，心臟結構功能嚴重受損；另一方面，ACE2基因敲除使小鼠體內使Ang（1-7）生成減少，而其作為 AngⅡ的拮抗劑，具有臟器保護作用[21]。Ang（1-7）可能通過激活AT2R及部分抑制AT1R,改善血管內皮功能，釋放血管舒張物質如緩激肽、前列腺素和NO等起擴管降壓作用[18]；Ang（1-7）激活細胞內環單磷酸鳥苷/蛋白激酶G通路，升高心房鈉尿肽和腦鈉肽，抑制水鈉潴留、炎性反應、心肌細胞增殖和纖維化等作用[22]；Ang（1-7）可抑制非受體酪氨酸激酶c-Src的活性和TNF、IL-6的產生發揮抗炎作用，緩解心室重構等心血管疾病的發生、發展。

2.4 肝臟組織損傷 ACE2具有抗肝纖維化的作用。肝星狀細胞（hepatic stellate cells，HSC）中，ACE2/Ang（1-7）/Mas軸通過抑制ERK的磷酸化和HSC的分裂增殖，減少細胞外基質堆積，從而抑制肝臟纖維化[23]；Ang（1-7）激活Mas受體，抑制TGF-β1/Smad2信號通路，減少膠原蛋白和TGF-β1的表達，對肝纖維化起保護作用[24]。SARS-CoV-2感染使ACE2水平降低，失去肝保護作用，相反AngⅡ水平升高，引起肝臟損害。AngⅡ誘發氧化應激反應刺激HSC合成膠原，引起肝纖維化；AngⅡ可通過L-型Ca2+通道使Ca2+內流或結合AT1R激活磷脂酶 C（phospholipase C，PLC）/三磷酸肌醇（inositol triphosphate，IP3）信號通路 ,增加HSC內的Ca2+濃度，從而引起HSC收縮、增殖，進而發展為肝纖維化[25]；AngⅡ可激活NF-κB通過HSC的活化、炎癥反應的發生、谷氨酰胺酶表達催化蛋白交聯等過程引起肝臟炎癥和纖維化[26]；AngⅡ也能通過AT1R激活HSC中Smad和Rho/ROCK信號通路，這可能是AngⅡ促肝纖維化的重要機制之一[27]。

2.5 其他器官組織損傷 鑒于ACE2也分布于胰腺、腦、眼、神經、膀胱、子宮、睪丸、胃腸道等器官組織，因此這些部位都有可能成為SARS-CoV-2感染的潛在靶點。在胰腺中，ACE2能拮抗AngⅡ介導的胰島細胞氧化應激及凋亡，發揮胰島保護功能；ACE2/Ang（1-7）/Mas軸通過增加胰腺微循環血流，改善胰島內皮細胞功能，從而對胰島β細胞起調節作用[9]。在大腦，ACE2減少，激活AT1R，導致局部AngⅡ水平升高，增加PVN等興奮性神經元的活動，導致交感神經輸出增加，腦干中增強的AngⅡ活性也會降低壓力反射敏感性和迷走神經張力，削弱對血壓的調節作用，導致神經性高血壓[28]；ACE2上調Ang（1-7）可減輕腦組織缺血/再灌注后的氧化應激及細胞凋亡。在眼組織中，研究顯示，ACE2/Ang（1-7）/Mas軸通過下調 MAPKs（p38MAPK、JNK、ERK），STATs和NF-κB的磷酸化抑制視網膜色素上皮細胞炎癥反應[29]。而在膀胱，ACE2可能通過激活Ang（1-7）/AT2R軸，增加半胱氨酸蛋白酶3（caspase-3），半胱氨酸蛋白酶8（caspase-8）和p38的表達，促進膀胱癌細胞的凋亡和抑制血管生成[30]。在生殖系統中，子宮內膜息肉的生成可能與子宮內膜局部RAS中AT1、AT2、Mas和 ACE2的蛋白異常調控和表達有關[31]；Ang（1-7）受體Mas可能在睪丸生精功能的調節中起重要作用。在胃腸道，ACE2-Ang（1-7）-MasR軸可能通過抑制p38、ERK1/2、AKT磷酸化改善腸道炎癥反應，ACE2還可能通過調節腸道菌群來影響腸炎[32]。綜上，SARSCoV-2的感染可能使這些部位ACE2/Ang（1-7）下降，AngⅡ升高，引起相應的損傷，影響患者預后，增加致死風險。

3 干預方法

CoVID-19分為醫學觀察期和臨床治療期（初期、中期、重癥期和恢復期）。醫學觀察期癥狀較輕，多以緩解癥狀、增強抵抗力為主，而臨床治療期癥狀明顯，且機體防御能力降低，疾病進展迅速，可根據發病機制采用中西醫結合的方式，盡早預防與干預，提高生活質量，降低感染致死風險。

3.1 抗病毒治療 抗病毒治療的原理是通過誘導人體細胞合成抗病毒蛋白或直接抑制病毒復制的各個環節發揮抗病毒效應。目前尚無抗病毒的特效藥，診療方案推薦可試用α-干擾素、洛匹那韋/利托那韋、利巴韋林、磷酸氯喹、阿比多爾[33]。另外，德瑞西韋、法匹那韋等顯示出良好的臨床應用前景，但其有效性和安全性還需要大量的臨床試驗進一步評估。因此，臨床上應根據不同類型患者所處的不同時期，在明確藥物相互作用、不良反應、禁忌證的情況下，權衡利弊，個體化謹慎選擇應用，如有不適應立即停止使用。

3.2 血液凈化治療 CoVID-19診療方案明確指出，對有高炎性反應的危重患者，有條件可以考慮使用體外血液凈化技術[33]。多種血液凈化技術的接連使用，在CoVID-19患者的治療中發揮了重要作用。

3.2.1 連續性腎臟替代治療（continuous renal replacement therapy，CRRT） CRRT通過彌散、對流與吸附方式，有維持容量平衡、清除免疫復合物以及細胞因子、維持機體內環境穩態等作用，是危重癥患者多臟器支持的基礎，適用于重癥CoVID-19患者的高鉀血癥、酸中毒、肺水腫或水負荷過重和多器官功能不足時的體液管理等[33]。專家建議，CRRT治療應以非腎臟治療為主，選擇以對流為主的治療模式和生物相容性好的膜材，適當早期介入，防治細胞因子風暴，且CRRT與其他血液凈化技術聯用效果可能更佳[34]。

3.2.2 血漿/全血吸附技術 連續性血漿濾過吸附、血液灌流和雙重血漿分子吸附系統等可通過生物或物理化學親和作用清除血液中對機體有害的毒素或溶質，適用于重癥CoVID-19患者體內細胞因子的吸附清除，建議在炎癥早期、促細胞因子占主導時開始應用[34]。

3.2.3 血漿置換技術 血漿置換有全面清除患者體內各種分子量的毒素和改善凝血功能、免疫紊亂等作用，可用于清除重癥新冠肺炎患者體內分子量較大的炎癥介質。但其有效性尚未明確，不建議常規開展，如有條件可個體化謹慎嘗試使用。

3.3 中醫辨證論治 CoVID-19屬于中醫“疫病”范疇，中醫治療以其整體思維和辨證論治的特殊優勢，被國家衛健委納入《新型冠狀病毒感染的肺炎診療方案(試行第七版)》[33]。本次抗疫的大量實踐證明，中醫藥確實發揮了重要作用。銀杏提取物能夠保護AngⅡ誘導的心肌細胞凋亡；生脈注射液可以顯著抑制Ras/MAPK通路的過度激活所致的自由基堆積，從而起到抗氧化作用，生脈散中人參、麥冬均有不同程度的抗氧化應激作用[35]；丹參可能通過抑制RAS，減輕ACE/AngⅡ活化誘導的炎癥反應；人參皂苷Rg3可能通過上調組織中ACE2發揮抗腫瘤作用和心血管、腎臟保護作用[36]。因此，在不同時期針對證型，將中醫辨證施治與經驗用藥相結合，對CoVID-19的預防和治療起積極作用。

3.4 升高ACE2水平 ACE2的減少是SARS-CoV-2致病的關鍵一環，因此升高體內ACE2活性可能成為潛在改善和治療CoVID-19的手段之一。Wysocki等[37]發現新型重組ACE2能降解AngⅡ為Ang（1-7），激活RAS負向調節軸，從而對抗腎臟損傷。Qaradakhi等[38]認為ACE2內源性激動劑乙酰甘氨酸重氮氨苯脒提高了ACE2活性，增加Ang（1-7）含量，從而起到降低腎臟纖維化及炎癥水平、防治心血管疾病的作用。因此，開發研制升高體內ACE2水平的藥物對防治CoVID-19具有一定前景。

3.5 其他干預方法

3.5.1 心理疏導 研究表明，ACE2/Ang（1-7）/Mas通路可能通過中樞和外周的多種生化機制顯示出抗焦慮和抗抑郁的作用[39]。且CoVID-19患者常存在生理性恐懼、絕望等情緒，故及時做好心理評估，疏導患者情緒十分重要，必要時可結合藥物治療進行干預。

3.5.2 戒煙 眾所周知，吸煙對人體的危害極大，在SARS-CoV-2肆虐的關鍵時期，吸煙增大了呼吸道感染風險。另有研究指出，長期吸煙導致血清ACE/ACE2比例升高，可能引起呼吸系統及心血管系統疾病的發生、發展[40]。故吸煙可能進一步增加CoVID-19患者的器官損傷，戒煙很有意義。

4 小結和展望

綜上所述，ACE2受體組織分布與SARS-CoV-2感染部位密切相關，探明其發病機制并根據不同病情給予精準的防控干預措施，將為CoVID-19的預防、診斷、治療及多器官保護帶來新的契機，并為后續探索新的治療靶點提供線索。