血管紧张素转化酶2和其主要产物Ang(1―7)生物作用

中图分类号：R392．5

文献标识码：A

文章编号：1672―1349(2007)06―0521―03

肾素一血管紧张素系统(RAS)是一个重要的血压和水电解质调节系统。经典的RAS是指由肝脏分泌的血管紧张素原释放入血液循环，在。肾近球细胞产生的肾素作用下转化为10肽的血管紧张素I(Ang I)，再经肺循环的血管紧张素转化酶(ACE)的作用转化为8肽的血管紧张素Ⅱ(AngⅡ)。近年来，研究发现除上述经典(循环RAS)外，局部组织如心脏、血管壁、肾脏、脑等组织还具有独立的RAS，主要调节局部组织的生长和分化，循环和局部的RAS在心血管疾病中起非常重要的作用。血管紧张素转换酶抑制剂(ACEI)、血管紧张素Ⅱ受体拮抗剂(ARB)在心血管中的广泛应用已充分证明RAS的重要性。新近发现的RAS新成员血管紧张素转化酶2(ACE2)及其主要产物ang(1－7)使人们认识到RAS的复杂性及促使进一步研究该系统在心血管疾病中作用机制和针对该系统的相应药物的开发。现就ACE2和其主要产物Ang(1～7)在心血管疾病中的作用作一综述。

1 血管紧张素转化酶2的结构和生物学特性

1．1血管紧张素转化酶2的结构和基因 ACE2是第一个被认识的ACE的同源物，于2000年，首先从人心力衰竭互补脱氧核糖核酸(cDNA)文库和人淋巴瘤文库中克隆出来。ACE2与ACE有相当多的相似性，它也是I型结构的锌依赖性膜金属蛋白酶，分子量为120 kD，与ACE在N末端催化区有42％同源性。ACE2基因定位于X染色体的XP22位点。相当于高血压大鼠模型x染色体上标记的未知基因的数量性状遗传位点，可影响高血压的复杂表型的表达。ACE2对血压的影响与性别相关，这可能因为ACE2基因位于x染色体，而雌性有2条X染色体，因此，ACE2对雌性小鼠的血管张力影响更大。对二者基因结构的对比分析更发现ACE2基因所包含的18个外显与ACE基因的头17个外显子的结构具有相当大的类似性。这提示两个基因是由一个共同的祖先基因演化而来的。

1．2血管紧张素转化酶2的生物学特性 除了上述的相似点外，ACE与ACE2又有许多不同之处。①ACE严格地说是体细胞型ACE(somatic ACE，sACE)有两个催化活性区域。ACE2仅有一个，在这一点上ACE2更接近于sACE的另一个同源类似物――特异型ACE(testicular―specific ACE，t―ACE)，后者也仅有一个催化活性区。②ACE的表达广泛分布在整个循环系统以及局部组织器官中，而ACE2的表达具有高度的组织特异性。有学者观察了23块人体组织，仅在其中的心脏、肾脏和组织中发现ACE2的表达。而在其他组织器官及血液中未发现它的存在。免疫组化表明ACE2蛋白主要存在于冠状动脉内皮、肾血管和肾小管上皮细胞中。Harmer等发现在胃肠系统。尤其是回肠、十二指肠、空肠、结肠中ACE2有较高水平的表达。这提示ACE2可能在心肾局部RAS以及胃肠系统的生理和病理生理状态下发挥着特殊的作用。③乙二胺四乙酸(EDTA)可以抑制ACE2的活性。ACEI在体内及体外均不能抑制ACE2的生理活性。但它们却可以抑制ACE的两个催化活性区域。④与ACE及一些其他细胞表面蛋白一样，ACE2能也易于从细胞表面被切割后分泌出来。ACE中存在特定的切割位点序列，但ACE2中没有这种识别序列，所以，可能存在另外一种不同的分泌酶，在目前尚不明确的位点将ACE2从细胞上切割下来。⑤它的特异性亦与ACE截然不同。ACE2水解AngⅡ的无活性前体物质AngI生成Ang(1―9)肽而Ang(1―9)可进一步被ACE转化为舒血管肽Ang(1―7)。ACE2也可以直接转化AngⅡ为Ang(1―7)。体外研究结果显示ACE2对AngⅡ的催化效率比对AngI高出近400倍。表明ACE2的主要作用是转化AngⅡ为Ang(1－7)。Ang(1―7)能够抑制细胞生长增生，产生心脏血管保护作用。ACE2除作用于血管紧张素肽外，还能切除dcs―Arg9缓激肽、神经加压素1―13、激肽、水解酶apelin－13和强啡肽A1―13的C末端残基。这些肽类物质都参与心血管的生理和病理过程。但与ACE不同，ACE2对缓激肽没有作用。⑥Ang(1―7)受体新近已被鉴定出来。是一种由Masl原癌基因编码的G蛋白受体。Mas受体在正常肾脏组织有分布，遗传性缺失该受体影响ang(1―7)与小鼠肾脏的结合，结果小鼠无法通过Ang(1―7)发挥大量饮水后的利尿作用。同时，动物动脉对Ang(1―7)的舒张作用也无反应。

2 ACE2和Ang(1―7)在心血管中的作用

2．1 ACE2和Ang(1―7)和高血压的关系　为明确ACE2代谢途径在调节血压和心脏功能中的作用，ACE2基因敲除，ACE2转基因动物已经建立成，另外，ACE2拮抗剂、选择性ACE2抑制剂的研究也已经展开。在多种实验性高血压模型中，已经鉴定出一些影响高血压易患性的QTL。由于ACE2基因正好位于高血压大鼠X染色体的QTL上，因此推断ACE2可能在原发性高血压发病中具有一定作用。作为一个血压动态平衡的潜在调节者，ACE2通过RAS和其他调节肽途径发挥着生物化学活性。已经证实，在盐敏感高血压模型、特发性高血压小鼠及特发性高血压倾向的小鼠模型中，ACE2的信使RNA和蛋白质水平随着血压的增加而显著降低，ACE2的水平降低会导致AngⅡ水平的上升，促进了血压的增高。尽管有上述的ACE2和高血压的关系，ACE2缺失小鼠和同窝出生的对照小鼠相比并没有显示血压增高。在6个月大小的ACE2敲除雄性小鼠收缩压和平均动脉压均降低，但是如果同时伴有心功能受损，则很难确定血压是否对系统血管阻力具有依赖作用。ACE2敲除后的复杂作用在ACE2敲除雌性小鼠中可以看到：雌性小鼠即使存在有心功能损害也没有发现有血压减低，这可能是由于系统阴力增加的缘故。这从一定程度上说明：①在心血管系统中，与X染色体相关的ACE2基因具有性别特异性；②ACE2对血压的调节依赖RAS，即在机体RAS激活的状态下才会发挥作用，其作用主要是拮抗AngⅡ的升压作用；③机体的Ang(1―7)可以由非ACE2途径产生，并可能其他遗传因素能够调节ACE2的作用，ACE2缺失小鼠可能会出现几种肽的过调节，ACE2缺失的小鼠AngI增加，在肾脏组织中Ang I在中性的肽链内切酶(neprilysin)的作用下，转变成／Lag(1―7)，Ang(1―7)的增加可以拮抗AngⅡ的作用并且加强缓激肽的作用。④最近ACE2的4个单核苷酸多态性分析研究表明：ACE2的基因多态性，与高血压不相关，可能的原因是单独一个ACE2基因改变不能导致高血

压。这与高血压是众多遗传因素和环境因素共同作用的结果相一致。

2．2 ACE2和Ang(1―7)和心脏功能的关系

2．2．1 ACE2和Ang(1―7)和冠心病的关系 ACE在敲除ACE2基因的小鼠，心脏缺氧标志基因如BNIP－3及PAl―I明显上调，表明缺失ACE2基因的小鼠心肌组织处于缺氧状态，缺氧标志物上调说明血管内皮细胞ACE2的缺失导致冠状动脉的收缩，减少了氧向心肌细胞释放。在大鼠和人心脏，心肌内血管内皮细胞和心肌细胞有ACE2的表达也支持ACE2在局部血管扩张中的作用。对心肌梗死大鼠研究发现，心肌梗死大鼠，虽出现左室功能不全和心脏肥大，但心脏ACE2没有改变，在给血管紧张素Ⅱ1型受体拮抗剂治疗的大鼠，心脏ACE 2表达水平明显增加。ACE2基因与人缺血性心脏病有何关系?目前还缺少这方面的研究。根据心肌梗死后AngⅡ和ACE水平增加的事实，可推测心肌ACE2基因表达也是增加的，这种增加可能是一种代偿，通过使nag(1―7)生成增加而对抗AngⅡ的不利效应。从扩张型心肌病病人中分离的ACE2在体外可以使Ang(1-7)生成增加。在大鼠肌梗死模型中发现，Ang(1―7)免疫反应增加。进一步研究发现Ang(1―7)的释放可使心肌梗死后的心力衰竭减轻，且血管紧张素Ⅱ2型受体拮抗剂不能抵消这种作用，认为血管紧张素Ⅱ1型受体拮抗剂对心脏ACE2表达的作用可能是直接的血管紧张素Ⅱ1型受体阻断作用或者是增加的Ang(1―7)的调节作用。目前，ACE2与冠心病的关系研究尚少。

2．2．2 ACE2影响心肌的收缩力 Crackower等将鼠的ACE2基因敲除，制成纯合子动物模型ACE2－／y(雄性)和ACE2－／-(雌性)，6个月龄时，超声心动图发现左心室室壁运动显著减弱，室壁变薄，左心室舒张末期容积增大。雄鼠较同月龄的雌鼠心功能下降更为显著，并伴有低血压，血压下降系由于心功能不全所致。心肌的组织学检查未发现扩张型心肌病的特征，无间质性纤维化、心肌细胞肥大及心肌细胞凋亡的证据。这种功能改变非常类似动物或者人类的一种因缺氧而造成的心肌收缩降低的状态，称作“心肌眩晕／冬眠”，这些均提示ACE2可能介导心肌缺血。Goulter等在9例健康供体、11例原发性扩张性心肌病(IDC)、12例缺血性心肌病(ICM)病人的左心室游离壁心肌中检测了ACE2 mRNA、ACE mRNA、心钠素(atrial natri－uretic factor，ANF)mRNA的表达，发现IDC组及ICM组ACE2mRNA的表达分别比健康供体组增加了2．4倍和1．8倍；ACEmRNA的表达在IDC组及ICM组分别增加了3．1倍和2．4倍；而ANFmRNA的表达在IDC组及ICM组分别增加了13倍和8倍；有意义的是，研究发现健康供体的心肌ACE2mRNA的表达要高于ACEmRNA的表达，ACE2mRNA表达水平比率在不同物种和不同组织之间会有相应的变化，在心力衰竭等RAS过度激活的病理生理状态下，ACE2的表达上调，生成具有改善心脏功能的Ang(1―7)，降低AngⅡ从而在RAS中起到平衡作用。

2．2．3 ACE2可能与心室重构和心律失常有关　Wakimoto等将人的ACE2基因转染给鼠，使其在心脏过高表达，发现动物在出生后3周即出现完全性房室传导阻滞及多形性室性心动过速和／或心室颤动，多发生心脏猝死。Donoghue等[13]将人的ACE2基因转染给鼠，使其在心肌细胞过高表达，发现转基因鼠于出生后2周均出现房室传导阻滞(AVB)，心电图QRS轻度增宽，3周时均出现完全性AVB，部分出现室性心律失常(频发室早、非持续性或持续性室上性心动过速)及心脏猝死；未死亡的转基因鼠于5周时AVB改善，转为I度AVB，室性早搏减少。心内电生理检查示AH阻滞和HV问期延长，程序刺激可诱发室上性心动过速，而野生型均不能诱发。4周龄时，与同龄野生型鼠比Ang(1―7)在ACE2高表达的转基因鼠中，有较高的猝死率。进一步的电生理检查示传导加速，节律紊乱，从而产生室速、室颤在转基因鼠心脏中缝隙连接蛋白40．43均下降，表明ACE 2介导的缝隙连接重塑可解释电生理紊乱在生存下来的转基因鼠中，可自动下调ACE2转基因，从而恢复正常的传导、节律和连接蛋白表达水平相关。

2．2．4 ACE2影响心脏的发育　在缺乏ACE2果蝇同种组织的果蝇体内，可发现心脏管腔有形成缺陷，缺乏ACE2导致心脏祖细胞减少和破坏中胚叶的形成。因此，ACE 2在心脏形态发育中也可能有作用。总之，ACE2影响心脏功能的证据是确凿的，但其机制尚不完全清楚，需要对ACE2基因剔除小鼠进行更加全面和深入的分析。

3对肾脏的调节

ACE2在肾脏广泛表达且主要在肾近曲小管转化Ang 1为Ang(1―7)，从而有可能对肾脏的调节起作用。对2型糖尿病啮齿动物模型观察ACE2，ACE的表达时发现：8周龄糖尿病但无肾病组，ACE mRNA和ACE蛋白在肾皮质的表达均下降，ACE的活性明显减低，而ACE 2 mRNA在肾皮质的表达无下降，ACE2蛋白的表达相反却上升，表明ACE2可能在糖尿病早期起到肾脏保护作用。对24周龄糖尿病肾病人鼠模型的研究发现：ACE2蛋白在肾小管的表达下降30％，使得局部AngⅡ的水平上升，导致肾小管间质纤维化，而雷米普利治疗组。肾ACE2蛋白的表达却相似于几无糖尿病肾病大鼠组，表明血管紧张素转化酶抑制剂保护肾功能的作用可能是通过ACE2所介导的代谢而发挥调节作用的。

4对呼吸及其他系统的调节

研究显示，ACE2是严重急性呼吸综合征相关冠状病毒(SARS―CoV)的一个功能性受体：①从SARS―CoV可感染的非洲绿猴肾细胞(Veto E6)中分离出ACE2蛋白能高效的与SARS病毒蛋白的S1区结合；②转染了ACE2的293T细胞能与表达S蛋自的细胞形成多核体而同样的293T细胞转染了人免疫缺陷病毒1则不行；③SARS病毒在ACE2转染的293T细胞里能高效的复制，在人免疫缺陷病毒1转染的细胞中则不会；④抗ACE2抗体能阻病毒在Vero　E6细胞中的复制。但抗ACE抗体则不行。ACE2作为SARS―CoV的结合受体这一新的功能被发现后，人们反过来重新审视过去发表的72种人类组织实时PCR结果，发现当时直至以后ACE2的受体功能发现前的时间内被忽略的一个结果，即ACE2的mRNA在支气管、肺实质，肠道等组织中一样高表达。这种器官分布与SARS病人急性肺部感染的特征相吻合。但受体配体结合后如何引起SARS的病理生理改变及临床症状，其机制还不清楚。

5 ACE2与生殖

Brosnihan等观察了妊娠19d的斯普利格2道利大鼠，应用免疫细胞化学法(immunocytochemical)发现其。肾脏组织中Ang(1―7)和ACE2蛋白水平比正常对照组分别增加了56％和117％(P

另外，ACE2在消化道、骨髓细胞中也有表达，可能以目前人们尚不了解的机制调节、消化道和造血系统的功能还有待进一步研究。

6结语

心血管疾病的发生发展可以看作是一个连续的统一体，高血压、脂质代谢紊乱、糖尿病等危险因素(即目前备受医学界关注的代谢综合征的各方面)最初促使动脉粥样硬化和(或)左心室肥厚，形成冠心病。冠状动脉疾病的进一步发展引起心肌缺血，而动脉粥样硬化斑块形成的血栓使冠状动脉闭塞导致心肌梗死，心肌梗死的后果是引起心律失常、心肌坏死甚至心脏猝死，即使在急性心肌梗死中幸存下来，心肌梗死后心室发生重构导致心室扩大、心力衰竭，最终也发展为终末期心脏病。经典RAS的作用机制主要是由AngⅡ通过与AT1受体结合收缩血管平滑肌，使钠潴留，抑制。肾素分泌，促进内皮素分泌，增加血管加压素释放，升高血压，激活交感神经系统，促使心肌肥大，刺激血管和心脏纤维化，增强心肌收缩力，诱发心律失常，激活纤溶酶原激活物抑制剂和刺激过氧化物形成，几乎参与了这一统一体一心血管疾病系统的每一个环节。因此，任何干扰AngⅡ活性的因素均可以降低心血管疾病的发生率与病死率。ACE2和Ang(1―7)的发现使人们对RAS有了全新的认识，ACE2主要通过Ang(1―7)在高血压、缺血性心肌病、糖尿病。肾病、生殖系统、呼吸系统、胃肠道疾病等发挥作用，给人们提供了认识RAS及ACE2在这些疾病中的作用机制，同时给以ACE2为靶点的药物的开发提供了新的思路。