第二十三章肾素-血管紧张素系统药理

第二十三章肾素-血管紧张素系统药理血管紧张素转化酶2——一种新的肾素血管紧张素系统的重要调节剂肾素血管紧张素系统是一复杂的调节系统，在维持血压稳定，水盐平衡中起重要作用。血管紧张素转化酶（ACE）是肾素2血管紧张素系统的一重要调节酶。最近，人ACE的同类物2血管紧张素转化酶2（ACE2）的发现，因其对肾素2血管紧张素系统的作用，成为心血管研究的一个方向。其特异的功能及作用底物特点显示ACE2对激活的肾素2血管紧张素系统起负调控作用。本文就ACE2的结构、功能、与心血管、肾脏系统的关系进行综述。1．血管紧张素转化酶2的结构和功能ACE2是第一个被认识的ACE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cDNA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120kD（≈1.2×105u），与ACE在N末端催化区有42%同源性。ACE2基因组序列分析显示其基因含有18个外显子，定位于X染色体的XP22位点，ACE2含有805个氨基酸，在C末端有一疏水区，可能是一个膜锚定（anchor），在细胞外表面有催化区。ACE2只有一个活性酶位点，属一种羧肽酶类，能降解10肽的血管紧张素Ⅰ的C末端胱氨酸残基，形成Ang1-9，Ang1-9也可以在ACE的作用下生成为Ang1-7。Ang1-9的功能目前还不是很清楚。ACE2也能降解血管紧张素Ⅱ为有生物活性的肽Ang1-7。实际上，在体外研究发现，ACE2催化血管紧张素Ⅱ的效率是催化血管紧张素Ⅰ的400倍，表明ACE2的主要作用是使血管紧张素Ⅱ转化为Ang1-7。作为心脏保护肽的Ang1-7有血管扩张作用，抗生长，抗增殖和促进凋亡的作用。2．血管紧张素转化酶2的组织分布与ACE相比，ACE2的分布较局限，在人体，ACE2主要分布于心脏、肾脏、睾丸、内皮药理学pharmacology细胞，血管平滑肌中分布较少。在肾脏，ACE2分布于近端肾小管上皮细胞，最近发现ACE2也分布于胃肠道、脑和肺。3．血管紧张素转化酶2的作用底物ACE2的确切生理功能目前尚处于进一步的研究中，ACE2除了对血管紧张素Ⅰ、Ⅱ的作用外，在体外研究发现，它还能降解肽类物质：去精氨酸2缓激肽、neurotensin1-13和Kinelensin的C末端残基，还可以水解apelin-13和dynorphinA1-13，但对缓激肽无作用。ACE2在体外作用的这些底物都显示对心血管有调节作用：Apeli-13是一有效的心脏正性肌力剂，dynorphinA1-13是一内源性鸦片类神经肽，去精氨酸2缓激肽可以与在炎症和组织损失时激活的缓激肽β1受体结合。目前还不知道ACE2在体外的作用底物是否也是体内的生理作用底物，需要进一步研究体内ACE2的纯作用底物和其产物的变化水平。但已知在体内，ACE2的酶活性不受ACE抑制剂的影响。4．血管紧张素转化酶2的检测方法因目前确定了人和鼠的ACE2的基因序列，所以检测组织和细胞中的ACE2多通过RT-PCR的方法检测其mRNA的表达水平。也可以通过Westernbloting检测其蛋白质表达和免疫组织化学方法检测ACE2。尚未发现检测血浆中ACE2的报道。5．血管紧张素转化酶2活性的调节———抑制剂与激动剂乙二胺四乙酸二钠对ACE2有抑制作用。Huang等筛选出了ACE2的特异性肽类抑制剂DX512和DX600，对ACE2显示混合的竞争和非竞争性的抑制作用，它们不被ACE2水解，用于在体研究可用来阐明ACE2在心血管调节中的生理功能。复合物16(C16)也是ACE2的特异性抑制剂。Gallagher等对ACE2的调节机制进行了研究，在对培养的脑髓质星形胶质细胞的研究发现，血管紧张素Ⅱ明显下调ACE2的表达，该作用可以被血管紧张素Ⅱ-1型受体拮抗剂阻断，而血管紧张素Ⅱ-2型受体拮抗剂没有作用。有丝分裂原激活蛋白(MAP)激酶抑制剂也可以阻断血管紧张素Ⅱ依赖的ACE2的下调，这一发现提示MAP激酶信号通路的激活对ACE2起主要调节作用。Tallant等在对心肌细胞的研究也发现血管紧张素Ⅱ明显下调ACE2的表达，血管紧张素Ⅱ-1型受体拮抗剂可以上调ACE2mRNA的表达。6．血管紧张素转化酶2与心血管疾病的关系在对ACE2基因敲除小鼠的研究发现，这种小鼠出现异常的心脏功能，心肌收缩功能严重受损，且血浆、心脏、肾脏血管紧张素Ⅱ水平明显增高，说明ACE2在对血管紧张素Ⅱ的清除和失活中起重要作用，有利于对心脏功能的维持。在对小鼠ACE2和ACE基因双敲除后，不出现ACE2基因敲除的心脏功能受损。6．1血管紧张素转化酶2与高血压病ACE2对血管紧张素的作用及其作用产物对血管的作用很容易使人们想到ACE2与高血压病的关系。有人发现在ACE2的基因图上，一个在X染色体上被定义的定量特性位点是与高血压定量位点相同。在对自发性高血压大鼠(SHR)研究中发现，其肾脏ACE2水平比正常血压的WistarKyoto(WKY)大鼠低，并且有人证实SHR肾脏ACE2mRNA表达低于WKY，说明ACE2与高血压病有关，但还不清楚ACE2的缺乏在导致高血压中是否起病理生理作用或者只是血压增加的结果。有人对高血压大鼠的研究发现，ACE2mRNA和蛋白质水平在血压增高时明显减少且也与血压呈负相关。Yagil等通过基因克隆转染的方法研究ACE2与高血压的关系发现：ACE2mRNA和蛋白表达水平在以色列抵抗大鼠(SBN/y)比以色列高血压易感大鼠(SBH/y)高20%～40%，当给与盐负荷后，在正常血压SBN/y，ACE2水平没有变化，但在高血压的SBH/y明显降低。他们认为这些实验数据根据以下几点支持这种新的高血压机制：（1）ACE2通过负平衡ACE的活性调节血管张力。在SBH/y，ACE2表达的减少，Ang127这种血管舒张肽减少，就导致血管紧张素Ⅱ起主要作用使血管张力增加，在盐负荷时血压升高。（2）在SBN/y，增高的ACE2的表达使Ang127增加，使血管紧张素Ⅱ水平降低，这样就防止了盐负荷时血压的增高，产生了维持正常血压的血管保护作用。一种新的机制是ACE2作为一种保护蛋白防止高血压的发生。然而，最近基因敲除小鼠的研究发现，ACE2基因敲除并没有改变血压。Gurley等的研究也发现ACE2基因敲除也没有改变血压且基础的血管紧张素Ⅱ血浆水平也与对照组没有差异，但他们发现在急性血管紧张素Ⅱ输注后，血浆ACE2、血管紧张素Ⅱ水平在ACE2基因敲除小鼠是对照组的3倍，慢性输注血管紧张素Ⅱ后，野生对照小鼠血压没改变，而ACE2基因敲除小鼠血压明显增高，因此认为ACE2在肾素2血管紧张素系统中起作用，通过改变循环和肾脏血管紧张素Ⅱ调节血压。6．2血管紧张素转化酶2与冠心病在ACE2基因敲除小鼠的心脏中，缺氧标志物上调说明血管内皮细胞ACE2的缺失导致冠脉血管的收缩，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。Yuichiro等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ACE2mRNA没有改变，在给血管紧张素Ⅱ-1型受体拮抗剂治疗的大鼠，心脏ACE2mRNA表达水平明显增加，且血管紧张素Ⅱ-2型受体拮抗剂PD123319不能抵消这种作用，认为血管紧张素Ⅱ-1型受体拮抗剂对心脏ACE2mRNA表达的作用可能是直接的血管紧张素Ⅱ-1型受体阻断作用或者是增加的Ang(1-7)的调节作用。Campbell等对通过测定心力衰竭和冠心病患者的动脉血和冠状窦血的血管紧张素Ⅰ、血管紧张素Ⅱ及它们的羧肽酶代谢产物的研究发现，ACE2在血管紧张素Ⅰ代谢中起作用很少，Ang1-7水平与血管紧张素Ⅰ更有关，这与它的形成是血管紧张素Ⅰ通过肽链内切酶介导的代谢，而血管紧张素Ⅱ的代谢是ACE2介导的。目前，ACE2与冠心病的关系研究尚少。6．3血管紧张素转化酶2与心室重构及心律失常Batlle等对心力衰竭患者心肌标本的研究发现，心力衰竭患者心肌ACE2mRNA水平与正常人心肌相比无显著差异，ACE2在心力衰竭中的作用目前还不清楚。Donoghue等通过转基因技术，使小鼠心脏增加ACE2的表达，研究发现，动物猝死呈基因剂量依赖方式，详细的电生理检查显示有严重的进行性的传导和节律紊乱，有持续性室性心动过速，最终死于心室颤动，他们认为ACE2在心脏的过度表达导致缝隙连接蛋白connexin的调节不全和缝隙连接重构，从而引起电生理紊乱，在转基因心脏缝隙连接蛋白connex2in40和connexin43下调，导致缝隙连接的密度，分布和功能的改变可能是损伤心肌的这种异常的传导特性的电生理基础。7．血管紧张素转化酶2与肾脏有研究发现ACE2在正常肾脏的近端肾小管分布最高，在糖尿病大鼠的肾脏ACE2mRNA和蛋白质水平明显的减少，提示ACE2可能在糖尿病并发症的发展中起作用。Ye等对无肾病的糖尿病小鼠的研究发现，ACE2蛋白表达在肾皮质小管是增加的，而ACE的蛋白表达是减少的，认为在糖尿病早期，降低ACE蛋白表达，同时增加ACE2蛋白表达可能对肾脏起保护作用。作者：周健；单位：第三军医大学新桥医院全军心血管内科中心，重庆400037