一個新的RAS調節靶標——血管緊張素轉化酶2

光翠娥，江 波

(江南大學 食品科學與技術國家重點實驗室，江蘇 無錫 214122)

RAS在維持人體血壓穩態、水鹽平衡及局部組織器官的正常功能等方面具有非常重要的作用。經典的RAS作用軸ACE-AngⅡ-AT1R曾被認為是生物關聯性的唯一體系。在這個經典軸中，ACE水解AngⅠ(Asp1-Arg-Val-Tyr-Ile-His-Pro-Phe -His-Leu10) C-末端的兩個氨基酸殘基His和Leu產生AngⅡ，通過靶細胞膜上的G-蛋白偶聯受體AT1，AngⅡ 刺激一系列的信號傳遞途徑從而啟動許多與RAS相關的生理影響。該軸活性過度時出現高血壓和心血管病如心臟肥大、心衰、腦卒中、冠心病和末期腎病等[1]。針對ACE-AngⅡ-AT1R作用軸，20多種臨床的ACE抑制藥物和AT1R拮抗劑已開發，但它們并不是完全沒有副作用。ACE抑制藥常常導致干咳和/或血管性水腫，這與緩激肽潴留有關。由于AngⅠ主要被ACE C-催化區水解而緩激肽同時被C-和N-催化區水解，研究正在發展對肉體ACE C-催化區的選擇性抑制劑,從而可以抑制AngⅡ的產生，同時允許部分緩激肽被N-活性區水解[2]。2010年，Sipahi等[3]在《柳葉刀·腫瘤學》上提出使用AT1R拮抗劑與新診斷癌癥升高相關，基于此，美國 FDA隨即宣布對此展開審查，增加了人們對AT1R拮抗劑安全性擔憂。在大量已被分離出的食源性ACE抑制成分中，體外ACE抑制肽占絕大多數，其中有少量已通過動物實驗證明了其降壓能力。由于腸道消化以及ACE抑制肽在體內可能并不改變Ang肽濃度[4]，實驗需進一步研究它們抗高血壓的生理機理。通過一系列的體外、細胞、動物和人體試驗，已開發出富含乳三肽VPP和/或IPP的功能性產品，如Calpis公司的AmealPeptide?、DSM公司的tensVidaTM等，然而幾個新的研究發現乳三肽VPP和IPP沒有降低荷蘭受試者的血壓[5-7]。此外，ACE抑制劑和AT1R拮抗劑抑制RAS的負反饋機制，導致腎素和腎素受體水平以及Ang肽類濃度增高因而最終限制它們的作用效果。ACE抑制也非特異性，AngⅠ還能通過胃促胰酶和組織蛋白酶A等轉化成AngⅡ。

近年來，識別了循環和局部RAS的一些新的活性成員：Ang-(1-12) (AngⅠ-Leu11-Tyr12)、Ang-(2-10)、AngⅢ、Ang IV及其胰島素調節氨基肽酶特異性受體、(前)腎素受體、ACE2、Ang-(1-7)特異性Mas受體等。20世紀80年代發現了Ang-(1-7)，但它對AngⅡ的拮抗作用并沒被重視，直到ACE2被克隆出它的生理重要性才逐漸顯現出來，Mas受體是由Mas原癌基因編碼的7個跨膜結構的G蛋白耦聯受體。ACE2、Ang-(1-7)和Mas受體共同構成了RAS的一個新的作用分支：ACE2-Ang-(1-7)-Mas軸，該作用軸是ACE-AngⅡ-AT1R的反向調節軸，能拮抗AngⅡ的影響。本文對ACE2的生化、生理、激活等進行綜述以期為植物性食品對RAS的調控找到新的方向。

1 ACE2的生化特征

2000年，Donoghue[8]、Tipnis[9]等分別從人淋巴癌和心衰患者cDNA庫克隆出人類ACE的第一個同系物ACE2，它的發現徹底挑戰了對RAS的傳統概念。ACE2基因位于人X染色體Xp22區域，包含18個外顯子，與ACE基因前17個外顯子結構相似。其編碼的蛋白是一個由805個氨基酸組成的、分子質量為120ku的1 型膜結合糖蛋白，分為胞漿內尾端、跨膜結構域和胞外鋅依賴型蛋白酶催化區(HEMGH)3個部分。其中金屬蛋白酶催化區與肉體ACE的催化區有42%的同源性，序列比較發現更相似于肉體ACE兩個鋅依賴型蛋白催化區的N-區[10]，而C端序列和Collectrin(一種不包含羧肽酶催化區的腎特異性1型跨膜糖蛋白，參與中性氨基酸在腎臟的傳遞)的C端有48%的同源性[11]。與其他蛋白酶類似，ACE2活性區(殘基19～611)在三維結構中的2個亞區通過α-螺旋在底部相連形成一個被覆蓋的大凹陷。其中鋅在一個亞區和His374、His378、Glu402以及一個水分子相協調而一個Cl－在另一個亞區和Arg169、Trp477、Lys481相協調[12]。在細胞水平，ACE2主要見于血管內皮細胞、平滑肌細胞、心肌細胞、心肌成纖維細胞等，在器官水平包括心臟、腎臟、睪丸、肺、動脈、靜脈、消化道、腦、鼻、口腔、眼均有ACE2的表達。除了膜聯性ACE2，ACE2胞外部分可由腫瘤壞死因子-α(TNF-α)轉化酶ADAM17(a disintegrin and metalloprotease 17)切除，形成可溶性ACE2，此外，佛波酯、離子霉素、內毒素、細胞因子IL-1β、TNFα、鈣調蛋白抑制劑等也能促進ACE2胞外部分的脫落[13-14]。與ACE不同，作為單羧肽酶，ACE2僅能水解一個氨基酸殘基，作用位點為Pro和C-端的疏水性或堿性氨基酸之間[15]。ACE2水解Ang Ⅱ生成Ang-(1-7)，相比其他底物，ACE2和Ang Ⅱ 的親和力是目前所知最高的，所以，催化AngⅡ 轉化為Ang-(1-7)被認為是ACE2最重要的功能。ACE2也可以水解AngⅠC-端的Leu將其轉化為Ang-(1-9)，并進一步在ACE的作用下生成Ang-(1-7)，但經該途徑生成Ang-(1-7)的效率僅為前一途徑的1/400。此外，ACE2對Apelin-13、強啡肽A-(1-13) 、去精氨酸緩激肽有較高的催化活性[16]。ACE2對底物的催化活性受[Cl－]的影響。在生理濃度下，提高[Cl－]會引起底物AngⅠ的降解提高而底物AngⅡ的降解則下降，[Cl－]的波動因而會影響AngⅡ集聚，所以Cl－的敏感性也可作為一種穩態調節機制[17]。ACE抑制劑(如captopril、lisinopril和enalaprilat)以及羧肽酶A抑制劑對ACE2不會產生抑制[18]。

2 ACE2的生理作用

ACE2通過降解AngⅡ產生具有保護作用的Ang-(1-7)，從而反向調節ACE影響，在維持RAS的2軸平衡中起關鍵作用。不平衡若持續，成為慢性，就會造成心血管、腎、肺和中樞神經系統的病理生理[1]。ACE2過表達和重組ACE2對待能降低血壓，改善高血壓大鼠的內皮功能[19-20]；中國漢族群體的高血壓與ACE2多變型相關[21]。ACE2還可能通過作用于緩激肽和Apelin來調節血壓[15]。ACE2基因傳遞和Ang-(1-7)的灌注改善小鼠的動脈硬化和炎癥[22-23]。敲除ACE2基因會損害小鼠心臟的收縮性和加速不利的心室重塑[24-25]，而Ang-(1-7)灌注能改善心律失常和心肌功能[15]；在人體中，隨著心力衰竭的加重，可溶性ACE2會增加從而實施心臟保護的功能[26]。敲除ACE2基因也會使小鼠腎小球硬化，發生Ⅰ、Ⅲ型膠原和fibronectin沉積、蛋白尿增加[27]；在鏈脲霉素誘導的糖尿病小鼠中ACE2抑制劑MLN4760惡化腎損害[28]。小鼠穹窿下器ACE2過表達下調AT1受體，減弱腦室滴注AngⅡ造成的加壓和飲水回應[29]；延髓腹外側頭端ACE2過表達和延髓孤束核的ACE2基因傳遞分別降低自發高血壓大鼠(SHRs)血壓心率和壓力感受器心率反射[30-31]；在嚙齒類中，ACE2-Ang-(1-7)-Mas對內皮素-1誘導的缺血性腦卒中起到腦保護的作用[32]。ACE2能夠阻抗肺動脈高壓誘導的心肌重塑、肺血管損害、內皮功能障礙、發炎以及降低肺氧化應激[33]。

此外，ACE2還表現出了獨立于蛋白酶催化活性的影響。ACE2參與中性氨基酸在腸道內的吸收，當ACE2敲除后，小鼠小腸中氨基酸傳遞者B0AT1的表達消失[34]。ACE2還是產生嚴重急性呼吸綜合征(SARS)病毒的特異受體[15]；ACE2也是人類冠狀病毒NL63的受體[35]。

3 ACE2的激活

RAS的保護軸ACE2-Ang-(1-7)-Mas可能是提高心血管疾病治療水平的一個新方向。與ACE抑制劑、AT1R拮抗劑比較，開發以ACE 2為靶的新治療優點在于：ACE2是一種內源性調節劑；ACE2降解AngⅡ，不僅影響ACEAngⅡ-AT1R軸的血管收縮/促增殖反應，而且產生的Ang-(1-7)有血管保護/抗增殖作用；ACE2能有效控制纖維化和結構重塑，對肺高壓極為有利；ACE2激活能更好地阻抗和逆轉局部缺血導致的神經損害；ACE2不是ACE抑制劑和AT1R拮抗劑的作用靶的，它的激活可望改善預后。當然，研究需確定ACE2的長期激活對SARS感染的易損性以及對其他生理活性底物作用所導致的影響[1]。

2008年，Hernandez Prada等[36]通過基于晶體結構的計算機藥物搜索發現氧雜蒽酮(xanthone)類化合物XNT(CAS# 86456-22-6)與ACE2結合顯示了高的分值，XNT也是所研究氧雜蒽酮類衍生物中結合分值最高的。XNT有2個H-鍵供體和8個H-鍵受體，與ACE2結合袋中4個殘基Lys94、Tyrl96、Gly205和His195分別以H—鍵相連。XNT結合使ACE2相對封閉的構型打開從而允許底物進入；選擇性地，產物的釋放是限速步驟，XNT結合加速酶-產物復合體的倒空使ACE2更快進入下一個催化循環，通過這兩個機制，XNT使ACE2避免了在非產物型構型或復合體上“浪費時間”，從而完全活化。合成XNT的體外EC50值(活性加強50%所需濃度)為(20.1±0.8)μmol/L；XNT對ACE2的激活具有特異性，它不顯著影響體外ACE活性。合成XNT降低SHRs的血壓，改善心臟功能，逆轉心肌、血管周圍和腎的纖維癥，減弱血栓形成[37]。XNT對高血壓誘發的心臟纖維化的保護功能與心臟ACE2的激活、Ang-(1-7)的提高以及對細胞外信號調節激酶的抑制有關[38]。在野百合堿誘導的肺高壓大鼠中，XNT阻止肺血管重塑以及右心室肥大和纖維化[39]。目前正在進一步研究XNT的生理作用，試圖將其發展成有效的心血管疾病治療藥物。2010年該研究組又篩查出XNT結構類似物三氮脒，它是一種治療牛、馬、犬等巴貝斯蟲感染的獸藥。三氮脒是強的體外ACE2激活劑；它降低SHRs的平均動脈壓和心肌纖維化[40]；在內皮素-1誘導大腦中動脈栓塞前后側腦室注射三氮脒會顯著減輕大鼠腦梗死體積和神經功能缺陷[32]。三氮脒可能是設計新一代高血壓和心血管疾病防治活性物的先導化合物。

4 ACE激動劑植物源氧雜蒽酮類化合物

氧雜蒽酮又叫二苯并γ-吡喃酮，母體并不存在于植物體中，但其衍生物廣泛分布在自然界中，是天然產物中的一類重要活性成分。自然界中得到的氧雜蒽酮類化合物大多是黃色或白色的酚性化合物，主要是從藤黃科、龍膽科、遠志科、桑科和百合科等科屬植物中得到[41]，植物性食品如藤黃科中的莽吉柿果殼中含有豐富的氧雜蒽酮類化合物[42]。氧雜蒽酮母體有8個可被取代的位置，但各個部位被取代的幾率并不相同。由于大多數氧雜蒽酮類化合物在其線性排列的3個環上具有酚性官能團，所以它們經常表現出廣泛的生物活性[41]。藥理作用研究表明，氧雜蒽酮類化合物具有利尿、利膽、保肝、止痛、抗細菌、抗病毒、抗抑郁、抗腫瘤、抗血小板凝聚等多樣化作用，特別地，它們具有抗氧化活性，可起到心血管系統保護和疾病預防作用[43]。蒽酮類化合物為藥食兩

用原料決明子中的降血壓功效成分[44]。與抗高血壓藥物相比，天然植物性活性成分更安全，當作為食品組成成分，花費更低。雖然降壓效果不如藥物顯著，但它們能改善導致血壓升高的病理因素從而達到防治血壓升高的效果。開發藥食兩用的ACE激動劑以防治高血壓是理想的選擇。

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