新型冠狀病毒肺炎心臟損傷及其與血管緊張素轉化酶Ⅱ的關系研究進展

裴茂華，王瑤，陳倩綜述 龔作炯審校

新型冠狀病毒肺炎(corona virus disease 2019,COVID-19)是由新型冠狀病毒引起，2020年2月11日國際病毒分類委員會(ICTV)將該病毒命名為嚴重急性呼吸綜合征冠狀病毒2(severe acute respiratory syndrome coronavirus 2,SARS-CoV-2)。SARS-CoV-2以血管緊張素轉化酶Ⅱ(angiotensin converting enzyme Ⅱ，ACE2)為受體侵入細胞，造成感染[1-2]。臨床上,SARS-CoV-2感染除典型發熱、呼吸道癥狀之外,有相當比例的心臟損傷表現。本文綜合以往冠狀病毒研究與現有COVID-19報道,討論新型冠狀病毒肺炎患者心臟損傷的臨床表現，對ACE2介導心臟損傷的機制進行綜述，探討ACE2與COVID-19患者心臟損害之間的聯系。

1 新型冠狀病毒肺炎患者心肌損傷的臨床證據

新型冠狀病毒感染的患者除了典型的呼吸系統表現外，部分患者還表現為與病毒感染相關的心臟損害癥狀。Huang等[3]報道最早確診的41例SARS-CoV-2肺炎患者中，有5例(12.2%)出現急性心臟損傷，主要表現為高敏肌鈣蛋白I(hs-cTnI)水平上升(>28 pg/ml)，天冬氨酸氨基轉移酶升高(>40 U/L)15例，肌酸激酶升高(>185 U/L)13例，乳酸脫氫酶升高(>245 U/L)29例，都一定程度提示了心臟損傷。同時還發現41例患者中，有6例(14.6%)患者合并高血壓，6例(14.6%)合并心血管疾病。Chen等[4]報道的99例新冠肺炎患者中，大多數患者的心肌酶譜異常，其中13例(13.1%)患者的肌酸激酶升高，75例(75.8%)患者的乳酸脫氫酶升高，其中1例肌酸激酶6 280 U/L，乳酸脫氫酶20 740 U/L。有40例(40.4%)患者合并心血管和腦血管疾病。Wang等[5]報道的138例患者中，55例(39.9%)乳酸脫氫酶升高，患者整體肌酸激酶和肌酸水平較高，且入住ICU的患者高于未入ICU的患者。常見并發癥中心律不齊23例(16.7%)，急性心臟損傷10例(7.2%)。138例患者中64例患有并存疾病，其中高血壓43例(31.2%)，心血管疾病20例(14.5%)。Guan 等[6]回顧性分析1 099例臨床資料，發現原有高血壓165例(15.0%)，冠心病27例(2.5%)。實驗室檢查中，277例乳酸脫氫酶增高，168例天冬氨酸氨基轉移酶升高，90例肌酸激酶增高。結合已有的報道發現，SARS-CoV-2 感染患者有相當比例的心肌酶譜異常，部分患者已經確診為病毒感染相關的心臟損傷。同時，在合并癥中，心血管疾病是最常見的潛在疾病之一。最新研究提示[7]，出現心肌損傷的82例新冠肺炎患者，病死率51.2%，而無心肌損傷的患者病死率為4.5%。結合現有研究，心肌損傷是COVID-19重癥患者的突出臨床特征和不良事件的重要預測因素。

2 ACE2與ACE

血管緊張素轉化酶(ACE)與ACE2同屬于龐大的腎素—血管緊張素—醛固酮系統(RAAS)和激肽—緩激肽系統(KKS)家族(圖1)。RAAS經典途徑首先主要由腎臟釋放的天冬氨酰蛋白酶腎素將肝蛋白血管緊張素原裂解為無活性的十肽血管緊張素Ⅰ(Ang Ⅰ)，然后血管緊張素轉化酶(ACE)水解AngⅠ，去除2個C端氨基酸，從而生成具有生物活性的八肽血管緊張素Ⅱ(Ang Ⅱ)，AngⅡ有2個受體，血管緊張素Ⅰ型受體(AT1-R)和AT2-R。AT1受體具有血管收縮、醛固酮釋放、腎近端小管鹽潴留、通過腦內受體刺激交感神經系統等多種肽的經典作用[8]。AT1受體有2種亞型AT1A和AT1B，其中 AT1A受體介導了以上大部分作用。

2000年通過基因組研究首次發現ACE2[9]。ACE2是一種具有羧肽酶活性的鋅金屬蛋白酶，通過去除單個C端氨基酸，催化十肽的血管緊張素Ⅰ(AngⅠ)轉化為九肽的血管緊張素(1-9)[Ang(1-9)]或將血管緊張素Ⅱ(AngⅡ)轉化為血管緊張素(1-7)[Ang(1-7)][10]。Ang(1-7)作用于特異性Mas受體，發揮舒張血管、抗炎、抗增生、抗纖維化和抗細胞凋亡等作用[11]，達到拮抗AngⅡ的生物學作用。

3 SARS-CoV-2造成心臟損傷的可能機制

3.1 SARS-CoV-2通過ACE2受體促進病毒進入靶細胞 SARS-CoV-2與嚴重急性呼吸綜合征冠狀病毒(SARS-CoV)有很多相似之處。使用計算機建模，Xu等[12]發現SARS-CoV-2和SARS-CoV的刺突蛋白在維持范德華力的受體結合域具有幾乎相同的3D結構。

圖1 ACE和ACE2在RAS系統的作用

根據生化相互作用研究和晶體結構分析，SARS-CoV刺突蛋白與人ACE2具有很強的結合親和力[13]。SARS-CoV-2和SARS-CoV棘突蛋白共有76.5%的同一性氨基酸序列，并且重要的是，SARS-CoV-2和SARS-CoV棘突蛋白具有高度的同源性[12-13]。進一步分析表明，SARS-CoV-2比SARS-CoV更有效地識別人ACE2，從而提高了SARS-CoV-2在人與人之間傳播的能力[14]。另有研究發現，SARS-CoV-2能夠利用除小鼠ACE2外的所有ACE2蛋白作為受體，但只能進入表達ACE2的細胞，這表明ACE2可能是SARS-CoV-2進入細胞的細胞受體，同時發現SARS-CoV-2不使用其他冠狀病毒受體，如氨基肽酶N(APN)和二肽基肽酶4(DPP4)[1]。因此，SARS-CoV-2通過與人ACE2受體結合進入細胞。

3.2 SARS-CoV-2感染可能會下調ACE2表達 SARS-CoV-2通過ACE2受體進入細胞，對其存活和復制具有重要意義。已知許多病毒會誘導細胞受體下調，包括HIV、麻疹病毒、丙型流感病毒、6型人類皰疹病毒及冠狀病毒[15]。受體下調可能會導致這些宿主細胞的自然生理功能受到嚴重損害，并伴隨著受感染細胞、器官或個體的病變，但是，病毒強烈受益于受體表達的下調[16]，因為它導致了可控和有效的感染過程。受體下調可以防止已經在進行病毒復制的細胞受到感染，這通常是確保病毒顆粒有效釋放所必需的[17-18]。

2003年導致“非典”的急性呼吸系統綜合征冠狀病毒(SARS-CoV)表面的S蛋白與受體識別并結合，通過一種新的網格蛋白和小泡無關的內吞途徑進入宿主細胞。SARS冠狀病毒是利用ACE2作為細胞融合和體內感染的必需受體，此外，ACE2 保護小鼠肺部免受急性肺損傷及SARS-Spike蛋白介導的肺損傷，提示ACE2在SARS感染和ARDS保護中起雙重作用[19]。SARS-CoV病毒刺突蛋白與ACE2結合后， 下調細胞表面表達的ACE2水平，這種ACE2受體下調的現象，引起肺RAS活性失調，惡化可導致急性肺衰竭；心肌ACE2表達的下調可引起一些SARS患者的心臟損害。在感染SARS-CoV的心臟中，ACE2蛋白的完全喪失可能是由于SARS刺突蛋白激活ADAM-17/TACE，從而裂解和釋放ACE2，和/或由于SARS-CoV與內皮細胞中的ACE2結合，導致配體/受體復合物的內吞作用，并隨后在細胞內降解ACE2[20]。結合SARS及冠狀病毒相關研究提示，新型冠狀病毒致病機制與ACE2具有密切關系，新型冠狀病毒通過ACE2受體介導侵入細胞，可能下調ACE2導致肺部、心臟等相關器官損傷。

3.3 ACE2下調引起心臟損傷的損傷機制 在正常情況下，ACE2和ACE的平衡對于組織損傷的形成有重要意義。ACE2主要生理作用是降低AngⅠ、AngⅡ和Des-Arg緩激肽，促進Ang(1-7)生成，后者通過特異性Mas受體發揮舒張血管、抗炎、抗增生、抗纖維化和抗凋亡等作用，達到拮抗AngⅡ的生物學作用。Ang(1-7)發揮抗生長活性，抑制血管緊張素Ⅱ誘導的絲裂原活化蛋白激酶[p38，細胞外信號相關激酶(ERK1/2)和c-jun氨基末端激酶(JNK)]的磷酸化和血管緊張素Ⅱ對轉化生長因子β1(TGFβ1)的刺激。Ang(1-7)通過刺激心臟血管內皮生長因子-D和基質金屬蛋白酶9的表達來促進血管生成，從而促進心臟修復和心室功能恢復[21]。當SARS-CoV-2感染時，介導ACE2表達下調，破壞了ACE2和ACE之間的平衡。ACE2—Ang(1-7)—MasR軸被抑制，Ang(1-7)對心臟的保護作用減弱。

同時，RAAS經典途徑生成AngⅡ增多，增加了對心臟的毒害作用。一方面，循環中的AngⅡ激活多種靶組織中的AT1受體，上調交感神經系統，增加血管收縮，釋放醛固酮，造成水鈉潴留，加重心臟負擔。AngⅡ還通過抑制一氧化氮合酶降低了一氧化氮有益血管舒張的作用。另一方面，血管緊張素Ⅱ還促進自由基的產生，刺激纖溶酶原激活物抑制劑1的釋放，并增加組織因子和血管細胞黏附分子的表達。AngⅡ還通過促進血管平滑肌細胞增殖和白細胞黏附而具有致動脈粥樣硬化作用[22]。

3.4 ACE2與COVID-19患者心臟損傷的聯系 SARS-CoV-2引起心肺損傷的具體機制目前尚不明確。ACE2下調導致心臟損傷的機制已經研究的十分清楚，作為SARS-CoV-2的關鍵受體，COVID-19患者心臟損傷是否直接由ACE2導致，目前還有待進一步研究。Chen等[23]的研究首次建立了成人心臟單細胞圖譜，發現ACE2高表達的周細胞可能是SARS-CoV-2的靶細胞。病毒感染對周細胞的損傷可能導致毛細血管內皮細胞功能障礙，引起微血管功能障礙，導致心臟損傷，而基礎心力衰竭患者在mRNA和蛋白水平均顯示ACE2表達增加，表明如果感染病毒，這些患者心臟病發作和病情危重的風險可能會更高。該研究結果解釋了COVID-19基礎心血管疾病患者重癥發生率高的原因，也提示ACE2與心臟損傷有重要的聯系。

4 COVID-19患者心臟損傷可能由多種因素共同作用所導致

COVID-19患者心臟損傷是由復雜多因素共同導致的，ACE2下調可能會導致心臟損傷，SARS-CoV-2的直接作用、炎性因子風暴、低氧等因素共同作用，加速了這一過程。在SARS死亡患者中，35%患者的心臟中檢測到SARS-CoV，這表明SARS-CoV能夠感染易感個體的心肌，同時SARS刺突蛋白激活ADAM-17/TACE的活化導致腫瘤壞死因子-α(TNF-α)釋放增多[20]。因此SARS-CoV-2也可能直接攻擊心肌細胞, 引起病毒性心肌損傷。

Huang等[3]研究發現，COVID-19病情越重,Th1型促炎因子GCSF、IP-10、MCP-1、MIP-1α、TNF-α等血清水平越高。SARS-CoV-2侵入組織，特別是肺部后免疫細胞過度活化，這會觸發白細胞、內皮細胞和上皮細胞的激活，通過正反饋循環的機制形成炎性反應風暴，釋放出更多的炎性反應介質，如TNF-α、白介素-1(IL-1)、IL-6、IL-8和IL-10，引起細胞和組織損傷，這被稱為“炎性因子風暴”。“炎性因子風暴”會導致心臟損傷，是后期出現急劇惡化的多器官衰竭的主要原因。

在相關病例報道中，新型冠狀病毒肺炎患者均以呼吸道癥狀為主要臨床表現，當病毒復制引起急性大面積肺炎, 破壞肺實質和肺泡—毛細血管屏障, 可致肺血管滲漏和肺泡水腫, 大量纖維樣黏液滲出, 肺透明膜形成, 肺通氣/灌注比例失調, 肺毛細血管床有效容積減少, 造成嚴重缺氧, 繼發酸中毒、水鹽紊亂和糖脂等代謝障礙，損傷心臟功能[3-5，24]。同時，低氧血癥可刺激頸動脈體中的缺氧化學感受器，從而激活全身交感神經系統和RAS，改變心臟ACE、ACE2和AngⅡ的表達，從而引起心肌損傷[25]。

5 待解決的問題

所有器官的內皮細胞中均存在ACE2，感染個體的血漿中也存在SARS-CoV，但很少有器官病毒陽性。這可能意味著，類似于HIV感染，一般病毒進入模型要求病毒包膜不僅要結合細胞表面受體(CD4)，而且要結合趨化因子共受體[CXCR4或CCR5(BBA)] ，SARS-CoV需要共受體進入細胞[26]。對于SARS-CoV-2，該病毒通過ACE2受體介導進入細胞，ACE2除在肺部表達外，在心臟、腎臟、消化道也大量表達，但是絕大多數新型冠狀病毒肺炎患者都是以呼吸道癥狀為主要臨床表現，這可能提示SARS-CoV-2需要存在一個共受體，特異性地造成肺部感染和損傷。未來的研究必須闡明除ACE2外，SARS-CoV-2與共受體的結合是否可能與肺和小腸的特異性感染有關。ACE2是否是直接導致COVID-19患者心臟損傷的原因，還需要大量基礎研究來證實。在合并有高血壓的COVID-19患者中，RAAS抑制劑的應用存在爭議：一方面，RAAS抑制劑的使用可能會影響ACE2的表達和含量，進而影響SARS-CoV-2病毒的毒力；另一方面，RAAS抑制劑在保護腎臟和心肌方面具有有利作用，在高風險患者中停用RAAS抑制劑可能有臨床失代償的風險。在臨床狀況不穩定的患者中，與COVID-19患者相關的心肌損傷在停用RAAS抑制劑后可能構成更高的風險[27]。因此，歐洲心臟病學會(ESH) 發表聲明[28]，建議對于目前具有此類藥物適應證(如心力衰竭、高血壓或缺血性心臟病)患者繼續使用RAAS抑制劑。在隨后的研究中[29-30]，對現有證據的嚴格審查都不支持RASS抑制劑對COVID-19患者的有害作用，因此并不建議COVID-19患者停用RAAS抑制劑。