基于新冠肺炎中ACE2的作用及其在腎臟疾病發病機制中的新認識

于 澈，趙 雪，王 榮

(山東第一醫科大學附屬省立醫院 腎內科，山東 濟南 250021)

當前，新型冠狀病毒(SARS-CoV-2)仍在全球范圍內肆虐，截至作者發稿時，根據Worldometer(世界實時統計數據)顯示，全球新冠肺炎累計確診病例超1 300萬例，死亡近30萬例，早已超過了兩種以前出現的非典型性肺炎(2003年SARS-CoV病毒)和MERS-CoV(2012年中東呼吸道病毒)病例總數和死亡總數[1-2]。目前已知新冠肺炎(COVID-19)會導致人體多器官受損，包括肺、心血管、腎、胃腸道等。腎臟，作為人體重要的免疫器官，在本次疫情中表現如何？

研究發現一半以上COVID-19患者出現蛋白尿，20%以上患者表現出血肌酐和尿素氮升高，并存在不同程度的腎臟影像學異常。在一份研究報告顯示，中國湖北和四川兩省近200例住院COVID-19患者中，59%的患者尿蛋白陽性，44%患者存在血尿，均為腎臟受損的表現[3-4]。伴有急性腎損傷(AKI)的患者，其病死率是沒有急性腎損傷的COVID-19患者的5倍多[5]。雖然以上研究為單中心統計數據，仍然說明COVID-19患者中，腎功能損害是較為普遍的現象。

血管緊張素轉化酶2(angiotensin-converting enzyme, ACE2)，常作為腎素-血管緊張素系統(renin-angiotensin system, RAS)系統的一種酶類出現在各類研究中。最新研究發現其作為受體，能夠幫助SARS-CoV-2病毒進入宿主細胞, 引發感染等一系列病理變化，引起學術界廣泛關注。事實上，2003年就發現ACE2是SARS病毒的受體，而對其研究并未十分深入?，F代科技的發展讓我們有機會深入了解ACE2的功能特點，筆者將以SARS-CoV-2感染為引導，探討ACE2在人體疾病中的作用及機制，尤其在腎臟疾病方面的最新進展。

1 COVID-19下ACE2的作用及結構

ACE是一種編碼805個氨基酸的金屬蛋白酶，位于X染色體(Xp22.2)中，是具有單一胞外催化結構域的Ⅰ型跨膜糖蛋白。在RAS中發揮著重要的調節功能，可將無活性的血管緊張素I(AngI)轉化為調控血管收縮的Ang Ⅱ，后者通過血管緊張素受體(AT1和AT2)介導多種生物學反應。2000年，研究人員將ACE2從心力衰竭患者和人淋巴癌cDNA庫中克隆出來，發現其作為ACE的同源物，將Ang Ⅱ裂解成Ang1-7多肽，具有保護心臟、舒張血管、抗生長及增殖的作用，與ACE互相制衡。

2003年，Penninger課題組首先鑒定出ACE2是冠狀病毒SARS-CoV的關鍵受體[6]。SARS-CoV主要通過包膜上的S蛋白與ACE2受體結合，結合后ACE2下調，失去肺保護作用，患者出現急性肺損傷和肺水腫以及大量炎癥因子進而產生呼吸衰竭等臨床表征。與SARS-CoV異曲同工之處在于，2019年底爆發的COVID-19，同樣通過S蛋白與ACE2結合，其親和力為SARS病毒的10～20倍。根據明尼蘇達大學的研究發現，基因突變導致SARS-CoV-2的刺突蛋白形成了比SARS-CoV更緊密的分子“脊”。這種更緊湊的結構，使得SARS-CoV-2能夠更強地附著在人類ACE2受體上，能夠更好地感染細胞，從而比SARS病毒傳播更快，這為SARS-CoV-2的高傳染性提供了分子基礎[7-8]。2020年，西湖大學周強課題組利用冷凍電鏡技術成功解析SARS-CoV-2受體ACE2全長[9]。作為膜蛋白的ACE2本身很難在體外穩定獲得，而ACE2與腸道內的一個氨基酸轉運蛋白B0AT1能夠形成復合物，因此他們通過共表達的方法獲得了ACE2與B0AT1優質穩定的復合物。ACE2三維結構的成功解析，開啟了ACE2的研究之路。

2 SARS-CoV-2腎臟損傷可能機制

盡管所有研究指向肺部是主戰場，但是鐘南山、李蘭娟院士團隊已經分別從COVID-19患者的糞便及尿液樣本中分離出SARS-CoV-2，證實的確存在活病毒[10]。事實上早在2004年，已有課題組發現SARS-CoV病毒可通過尿液、汗液傳播[11]，文中對4例SARS-CoV患者進行了尸檢標本檢測，除肺部存在SARS-CoV外，其他包括氣管、甲狀旁腺、腎上腺、腎遠曲小管、肝臟、胃、小腸、垂體、胰腺、腦、皮膚汗腺有12個組織中發現有SARS-CoV，但在其他器官如淋巴結中并未發現。因此，與其高度同源的SARS-CoV-2在尿液中存在也不足為奇了。已知的研究發現尿液中可檢測到如乙型肝炎病毒、寨卡病毒、SARS-CoV，以及近日發現的新冠狀病毒，推測病毒釋放到尿液中可能是其生物學過程的普遍現象。通常作為大分子抗體并不能從腎小球過濾到原尿。對于病毒來說，腎小管中缺乏抗體可能使它們逃避體液免疫[12]?？茖W家們在一項其他病毒的研究中發現，病毒分散于各個部位腎小管中，并沒有CD4+或CD8+T細胞被募集到腎臟，只是因為一過性的細胞因子風暴的存在(引起急性呼吸窘迫綜合征和多器官衰竭的重要原因)，可能造成腎臟損傷。而這種分散感染形式，可能是病毒逃避宿主免疫反應的策略，并持續將病毒排入尿液。腎臟局部T細胞反應的弱化或短暫的細胞因子風暴為病毒存活提供了有利的場所。但SARS-CoV-2如何進入尿液，所到之處是否直接損傷腎臟，每種病毒是否機制相同，還有待進一步驗證。

SARS-CoV-2感染導致腎臟損傷的機制仍不清楚。關于其腎臟病理報道十分少，中部戰區醫院課題組[13]回顧性分析SARS-CoV-2患者腎功能臨床數據，并對腎臟組織進行了蘇木精伊紅(H&E)染色、免疫組織化學檢查及病毒核蛋白(NP)抗原檢測。在腎臟組織標本檢測到了SARS-CoV-2，并提出其可直接感染人體腎小管，引起急性腎小管損傷。觀察到的病毒核蛋白表達受限于腎小管細胞，且僅存在于小管細胞質中，細胞核中未發現，與SARS-CoV-2的感染特性相一致，這為SARS-CoV-2直接感染腎小管細胞提供了有力證據。在之前針對SARS、MERS的腎臟樣本尸檢結果同樣顯示腎小管損傷，包括擴張性改變和壞死、近端腎小管上皮細胞刷狀緣脫落等。由于和SARS-CoV-2具有相似的病理學特點，這些分析結果對SARS-CoV-2具有一定參考價值。在國外一項對SARS-CoV-2感染腎穿刺患者的研究中發現[14]，在足細胞胞質中含有大量球形顆粒的液泡，這些球形顆粒具有SARS-CoV-2典型病毒包涵體外觀，這表明腎臟在感染過程中受到了直接攻擊[5]?；颊吖忡R下腎小球呈現塌陷性局灶節段樣纖維化(FSGS)改變，但是因為患者為非洲裔，具有可能的apoL1基因變異，但也不能排除病毒感染后腎臟表現，如既往較為熟知的HIV病毒感染后腎臟表現大部分為塌陷樣FSGS。

研究表明，SARS-CoV-2與Ⅱ型肺泡表面的ACE2受體結合，介導肺部損傷，但目前并未有直接證據在腎臟是否為此機制。僅檢測到ACE-2大量存在于腎小管細胞表面，作為受體結合病毒感染可能使局部炎癥反應惡化，從而加劇AKI發作的發生率和持續時間[15]。而感染所致的免疫激活釋放大量炎癥因子，可能是腎臟損傷的重要原因之一。Wilson等[16]在報道中指出，中重度AKI屬于ARDS患者的高風險亞組，具有很高的死亡風險?？紤]到與AKI相關的ARDS可能的致病機制，AKI同樣也歸因于多種原因，如血液動力學改變(包括右心衰竭)，機械通氣，抗生素的使用，抗病毒藥物如試驗于COVID-19患者的瑞德西韋同樣可能增加腎臟受損風險，以及感染/敗血癥后的繼發性腎損傷。這些研究均強調了免疫反應與細胞因子風暴的重要作用，這些炎癥介質能夠與腎臟固有細胞相互作用，導致細胞功能障礙，微循環紊亂及腎小管損傷[17-18]。

3 ACE2與腎臟的淵源

組織中表達ACE2是否就一定會造成感染或損傷有待商榷，就像對于腎穿刺活檢中，乙型肝炎病毒存在于腎臟組織中可以診斷為乙型肝炎相關性腎炎，但是病毒如何侵犯腎臟機制并不明確。ACE2的表達分布水平與病毒攻擊并不一致，中國學者發表在JAMA Cardiology上的一篇論文記錄了武漢416例住院的COVID-19患者中近20%的患者出現了心臟損傷[19]。而心臟高表達ACE2卻沒有分離到SARS-CoV。睪丸中高表達ACE2，但是精液中無病毒表達[20]。另外，有研究顯示從中華菊頭蝠中分離出的SARS-like冠狀病毒，用來侵襲其他物種蝙蝠時，即使大量表達ACE2也不能在該蝙蝠中增殖感染，說明不僅是ACE2有無和親和力那樣簡單。

ACE2在腎臟中高表達，主要在腎小管刷狀近緣，腎血管的內皮和平滑肌細胞以及足細胞。在受損的腎小管中，Ang Ⅱ升高可能是在人類腎臟疾病中進一步腎臟損害的可能介質。因此，腎內ACE和ACE2之間的平衡破壞以及隨之而來的Ang Ⅱ高水平可能導致腎損害。如有研究顯示，給予鼠重組ACE2可以減輕Alport綜合征小鼠的Ang Ⅱ介導的腎損傷，包括可以通過包括抗炎、抗氧化應激和抗纖維化等多種機制來保護腎臟纖維化等機制[21]。目前尚無病毒通過腎臟固有細胞ACE2受體直接侵襲腎臟的研究。但是慢性腎病(CKD)可能增加SARS-CoV-2患者預后不良的臨床風險，像糖尿病、高血壓本身已存在的疾病也會增加腎臟受傷的概率。因此，應加強保護患有CKD的群體，防止感染SARS-CoV-2仍然十分重要。

最新研究還顯示，ACE2屬于干擾素誘導基因，可能是加重SARS-CoV-2期感染的重要原因，SARS-CoV-2可以利用物種特異性干擾素驅動的ACE2上調來增強感染[2]。細胞檢測到病毒進入宿主細胞后，干擾素(IFN)誘導干擾素刺激基因(ISG)對于小鼠，非人類靈長類動物(NHPs)對于人類宿主抗病毒防御至關重，尤其是在上皮屏障上。干擾素有3種不同類型：分為Ⅰ型，Ⅱ型和Ⅲ型。非典SARS-CoV的一項研究表明，I型IFN反應的時機是體內反應的關鍵組成部分，此前學者們曾大量使用干擾素治療非典型肺炎，結果發現患者癥狀迅速惡化。此次NIH 指南基于此前多篇學術論文的結論[22]，建議在對COVID-19患者的治療中不使用干擾素，也佐證了在臨床研究中已經觀察到的有患者在使用了干擾素后病情惡化的現象。無論是人腎小管上皮細胞，還是實驗用的非洲綠猴Vero-6腎細胞均不產生干擾素。但是腎臟局部吸引的免疫細胞如NK細胞可產生大量干擾素。已知的干擾素除了具有抗病毒的作用外，還具有抗炎和促炎雙重作用，容易引起急性腎衰竭、腎病綜合征等。IFN-γ能增加腎小球系膜細胞、上皮細胞的MHCII類抗原的表達，使之成為效應細胞的靶細胞而受損，變異的MHCⅡ類抗原可以誘導產生自身抗體，形成不同部位的原位復合物而誘發不同類型的腎小球腎炎[23]。特定類型的IFN與ACE2在腎臟中會發揮何種作用，目前仍然未知。

4 結語

雖然ACE2不是SARS-CoV-2的唯一受體，卻是十分重要的環節。目前關于ACE2功能作用的爭議較多，比如說在COVID-19后局部ACE2或是血清中ACE2到底是上升或下降，各家報道不一。又如，合并高血壓患者是否考慮停用血管緊張素轉換酶抑制劑(ACEI)、血管緊張素Ⅱ受體拮抗劑(ARB)，而改用鈣拮抗劑(CCB)類。這些藥物在COVID-19自然史中到底時有益還是有害。目前部分專家建議在重癥患者中目前并無證據表明其有害，而在普通輕癥患者中AEC2或ARB可能有助于ACE2上調從而發揮其保護作用，不建議停用[24-25]。鑒于人體差異性以及涉及器官廣泛，目前針對ACE2的藥物僅僅在類器官中有一定研究。

Slutsky課題組研制出APN01(human recombinant soluble angiotensin-converting enzyme 2，人重組可溶性血管緊張素轉化酶2，簡稱hrsACE2)的藥物可作為抗病毒藥物治療COVID-19。在這項研究分析的細胞培養物(人類血管和腎臟類器官)中，hrsACE2將SARS-CoV-2病毒載量抑制了1 000～5 000倍?？扇苄问降腁CE2可以捕捉這種病毒，確實可能是一種非常合理的靶向受體的療法。雖然類器官可以以非常敏捷的方式來測試已經用于治療其他疾病或即將被驗證的藥物，并節省測試新藥物所花費的時間，但是離投入臨床使用十分遙遠[26]。而針對于腎臟損傷，目前并無特異性藥物。由于SARS-CoV-2的行為方式與人類所見過的任何病原體都不一樣，所以很難對它有一個清晰的認識。無論怎樣，開發出有效疫苗都是最好的防控措施，了解機體本身固有的病理生理機制，對于未來藥物的研發同樣重要，也是當前迫切需要解決的問題。