新型冠狀病毒肺炎心臟損傷及其與血管緊張素轉(zhuǎn)化酶Ⅱ的關(guān)系研究進(jìn)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(yán)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(zhuǎn)化酶Ⅱ(angiotensin converting enzyme Ⅱ，ACE2)為受體侵入細(xì)胞，造成感染[1-2]。臨床上,SARS-CoV-2感染除典型發(fā)熱、呼吸道癥狀之外,有相當(dāng)比例的心臟損傷表現(xiàn)。本文綜合以往冠狀病毒研究與現(xiàn)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(xiàn)，對ACE2介導(dǎo)心臟損傷的機制進(jìn)行綜述，探討ACE2與COVID-19患者心臟損害之間的聯(lián)系。

1 新型冠狀病毒肺炎患者心肌損傷的臨床證據(jù)

新型冠狀病毒感染的患者除了典型的呼吸系統(tǒng)表現(xiàn)外，部分患者還表現(xiàn)為與病毒感染相關(guān)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(xiàn)急性心臟損傷，主要表現(xiàn)為高敏肌鈣蛋白I(hs-cTnI)水平上升(>28 pg/ml)，天冬氨酸氨基轉(zhuǎn)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(fā)現(xiàn)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(shù)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(fā)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(fā)現(xiàn)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(zhuǎn)移酶升高，90例肌酸激酶增高。結(jié)合已有的報道發(fā)現(xiàn)，SARS-CoV-2 感染患者有相當(dāng)比例的心肌酶譜異常，部分患者已經(jīng)確診為病毒感染相關(guān)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(xiàn)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(jié)合現(xiàn)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(yù)測因素。

2 ACE2與ACE

血管緊張素轉(zhuǎn)化酶(ACE)與ACE2同屬于龐大的腎素—血管緊張素—醛固酮系統(tǒng)(RAAS)和激肽—緩激肽系統(tǒng)(KKS)家族(圖1)。RAAS經(jīng)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(zhuǎn)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(nèi)受體刺激交感神經(jīng)系統(tǒng)等多種肽的經(jīng)典作用[8]。AT1受體有2種亞型AT1A和AT1B，其中 AT1A受體介導(dǎo)了以上大部分作用。

2000年通過基因組研究首次發(fā)現(xiàn)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(zhuǎn)化為九肽的血管緊張素(1-9)[Ang(1-9)]或?qū)⒀芫o張素Ⅱ(AngⅡ)轉(zhuǎn)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(fā)揮舒張血管、抗炎、抗增生、抗纖維化和抗細(xì)胞凋亡等作用[11]，達(dá)到拮抗AngⅡ的生物學(xué)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(jìn)病毒進(jìn)入靶細(xì)胞 SARS-CoV-2與嚴(yán)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(fā)現(xiàn)SARS-CoV-2和SARS-CoV的刺突蛋白在維持范德華力的受體結(jié)合域具有幾乎相同的3D結(jié)構(gòu)。

圖1 ACE和ACE2在RAS系統(tǒng)的作用

根據(jù)生化相互作用研究和晶體結(jié)構(gòu)分析，SARS-CoV刺突蛋白與人ACE2具有很強的結(jié)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(jìn)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(fā)現(xiàn)，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(jìn)入表達(dá)ACE2的細(xì)胞，這表明ACE2可能是SARS-CoV-2進(jìn)入細(xì)胞的細(xì)胞受體，同時發(fā)現(xiàn)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(jié)合進(jìn)入細(xì)胞。

3.2 SARS-CoV-2感染可能會下調(diào)ACE2表達(dá) SARS-CoV-2通過ACE2受體進(jìn)入細(xì)胞，對其存活和復(fù)制具有重要意義。已知許多病毒會誘導(dǎo)細(xì)胞受體下調(diào)，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(diào)可能會導(dǎo)致這些宿主細(xì)胞的自然生理功能受到嚴(yán)重?fù)p害，并伴隨著受感染細(xì)胞、器官或個體的病變，但是，病毒強烈受益于受體表達(dá)的下調(diào)[16]，因為它導(dǎo)致了可控和有效的感染過程。受體下調(diào)可以防止已經(jīng)在進(jìn)行病毒復(fù)制的細(xì)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(dǎo)致“非典”的急性呼吸系統(tǒng)綜合征冠狀病毒(SARS-CoV)表面的S蛋白與受體識別并結(jié)合，通過一種新的網(wǎng)格蛋白和小泡無關(guān)的內(nèi)吞途徑進(jìn)入宿主細(xì)胞。SARS冠狀病毒是利用ACE2作為細(xì)胞融合和體內(nèi)感染的必需受體，此外，ACE2 保護(hù)小鼠肺部免受急性肺損傷及SARS-Spike蛋白介導(dǎo)的肺損傷，提示ACE2在SARS感染和ARDS保護(hù)中起雙重作用[19]。SARS-CoV病毒刺突蛋白與ACE2結(jié)合后， 下調(diào)細(xì)胞表面表達(dá)的ACE2水平，這種ACE2受體下調(diào)的現(xiàn)象，引起肺RAS活性失調(diào)，惡化可導(dǎo)致急性肺衰竭；心肌ACE2表達(dá)的下調(diào)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A(yù)DAM-17/TACE，從而裂解和釋放ACE2，和/或由于SARS-CoV與內(nèi)皮細(xì)胞中的ACE2結(jié)合，導(dǎo)致配體/受體復(fù)合物的內(nèi)吞作用，并隨后在細(xì)胞內(nèi)降解ACE2[20]。結(jié)合SARS及冠狀病毒相關(guān)研究提示，新型冠狀病毒致病機制與ACE2具有密切關(guān)系，新型冠狀病毒通過ACE2受體介導(dǎo)侵入細(xì)胞，可能下調(diào)ACE2導(dǎo)致肺部、心臟等相關(guān)器官損傷。

3.3 ACE2下調(diào)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(jìn)Ang(1-7)生成，后者通過特異性Mas受體發(fā)揮舒張血管、抗炎、抗增生、抗纖維化和抗凋亡等作用，達(dá)到拮抗AngⅡ的生物學(xué)作用。Ang(1-7)發(fā)揮抗生長活性，抑制血管緊張素Ⅱ誘導(dǎo)的絲裂原活化蛋白激酶[p38，細(xì)胞外信號相關(guān)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?qū)D(zhuǎn)化生長因子β1(TGFβ1)的刺激。Ang(1-7)通過刺激心臟血管內(nèi)皮生長因子-D和基質(zhì)金屬蛋白酶9的表達(dá)來促進(jìn)血管生成，從而促進(jìn)心臟修復(fù)和心室功能恢復(fù)[21]。當(dāng)SARS-CoV-2感染時，介導(dǎo)ACE2表達(dá)下調(diào)，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(hù)作用減弱。

同時，RAAS經(jīng)典途徑生成AngⅡ增多，增加了對心臟的毒害作用。一方面，循環(huán)中的AngⅡ激活多種靶組織中的AT1受體，上調(diào)交感神經(jīng)系統(tǒng)，增加血管收縮，釋放醛固酮，造成水鈉潴留，加重心臟負(fù)擔(dān)。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(jìn)自由基的產(chǎn)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(xì)胞黏附分子的表達(dá)。AngⅡ還通過促進(jìn)血管平滑肌細(xì)胞增殖和白細(xì)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(lián)系 SARS-CoV-2引起心肺損傷的具體機制目前尚不明確。ACE2下調(diào)導(dǎo)致心臟損傷的機制已經(jīng)研究的十分清楚，作為SARS-CoV-2的關(guān)鍵受體，COVID-19患者心臟損傷是否直接由ACE2導(dǎo)致，目前還有待進(jìn)一步研究。Chen等[23]的研究首次建立了成人心臟單細(xì)胞圖譜，發(fā)現(xiàn)ACE2高表達(dá)的周細(xì)胞可能是SARS-CoV-2的靶細(xì)胞。病毒感染對周細(xì)胞的損傷可能導(dǎo)致毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞功能障礙，引起微血管功能障礙，導(dǎo)致心臟損傷，而基礎(chǔ)心力衰竭患者在mRNA和蛋白水平均顯示ACE2表達(dá)增加，表明如果感染病毒，這些患者心臟病發(fā)作和病情危重的風(fēng)險可能會更高。該研究結(jié)果解釋了COVID-19基礎(chǔ)心血管疾病患者重癥發(fā)生率高的原因，也提示ACE2與心臟損傷有重要的聯(lián)系。

4 COVID-19患者心臟損傷可能由多種因素共同作用所導(dǎo)致

COVID-19患者心臟損傷是由復(fù)雜多因素共同導(dǎo)致的，ACE2下調(diào)可能會導(dǎo)致心臟損傷，SARS-CoV-2的直接作用、炎性因子風(fēng)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A(yù)DAM-17/TACE的活化導(dǎo)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(xì)胞, 引起病毒性心肌損傷。

Huang等[3]研究發(fā)現(xiàn)，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(xì)胞過度活化，這會觸發(fā)白細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞和上皮細(xì)胞的激活，通過正反饋循環(huán)的機制形成炎性反應(yīng)風(fēng)暴，釋放出更多的炎性反應(yīng)介質(zhì)，如TNF-α、白介素-1(IL-1)、IL-6、IL-8和IL-10，引起細(xì)胞和組織損傷，這被稱為“炎性因子風(fēng)暴”?！把仔砸蜃语L(fēng)暴”會導(dǎo)致心臟損傷，是后期出現(xiàn)急劇惡化的多器官衰竭的主要原因。

在相關(guān)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(xiàn)，當(dāng)病毒復(fù)制引起急性大面積肺炎, 破壞肺實質(zhì)和肺泡—毛細(xì)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(diào), 肺毛細(xì)血管床有效容積減少, 造成嚴(yán)重缺氧, 繼發(fā)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(xué)感受器，從而激活全身交感神經(jīng)系統(tǒng)和RAS，改變心臟ACE、ACE2和AngⅡ的表達(dá)，從而引起心肌損傷[25]。

5 待解決的問題

所有器官的內(nèi)皮細(xì)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(jìn)入模型要求病毒包膜不僅要結(jié)合細(xì)胞表面受體(CD4)，而且要結(jié)合趨化因子共受體[CXCR4或CCR5(BBA)] ，SARS-CoV需要共受體進(jìn)入細(xì)胞[26]。對于SARS-CoV-2，該病毒通過ACE2受體介導(dǎo)進(jìn)入細(xì)胞，ACE2除在肺部表達(dá)外，在心臟、腎臟、消化道也大量表達(dá)，但是絕大多數(shù)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(xiàn)，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(jié)合是否可能與肺和小腸的特異性感染有關(guān)。ACE2是否是直接導(dǎo)致COVID-19患者心臟損傷的原因，還需要大量基礎(chǔ)研究來證實。在合并有高血壓的COVID-19患者中，RAAS抑制劑的應(yīng)用存在爭議：一方面，RAAS抑制劑的使用可能會影響ACE2的表達(dá)和含量，進(jìn)而影響SARS-CoV-2病毒的毒力；另一方面，RAAS抑制劑在保護(hù)腎臟和心肌方面具有有利作用，在高風(fēng)險患者中停用RAAS抑制劑可能有臨床失代償?shù)娘L(fēng)險。在臨床狀況不穩(wěn)定的患者中，與COVID-19患者相關(guān)的心肌損傷在停用RAAS抑制劑后可能構(gòu)成更高的風(fēng)險[27]。因此，歐洲心臟病學(xué)會(ESH) 發(fā)表聲明[28]，建議對于目前具有此類藥物適應(yīng)證(如心力衰竭、高血壓或缺血性心臟病)患者繼續(xù)使用RAAS抑制劑。在隨后的研究中[29-30]，對現(xiàn)有證據(jù)的嚴(yán)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。