新型冠状病毒(SARS-CoV-2)出现之后,一场抗击新冠肺炎的“战疫”也在中国迅速全面地展开。在我们与病毒作斗争的过程中,科研工作者们从流行病学、病理现象、病毒溯源、防治措施等各个方面对病毒本身以及宿主受体进行了研究,作为与SARS-CoV-2结合的人类受体—血管紧张素转化酶2(ACE2),它的功能探究就显得尤为重要。那么除了作为帮助SARS-CoV-2病毒进入宿主细胞的“帮凶”之外,ACE2还扮演着什么样的角色呢?待我慢慢道来。
ACE2与肾素-血管紧张素系统
血管紧张素转化酶(angiotensin-convertingenzyme,ACE)是一种编码个氨基酸的金属蛋白酶,位于X染色体(Xp22.2)中,是具有单一胞外催化结构域的I型跨膜糖蛋白。在肾素-血管紧张素系统(renin-angiotensinsystem,RAS)中发挥着重要的调节功能,可将无活性的血管紧张素I(AngI)转化为调控血管收缩的血管紧张素II(AngII),AngII是RAS系统的核心效应分子,通过血管紧张素受体(AT1和AT2)介导很多生物学反应。而血管紧张素转化酶2(ACE2),是ACE的同源物,可将AngII裂解成Ang1-7多肽,具有保护心脏、舒张血管、抗生长和抗增殖的作用,还可以增强缓激肽的活性。
ACE2在肾素-血管紧张素系统中的作用示意图
(引自KeijiKubaetal,)
年,研究人员将ACE2从心衰病人和人淋巴癌cDNA库中克隆出来,此后,对ACE2的功能研究遍布了各个领域。
ACE2与新型冠状病毒
ACE2是SARS病毒的功能受体。研究表明,当SARS冠状病毒通过表达ACE2的细胞腔面进行感染时,其感染效力提高10倍。SARS病毒RBD利用其外部结构域与受体的N末端结合,形成了一个在RBD/ACE2相互作用中占主导地位的亲水性接触网络。在与ACE2结合后,SARS-CoV包膜与宿主细胞膜之间的融合由S2亚基完成。这里需要提到两种蛋白酶,一种是ADAM17金属蛋白酶,另一种是丝氨酸跨膜蛋白酶TMPRSS2,目前已有报道说明这两种酶在冠状病毒进入宿主细胞与ACE2结合时发挥作用,那么具体是怎样的呢?
KeijiKuba等在年的研究中发现ACE2与SARS病毒结合后能以Clathrin依赖的方式进入宿主细胞,几乎在同时,ACE2又会被ADAM17金属蛋白酶切割而使得病毒与ACE2的结合受到了阻碍。同样,MarkusHoffmann等人前段时间在CellPress上提出了这样的观点,SARS-CoV-2进入宿主细胞时需要有TMPRSS2跨膜蛋白酶的参与,辅助ACE2与SARS-CoV-2的结合。我们可以发现,受体ACE2是主要的作用因子,但在冠状病毒进入宿主细胞这个过程中,并不只是ACE2单一因子发挥功能,可以切割ACE2的蛋白酶ADAM17和参与ACE2与SARS-CoV-2膜融合过程的TMPRSS2很有可能也参与了新型冠状病毒进入宿主细胞过程。在靶点药物的开发方面,若是能够将对机体的损害降到最低并对预后产生良好的效果,我们需要在基因的各个层面进行探究。从另一个方面来讲,SARS-CoV-2肆虐人类,主要损伤的器官是肺部,这与ACE2在肺部的分布密不可分,因此,对于肺部疾病如肺纤维化,肺部炎症甚至肺癌,都可以将ACE2作为