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ACE2

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[[File:0214.jpg|300px|thumb|有框|右|ACE2與新冠病毒作用。[https://case.ntu.edu.tw/blog/?p=34981 圖片來源:新型冠狀病毒感染的潛在有效治療藥物之開發]]]
'''ACE2'''(英語:Angiotensin-converting enzyme 2,簡稱ACE2),譯為: 血管收縮素轉化酶2(或血管張力素轉化酶2),是在氣道上皮細胞表面的膜受體。近期與SARS冠狀病毒和HCoV-NL63的Spike棘突蛋白結合相互作用,由棘突蛋白的RBD結構域介導,是膜融合過程中的重要關鍵,血管張力素轉化酶2(ACE2)受體阻斷劑(blocker)被視為對抗[[新冠肺炎|新冠病毒]]潛力藥物之一。
==概述==
'''ACE2'''(血管收縮素轉化酶2)是一種能催化血管收縮素I轉化為血管收縮素或血管收縮素II轉化為血管收縮素的外肽酶。外肽酶是一種金屬蛋白酶,全長805個 [[ 氨基酸 ]] 。它是具有單個細胞外催化結構域的I型跨膜糖蛋白。ACE2為世人所知是在2000年被鑑定為ACE同源物,與ACE均屬於腎素-血管緊張素系統。但兩者功能相反,是相互制衡的作用,它們共同參與了調節心血管系統的正常和平衡狀態。像ACE一樣,ACE2具有兩個域:一個氨基末端催化域和一個羧基末端域。催化結構域具有一個稱為 [[ ]][[ 金屬 ]] 肽酶結構域(HEXH基序)的活性位點,與ACE的氨基結構域顯示41.8%的序列同一性。
醫學上,病毒一般是由 [[ 核酸 ]] 內核與蛋白外殼構成,但它沒有自主複製能力,需要侵染宿主細胞,藉其核酸合成系統及蛋白來完成複製和擴增。ACE2基因編碼的蛋白屬於二肽基羧二肽酶的血管收縮素轉化酶家族。 ACE2和ACE都屬於腎素-血管收縮素-醛固酮系統(RAAS)和激肽釋放酶-緩激肽系統(KKS)家族。aCE2的羧基末端結構域與Collectrin具有48%的序列同一性。Collectrin是一種非催化蛋白,在 [[ ]] 氨基酸重吸收, [[ ]] 腺β細胞增殖和可能的 [[ 胰島素 ]] 胞吐中起關鍵作用。
參考蛋白數據UNIPROT(https://www.uniprot.org/uniprot/Q9BYF1)。
===ACE2與人體細胞高度親和性造成快速傳染===
[[ 狀病毒 肺炎]] 疫情全球爆發後,ACE2重新引起了人們的關注。研究顯示,病毒還使用ACE2作為宿主細胞進入的受體,是故,阻斷S蛋白和ACE2之間的相互作用是預防或治療冠狀病毒感染的有效方法。從理論上講,病毒體和表面ACE2均可作為治療干預的目標,可以使用可溶性刺突蛋白或封閉抗體來封閉ACE2,從而防止病毒感染。另一方面,可溶的ACE2-Fc融合蛋白可用於封閉病毒體上的S1蛋白,從而獲得相同的結果。值得注意的是,ACE2除了介導宿主 [[ 細胞 ]] 進入外,還可能在呼吸系統疾病的發病中起其他作用。ACE2是腎素-血管緊張素系統(RAS)的重要調節劑 ACE2通過將其轉化為血管緊張素1-7負調節血管緊張素II的活性。在RSV和 [[ 禽流感 (H5N1 ]](H<small><small>5</small></small>N<small><small>1</small></small> )感染所致的肺損傷中已觀察到ACE2的失調。ACE2-Fc融合蛋白的給藥已證明可減輕動物模型的呼吸道症狀<ref>[https://www.sinobiological.com/research/virus/cov-receptor-ace2 ACE2]sinobiologica</ref>。
[[File:ACE2-new.png|450px|thumb|有框|右|[https://www.sinobiological.com/research/virus/cov-receptor-ace2 圖片來源:ACE2]]]
ACE2蛋白多個結構域可與病毒刺突蛋白結合,作為SARS-CoV和HCoV-NL63兩種冠狀病毒的受體。
2020年1月21日,中國大陸上海巴斯德研究所通過對新型冠狀病毒(COVID-19 )S-蛋白結構的模型分析,率先推測新冠病毒與SARS病毒一樣,通過人體細胞表面ACE2受體的介導作用進行入侵,感染呼吸道上皮細胞。其後,[[武漢病毒研究所]][[石正麗]]團隊於2月3號在 自然《Nature》期刊發表文章證實,新冠病毒與SARS冠狀病毒使用相同的細胞受體ACE2。
==主要作用==
早期研究發現,ACE2主要位於心臟,腎臟和睾丸中,並在許多其他組織(尤其是結腸和肺)中都有存在值。後來的研究表明ACE2在其他器官如肝和腸中也起著作用。ACE和ACE2都屬於M2金屬蛋白酶家族,其活性位點結構域暴露於細胞外表面,以促進循環肽的代謝。如上所述,ACE和ACE2均使用鋅催化的反應來協調活性位點中的保守組氨酸,以促進 [[ ]] 分子對底物的羰基鍵的親核攻擊並形成非共價鍵合的中間體。
與ACE不同的是,ACE2是腎素-血管收縮素系統(RAS)的抑製劑。當ACE催化血管收縮素I(AngI)轉化為有效的血管收縮素II(AngII)時,ACE2裂解Ang I產生無活性的血管收縮素1-9肽(Ang 1-9)。 ACE可以將Ang 1-9轉換為血管收縮素1-7(Ang 1-7)。
===肺部浸潤傷害===
新冠病毒通過ACE2入侵人體,在心血管系統,主要在肺部疾病為病毒的受體。
研究找到病毒的 刺突 [[棘 蛋白 ]] (S蛋白)是介導病毒入侵宿主細胞的關鍵蛋白。通過將S蛋白與ACE2結合而侵入肺細胞。ACE2與新冠病毒的RBD(受體結合域)之間的親和力比其與SARS病毒的RBD的親和力高10至20倍。 SARS-CoV-2的S蛋白以三聚體的形式存在。每個單體包含大約1,300個氨基酸,其中300個以上的氨基酸構成“受體結合域”(RBD),其中S蛋白與ACE2結合。
進入人體後,病毒激活免疫系統,並通過細胞因子和炎性因子引起肺損傷。損傷肺部的病理路徑,發現ACE2的表達下調,導致肺中ACE2的水平降低。雖然ACE的水平不受影響。 [[ ]] 中ACE2和ACE的失衡,AngII水平升高會過度激活肺中的AT1a受體,從而導致肺中的毛細血管通透性增加。然後發生肺水腫,引起乾咳,並加劇炎症和細胞凋亡,加速肺損傷。同時,ACE2水平的降低導致Des-Arg緩激肽BK1受體途徑的激活,進一步加重了症狀造成肺部發炎浸潤。
===注意不以手碰眼===
對於眼睛來說,ACE2通常位於上皮細胞的腔表面。這意味著SARS-CoV-2通過眼球表面感染人體的可能性非常低。但是, [[ 眼睛 ]] 不僅是眼球,而且是上下眼瞼的粘膜,因此,經常洗手而不用手揉眼睛對於保護自己免受SARS-CoV-2的侵害仍然很重要。
===上呼吸道口鼻感染===
====入侵味覺嗅覺系統造成功能喪失====
此外,肺泡上皮細胞和小腸上皮細胞中的ACE2蛋白水平較高,這可以解釋為什麼COVID-19是下呼吸道疾病,但有些患者會出現 [[ 腹瀉 ]] 症狀。此外, [[ ]] 腔和 [[ 口腔 ]] 粘膜也具有ACE2受體表達,這表明必須戴口罩。所以近期從歐美地區返抵台灣的卻診患者會發生嗅覺和味覺喪失的原因推斷和ACE2受體有關。
但是脾臟,胸腺,淋巴結,骨髓和免疫細胞都是ACE2陰性的。根據目前的數據,COVID-19對人體的最大傷害仍然是急性肺損傷。
===潛在有效治療藥物===
因為用於連接宿主細胞受體的冠狀病毒棘突蛋白會發生關鍵性的非同義突變(nonsynonymous mutation),故容易造成已開發藥物失去療效(efficacy)。然而,仍有五種候選藥物具有潛力可用於治療2019-nCoV的感染,但需進一步的試驗進行評估:血管張力素轉化酶2(ACE2)受體阻斷劑(blocker):ACE2受體已被證明是2019-nCoV及SARS-CoV進入人體細胞的切入點,故ACE2受體阻斷劑可阻止病毒進入人體,與下列藥物都視為現階段具有對抗2019-nCoV的潛力藥物。
* 1. [[瑞德西韋]](Remdesivir):美國生物製藥公司-吉利德科學(Gilead Sciences)開發的實驗性廣譜型(broad-spectrum)抗病毒藥物,屬於新型的核苷酸類似物前藥(a novel nucleotide analogue prodrug),能夠抑 制RNA 制[[RNA]] 病毒RNA-dependent RNA polymerase的活性。
* 2. 干擾素-β1b(interferon-β1b):一種人體細胞受到病毒感染時所釋放的信號蛋白,會與周圍未受感染的細胞的相關受體結合,促使這些細胞合成抗病毒蛋白以防止進一步的感染。干擾素會增加蛋白激酶R(protein kinase R)的活性以減少蛋白質的合成,保護細胞免受病毒感染,另可誘發RNase L的活性以破壞RNA,造成病毒及宿主的蛋白質合成減少,使病毒複製失效。
* 3. 洛匹那韋/利托那韋(Lopinavir/Ritonavir):這種由兩種蛋白酶抑制劑Lopinavir和Ritonavir構成的組合藥物原用於治療愛滋病(acquired immunodeficiency syndrome)。
血管收縮素轉化酶2(ACE2)受體阻斷劑(blocker):ACE2受體已被證明是2019-nCoV及SARS-CoV進入人體細胞的切入點,故ACE2受體阻斷劑可阻止病毒進入人體而具有對抗2019-nCoV的潛力。
2019年新型冠狀病毒(coronavirus,COVID-19,2019-nCoV)藉由其表面的棘突蛋白(spike protein)與人體細胞的血管張力素轉化酶 2(angiotensin converting enzyme 2, ACE2)受體結合後可進入人體引發嚴重特殊傳染性肺炎( [[ 武漢肺炎 ]] )。此種疾病若採用一般臨床常用的抗病毒藥物進行治療,例如:神經氨酸酶抑製劑(neuraminidase inhibitor, e.g., Oseltamivir, Paramivir, Zanamivir, etc.), Banciclovir, Acyclovir及Ribavirin均發現無效。幸運地,現在已初步發現對抑制2019-nCoV可能有效的藥物包括:Remdesivir、interferon-β1b、Lopinavir/Ritonavir及 Chloroquine ,但這些藥物對於嚴重特殊傳染性肺炎的安全性和療效仍需要經過進一步的臨床試驗進行評估。
隨著ACE2暴露為新冠肺炎侵襲的靶標,阻斷病毒和ACE2的結合已成為治療方向之一。先前治療SARS的研究發現,使用可溶性ACE2受體或抗ACE-2抗體來阻斷新冠病毒與該受體的結合,從而破壞病毒感染細胞的過程<ref>[https://case.ntu.edu.tw/blog/?p=34981 新型冠狀病毒感染的潛在有效治療藥物之開發]case報科學</ref>。
1月31日,Markus Hoffmann等人。德國萊布尼茲靈長動物研究所的科學家在bioRxiv上發表了一篇題為“新型冠狀病毒2019(COVID-19)使用SARS冠狀病毒受體ACE2和細胞蛋白酶TMPRSS2進入靶細胞”的文章。它說明新冠病毒通過受體ACE2進入人體,而細胞蛋白酶TMPRSS2用於觸發SARS-CoV-2尖峰(SARS-CoV-2-S)。 TMPRSS2抑製劑可防止SARS-CoV-2進入,是一種治療選擇。最後,研究表明,恢復期SARS患者的血清中和了SARS-CoV-2-S的進入。這些發現揭示了新冠病毒和SARS冠狀病毒感染之間的重要共性,並為抗病毒干預提供了潛在的靶標。
2月7日,[[美國]][[ 約翰•霍普金斯]] 醫院的Robert L. Kruse博士發表了一篇文章“在暴發情景中治療源自[[中國]][[武漢]]的新型冠狀病毒的治療策略”。它揭示了與結合ACE2受體的阻滯劑相比,使用可溶性ACE2與免疫球蛋白Fc結構域(ACE2-Fc)融合可以阻止2019-nCoV的進入並幫助免疫系統建立持久的[[免疫力]]。另外,ACE2-Fc治療還可以補充感染期間肺中ACE2水平的降低,從而直接治療[[SARS]]急性呼吸窘迫症候群。
目前,冠狀病毒的預防和治療是科學和醫學領域最緊迫的研究熱點。除ACE2之外,是否還有其他針對SARS-CoV-2入侵的目標?我們結合了SARS研究,列出了與冠狀病毒研究有關的以下目標:
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