Ангиотензинпревращающий фермент 2

Ангиотензинпревращающий фермент 2 (АПФ2, англ. angiotensin-converting enzyme 2, ACE2) — это мембраносвязанный фермент (карбоксипептидаза) и рецептор клеточной оболочки, относящийся к системе ренин-ангиотензина. Он катализирует превращение ангиотензина I в ангиотензин 1–9 и ангиотензина II в ангиотензин 1–7, оказывая тем самым противовоспалительное, вазодилатирующее и кардиопротективное действие. АПФ2 служит клеточным рецептором для спайкового (S) белка некоторых коронавирусов, в том числе SARS-CoV (возбудитель тяжелого острого респираторного синдрома) и SARS-CoV-2 (возбудитель COVID-19).

История открытия

В начале 2000-х годов группа учёных под руководством Питера Уилмса (Peter Wilms) и Тёрнера (Turner) обнаружила фермент, гомологичный ангиотензинпревращающему ферменту (АПФ), но с отличающейся каталитической активностью. В 2000 году была опубликована работа, в которой авторы, используя метод клонирования и секвенирования, описали новую карбоксипептидазу, первоначально названную ACEH (angiotensin-converting enzyme homologue). Позднее ферменту было присвоено систематическое название АПФ2. В 2003 году стало известно, что АПФ2 является функциональным рецептором для коронавируса SARS-CoV, что установило его роль не только в физиологии, но и в инфекционной патологии. После вспышки COVID-19 в 2020 году интерес к АПФ2 многократно возрос, так как он оказался ключевым молекулярным «входом» для SARS-CoV-2 в клетки человека.

Структура и генетика

Ген и экспрессия

Ген, кодирующий АПФ2, расположен на длинном плече X-хромосомы (локус Xp22.2). Он состоит из 18 экзонов и кодирует белок из 805 аминокислотных остатков. Экспрессия гена регулируется тканеспецифично: наиболее высокая концентрация мРНК и белка АПФ2 наблюдается в эпителии лёгких, тонкого кишечника, почек, сердца, яичек и сосудистого эндотелия. В лёгких экспрессия локализована преимущественно в альвеолоцитах II типа, что объясняет тропность респираторных коронавирусов к лёгочной ткани.

Молекулярная структура

Белок АПФ2 состоит из трёх доменов:

• Внеклеточный домен, содержащий активный центр (цинк-зависимая карбоксипептидаза) и участки гликозилирования.
• Трансмембранный домен — альфа-спираль, якорящая белок в плазматической мембране.
• Цитоплазматический хвост, короткая последовательность из 22 аминокислот, участвующая в сигнальной трансдукции.

Активный сайт АПФ2 отличается от такового у АПФ и не ингибируется стандартными ингибиторами АПФ (например, каптоприлом или лизиноприлом), что обусловлено отличиями в третичной структуре.

Физиологическая функция

Основная физиологическая роль АПФ2 заключается в негативной регуляции системы ренин-ангиотензин-альдостерон (РААС). Фермент расщепляет ангиотензин II (Ang II) — мощный вазоконстриктор — до ангиотензина 1–7 (Ang 1–7), который связывается с рецептором Mas (MasR) и оказывает противоположные эффекты:

• Вазодилатация (расширение сосудов);
• Антигипертензивное действие (снижение артериального давления);
• Антифибротическое и антиапоптотическое действие в миокарде и почках;
• Противовоспалительное влияние через подавление NF-κB.

Таким образом, АПФ2 выступает как защитный фермент, противодействующий патологическим эффектам избыточного Ang II. Нарушение баланса между АПФ и АПФ2 ассоциировано с развитием гипертонической болезни, сердечной недостаточности, сахарного диабета и хронической болезни почек.

Роль в инфекционной патологии

Рецепция коронавирусов

АПФ2 используется как клеточный рецептор рядом коронавирусов подрода Sarbecovirus, включая SARS-CoV и SARS-CoV-2. Вирусный спайковый белок (S-белок) связывается с внеклеточным доменом АПФ2 через свой рецептор-связывающий домен (RBD). Для запуска слияния мембран необходима активация S-белка трансмембранной протеазой серинового типа 2 (TMPRSS2), которая расщепляет белок на две субъединицы. После проникновения вирусной РНК в клетку начинается репликация. Экспрессия АПФ2 и TMPRSS2 в одних и тех же клетках (например, в эпителии носоглотки, бронхов) определяет восприимчивость органов к коронавирусной инфекции.

Влияние полиморфизмов гена АПФ2 на тяжесть COVID-19 остаётся предметом исследований: некоторые варианты могут изменять экспрессию или сродство рецептора к спайковому белку.

Клинические аспекты

При заражении SARS-CoV-2 происходит снижение активности АПФ2: вирус не только связывается с рецептором, но и в некоторых моделях вызывает его интернализацию (эндоцитоз) с последующим подавлением экспрессии. Это приводит к снижению образования Ang 1–7 и, соответственно, к относительному преобладанию провоспалительных и вазоконстрикторных путей Ang II. Считается, что такой дисбаланс вносит вклад в развитие острого респираторного дистресс-синдрома (ОРДС), эндотелиита и тромботических осложнений при тяжёлых формах COVID-19.

Молекулярная мишень для терапии

Ингибирование ферментативной активности

Хотя АПФ2 в основном известен как рецептор, его каталитический домен не участвует в вирусном входе — вирус связывается с тем же наружным участком, но не требует его ферментативной функции. Тем не менее, предпринимаются попытки создать молекулы, блокирующие взаимодействие S-белка с АПФ2 (например, рекомбинантный растворимый АПФ2 или моноклональные антитела). Растворимый АПФ2 может связывать вирусные частицы, препятствуя их фиксации на мембранах клеток, и при этом не активирует сигнальные пути.

Усиление активности АПФ2

В контексте сердечно-сосудистой патологии рассматривается возможность повышения экспрессии или активности эндогенного АПФ2 с помощью фармакологических агентов (например, стимуляторов рецепторов ангиотензина II типа 1 — сартанов) или рекомбинантного белка для коррекции дисбаланса РААС.

Интересные факты

• Гомологи АПФ2 обнаружены у многих млекопитающих (включая летучих мышей, цивет), но последовательность рецептор-связывающего участка различается: например, мышиный АПФ2 не связывает эффективно спайковый белок SARS-CoV-2, что ограничивает использование обычных мышей в качестве модели COVID-19.
• В 2020 году было установлено, что некоторые мутации в RBD спайкового белка штамма «Дельта» и «Омикрон» повышают аффинность к АПФ2, что коррелирует с повышенной заразностью.
• АПФ2 не ингибируется классическими лекарственными препаратами, используемыми для лечения гипертонии — ингибиторами АПФ (иАПФ), однако применение иАПФ может влиять на баланс между ангиотензиновыми пептидами опосредованно, что обсуждается в контексте терапии гипертонии при COVID-19.

Источники

• Donoghue M, Hsieh F, Baronas E, et al. A novel angiotensin-converting enzyme-related carboxypeptidase (ACE2) converts angiotensin I to angiotensin 1-9. Circulation Research. 2000;87(5):E1-E9.
• Li W, Moore MJ, Vasilieva N, et al. Angiotensin-converting enzyme 2 is a functional receptor for the SARS coronavirus. Nature. 2003;426(6965):450-454.
• Hoffmann M, Kleine-Weber H, Schröder S, et al. SARS-CoV-2 cell entry depends on ACE2 and TMPRSS2 and is blocked by a clinically proven protease inhibitor. Cell. 2020;181(2):271-280.e8.
• South AM, Shaltout HA, Washburn LK, et al. Fetal programming and the angiotensin-(1-7) axis: a review of the experimental and clinical data. Clinical Science. 2019;133(1):55-74.
• Gembardt F, Sterner-Kock A, Imboden H, et al. Organ-specific distribution of ACE2 mRNA and correlating peptidase activity in rodents. Peptides. 2005;26(7):1270-1277.