ŚWIĄTECZNA DARMOWA DOSTAWA od 20 grudnia do 8 stycznia! Zamówienia złożone w tym okresie wyślemy od 2 stycznia 2025. Sprawdź >
W innej ostatnio opracowanej metodzie także wykorzystuje się naturalny substrat ACE2 – Ang II. Jest to metoda spektrometrii masowej z wykorzystaniem techniki SELDI-TOF (surface-enhanced laser desorption/ionization time-of-flight) oraz technologii mikromacierzy białkowej ProteinChip Array (Ciphergen Biosystems, Fremont, Kalifornia, USA).20 W tej metodzie próbki uzyskane z nerek myszy miesza się z Ang II i inkubuje przez określony czas. ACE2 przekształca Ang II w Ang 1-7, a obie te substancje można oznaczać za pomocą spektrometrii masowej z wykorzystaniem techniki SELDI-TOF. Ponieważ zaobserwowano liniową zależność między stężeniem rekombinowanego ACE2 oraz stosunkiem ilości powstałej Ang 1-7 do ilości zhydrolizowanej Ang II, zaproponowano wykorzystywanie stosunku Ang 1-7/Ang II jako wskaźnika tkankowej aktywności ACE2.20
Aktywność ACE2 jest swoista tkankowo
Aktywność ACE2 różni się znacznie między poszczególnymi tkankami. Na przykład za pomocą naszej metody fluorescencyjnej stwierdziliśmy, że aktywność ACE2 w korze nerek myszy jest ok. 10-20 razy większa niż w sercu, natomiast w surowicy jest ledwie wykrywalna.16 W badaniach, w których stosowano inne metody pomiaru, stwierdzono bardzo małą lub niewykrywalną aktywność ACE2 w osoczu gryzoni.20,26 Również u zdrowych ludzi aktywność ACE2 w krwiobiegu jest niewykrywalna lub bardzo mała.30 Rice i wsp.30 stwierdzili, że aktywność krążącego ACE2 była 100 razy mniejsza od aktywności ACE i dawała się wykryć u mniej niż 10% badanej populacji. Mała aktywność ACE2 w krwiobiegu może być następstwem mniejszego uwalniania tego enzymu z błon komórek śródbłonka w porównaniu z ACE.30 Za regulowane uwalnianie ACE2 odpowiedzialna jest metaloproteaza ADAM17, a w porównaniu z ACE konstytutywne uwalnianie ACE2 jest niewielkie.31 Aktywność ACE2 i obecność tego białka wykryto w moczu zdrowych ludzi,32 a w innym badaniu przeprowadzono oznaczenia aktywności ACE2 w moczu i surowicy owiec.21 Wydaje się zatem, że ACE2, podobnie jak ACE, jest wydzielany in vivo jako rozpuszczalne białko. Należałoby ustalić, czy ilość ACE2 w krwiobiegu lub moczu zwiększa się w pewnych stanach chorobowych z powodu zwiększenia ekspresji, większego uwalniania z błon komórkowych lub zmniejszonej eliminacji z krwiobiegu.30 Charakterystyka ekspresji genów kodujących ACE i ACE2 w kłębuszkach nerkowych u myszy db/db jest odwrotnością tego, co obserwuje się w cewkach w korze nerek.13 W rezultacie ostateczne stężenie w moczu może nie odzwierciedlać miejsca w nefronie, w którym następuje pierwotna zmiana.
W korze nerek stwierdzono dobrą korelację między ilością białka ACE2 a jego aktywnością enzymatyczną.16 Wskazuje to, że poziom aktywności czynnościowej w znacznym stopniu zależy od wielkości ekspresji białka. Nie stwierdziliśmy natomiast dodatniej korelacji między aktywnością ACE2 a ilością mRNA ACE2 w nerkach myszy db/db, a także myszy z cukrzycą indukowaną streptozotocyną. Wyniki te ilustrują, że nie można polegać wyłącznie na ocenie ilości mRNA, kiedy analizuje się zmiany dotyczące ACE2. Samo oznaczanie mRNA ACE2 może nie odzwierciedlać różnic występujących na poziomie potranskrypcyjnym.16 Trzeba o tym pamiętać podczas interpretacji danych z badań, w których opisywano polimorfizmy genu Ace2 w takich chorobach, jak nadciśnienie tętnicze lub cukrzyca. Podkreśla to dodatkowo wartość dysponowania wiarygodnymi metodami oznaczania aktywności ACE2 w miejscach możliwych zmian dotyczących tego enzymu, które następują w nerkach i innych narządach.
Ekspresja ACE2 w nerkach
W immunohistochemicznej analizie rozkładu ACE2 w nerkach wykazano największą intensywność barwienia na obecność tego enzymu w cewkach nerkowych.13,15,33 Zarówno w skrawkach tkanki nerek, jak i w hodowlach spolaryzowanych komórek nabłonka nerek ACE2 lokalizuje się głównie na powierzchni apikalnej,15,32 skąd może podlegać regulowanemu proteolitycznemu uwalnianiu.31 ACE2 znajduje się również w kłębuszkach nerkowych, chociaż poziom ekspresji w nerkach myszy jest tam zmniejszony w porównaniu z cewkami nerkowymi (patrz niżej). Li i wsp.22 dokonali systematycznej oceny względnego rozkładu ACE2 w nerce szczura na poziomie mRNA. W segmentach szczurzych nefronów poddanych mikropreparowaniu ocena półilościowa za pomocą reakcji łańcuchowej polimerazy z użyciem odwrotnej transkryptazy (RT-PCR) ujawniła powszechną ekspresję mRNA ACE2, którego stosunkowo dużą ilość stwierdzono w początkowym odcinku cewki prostej (pętli Henlego). Duża ekspresja ACE2 w cewce bliższej wskazuje na to, że enzym ten może regulować miejscowe stężenie Ang II i wytwarzać Ang 1-7. U szczurów ACE2 zlokalizowano za pomocą metod immunohistochemicznych w cewce bliższej.34 Warto zauważyć, że ACE2 występuje razem z Ang 1-7, zaś intensywność barwienia cewki bliższej na obecność ACE2 i Ang 1-7 zwiększa się w prawidłowej ciąży.34 Korelowało to ze zwiększonym wydalaniem Ang 1-7 z moczem, natomiast w badaniu tym nie oznaczano ACE2 w moczu.34
Lely i wsp.35 donieśli, że u ludzi ACE2 ulega ekspresji w nabłonku cewek i kłębuszków nerkowych, a także w komórkach mięśni gładkich naczyń i w śródbłonku tętnic międzypłacikowych. W materiale uzyskanym podczas biopsji nerek u pacjentów z pierwotnymi i wtórnymi chorobami nerek stwierdzono neoekspresję ACE2 w śródbłonku kapilar kłębuszkowych i okołocewkowych.35
Ostatnio w naszym laboratorium wykazaliśmy, że ACE2 występuje razem z markerami komórek nabłonka kłębuszków (podocytów), natomiast jego obecność w kompleksie podocytu i błony szczelinowatej została potwierdzona za pomocą immunoznakowania złotem.15 Obecność ACE2 została również potwierdzona za pomocą techniki Western blotting i immunofluorescencji w hodowli unieśmiertelnionych podocytów.36 Velez i wsp.37 zbadali przetwarzanie substratów angiotensyny w hodowli komórek nabłonka kłębuszków. Wykazali, że w podocytach następuje ekspresja funkcjonalnego, wewnętrznego układu renina-angiotensyna charakteryzującego się aktywnością neprylizyny, aminopeptydazy A, ACE2 i reniny, która prowadzi głównie do wytwarzania Ang 1-7 i Ang 1-9 oraz degradacji Ang II.37
W naszym laboratorium oceniliśmy charakterystykę barwienia kłębuszków na obecność ACE2 i ACE u myszy z cukrzycą i u zwierząt z grupy kontrolnej.15 W zmienionych pod wpływem cukrzycy nerkach myszy db/db w wieku 8 tygodni barwienie kłębuszków metodą immunologiczną na obecność ACE2 jest zmniejszone. W przeciwieństwie do tego ekspresja ACE w kłębuszkach myszy db/db z cukrzycą jest zwiększona w porównaniu z dobranymi pod względem wieku zwierzętami z grupy kontrolnej bez cukrzycy.15 Tikellis i wsp.33 stwierdzili odwrotną charakterystykę u szczurów z cukrzycą indukowaną streptozotocyną. Barwienie kłębuszków na obecność ACE2 u myszy jest jednak słabsze niż u szczurów, a więc możliwa jest różnica między gatunkami. U ludzi, podobnie jak u myszy, wybarwianie się kłębuszków jest słabsze niż wybarwianie się cewek nerkowych.38
Możliwe znaczenie zmian dotyczących ACE2 w chorobach nerek
Jakie może być znaczenie zmniejszenia aktywności ACE2 i zwiększenia aktywności ACE na poziomie kłębuszków nerkowych? Stwierdziliśmy, że u myszy z cukrzycą taka kombinacja może sprzyjać uszkodzeniu nerek, powodując nagromadzenie Ang II lub zmniejszenie wytwarzania Ang 1-7.15 Aby zbadać tę hipotezę, posłużyliśmy się swoistym inhibitorem ACE2, MLN-4760, w celu zmniejszenia aktywności ACE2. Podawanie MLN-4760 przez 16 tygodni zwiększało u myszy db/db albuminurię.15 Wiązało się to z nasileniem ekspresji fibronektyny w kłębuszkach. W innym modelu cukrzycy (u myszy otrzymujących streptozotocynę) Soler i wsp.14 stwierdzili, że w następstwie podawania MLN-4760 dochodziło zarówno do ekspansji mezangium kłębuszków, jak i do zwiększenia wydalania albumin. Zauważyliśmy ponadto, że ekspresja ACE w kłębuszkach u myszy otrzymujących streptozotocynę była zwiększona i ulegała dalszemu wzrostowi po podaniu MLN-4760.14 Jak przedstawiono na rycinie 1, zmiany dotyczące ACE i ACE2 mogą wspólnie regulować stężenie różnych peptydów angiotensyny. Schemat przedstawiony na rycinie 1 wskazuje, że połączenie małej aktywności ACE i dużej aktywności ACE2 prowadziłoby do zmniejszenia miejscowego wytwarzania Ang II oraz zwiększenia wytwarzania Ang 1-7.
Kombinacja zwiększonej aktywności ACE i zmniejszonej aktywności ACE2 w kłębuszkach powinna natomiast sprzyjać zwiększonemu gromadzeniu się Ang II w kłębuszkach oraz zwiększeniu ich przepuszczalności, objawiającemu się albuminurią. Ta hipoteza nie musi być sprzeczna z dominującym obecnie poglądem o zwiększonym wytwarzaniu Ang II w nerce w przebiegu nefropatii cukrzycowej. Możliwe jest bowiem, iż w kłębuszkach u myszy z cukrzycą dochodzi zarówno do zwiększenia wytwarzania Ang II, jak i do zmniejszenia jej degradacji, co przyczyniałoby się do jeszcze większego uszkodzenia nerek.
W badaniach przeprowadzonych na zwierzętach, u których dokonano genetycznej ablacji ACE2, wykazano rozwój uszkodzeń nerek, zwłaszcza w kłębuszkach, chociaż uszkodzenie kłębuszków obserwowano tyko u starszych zwierząt. U samców myszy z genetyczną ablacją ACE2 dochodziło do wczesnego gromadzenia się kolagenu włókienkowego w mezangium kłębuszków, a u zwierząt w wieku 12 miesięcy stwierdzano rozwój stwardnienia kłębuszków. Samice myszy pozbawione genu kodującego ACE2 (Ace2–/–) były względnie chronione przed tymi zmianami. Wydalanie albumin z moczem było zwiększone w porównaniu z dobranymi pod względem wieku myszami z grupy kontrolnej.39 Tym zmianom strukturalnym i czynnościowym w kłębuszkach u samców pozbawionych genu Ace2 można było zapobiegać poprzez podawanie antagonisty receptora Ang II typu 1, irbesartanu. Uszkodzenie kłębuszków związane z delecją genu Ace2 u samców myszy było dodatkowo nasilane przez cukrzycę.40 W tym nowszym badaniu myszy genetycznie pozbawione ACE2 zostały skrzyżowane z myszami Akita, stanowiącymi model cukrzycy typu 1. U myszy z cukrzycą pozbawionych genu Ace2 (Ace2–/yIns2 WT/C96Y) stwierdzono dwukrotnie zwiększone wydalanie albumin z moczem w porównaniu z myszami Akita, których nie pozbawiono genu Ace2. Zwiększeniu ilości macierzy mezangium i grubości błony wewnętrznej kłębuszków u myszy Ace2–/yIns2 WT/C96Y towarzyszyło nasilone barwienie kłębuszków na obecność fibronektyny i α-aktyny mięśni gładkich. Nie stwierdzono różnic ciśnienia tętniczego ani czynności serca, które tłumaczyłyby nasilenie uszkodzenia nerek. Choć u myszy z cukrzycą stężenie Ang II w nerkach nie było zwiększone, podawanie antagonisty receptora Ang II zmniejszało wydalanie albumin z moczem u myszy Ace2–/yIns2 WT/C96Y. Pozwala to sądzić, że przyspieszenie uszkodzenia kłębuszków u tych myszy jest zależne od Ang II.40
ACE2 a nadciśnienie tętnicze
W przełomowej pracy Crackowera i wsp.,41 w której opisano przede wszystkim wyeliminowanie ekspresji genu Ace2 i związaną z tym patologię serca, doniesiono również o zmniejszeniu ilości ACE2 na poziomie genu i białka w nerkach w trzech oddzielnych szczurzych modelach nadciśnienia (samoistnego lub indukowanego dietą). W różnych rekombinowanych modelach szczurzych zidentyfikowano kilka miejsc cechy ilościowej (QTL – quantitative trace loci) dla nadciśnienia tętniczego.41 Gen Ace2 znajduje się na chromosomie X i na tym samym chromosomie wymapowano QTL dla nadciśnienia tętniczego w kilku szczurzych modelach nadciśnienia.41 Na podstawie obserwacji Crackowera i wsp.,41 iż gen Ace2 daje się wymapować w miejscu zdefiniowanego QTL na chromosomie X, Ace2 staje się genem kandydatem, którego obecność może tłumaczyć istnienie loci genowych powiązanych z nadciśnieniem.
Ostatnio Tikellis i wsp.42 wykazali, że charakterystyka rozwojowa ekspresji ACE2 w nerkach u szczurów z samoistnym nadciśnieniem tętniczym (SHR) zmienia się przed wystąpieniem nadciśnienia. W szczególności stwierdzono, że wystąpienie nadciśnienia było poprzedzone zwiększoną ekspresją i aktywnością ACE2 w cewkach nerkowych u szczurów SHR. W momencie wzrostu ciśnienia tętniczego w wieku 6 tygodni ekspresja ACE2 w cewkach nerkowych u szczurów SHR jest już jednak zmniejszona w porównaniu ze szczurami Wistar-Kyoto (WKY). W czasie rozwoju nerek ekspresja ACE2 nie zmienia się istotnie w nerkach szczurów SHR, natomiast w nerkach szczurów WKY ulega ona zwiększeniu.42 Ta obserwacja wydaje się zgodna z poglądem, iż aktywność ACE2 w nerkach szczurów z nadciśnieniem tętniczym jest zmniejszona.
U ludzi przeprowadzono tylko nieliczne badania w celu oceny możliwego związku polimorfizmów genu Ace2 z nadciśnieniem tętniczym. W trzech badaniach przeprowadzonych w chińskich kohortach stwierdzono związek między polimorfizmami pojedynczych nukleotydów w obrębie genu Ace2 a ciśnieniem tętniczym u kobiet z zespołem metabolicznym,43 a także u kobiet z nadciśnieniem pierwotnym.44,45 Wydaje się ponadto, że jeden z alleli genu Ace2 związanych z wyższym ciśnieniem tętniczym wiązał się też z ryzykiem zmniejszonej odpowiedzi hipotensyjnej na inhibitory ACE.45 W innym badaniu nie stwierdzono związku między polimorfizmami genu Ace2 a występowaniem nadciśnienia pierwotnego u białych Australijczyków pochodzenia angloceltyckiego.46 Rola genu Ace2 jako czynnika predysponującego do nadciśnienia pozostaje niewyjaśniona. Konieczne są dalsze badania w celu ustalenia, czy na rozbieżne wyniki analiz sprzężeń genetycznych ma wpływ pochodzenie etniczne ocenianych kohort. Poszukiwano również związku polimorfizmów genu Ace2 z ocenianymi echokardiograficznie parametrami masy, budowy i czynności lewej komory w populacji ogólnej.47 Badanie to dostarczyło pewnych danych wskazujących, że warianty genu Ace2 mogą być związane z masą i przerostem lewej komory u mężczyzn, natomiast ani u mężczyzn, ani u kobiet nie stwierdzono związku z ciśnieniem tętniczym. W badaniu, w którym oceniano próbki uzyskane podczas biopsji nerki u ludzi, stwierdzono istotną korelację między ilością mRNA ACE i ACE2 w różnych chorobach nerek.48 Korelacja ta była bardzo istotna statystycznie (p<0,001), ale stosunkowo słaba (r=0,396). Warto zauważyć, że stosunek ACE do ACE2 był istotnie większy u osób z nadciśnieniem niż u osób bez nadciśnienia. Te wyniki są zgodne z koncepcją, że ACE2 może pełnić funkcję jako czynnik utrzymujący odpowiednią równowagę aktywności miejscowego układu renina-angiotensyna w nerkach, gdyż jego działanie jest przeciwstawne działaniom ACE.
Dostępne są również dane wskazujące na zmiany dotyczące ACE2 w nadciśnieniu związanym z ciążą.49 Joyner i wsp.49 przeanalizowali wspólne występowanie Ang 1-7 i ACE2, a także to, czy ich zmiany w ciąży prawidłowej lub przebiegającej z nadciśnieniem tętniczym następują równolegle. Autorzy stwierdzili, że w prawidłowej ciąży następują równoczesne zmiany ACE2 i Ang 1-7, co wskazuje na to, że ACE2 odgrywa rolę w regulacji nerkowego stężenia Ang 1-7 w połowie oraz pod koniec ciąży.49 Natomiast u ciężarnych samic szczurów z nadciśnieniem tętniczym aktywność ACE2 w korze i rdzeniu pozostała niezmieniona, zaś stężenie Ang 1-7 było zmniejszone. Na tej podstawie wywnioskowano, że zmniejszenie zawartości Ang 1-7 w nerkach mimo braku jednoczesnego zmniejszenia aktywności ACE2 wskazuje na udział innych enzymów tworzących lub rozkładających Ang 1-7 w ciąży przebiegającej z nadciśnieniem tętniczym.49
Genetyczna ablacja ACE2 może nie wywoływać samoistnego nadciśnienia tętniczego. Opisano dwa różne modele eliminacji ACE2, zaś nadciśnienie tętnicze nie jest jawną cechą żadnego z tych fenotypów.41,50 W badaniu, które przeprowadzili Gurley i wsp.,50 w modelu mysim na podłożu szczepu C57BL/6 brak ACE2 wiązał się z tylko niewielkim wzrostem ciśnienia tętniczego, natomiast u myszy 129/SvEv brak ACE2 nie wpływał na ciśnienie tętnicze. Nie oznacza to jednak, że ACE2 nie odgrywa roli w regulacji ciśnienia tętniczego. Po ostrej ekspozycji na wlew Ang II jej stężenie w osoczu było niemal trzykrotnie większe u myszy pozbawionych ACE2 niż w grupie kontrolnej. U myszy pozbawionych ACE2 obserwowano też znacznie większe ciśnienie tętnicze niż w grupie kontrolnej.50 Jak wykazano za pomocą spektrometrii masowej z wykorzystaniem techniki MALDI-TOF (matrix-assisted laser desorption/ionization time-of-flight), ciężkie nadciśnienie obserwowane u myszy pozbawionych ACE2 wiązało się ze zwiększonym gromadzeniem Ang II w nerkach.50 To badanie dostarczyło silnych dowodów, iż całkowity brak ACE2 może prowadzić do wzrostu ciśnienia tętniczego w warunkach nadmiaru Ang II. Na podstawie wyników tego badania nie można jednak stwierdzić, czy względny niedobór lub nadmiar ACE2 wpływa na ciśnienie tętnicze. Aby bardziej bezpośrednio ocenić rolę ACE2 w regulacji ciśnienia tętniczego, posłużyliśmy się ostatnio rekombinowanym ACE2 (rACE2) podawanym przez 3 dni za pomocą minipomp osmotycznych w połączeniu z wlewem Ang II lub bez niego.51 Jednoczesne podawanie rACE2 zapobiegało wzrostowi ciśnienia tętniczego wywoływanemu przez Ang II.51 Co więcej, stężenie Ang II w osoczu było znacznie zmniejszane w wyniku podawania rACE2, co dowodzi ważnej roli tego enzymu w degradacji Ang II.51 Można więc sądzić, że stosowanie rACE2 mogłoby odgrywać rolę w leczeniu nadciśnienia tętniczego zależnego od Ang II, co z kolei otwiera możliwości opracowania metod terapii opartych na podawaniu modulatorów ACE2, które byłyby zdolne do selektywnego zwiększania aktywności ACE2.