[ACE在皮肤组织损伤修复与再生中作用的研究] 角膜组织中损伤后可再生的是

　　[摘要]血管紧张素转化酶(angiotensin-converting enzyme, ACE)是肾素-血管紧张素系统(renin-angiotensin system, RAS)激活过程中的关键性限速酶之一,可催化血管紧张素Ⅰ水解生成RAS最重要的活性产物血管紧张素Ⅱ。ACE也可使具有扩张血管反应的缓激肽生成苯丙-精二肽,还可直接作用于肾上腺皮质促进醛固酮分泌。近年来发现ACE除了降解血管紧张素I和缓激肽外,还能降解其它产物如:β-内啡肽、P物质、Ac-SDPK等。同时,ACE和中性内肽酶(neutral endopeptidase,NEP)作为终止皮肤神经-内分泌介质作用的关键酶可调控皮肤细胞的存活、创伤愈合和组织再生。本文主要阐述近年来有关ACE及其底物在皮肤组织损伤修复与再生中作用的相关研究。
　　[关键词]血管紧张素转化酶;创伤愈合;缓激肽;P物质;内啡肽
　　[中图分类号]Q813.1[文献标识码]A[文章编号]1008-6455(2010)08-1256-03
　　
　　Potential role of angiotensin-converting enzyme in wound repair and regeneration
　　LI Sheng-hong1,LIU Hong-wei1,CHENG Biao2
　　(1.The First Affiliated Hospital of Jinan University,Key Laboratory for Regenerative Medicine,Ministry of Education,Guangzhou 510630,Guangdong,China; 2.Department of Plastic Surgery,Guangzhou General Hospital of PLA,Guangzhou 510010,Guangdong,China)
　　
　　Abstract: Angiotensin-converting enzyme (ACE) is a key component of renin-angiotensin system (RAS).It converts angiotensin I (Ang I) into angiotensin II (Ang II), a pluripotent signaling peptide.In contrast to renin, another key enzyme of RAS, ACE is more promiscuous in its substrate specificity.Angiotensin I and bradykinin are well-known physiological substrates, whereas ACE also cleaves substance P,AcSDKP,β-endorphins,and several other peptides.Perhaps because of this variety of substrates,ACE affects many physiological processes including blood pressure, hematopoiesis,and fertility.Recently,a large number of studies have revealed that ACE is involved in skin function.ACE appears to be a critical regulator in controlling cutaneous inflammatory response,as well as affecting pigmentation,cell survival and tissue regeneration.Emerging evidence has suggested that ACE plays a role in the context of stem cell regulation.This review mainly summarized the evidences for the potential role of angiotensin-converting enzyme in wound repair and regeneration.
　　Key words: angiotensin-converting enzyme;wound healing;bradykinin;substance P;endorphins
　　
　　1ACE简介
　　血管紧张素转化酶(angiotensin-converting enzyme, ACE)是由Leonard T. Skeggs于1954 年从马血浆中首先发现的一种含锌的金属肽酶[1],又名激肽酶Ⅱ,系统命名为肽酰二肽水解酶(EC, 3-4-15-1)。此酶能催化血管紧张素Ⅰ (angiotensin,Ang I)水解去掉羧基端二肽生成具有血管收缩作用的血管紧张素Ⅱ(angiotensin II,Ang II)。ACE在人体广泛分布,通常以三种形式存在,是一个基因的不同剪接产物。异构体Ⅰ在组织中普遍存在,称为体细胞 ACE(somatic ACE,sACE);异构体Ⅱ和异构体Ⅲ表达于睾丸组织和成熟的精子细胞中,称为睾丸ACE(testic ACE,tACE)。
　　 ACE是肾素-血管紧张素系统(renin-angiotensin system,RAS)的关键酶,通过内分泌、自分泌及旁分泌在全身和局部发挥作用,主要作用于Ang I的羧基末端,脱去组氨酰亮氨酸,生成具有八肽的Ang II。ACE同时又是激肽酶Ⅱ,可以促进缓激肽的降解,主要降解缓激肽羧基末端的苯丙氨酰精氨酸,使之失去活性,抑制缓激肽引起的血管扩张作用。
　　
　　2ACE的其它相关底物
　　ACE是一种细胞外酶,可以将十肽的Ang I降解为八肽的Ang II。传统的观念认为ACE水解主要为Ang I和缓激肽的C末端的二肽,是一种二肽羧基肽酶,而近期的研究对ACE的特异性有了新的认识[1]:①ACE能水解酰胺化肽如P物质和K物质;②以P物质、脱精氨酸缓激肽(des-Arg9-BK)和促性腺激素释放激素(LH-RH)为底物时,ACE具有三肽羧基肽酶的活性;③以封闭N末端的LH-RH为底物时,ACE呈现三肽氨基肽酶活性。因此ACE具有多种活性底物,可以降解多种底物,如降解P物质、缓激肽(BK)、内啡肽、缩胆囊素、Ac-SDKP (N-acetyl-seryl-aspartyl-lysyl-proline)、神经降压肽等[2],并非传统的认为仅作用于Ang I。
　　
　　3ACE与皮肤损伤修复及再生
　　ACE是RAS激活过程中的关键性限速酶,已被发现存在于表皮的角质形成细胞的胞膜[3-4]。ACE抑制剂已被作为一线抗高血压药物,广泛应用于心血管疾病的治疗,然而各种ACE抑制剂50%的副反应发生在皮肤。已有报道ACE抑制剂可导致毛囊干细胞功能障碍和脱发,ACE可通过调节与创伤修复有关物质的浓度来影响皮肤的损伤修复与再生[5]。ACE和中性内肽酶(neutral endopeptidase,NEP)作为终止皮肤神经-内分泌介质作用的关键酶可调控皮肤细胞的存活、创伤愈合和组织再生[6]。在创伤的角质形成细胞单层中,ACE mRNA的表达迅速增加,在创伤后第三个月,仍能在人的瘢痕组织中发现ACE mRNA表达持续增加[7]。许多研究表明,ACE的上调会影响纤维化的重塑过程。这一点在心血管系统的病理改变中已经得到证实。为了解ACE与皮肤纤维化疾病如增生性瘢痕、瘢痕疙瘩形成的关系,Morihara等分别选取了10例正常皮肤伤后愈合的标本、14例增生性瘢痕或瘢痕疙瘩标本,以及正常皮肤组织标本15例进行对比性研究。采用高压液相色谱仪检测各标本中的ACE的活性,用免疫组化法定位组织中的ACE。研究表明,病理性瘢痕组织中的ACE活性明显高于正常皮肤组织,也高于正常愈合的皮肤组织。提示:ACE的上调,不仅影响心血管的纤维化,而且也影响皮肤病理性瘢痕的形成。
　　在人胚胎皮肤已经发现ACE在皮肤表皮分化形成过程中发挥着重要作用,现已证明[2]在人类11周龄的胚胎中,尽管此时的表皮仅有两三个细胞层,但发现表皮中已有ACE的表达,ACE可以促进人类胚胎表皮成熟过程中的细胞有丝分裂。而在成熟的人类表皮中,ACE仅表达于表皮的基底细胞层,可能与基底细胞层的表皮细胞的不断更新有关。
　　尽管ACE在皮肤组织自我更新及皮肤损伤修复中的分子机制尚不清楚,但这些研究提示:在人的皮肤组织表达ACE,其在皮肤组织自我更新、损伤修复与再生过程中发挥着重要的作用。
　　
　　4ACE的相关底物及其在皮肤损伤修复与再生中的作用
　　4.1 Ang II在皮肤损伤修复中的作用:Ang II是ACE的最主要的催化产物,也是RAS中最重要的活性产物。业已证明,皮肤是Ang II的靶器官之一,Ang II在诸多层面参与皮肤组织的自我更新和损伤修复。这部分内容笔者已在有关文献[8]中详述。
　　4.2 ACE的其它相关底物及其在皮肤损伤修复与再生中的作用:近年来发现ACE除了能够降解Ang I外,还能作用于缓激肽(BK) 、P物质,Ac-SDKP、内啡肽、β-淀粉样蛋白、神经降压肽等[9],可能通过调节这些重要活性物质的含量而在皮肤组织损伤修复中发挥作用。
　　4.2.1 缓激肽:缓激肽(bradykinin, BK)是一种九肽物。ACE可以降解BK成无活性的片段,主要作用于BK C-末端的两个二肽而失活,ACE降解BK的作用甚至比降解Ang I更为容易,Ng和Vane发现BK在肺内的灭活和将Ang I转化为Ang II的酶是同一种酶,即ACE的作用[1]。
　　BK具有强大的舒血管作用,能够刺激内皮产生一氧化氮,前列环素等舒血管物质。组织损伤时会释放BK,产生炎性痛和痛敏。BK降解产生的脱精氨酸BK(des-Arg9-BK)刺激初级传入神经元,并致痛敏。BK作为皮肤中一种重要的炎症介质,当皮肤受到伤害性刺激时,它可以被激活或提高皮肤中伤害性刺激受体的敏感性。Mayer等[10]的研究发现在皮肤受到伤害时,皮肤中的BK系统被环氧化物酶激活,刺激皮肤合成和释放PGE2,从而参与皮肤的损伤过程。另外,在大鼠皮肤组织中已经证实BK和组胺相互作用参与皮肤的瘙痒等异常感觉的形成[11]。
　　ACE和NEP在BK的降解中有着非常重要的作用。Ryan在1994年就报道在内皮中ACE和NEP可以抑制BK的生物活性,在内皮中ACE和NEP可以将BK等多肽物质降解为脱精氨酸的多肽片段,即脱精氨酸BK(des-Arg9-BK),尤其是ACE在BK等多肽类物质的降解中发挥着特别重要的作用[12]。有越来越多的证据证实ACE抑制剂在临床上的应用所发挥的作用很大程度上归功于BK降解减少。
　　4.2.2 P物质:P物质(SP)是中枢和外周神经系统潜在的神经递质,在皮肤中也有表达[13]。当皮肤受到化学、物理损伤,紫外线照射等有害刺激时,可以促进P物质的释放。研究证实SP可上调成纤维细胞表达神经肽,诱导成纤维细胞表达生长因子及其受体,调控表皮干细胞迁移、分化,促进进入肉芽组织内的表皮干细胞跨胚层向血管内皮细胞和成纤维细胞分化。
　　SP作为ACE的重要底物可能是ACE调控皮肤损伤修复的作用模式之一。进一步研究ACE在创伤修复过程中表达的时空变化,及其与SP之间的相互作用对于阐明ACE在创伤修复中的作用和机制有重要意义。
　　4.2.3 Ac-SDKP:Ac-SDKP是1989年首次从胎牛骨髓中提取的一种四肽,广泛存在于血液和组织中。Ac-SDKP是一种具有抑制造血干细胞分化的强大抑制剂,同时也具有抗纤维化作用,主要被ACE降解。Ac-SDKP在体内具有抑制纤维母细胞分化增殖和胶原合成的作用,在正常的条件下Ac-SDKP参与人体内胶原含量的调节,阻止器官胶原沉积[14]。同时也证实Ang II可以降低Ac-SDKP的基础水平,增加胶原细胞的含量,这种情况可能是Ac-SDKP的负反馈调节作用所致。因胶原代谢在皮肤创伤组织的修复中起重要作用,创伤后胶原构成的重组对于正常化皮肤组织的功能非常重要。因此ACE对Ac-SDKP的降解,可能也是ACE调控皮肤损伤修复过程的方式之一。
　　最近人们认识到造血干细胞参与了皮肤损伤修复过程中的上皮化、血管再生和肉芽组织形成,在组织修复与再生过程中起重要作用。研究表明[15]Ac-SDKP是一种生理性造血细胞生长抑制因子,作为一种负性调控因子,Ac-SDKP具有抑制造血干细胞生长的生物学功能,并且对其他细胞有生长抑制作用,ACE也有可能通过降解Ac-SDKP,调节造血干细胞的生物学功能,从而参与皮肤创伤修复。
　　4.2.4 内啡肽:内啡肽(endorphin)亦称安多芬或脑内啡,于1975年发现,是一种由脑下垂体和脊椎动物的丘脑下部所分泌的氨基化合物[16]。研究表明:在体外培养的皮肤细胞包括角质形成细胞、黑色素细胞、内皮细胞、成纤维细胞和脂肪细胞中均有内啡肽及其特异性受体的表达[17]。最近我们在大鼠皮肤烧伤模型中发现:烧伤愈合过程中β-内啡肽和μ型-阿片受体的表达具有一定的时空特性[18],这种时空表达规律可能造成包括角质形成细胞、成纤维细胞、内皮细胞和炎症细胞在内的许多细胞表型发生改变,从而参与组织的创伤修复与再生的活动。当创伤愈合形成瘢痕组织时,特别是在增生性瘢痕和瘢痕疙瘩组织表皮和真皮层中出现广泛游离的阿片肽类物质,即阿片受体各亚型在人正常皮肤与增生性瘢痕组织中的表达具有不同的分布特征,它们可能是在造成瘢痕愈合后感觉异常的重要因素[16]。在皮肤局部组织形成的内啡肽在免疫反应、组织修复、色素代谢等方面发挥重要作用[19]。它们能够调节皮肤朗格汉斯细胞的功能,能引起皮肤中的肥大细胞释放组胺,与皮肤瘙痒的形成有关。角质形成细胞分泌的β-内啡肽能够刺激体外培养的表皮角质细胞伸展、直径变大,促进其生长、迁移、分化及细胞因子的产生。β-内啡肽在组织修复过程中还有调节炎症反应的作用。
　　尽管研究表明皮肤是内啡肽和ACE产生的场所以及参与各种病理生理活动的作用位点,同时内啡肽也是ACE作用的底物,但它们之间的相互作用对皮肤损伤修复产生的影响仍有待于进一步阐明。
　　4.2.5 ACE与干细胞的关系:最近一些研究证据提示ACE在干细胞的调节中发挥着重要的作用。Jokubaitis报道[20]ACE是人类胚胎,胎儿和成人造血组织的标记物,在调节造血干细胞发育的过程中发挥重要作用。在小鼠的研究中已经证实抑制ACE的活性可导致造血干细胞的分化降低。
　　β1-整粘蛋白,K19和P63目前被用作表皮干细胞的标记物,它们的表达大部分定位于表皮基地层的角质形成细胞,在人类胚胎的表皮干细胞更为常见。我们的研究已经证实[2]在21周龄的胚胎组织中,用免疫荧光双标记ACE和β1-整粘蛋白,ACE和K19,ACE和P63均证实ACE的阳性区域和表皮干细胞的β1-整粘蛋白,K19和P63阳性区域相重叠,因此推测ACE可能是人类表皮干细胞潜在的标记物[2],在调节表皮干细胞功能和表皮形成中发挥重要作用。ACE调节表皮干细胞和表皮形成主要是通过有丝分裂实现的,这种情况正好解释了在人类成熟的表皮组织中ACE仅仅位于基底层,也许与上皮细胞的更新有关。
　　综上所述:ACE作为终止皮肤神经-内分泌介质作用的关键酶可调控皮肤细胞的存活、创伤愈合和组织再生。ACE可作为造血干细胞的标志物和表皮干细胞潜在的标记物,ACE抑制剂可调节干细胞的功能。除Ang I和缓激肽是ACE的底物外,β-内啡肽、P物质、Ac-SDPK等重要的活性物质也是ACE的底物。这些发现强烈提示我们:ACE本身直接或通过调节上述活性物质的含量在皮肤损伤修复、再生过程中发挥作用。因此,积极探讨生理状态下以及创面愈合过程中ACE与皮肤损伤修复与再生之间的关系,以及可能存在的调控作用与机制,对我们更清楚的了解内分泌因素在皮肤组织自我更新、损伤修复与再生等过程中所起的作用具有重要意义。
　　
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　　[收稿日期]2010-06-10 [修回日期]2010-07-13
　　编辑/张惠娟