ACE2:冠状病毒网关

我们来看看ACE2,这种在疫情聚光灯下的蛋白质——保护者,变成了叛徒……
5月14日
提出的菲尔·桑塞姆

网关

一座哥特式的拱门,光线和旋转的色彩倾泻而下。

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你是服用ACE抑制剂或arb治疗高血压的人之一吗?或者帮助治疗心脏病或糖尿病?在英国,大约七分之一的人患有此病,这使得这些药物成为最常见的处方药;最近有人担心它们可能会使冠状病毒感染恶化。药物和病毒之间的联系是每个人体内一种叫做ACE2的分子。在今天的节目中,我们来认识一下ACE2,一种聚光灯下的蛋白质:我们的防御堡垒,它已经成为我们墙壁上的缺口。保护者变成了叛徒……

在这一集里

艺术家对红细胞的印象

00:43 - ACE2是什么?

ACE2是冠状病毒的入口,但它的日常工作涉及血压……

ACE2是什么?
Josef Penninger,英属哥伦比亚大学;帕特里夏·加拉格尔,维克森林医学院的

我们体内有一个控制血压的激素系统,叫做肾素-血管紧张素系统。这个故事的关键部分是:一种叫做血管紧张素的激素;以及一些转化它的酶,也就是血管紧张素转化酶,简称ace,这就是ACE2的意思。最早发现这一点的人之一是奥地利研究员约瑟夫·彭宁格,他向菲尔·桑索姆解释了这一点……

约瑟夫:因为这个系统叫做肾素-血管紧张素系统这个系统,例如,调节血压,它调节我们的心脏功能和肾脏。这是我们基本生理最基本的系统之一,有两种酶调节它:ACE和ACE2。ACE收缩血管,而ACE2则相反,它打开血管,使我们保持健康,使我们的多个器官保持健康。

菲尔:你能帮我想象一下它的样子吗?

Josef:是的,ACE2基本上是在细胞内产生然后到达细胞表面。有一部分还在细胞里。业务端在单元之外。它存在于许多组织中,因为它在我们体内有多种功能。

Phil -为什么病毒会掺和进来?

Josef:所以病毒进入这里是因为在我们发现它之后,我们发现了一个全新的系统ACE2实际上可以防止肺衰竭。当我们开始研究这个的时候,基本上是为老鼠建了一个ICU,这花了我们几年的时间。

菲尔:你有没有考虑过把它叫做老鼠cu ?

约瑟夫:好主意。老鼠- cu,它实际上是!因此,我们建立了一个小鼠- cu,并惊讶地发现ACE2,就像在心脏中一样,是这个好家伙。没有ACE2的血管开始渗漏,整个肺变成了充满水分、充满炎症的地方。然后波士顿的一个小组说ACE2可能是第一个SARS病毒的候选受体。这基本上是成功的,因为如果ACE2可以防止肺部损伤,而SARS病毒会导致非常严重的肺部疾病,也许这两者可以结合在一起。

菲尔-这些病毒和ACE2之间到底有什么关系?ACE2是病毒攻击的对象吗?

ACE2是病毒进入我们身体的大门。病毒只有进入我们体内的细胞才能存活,而要进入我们体内的细胞,它需要一个门。ACE2是第一种和现在第二种SARS冠状病毒的中心入口。

菲尔:你是说这就是这些冠状病毒造成损害的原因吗?因为它们使用了通常有助于抵抗肺部感染的ACE2 ?

约瑟夫:对。这是一种非常邪恶的,你知道,病毒没有道德可言,但它是一种真正邪恶的病毒,它攻击了我们的基本保护系统之一。

菲尔:当他们撞到那扇门的时候,他们是不是也用完了?

约瑟夫:没错。所以他们不只是打开门,他们实际上把门带进了房子。这就是为什么我认为这两种病毒变得如此危险。

Phil -所以你是说有一种双重打击细胞内部的损伤和你从失去这个有用的ACE2中得到的损伤,这就是为什么现在的病毒有这样一个问题。

约瑟夫:对。这是双重打击。因为门在我们的身体里兼任一个好人。

菲尔:你提到过ACE2可以阻止你得,比如高血压。如果冠状病毒正在消除这种情况,我们是否会看到患有冠状病毒的患者有血压问题或类似的问题?

约瑟夫:是的。真正有趣的是,你知道,如果你看看这些病例,那些不幸死于Covid-19的人,他们中的大多数人以前都患过这种疾病。他们之前患的疾病是糖尿病,会影响血管,心血管疾病,高血压,这些都是ACE2发挥关键作用的地方。这很有启发性。现在事实证明,在Covid-19的最新阶段,或多或少的旧血管感染猖獗。所以它确实解释了很多。

ACE2是病毒进入细胞的通道。但不是每个人的细胞都有相同数量的门,可以这么说。为了了解更多,菲尔联系了另一位长期研究ACE2的生物学家……

Patricia -我是Patricia Gallagher,我是北卡罗来纳州温斯顿塞勒姆维克森林大学高血压研究中心的教授。

菲尔-我不得不说你现在听起来很不错。你在你家的什么地方?

帕特丽夏-我在壁橱里。你把我关进了壁橱。

菲尔-你这么说我很难过。

帕特丽夏:没关系。

菲尔-跟我说说ACE2吧。

Patricia - ACE2的主要功能之一是维持两种激素之间的适当平衡:血管紧张素2和血管紧张素1-7。现在这两种激素正在你的身体里流动,血管紧张素2使血管收缩或变窄,而血管紧张素1-7使血管扩张或扩张。

菲尔-这名字可真怪。为什么不是血管紧张素2和血管紧张素3?

帕特丽夏:血管紧张素2有8个氨基酸长,ACE2可以切割其中一个氨基酸来产生血管紧张素1-7。血管紧张素2也会促进炎症。而血管紧张素1-7具有抗炎特性。ACE2确保这两种激素的水平保持平衡,所以对入侵者有适当的防御,这样你的血压就不会太高或太低,所以这是一种阴阳关系。

菲尔:它在你身体的宏伟计划中有多重要?

Patricia:嗯,我们认为ACE2和血管紧张素1-7是预防高血压、心力衰竭、心血管和肺部疾病以及糖尿病等慢性疾病的途径的一部分。SARS和Covid劫持了这种必需蛋白质作为其宿主受体,并在此过程中对患者造成了严重破坏。

菲尔:这是否意味着如果你减少ACE2的数量,可能会保护你免受冠状病毒的侵害?

帕特丽夏:嗯,这是一个复杂的问题。在感染之前,或者在感染初期,这可能是一件好事。但后来当你得了严重的肺炎,高水平的全身炎症,增加ACE2可能是一个好主意。

菲尔:所以你的意思是,即使它是病毒进入你体内的工具,当你感染病毒时,它仍然是有用的,因为它做了所有这些好事?

Patricia:在晚期,我认为高水平的ACE2可能是一件好事,实际上现在有临床试验正在研究药物,这些药物会导致ACE2的增加,用于晚期患者。

不同的人一开始就有不同数量的ACE2吗?

帕特丽夏:现在在几个层面上积累了很多数据。有研究表明,亚洲人,尤其是亚洲女性,与其他种族相比,ACE2水平较高。男性的ACE2水平高于女性。ACE2也会随着年龄增长而增加。ACE2随着年龄的增长而增加,这可能部分解释了为什么Covid-19对60岁以上的患者具有如此破坏性的影响,但这些患者往往患有慢性疾病。这是一个复杂的过程。

有人在攀登马特洪峰。

10:07 - ACE抑制剂:预防COVID-19?

ACE是ACE2的表亲,但它们的作用相反。抑制ACE的药物可能有助于治疗COVID-19……

ACE抑制剂:预防COVID-19?
休·蒙哥马利,伦敦大学学院

ACE2是我们节目的主角;和ACE,如ACE抑制剂它们都在同一个系统中,似乎都首先影响血压,但方式相反。现在让我们看看ACE。Hugh Montgomery是伦敦大学学院的重症监护专家,他向Phil Sansom解释了ACE的作用,ACE抑制剂的作用,以及基因在这一切中扮演的角色……

我们都有两个ACE基因,我们可以有两种口味中的一种。一种被称为I或插入变体,它有一小块额外的DNA在里面。一种被称为缺失或D变体,它有一点缺失。这就改变了基因产生这种蛋白质的数量。叫做ACE。

菲尔-所以这并不是什么破坏基因和阻止它做事情的东西。这只是改变了发生的事情。

休-没错。本质上它改变了你体内活性蛋白的含量。很长一段时间以来,我们认为这个系统存在的唯一原因是控制你的血压,正是出于这个原因,人们制造了很多药物。这些被称为ACE抑制剂它们降低ACE的活性从而降低血压。现在这些药物被广泛使用,但事实证明,它不仅能调节血压,还能调节细胞的生长和新陈代谢。在座的各位dd,和我有点像,可能会发现,通过训练,你可以很容易地增加肌肉。而II型的人,ACE活性低的人一般来说在耐力方面要好得多。I型基因在长跑运动员中更为常见。现在D型在举重和赛艇运动员中更为常见。

菲尔:哪一种是真正非常擅长长时间坐着的?

休——你知道吗,甚至有基因会影响你是否愿意整天坐着看Netflix !

菲尔-我现在要感谢乔-威克斯帮我克服了那些困难。现在说到冠状病毒,这有点相关,对吧?因为ACE和病毒附着的东西是同一个系统的一部分。

休-是的,这真的很令人兴奋。我们在和登山者一起工作。这些人当然爬得很高,爬得越高,氧气就越少。我们发现基因的I版本非常非常普遍,甚至比马拉松运动员更普遍。拥有这些相同的基因会极大地影响你从严重肺损伤中存活下来的机会。事实上,你的死亡率降低了五倍,这远远超出了我作为一名能干又勤奋的重症监护医生对死亡率的影响。这里有几个问题。第一个问题是,如果我们只拿这组肺功能很差、氧气含量低的冠状病毒患者,他们会从我们给他们服用ACE抑制剂和降低ACE水平中受益吗?我们会发现死亡率也有类似的下降吗?我们不知道,但数据表明有可能。 If we look at the distribution of the I and D versions of the ACE gene around the world, the places that have much more I versions of the gene do seem to have less severe disease with coronavirus. And secondly, there's a three fold reduction in mortality in people taking an ACE inhibitor or actually something that blocks the product base, this angiotensin 2. Now that's not enough to prove the effect, but these data fit together to suggest that low ACE activity might work and we think this may give us a potential treatment that works. In fact, we're just about to start those trials hopefully soon with using those very same cheap, effective drugs that treat blood pressure and heart failure. If there were no such trial and there were no other options, my money were I betting, would be that the ACE inhibitor would work, but we're going to find out.

当人们担心这些药物会使病情恶化时,这一切都是如此遥远。

休——是的,当然这是第一个故事。因此,当我们第一次听说ACE2是冠状病毒刺突蛋白的蛋白质受体时,我们都有点焦虑——我们应该停止对所有患者使用ACE抑制剂吗?事实证明,我们根本没有看到任何有害的信号。所以如果我现在是一个ACE抑制剂,我会继续服用它。

躺在医院病床上的病人。

16:16 -基因如何影响COVID-19风险

基因差异可能是一些人感染严重疾病的部分原因,但可能不能解释太多……

基因如何影响COVID-19风险
Ewan Birney, EMBL-EBI

科学家们仍在试图弄清楚是什么让一个人的冠状病毒感染只是一次严重的咳嗽,而另一个人则是一次危及生命的住院治疗。有很多理论与你的年龄、性别、健康等有关。但是你的基因呢,比如之前讨论过的ACE基因?他们解释了多少?而且,就像一些人推测的那样,这可能是某些少数民族因这种疾病去医院的比例过高的原因吗?根据伊万·伯尼的说法,这是不可能的。他是欧洲生物信息学研究所的主任,帮助收集冠状病毒患者的DNA……

Ewan -实际上,大多数关于你是否感染病毒的变异都是由于你的暴露,但是有些,可能是你是否进展或者在医院里你是轻度的还是严重的疾病,这些很可能是遗传因素导致了我们看到的变异。

菲尔:你对这种冠状病毒有什么想法吗?遗传学可能发挥多大的作用?

尤恩:不,我们真的不知道。有一些关于双胞胎的初步研究表明有一些证据表明会有遗传因素,而我们之前许多研究的经验表明会有某些方面。给我。我认为,特别是在轻度和严重疾病之间将是我们最值得关注的领域。但是我们不能,我们不能肯定地说在很多方面我们必须收集数据集并做分析才能确定。早期的基因分析并没有显示出基因造成的很大差异,但我们没有足够的样本量来确定这是完整的故事。我们需要等到有更多的病例通过系统。

菲尔-如果你发现了什么,那又有什么意义?你能用它做什么呢?

Ewan:是的,它可能会给我们指出基因组中不同个体不同的部分如果我们幸运的话,那部分基因组在一条通路上我们已经有了药物。那将是我们最好的结果。现在,如果我们在基因组中发现了一些没有药物的东西,那么就有可能制造出一种新药,尽管这是一条漫长的道路。最后一种可能性是有足够大的基因成分它们真正显示了不同个体之间的差异我们实际上可以用这种方式来说明你有很大的风险,而你没有。实际上我不认为这是遗传学的可能结果遗传学是非常复杂的,但这是一种可能性

菲尔:如果你最终找到了模式,它们是可能适用于所有人,还是会成为特定人群的模式,还是什么?

尤恩:人类的基因非常混杂,非常混乱,所以它们很可能很弱,分布在地球上所有的人类身上。这是大多数人类遗传学的工作方式。重要的是要意识到,尽管在社会中,我们有很多随意使用自我认同的种族群体。所以,如果给你一张表格,让你在你是谁上打勾,你是欧洲裔美国人还是非洲裔美国人还是白人英国人还是白人爱尔兰人或其他术语,大多数人都有信心在这些方框里打勾。这种打勾的过程并不像人们的直觉认为的那样与基因有关。所以这些自我认同的种族群体之间不太可能有很大的差异。现在你可能已经意识到,在英国和美国,很明显,许多少数民族,美国的非洲裔美国人,英国的非洲裔加勒比人和南亚人,在Covid-19住院治疗中所占的比例似乎不成比例。但你要记住两件事。首先,最严重的疫情发生在人口密集的城市中心,如伦敦、纽约和这些地区,这些地区的这些群体数量要高得多。其次,我们所知道的许多导致严重疾病的因素,如二型糖尿病、肥胖、心血管疾病,都与社会经济地位有关,也就是与你有多少钱有关。 And that is distributed in a very skewed way in our society. So I'm relatively confident that there is not a big genetic component explaining the observed differences we see of ethnic group labels with Covid-19.

使用iPhone

21:15 - COVID-19关键症状的50%遗传率

英国一款流行的症状追踪应用显示,人与人之间的差异有一半是遗传的……

COVID-19关键症状的遗传率为50%
弗朗西斯·威廉姆斯,伦敦国王学院

关于宿主遗传学(在这种情况下是人类宿主的遗传学)是否会改变对COVID-19的反应的证据开始出现。在英国,伦敦国王学院推出了一款广受欢迎的COVID-19症状追踪应用程序,他们最近发布了他们的遗传性研究结果:通过双胞胎来找出基因在关键症状中的作用有多大。凯蒂·海勒采访了团队成员弗朗西斯·威廉姆斯,讲述了他们的发现。

弗朗西丝:我们做了一个所谓的经典双胞胎研究,你可以比较双胞胎的症状。因为我们知道同卵双胞胎的遗传物质是100%相同的,而异卵双胞胎的遗传物质平均只有50%相同,我们可以比较同卵双胞胎和异卵双胞胎,大致找出遗传因素的贡献。

凯蒂-你具体说的是什么症状?

弗朗西丝:咳嗽、发烧、精神错乱、味觉和嗅觉丧失、呼吸短促、胸痛、腹痛、腹泻,诸如此类,这些都是与许多不同的病毒性疾病相关的常见症状。我们可以将这些症状结合在一个数学模型中,以确定预测病毒检测呈阳性的最佳症状组合。所以这是这些症状的组合,比如味觉和嗅觉丧失,发烧,持续咳嗽和疲劳,年龄和性别也在模型中。有趣的是,这个模型在我们研究的所有症状中具有最高的遗传率:50%。这意味着这些症状的表现差异中大约有50%是由遗传因素造成的。

凯蒂-这对个人来说意味着什么?

弗朗西丝:嗯,很难对个体进行推断,因为遗传性就是种群中的群体差异。但我认为这告诉我们的是,虽然许多人认为感染是完全随机的事件,但实际上并非完全随机。它在某种程度上受个人影响,但我们知道,病毒性疾病的许多症状实际上是由于宿主免疫系统对病毒的存在作出反应而不是病毒本身直接造成的损害。

凯蒂:你认为这是否可以解释为什么有些人似乎受到相对轻微的影响,而有些人则受到严重影响?

弗朗西丝:我们知道,患有重病需要住院治疗的人,血液中的炎症蛋白含量往往很高。我们在研究中看到的很可能反映了这样一个事实:一个人的基因构成会影响他们的免疫系统对病毒感染的反应,以及它是否会通过产生非常高水平的炎症标志物来做出反应。

凯蒂-了解症状或风险在多大程度上是可遗传的有什么价值?

弗朗西丝:首先,这是对基因变异如何影响人们对疾病易感性的更好理解。因此,如果我们开发出一种测试,可以更好地告知人们患(FULL?)新型冠状病毒肺炎因此,与其按年龄或性别制定一个笼统的规定,每个人都必须呆在室内,不如让它更个性化。我认为这个应用程序的第二大价值是能够实时收集大量数据,了解这种感染是如何在全国传播的。

SARS-CoV-2刺突糖蛋白。

25:18 - ACE2变异可能影响刺突蛋白的结合

计算机模拟显示ACE2基因的不同版本可能会改变病毒与细胞的结合方式。

ACE2变异可能影响刺突蛋白的结合
威廉·吉布森,英属哥伦比亚大学

人类基因似乎会影响COVID-19感染;但是关键蛋白质ACE2的基因呢?ACE2基因的变异是否会使冠状病毒将你视为靶心——甚至相反,它是否会保护你?英属哥伦比亚大学的医学遗传学家威廉·吉布森试图找到答案,他使用了一个名为gnomAD的人类DNA大数据库,并把这个故事告诉了菲尔·桑索姆……

在gnomAD数据库中有超过141,000人。

菲尔:你在研究ACE2基因吗?这些人的生活是怎样的?

威廉:是的。并不是每个人都有基因每个部分的可靠数据。幸运的是,gnomAD数据库为我们提供了每个人在每个特定位点的DNA测序质量的数据,因此我们能够查看男性和女性的X染色体数量在我们正在查看的每个位点上都有可靠的数据。

菲尔-哦,好的。所以你得到了所有的人,你得到了两倍的数量因为所有的女人都有两条X染色体,然后你减少了数量,得到了所有绝对准确的X染色体。你在这些最终的数据中发现了什么不同?

在最后的分析中,我们发现ACE2蛋白存在差异,这些差异似乎在不同的人群中分布不同,并且预计在男性和女性之间的水平不同。

菲尔-跟我说说。你能得到什么样的变体?

威廉:你可以得到基因变异,这些变异被预测会阻止蛋白质的产生。它们要么破坏蛋白质,要么生成一种蛋白质,这种蛋白质太小,什么都做不了。你也可以得到被预测会改变蛋白质形状但不会破坏它的变异,所以蛋白质可能工作得很好,我们称之为错义变异。我们正在研究一小部分被预测会与病毒结合的变异,而不是所有的错义变异。

菲尔:你们最终发现了多少这种类型的变种?

威廉-在ACE2蛋白中有14到15个错义变体,预计会与病毒结合。据预测,其中一些与病毒的结合更紧密而另一些与病毒的结合不那么紧密。

总的来说,这些差异有多普遍?

威廉——罕见但并非闻所未闻。在有欧洲血统的男性中,预计每170名男性中就有1人有这些变异之一。大约每80个女性中就有1个。有趣的是,这些变异在德系犹太人后裔中更常见,而在拉丁美洲人、南亚人、非洲人后裔、芬兰人后裔和东亚人后裔中似乎不那么常见。

菲尔-真的吗?那是什么意思?
威廉:还不完全清楚这是什么意思。我们现在正在研究的是这些变异是否真的会影响对疾病的易感性和疾病的结果。我们还不确定。

Phil -你有没有发现,例如,德系犹太人群体中有更多更好地结合病毒的变异还是更多更差地结合病毒的变异,或者两者都没有?

威廉:我承认,我们实际上并没有那样把数字分开。部分原因是我们不确定我们的预测软件有多好。换句话说,我们用软件做出的预测是否与蛋白质的实际结合有关?

菲尔-如果他们这样做了,你能做些什么吗?

从理论上讲,如果有人被发现有高易感性变异,那么这对他们来说非常有用,无论是自我隔离,还是对他们的保健医生来说,如果他们被发现感染了病毒。这是一个需要精心护理的人。

医生正在给病人测血压。

29:55 -常见的ACE2变异:对生理没有影响

一项研究表明,ACE2基因的常见变异不会影响血压等因素。

常见ACE2变异:对生理无影响
Serena Sanna,意大利国家研究委员会

关于宿主遗传的证据一直在不断出现,从不同的方法和来源。意大利国家研究委员会的一项研究似乎表明,ACE2基因的常见变异似乎不会对血压等身体特征产生太大影响——至少对健康人来说是这样。菲尔·桑索姆采访了其中一位研究人员塞蕾娜·桑娜……

瑟琳娜-我们发现在这个基因中没有一个常见的遗传变异与个体之间的生理变异有关。所以对调节胆固醇水平和体重没有影响。

菲尔-什么都没有?

瑟琳娜-不,我们考虑了150种不同的测量方法。

菲尔-你怎么知道的?

瑟琳娜:我们调查了3万多名志愿者。他们都住在荷兰北部。所以我们有这些个体的遗传信息。所以我们研究了这个ACE2基因,这个基因大约有1000个常见的变异,这意味着每100个人中至少有一个人有这种变异。我们将不同的变化与相应的血压、血糖或胆固醇等水平进行比较。

菲尔:如果你没有发现任何关联,最令人惊讶的是什么?有没有什么是你觉得可能会有的,但却找不到的?

瑟琳娜:嗯,第一个问题是,这个基因是否与血压或血糖有关?因为我们看到很多冠状病毒患者也患有高血压或糖尿病。但实际上并非如此。所以,如果有任何解释,可能来自其他基因或其他因素。

菲尔:所以,在所有这些像一千种不同版本的这种基因中,只有少数人拥有,它似乎对你的身体没有任何影响。

瑟琳娜-是的。

菲尔:这对人们来说意味着什么?

弗朗西斯-这意味着对于冠状病毒感染,该基因可能在高血压和糖尿病症状恶化方面没有任何作用。

菲尔:你一直在谈论常见的变体。这是否意味着它们是你没有看过的稀有品种?

瑟琳娜-对,没错。这些基因中有一些罕见的变异,我们没有研究,因为我们研究了3万名志愿者,但对于罕见的变异,也就是每10000人中有1人出现的变异,我们真的没有足够的数据。所以我们没有研究这种特定的基因变异,它可能仍然在感染中发挥作用。通常基因组中罕见的变异比常见变异的影响更大。

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