ACE2-Expression in Niere und Lunge nach einem ACE-Hemmer oder einem Ang-II-Rezeptorblocker: Implikationen für COVID-19

• ACE2
• Angiotensin Converting Enzyme 2
• ACE-Hemmer
• Angiotensin-Rezeptorblocker
• COVID-19

Nachdem Anfang 2020 erkannt wurde, dass das Angiotensin-konvertierende Enzym 2 (ACE2) der Hauptrezeptor für das schwere akute respiratorische Syndrom Coronavirus 2 (SARS-CoV-2) ist,1 wurden rasch Bedenken gegen den Einsatz von Renin-Angiotensin-System (RAS)-Blockern bei Patienten mit der Coronavirus-Krankheit 2019 (COVID-19) laut.2-⇓4 Die Bedenken stützten sich weitgehend auf frühere Studien, die zeigten, dass Angiotensin-II-Typ-1-(AT1)-Rezeptorblocker (ARB) und ACE-Hemmer unter bestimmten experimentellen Bedingungen ACE2 hochregulieren können, wobei die Ergebnisse nicht immer konsistent waren.3-⇓⇓6 Dennoch ist die Frage wichtig, da bestimmte Patientengruppen mit einem Risiko für schwere COVID-19 – darunter Patienten mit Bluthochdruck, Herzerkrankungen, Diabetes mellitus und ältere Menschen – häufig mit RAS-Blockern behandelt werden.2

In polarisierten Epithelien, wie der Lunge, den Nieren und dem Darm, ist ACE2 in seiner Volllängenform an der apikalen Plasmamembran verankert.7,8 Obwohl Nieren reichlich ACE2 im proximalen Tubulus aufweisen, ist die ACE2-Expression in der Lunge gering.9,10 Typ-2-Pneumozyten exprimieren jedoch ACE2 und besitzen darüber hinaus die Transmembranprotease Serin 2 (TMPRSS2), eine Protease, die für das Priming des ACE2-SARS-CoV-2-Komplexes entscheidend ist, ein Schritt, der für den Zelleintritt erforderlich ist.1,10 Über die Wirkung von ACE-Hemmern und ARBs auf die ACE2-Proteinexpression in der Lunge wurde jedoch bisher nicht berichtet. Um einen Einblick in diese Frage zu erhalten, haben wir Nieren- und Lungenlysate verwendet, um die Wirkung von Captopril und Telmisartan zu untersuchen, die 2 Wochen lang verabreicht wurden, um die ACE-Aktivität bzw. den AT1-Rezeptor pharmakologisch zu hemmen.

Wir haben außerdem die Wirkung des ACE-Mangels in der Niere auf die ACE2-Expression in zwei genetischen Modellen der ACE-Ablation in der Niere untersucht, um die Wirkung des ACE-Mangels in der Niere auf die ACE2-Expression in der Niere zu untersuchen. Unsere Ergebnisse in den beiden Modellen der genetischen ACE-Ablation in der Niere, global in den ACE.4 Mäusen (ergänzende Abbildung 1) und beschränkt auf die Niere bei den ACE8/8-Mäusen (ergänzende Abbildung 2), zeigten, dass das Fehlen von ACE-Protein mit einer signifikanten Verringerung des ACE2-Proteins in der Niere verbunden war, die nicht mit einer Verringerung der ACE2-mRNA in der Niere einherging.

Die Nierenrinde von Mäusen, die zwei Wochen lang mit Captopril oder Telmisartan behandelt wurden, und die entsprechenden Kontrollen, die mit dem Vehikel behandelt wurden, wurden verwendet, um die ACE2-mRNA, das ACE2-Protein und die ACE2-Aktivität zu bewerten (siehe Methoden im ergänzenden Anhang). Zwischen den mit Captopril behandelten Mäusen und den Kontrollmäusen wurden keine signifikanten Veränderungen der mRNA-Spiegel festgestellt (99 %±21 % der Kontrolle). Die ACE2-Aktivität und das ACE2-Protein waren in den Lysaten der mit Captopril behandelten Mäuse niedriger (81%±8% bzw. 71%±5% der Kontrollmäuse), aber der Unterschied erreichte keine statistische Signifikanz. In isolierten Membranen war der Rückgang des ACE2-Proteins in der Niere jedoch tiefgreifend und statistisch signifikant (37%±4% der mit dem Vehikel behandelten Mäuse; P=0,0004) (Abbildung 1A). Dieser Rückgang des membrangebundenen ACE2 ging mit einem deutlichen Anstieg des zytosolischen ACE2-Proteins einher (Abbildung 1D), was auf eine Internalisierung des Proteins schließen lässt. In der konfokalen Mikroskopie (Abbildung 1C) war die ACE2-Färbung hauptsächlich apikal, aber auch im Zytoplasma der Tubuluszellen der mit Captopril behandelten Mäuse zu sehen, was bei den Kontrollmäusen weniger deutlich war. Die ACE-Färbung blieb dagegen auf die apikale Membran beschränkt (Abbildung 1C).

DasACE2-Protein in den gesamten Nierenlysaten von mit Telmisartan behandelten Mäusen unterschied sich ebenfalls nicht signifikant von den mit dem Vehikel behandelten Mäusen (114%±16%). In isolierten Nierenmembranen war jedoch ein signifikanter Rückgang des ACE2-Proteins zu verzeichnen (76%±9% der mit dem Vehikel behandelten Mäuse; P=0,03) (Abbildung 1B).

Im Lungengewebe ist das ACE2-Protein gering.9,10 In Übereinstimmung damit ergaben Versuche, Western Blots entweder mit Gesamtlysaten oder isolierten Membranen durchzuführen, kein Signal. Daher beschränken sich unsere Ergebnisse auf die ACE2-Aktivität, die zwar gering ist, aber durchgängig nachgewiesen wurde und als Surrogat für die relative Proteinhäufigkeit angesehen werden kann. Weder Captopril noch Telmisartan hatten eine signifikante Auswirkung auf die ACE2-Aktivität in Lungen-Gesamtlysaten (ergänzende Abbildung 3).

Auch in Lungenmembranen wurde die ACE2-Aktivität weder durch Captopril (Abbildung 1E) noch durch Telmisartan (Abbildung 1F) beeinträchtigt.

Bei der Beurteilung der relativen Mengen von ACE2, die als SARS-CoV-2-Rezeptor wirken können, ist die Menge des membrangebundenen ACE2-Proteins in voller Länge am wichtigsten. Im Lungengewebe ist das ACE2-Protein nur in Pneumozyten vom Typ 2 nachweisbar. In diesem Zelltyp ist auch die Transmembranprotease Serin 2 (TMPRSS2) vorhanden, eine Protease, die für die Aktivierung und Fusion des SARS-CoV-2- und ACE2-Komplexes entscheidend ist.1,10

In polarisierten Epithelien wie in der Lunge, den Nieren und dem Darm ist ACE2 in seiner Volllängenform an der apikalen Plasmamembran verankert.7,8,10 Hier zeigen wir, dass sowohl Captopril als auch Telmisartan das ACE2-Protein der Nieren in den Nierenmembranen verringern, ohne die Proteinhäufigkeit in den gesamten Nierenlysaten signifikant zu beeinflussen (Abbildung 1). Insbesondere Captopril führte zu einem deutlichen Rückgang des ACE2-Proteins in den Nierenmembranen, während das zytosolische ACE2 anstieg (Abbildung 1).

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass sowohl die genetische Ablation als auch die Hemmung von ACE in der Niere mit einer Verringerung der ACE2-Expression in der Niere einhergehen. Dies deutet darauf hin, dass Veränderungen in der Expression des einen Enzyms ähnlich gerichtete Veränderungen im anderen Homolog auslösen können, so dass Bildung und Abbau von Angiotensin II reguliert werden können. Die Verabreichung eines ACE-Hemmers, Captopril, und eines ARB, Telmisartan, verringerte die ACE2-Proteinexpression in nierenisolierten Membranen. Beide Arten von RAS-Blockern hatten keinen nachweisbaren Effekt auf die ACE2-Aktivität in lungenisolierten Membranen. Diese Ergebnisse zeigen insgesamt, dass ACE2 in zwei Organen, die potenzielle Zielorte für eine SARS-CoV-2-Infektion sind, nicht erhöht ist. In der Tat ist das ACE2-Protein in den apikalen Membranen der Niere sowohl nach der Verabreichung von Captopril als auch von Telmisartan verringert. Daraus schließen wir, dass RAS-Blocker ACE2 weder in Lungen- noch in Nierenepithelien erhöhen. Wenn Veränderungen von ACE2 in voller Länge tatsächlich ausreichen, um die SARS-CoV-2-Infektiosität zu beeinflussen, kann das Risiko nicht durch ACE-Hemmer oder ARBs erhöht werden. Dieser experimentelle Befund in Mausorganen stützt die Position vieler medizinischer Fachgesellschaften und jüngster Veröffentlichungen, die die Ansicht vertreten, dass die Verwendung von RAS-Blockern bei Patienten mit einem Risiko für eine Infektion mit COVID-19 fortgesetzt werden sollte. Laufende klinische Studien können einen Nutzen der Verwendung von RAS-Blockern bei Patienten mit COVID-19 zeigen oder auch nicht, aber es ist klar, dass die Verwendung von RAS-Blockern kein erhöhtes Infektionsrisiko mit sich bringt.

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