血管紧张素转换酶2（ACE2）激活可减轻胃肠道急性放射综合征（GI-ARS）并改善远期多器官损伤

　　本研究针对目前缺乏FDA批准的GI-ARS（胃肠道急性放射综合征）和DEARE（急性放射暴露延迟多器官效应）医疗对策（MCM）的现状，探讨了激活替代性肾素-血管紧张素系统（RAS）酶ACE2的治疗潜力。研究团队通过小分子激动剂DIZE和工程化ACE2蛋白（T371L/Y510Ile）处理部分照射（PBI）啮齿类模型，证实ACE2激活能加速肠道干细胞恢复、改善屏障功能并显著提高雄性大鼠生存率（p=0.0008），同时有效缓解肺肾DEARE损伤。该发现为开发新型辐射防护剂提供了关键靶点。

　　

在核辐射大规模伤亡事件中，暴露人群会遭受剂量依赖性的多器官系统毒性。虽然已有几种疗法获得FDA批准用于治疗造血急性放射综合征（H-ARS），但对于急性胃肠道损伤（GI）或急性放射暴露后的多器官延迟效应（DEARE），目前仍缺乏获批的医疗对策（MCM）。辐射会引发严重的胃肠道急性放射综合征（GI-ARS），其特征是肠道上皮细胞大规模死亡、屏障功能丧失以及潜在的致命性败血症，幸存者还面临迟发性多器官功能衰竭的风险。因此，开发能够有效缓解GI-ARS并改善长期预后的新型治疗策略成为放射医学领域的迫切需求。

近年来，替代性肾素-血管紧张素系统（RAS）的作用受到关注。与经典的、促炎性的RAS轴相反，替代性RAS轴中的关键酶——血管紧张素转换酶2（ACE2）能催化生成血管舒张信号肽Ang(1-7)，后者通过激活Mas受体（MasR），发挥抗炎、抗氧化、抗纤维化和血管舒张等多种保护效应。值得注意的是，ACE2在人体小肠、结肠和十二指肠中表达水平最高，尤其在肠道上皮细胞（enterocytes）中高度富集。已有研究表明，ACE2通过其酶活性和与氨基酸转运蛋白B⁰AT1 (SLC6A19)的相互作用，在维持肠道稳态和屏障功能中扮演着关键角色。此外，在骨髓、肾脏、骨骼肌等其他辐射敏感组织中，激动替代性RAS轴也被证明能缓解辐射损伤。然而，该通路在辐射诱导的胃肠道损伤中的潜在价值尚未被探索。

为了回答激活ACE2是否能减轻GI-ARS并保护幸存者免受DEARE影响这一问题，来自威斯康星医学院（Medical College of Wisconsin）放射肿瘤学系的研究团队开展了一项深入研究。他们的研究成果发表在《International Journal of Radiation OncologyBiologyPhysics》上。

本研究主要采用了以下几种关键技术方法：1） 使用WAG/RijCmcr大鼠和C57BL/6小鼠建立了部分身体照射（PBI）并伴有部分骨髓屏蔽的动物模型，以模拟临床相关的多器官辐射损伤。2） 使用小分子ACE2激活剂Diminazene Aceturate (DIZE)和一种催化活性增强的工程化ACE2蛋白变体（ACE2 T371L/Y510Ile）进行 therapeutic 干预。3） 通过组织学分析（H&E、免疫组化IHC检测Ki-67和ACE2）、血浆生物标志物（瓜氨酸Citrulline、血尿素氮BUN）和功能测定（FITC-葡聚糖肠道通透性 assay）评估胃肠道损伤与恢复情况。4） 应用单细胞RNA测序（scRNA-seq）技术对照射后的小肠组织进行高分辨率分析，以鉴定ACE2表达的细胞类型和DIZE处理后的转录组变化。5） 进行长期生存研究，监测急性期（0-30天）和延迟期（30-200天）的生存率以及多器官DEARE（主要是肺和肾）的进展情况。

辐射诱导肠道ACE2表达缺失

研究人员首先发现，照射后大鼠空肠中ACE2的表达显著降低。在暴露于12.5 Gy PBI后第5天，成熟肠细胞群表面的ACE2蛋白几乎完全丢失，Ace2转录本水平也下降了约2倍。这与肠道绒毛脱落、血浆瓜氨酸（一种反映肠道总质量的标志物）水平下降所显示的亚致死性GI损伤相吻合。到第10天，随着胃肠道结构的恢复，ACE2表达也恢复到接近基线水平。这表明辐射诱导的GI损伤与ACE2的 transient 缺失密切相关，提示ACE2可能成为一个治疗靶点。

小分子激活ACE2可减轻GI-ARS

接下来，研究团队评估了小分子ACE2激活剂DIZE的效果。在12.5 Gy PBI后第3、4、5天皮下注射DIZE，发现在第6天，与 vehicle 对照组相比，DIZE处理显著改善了肠道形态学恢复（绒毛高度）、提高了血浆瓜氨酸水平、并显著增加了具有高增殖能力的Ki-67⁺再生隐窝的数量。同时，DIZE处理还恢复了肠腔表面的ACE2染色和总ACE2蛋白水平。功能实验表明，在12 Gy PBI的C57BL/6小鼠中，DIZE处理显著降低了肠道对FITC-葡聚糖的通透性，改善了肠道屏障功能，并且粪便潜血检测阳性的小鼠数量也更少。

ACE2激活可挽救致命性GI-ARS并存在性别差异

在致命性GI-ARS模型中，研究揭示了显著的性别差异。雄性对照大鼠对GI-ARS更敏感，其LD_50/10约为14 Gy PBI，而雌性约为14.5 Gy PBI。在13.5 Gy PBI（雄性LD_{30/sub>剂量）下，DIZE治疗将雄性大鼠第10天的存活率从69% (25/36) 提高到100% (38/38)，并将30天总生存率显著提高（p=0.0008）。然而，在雌性大鼠中，13.5 Gy时DIZE未显示出显著的急性期生存益处，但在更高剂量（14 Gy, 14.5 Gy）下，对两性均未观察到益处。这表明DIZE的缓解作用可能存在剂量和性别依赖性。}

ACE2激活促进具有粘膜防御功能的肠道祖细胞扩增

为了阐明DIZE作用的细胞靶点，研究人员对照射后的小肠进行了scRNA-seq分析。发现Ace2在成熟肠细胞群中表达最高。照射后第5天， vehicle 组小鼠的成熟肠细胞和T淋巴细胞群体显著耗竭。DIZE处理则促进了多个ACE2表达肠上皮细胞谱系的恢复，最显著的是扩大了一个独特的“再生性（regenerative）”细胞群体。该群体同时高表达增殖标记（如Mki67）、粘膜防御基因（如Defa24, Defa30, Muc3）和辐射诱导的 revival 干细胞标记（如Ly6a (Sca-1)）。进一步的上皮细胞亚群分析发现，DIZE enrichment 了两个群体：一个在雌性中更常见的“再生性杯状细胞”群和一个在雄性中出现的罕见“再生性干细胞”群（类似于胎儿样柱状基底隐窝细胞FCC）。这些细胞具有高增殖潜能和向杯状细胞或潘氏细胞分化的能力。研究表明，DIZE通过促进具有固有粘膜防御和再生能力的祖细胞群来加速肠道恢复，而非直接影响Lgr5⁺干细胞或Clu⁺ revival 干细胞。

持续ACE2激活可缓解多器官DEARE

长期生存研究显示，持续DIZE治疗（每周3次）不仅能缓解GI-ARS，还能显著改善13.5 Gy PBI后两性大鼠的长期生存，延缓DEARE相关的死亡。在雌性大鼠中，中位生存期从66天延长至90天（p=0.0025）；在雄性大鼠中，从65.5天显著延长至179天（p<0.0001）。DIZE治疗抑制了辐射引起的肾功能恶化（BUN、肌酐、血磷升高），减少了肾脏纤维化，并在照射后150天改善了幸存者的全血细胞计数、骨髓细胞数量和造血祖细胞集落形成能力。这表明DIZE对多器官DEARE（特别是肾和骨髓）具有持续的 protective 作用。

外源性给予催化增强型ACE2可模拟DIZE的缓解作用

为确认DIZE的作用是通过特异性激活ACE2介导的，研究使用了工程化的ACE2蛋白（ACE2 T371L/Y510Ile）。该变体对Ang-II的催化活性增强，同时减少了脱靶肽水解。在12 Gy PBI的雄性小鼠中，该蛋白处理加速了血浆瓜氨酸恢复、绒毛高度和Ki-67⁺隐窝数量的恢复，并增加了ACE2表达。更重要的是，在12.5 Gy PBI的致命模型中，该蛋白治疗将30天生存率从13% (2/15) 显著提高至60% (9/15) (p=0.038)。这直接证明了通过增强ACE2催化活性来 mitigating GI-ARS的治疗策略的有效性和特异性。

本研究得出结论：辐射会导致肠道ACE2表达的急性缺失，而通过药理学手段激活ACE2（无论是用小分子激动剂DIZE还是用外源性工程化ACE2蛋白）能够加速肠道上皮的恢复，减轻胃肠道急性放射综合征（GI-ARS），并改善急性放射暴露后的多器官延迟效应（DEARE） survival 。其作用机制与促进具有粘膜防御功能和 high proliferative capacity 的再生性肠道祖细胞群的扩增有关。

该研究的重要意义在于：首先，它首次揭示了替代性RAS轴在辐射诱导的胃肠道损伤中的关键调控作用，并将ACE2确立为一个新的、有潜力的治疗靶点。其次，研究证实了两种不同的ACE2靶向策略（小分子激活和蛋白质治疗）在临床前模型中的有效性，为开发新型辐射医疗对策（MCM）提供了强有力的候选方案，以应对目前GI-ARS和DEARE领域无获批药物的迫切需求。第三，研究发现了对治疗反应的性别差异，为未来个性化医疗提供了思考方向。最后，这些发现不仅适用于核辐射突发事件，也可能对接受腹部放射治疗的患者所面临的放射性毒性具有重要的 translation 意义。总之，这项研究为开发针对多器官辐射损伤的创新疗法开辟了新的道路。