Jurnal Coronavirus

Angiotensin Converting Enzyme 2 (ACE2)) Sebagai Reseptor SARS-Cov-2: Mekanisme Molekular Dan Target Pengobatan Potensial

*Jurnal asli: Angiotensin-converting enzyme 2 (ACE2) as a SARS-CoV-2 receptor: molecular mechanism and potential therapeutic target

Haibo Zhang1,3,6 , Josef M. Penninger4,5, Yimin Li3, Nanshan Zhong3 and Arthur S. Slutsky1,2,3*

Sebuah Penyakit infeksius baru yang menyebabkan sindrom sistem respirasi akut coronavirus 2 (SARS-CoV-2), telah terdeteksi di Wuhan, Cina pada Desember 2019. Penyakit ini (COVID-19) tersebar dengan cepat, mencapai tingkat epidemik di Cina dan telah ditemukan pada 27 negara lainnya. Pada 27 Februari 2020, lebih dari 82.000 kasus COVID-19 dilaporkan dengan kematian >2800. Tidak tersedia pengobatan yang spesifik, dan manajemen terkini diberlakukan termasuk pembatasan perjalanan, isolasi pasien dan penunjang perawatan medis. Ada sejumlah obat-obatan yang telah diuji tetapi pemahaman lebih lanjut di bawah studi patobiologis sangat diperlukan. Dalam konteks ini, artikel ini akan mereview reseptor Angiotensin-converting Enzyme 2 (ACE2) sebagai target spesifik.

SARS-CoV-2 dan Severe Acute Respiratory Syndrome Coronavirus (SARSCoV) menggunakan reseptor ACE2 untuk memfasilitasi masuknya virus ke dalam sel target

SARS-CoV-2 telah di sekuensing. Sebuah analisis filogenetik menemukan SARS-CoV-2 berasal dari kelelawar. Ada berbagai macam inang intermediet yang mungkin bagi SARS-CoV-2, termasuk pangolin, tetapi bukan mencit dan tikus.

Ada banyak kesamaan antara SARS-CoV-2 dengan SARS-CoV asal. Dengan menggunakan model komputer, Xu et al menemukan bahwa protein spike SARS-CoV-2 dan SARS-CoV hampir memiliki struktur 3-D yang identik pada domain ikatan-reseptor yang mempertahankan gaya van der Waals. Protein spike SARS-CoV memiliki afinitas ikatan kuat pada ACE2 manusia, berdasarkan studi interaksi biokimia dan analisis struktur kristal. Protein spike SARS-CoV-2 dan SARS-CoV memiliki kesamaan 76,5 % pada sekuens asam amino dan pentingnya, protein spike SARS-CoV-2  dan SARS-CoV memiliki derajat homologi yang tinggi.

Wan et al. melaporkan bahwa residu 394 (glutamin) pada SARS-CoV-2 –receptor-binding domain (RBD) bersesuaian dengan residu 479 pada SARS-CoV, dan dapat dikenali dengan kritikal lisin 31 pada reseptor ACE2 manusia. Analisis lebih lanjut bahkan mengatakan bahwa SARS-CoV-2 mengenali ACE2 lebih efisien daripada SARS-CoV, sehingga meningkatkan kemampuan SARS-CoV-2 untuk menular/berpindah dari manusia ke manusia lainnya. protein spike SARS-CoV-2 juga diprediksi memiliki afinitas ikatan yang kuat pada ACE2 manusia.

Persamaan SARS-CoV-2 dengan SARS-CoV adalah sesuatu yang kritis karena ACE2 adalah reseptor fungsional SARS-CoV in vitro dan in vivo. ACE2 diperlukan untuk memasuki sel inang dan replikasi virus.  Ekspresi berlebihan ACE2 manusia menaikkan tingkat keparahan penyakit akibat infeksi SARS-CoV pada hewan uji tikus, mendemonstrasikan masuknya virus pada sel adalah langkah yang kritis; lalu menginjeksikan spike SARS-CoV pada mencit akan memperparah kerusakan paru-paru. Kerusakan ini dikurangi dengan mengeblok jalur renin-angiotensin dan bergantung pada ekspresi ACE2. Dengan demikian untuk patogenesis SARS-CoV-2, ACE2 tidak hanya sebagai reseptor bagi masuknya virus tetapi juga perlindungan dari terjadinya kerusakan di paru-paru. Sebelumnya kami mengatakan bahwa berlawanan dengan coronavirus yang lain, SARS-CoV menjadi sangat letal karena virus melakukan deregulasi jalur protektif paru-paru.

Zhou et al mendemonstrasikan bahwa ekspresi berlebihan ACE2 dari berbagai spesies yaitu ACE2 manusia, ACE2 babi, ACE2 civet (tetapi tidak memakai ACE2 tikus) ke dalam sel HeLa (sel Henrietta Lacks yang immortal, penerjemah) mengakibatkan infeksi dan replikasi SARS-CoV-2, dengan demikian secara langsung menunjukkan bahwa SARS-CoV-2 menggunakan ACE2 sebagai reseptor untuk masuk ke dalam sel. Mereka mendemonstrasikan lebih lanjut bahwa SARS-CoV-2 tidak menggunakan reseptor coronavirus yang lain seperti aminopeptidase N dan dipeptidil peptidase 4. Kesimpulannya, protein spike SARS-CoV-2 secara langsung berikatan dengan permukaan sel inang melalui reseptor ACE2 yang memfasilitasi virus masuk dan bereplikasi.

Pengayaan distribusi reseptor ACE2 pada sel epitel alveolar manusia (alveolar epithelial cells (AEC))

Pertanyaan kuncinya adalah mengapa paru-paru menjadi organ target yang paling mudah diserang. Satu alasannya adalah bahwa luasnya area paru-paru yang membuat paru-paru sangat rentan menghirup virus, tetapi ada faktor biologis juga. Dengan menggunakan jaringan paru-paru normal dari 8 donor orang dewasa, Zhao et al. mendemonstrasikan bahwa 83% sel yang mengekspresikan ACE2 adalah sel epitel alveolar  tipe II (AECII), sel-sel ini dapat berperan sebagai gudang bagi invasi virus. Sebagai tambahan, analisis pengayaan gen ontology menunjukkan AECII yang mengekspresikan ACE2 memiliki level gen yang berhubungan dengan proses viral yang tinggi, termasuk gen regulasi untuk proses viral, siklus hidup virus, perakitan virus dan replikasi genom virus di paru-paru.

Ekspresi reseptor ACE2 juga ditemukan pada banyak jaringan ekstrapulmoner seperti jantung, ginjal, endothelium dan intestine. Hal yang penting adalah ACE2 terekspresi tinggi di permukaan lumen sel epitel intestinal, yang berfungsi sebagai co-reseptor untuk pengambilan nutrien, terutama untuk resorpsi asam amino dari makanan. Kami memprediksi bahwa intestinum juga menjadi pintu masuk utama bagi SARS-CoV-2 dan bahwa infeksi mungkin diinisiasi dengan memakan makanan dari pasar Wuhan, yang diduga menjadi tempat outbreak. Apakah SARS-CoV-2 benar-benar dapat menginfeksi epitel usus manusia memiliki implikasi penting bagi tansmisi fekal-oral dan menahan penyebaran virus. Distribusi jaringan ACE2 pada organ lain dapat menjelaskan disfungsi multi organ yang terjadi pada pasien. Meskipun, menurut pusat pengendali penyakit dan pencegahan, apakah seseorang dapat tertular COVID-19 dengan menyentuh permukaan atau objek yang terdapat virus kemudian menyentuh membran mukus, hal itu masih belum terkonfirmasi.

Pendekatan potensial untuk COVID-19 dimediasi ACE2

Ada beberapa pendekatan untuk pengobatan potensial (gambar 1).

1 Vaksin berdasar protein spike

Perkembangan vaksin berdasarkan subunit protein spike1 bersandar pada fakta bahwa ACE2 adalah reseptor SARS-CoV-2. Sel-sel yang memfasilitasi replikasi virus yang di dalamnya terdapat ACE2 mungkin menjadi produksi vaksin skala besar yang paling efisien.

2 Inhibisi/mencegah aktivitas transmembrane protease serine 2 (TMPRSS2)

Hoffman et al. mendemonstrasikan bahwa awal priming protein spike oleh TMPRSS2 adalah esensial untuk masuknya virus dan tersebarnya SARS-CoV-2 lewat interaksi dengan reseptor ACE2. Inhibitor serin protease yaitu camostat mesylate telah diakui oleh Jepang untuk mengobati penyakit yang tidak berhubungan dan telah menunjukkan inhibitor ini dapat mengeblok aktivitas TMPRSS2 dan ini adalah kandidat menarik.

3 Mengeblok reseptor ACE2

Tempat interaksi antara ACE2 dan SARS-CoV telah diidentifikasi pada level atom dan dari penyelidikan terkini juga membuktikan interaksi antara ACE2 dan SARS-CoV-2. Dengan demikian, dapat menargetkan satu tempat interaksi ini dengan antibodi atau molekul kecil.

4 Mengirim kelebihan ACE2 berbentuk larutan

Kuba et al. mendemonstrasikan pada mencit bahwa SARS-CoV melakukan downregulasi protein ACE2 (tetapi tidak untuk ACE) dengan mengikat protein spike, yang berkontribusi pada kerusakan serius paru-paru. Kelebihan ACE2 mungkin terikat secara kompetitif dengan SARS-CoV-2 tidak hanya untuk menetralkan virus tetapi juga menyelamatkan aktivias ACE2 sel yang meregulasi negatif sistem renin-angiotensin (RAS) untuk melindungi paru-paru dari kerusakan. Meningkatkan aktivitas ACE dan menurunkan kehadiran ACE2 berkontribusi bagi kerusakan paru-paru selama kerusakan paru-paru yang diinduksi asam dan ventilator. Pengobatan dengan  ACE2 berbentuk larutan itu sendiri ada 2 fungsi: 1) memperlambat masuknya virus ke dalam sel dan penyebaran virus 2) melindungi paru-paru dari kerusakan.

Khususnya, ACE2 rekombinan (rhACE2; APN01, GSK2586881) telah ditemukan aman, tidak ada efek hemodinamis negatif pada sukarelawan sehat dan pada sebagian kecil kelompok pasien dengan ARDS. Pemberian APN01 mempercepat turunnya level target proteolitik peptide angiotensin II, dengan kecenderungan menurunkan konsentrasi IL-6 plasma. Penelitian kami sebelumnya, patogenesis SARS-CoV menjadikan ACE2 sebagai sebuah target pengobatan yang rasional dan ilmiah untuk pandemik COVID-19. Ketersediaan ACE2 rekombinan adalah dorongan untuk menyatukan tim multinasonal, saintis dan biotek untuk menginisiasi secara cepat pilot trial rhACE2 pada pasien COVID-19 yang parah.

Pendekatan potensial ditujukan pada COVID-19 dimediasi ACE2 menindak lanjuti infeksi SARS-CoV-2. Penemuan bahwa SARS-CoV-2 dan SARS-CoV menggunakan reseptor ACE2 untuk memasuki sel memiliki implikasi penting untuk memahami sifat penularan dan patogenesis SARS-CoV-2. SARS-CoV dan seperti halnya SARS-CoV-2 mengarah pada downregulasi reseptor ACE2-- tetapi tidak untuk ACE-- melalui pengikatan protein spike dengan ACE2. Hal ini menyebabkan virus masuk dan bereplikasi, begitu juga kerusakan serius paru-paru. Pendekatan pengobatan potensial termasuk vaksin berdasarkan protein spike SARS-CoV-2; atau dengan inhibitor transmembran protease serin 2 (TMPRSS2) untuk mengeblok priming protein spike; atau dengan mengeblok reseptor permukaan ACE2 dengan menggunakan antibodi anti-ACE2 atau peptide dan bentuk larutan ACE2 yang memperlambat masuknya virus ke dalam sel melalui pengikatan kompetitif dengan SARS-CoV-2 dan menurunkan penyebaran virus dan juga melindungi paru-paru dari kerusakan melalui fungsi enzimatiknya yang unik. MasR-kumpulan reseptor mitokondrial, reseptor tipe 1 AT1R-Ang II