尿酸腎損傷的分子機制研究進展

鄒筱芳，巫冠中

(中國藥科大學藥理教研室，江蘇南京 210009)

尿酸(Uric acid，UA)，微溶于水的晶體結構的陰離子有機酸，是嘌呤類物質在人體內經黃嘌呤氧化酶(Xanthine oxidase，XOD)作用代謝的終產物。正常人體內約70%的尿酸通過腎臟排出，余下30%經膽道和腸道排泄［1］。健康的人體內尿酸的生成與排泄是動態平衡的，一旦這種平衡被打破，使尿酸的生成增加或排泄減少，造成尿酸在體內的蓄積，就會導致高尿酸血癥。通常以空腹血尿酸水平＞420 mmol·L-1(男性)或 ＞ 360 mmol·L-1(女性)作為高尿酸血癥的標準，這個區別主要是與女性雌激素的促尿酸排泄作用相關。高尿酸血癥常伴發其他代謝疾病，是代謝綜合征、高血壓、心血管疾病、腎損傷等疾病的危險因子，尿酸在其中的確切作用機制還不是很清楚;其中尿酸鹽易沉積于腎間質，導致腎損傷。Helal等［2］研究發現常染色體顯性多囊腎病患者體內升高的血尿酸濃度與高血壓的早期發展和腎臟體積增大相關，高尿酸促進終末期腎臟疾病的發展。高尿酸易致腎臟血液動力學、組織學和功能學改變，引起腎小管間質炎癥、腎結石、腎纖維化、多囊腎、慢性腎病等嚴重后果。早期研究認為高尿酸對腎臟功能的影響是與尿酸鹽結晶的直接損傷、尿路結石、痛風性腎炎等機制相關。目前已逐步認識到高尿酸通過多種分子機制加重腎臟損傷，包括激活氧化應激;激活RAAS系統及MAPKs通路;誘導TGF/smad信號通路的炎癥反應;激活核轉錄因子(Nuclear transcription factor kappa B，NF-κB)信號通路;激活酪氨酸激酶(Tyrosine kinase，SyK)和炎性小體/Toll樣受體(NOD-like receptor family，pyrin domain containing 3/Toll-like receptors，NLRP3/TLRs)信號通路;誘導腎小管上皮細胞間充質轉化(Epithelial-mesenchymal transition，EMT)等。由于尿酸與腎損傷發病機制有關的通路十分復雜且相互交叉，為了更好的將這些通路應用于臨床和新藥研發中，很有必要對其進行系統性的總結，現將近年來研究中涉及的可能機制總結如下。

1 氧化應激

研究表明尿酸在內皮功能障礙和血管重構中起到重要作用［3-4］。Gersch 等［5］研究發現，尿酸在氧化應激狀態下與過氧亞硝基反應產生活性中間體，尿酸能烷基化包含羥基基團和不穩定氫的生物分子;尿酸與過氧亞硝基反應產生活性中間體(包括潛在的烷基化產物)，這些活性中間體可能促進尿酸引發機體損傷。尿酸氧化脂質并通過降低一氧化氮(Nitric oxide，NO)在內皮細胞的有效活性來發揮促氧化作用［6］。尿酸激活醛糖還原酶途徑，增加血管內皮細胞NADPH氧化酶的亞單位NOX-4的表達，增加活性氧(Reactive Oxygen Species，ROS)生成，氧化應激增加，促進脂質過氧化和低密度脂蛋白氧化，氧化型低密度脂蛋白可以促進泡沫細胞的形成，同時損傷內皮細胞［7］;尿酸增加腎臟血管內皮細胞內皮素-1(Endothelin 1，ET-1)生成，減少腎致密斑中的一氧化氮合酶(Nitric oxide synthase，NOS)的合成、抑制一氧化氮(NO)分泌、滅活NO活性、使NO2-/NO3-比例下降，引起血管硬化和阻力升高，血管舒張障礙，損傷內皮功能，從而導致腎損傷［8］;高尿酸減少內皮細胞的線粒體量和線粒體內三磷酸腺苷(Adenosine triphosphate，ATP)量、降低烏頭酸酶-2(Aconitase 2，ACO-2)活性和烯酰輔酶A水合酶-1(Enoyl Coenzyme A Hydratase-1，ECH-1)的表達，損害線粒體功能［9］;高尿酸導致內皮細胞線粒體內(Ca2)超負荷并升高線粒體內超氧陰離子自由基(O-2)，并通過miR-155下調內皮型一氧化氮合酶(eNOS)的表達，尿酸通過線粒體介導的氧化應激信號通路直接參與細胞功能障礙和細胞凋亡過程，引起內皮功能障礙，加重腎損害［10-11］。

2 腎素—血管緊張素—醛固酮系統(RAAS)

RAAS系統是血壓、組織灌注和細胞外容積的動態平衡的重要體液調節系統［12］。RAAS在調節全身和局部的血液動力學方面起重要作用，RAAS同樣影響腎臟組織細胞浸潤和炎癥，RAAS異常會導致腎臟組織損傷。尿酸通過促進ROS的大量產生、調節腎小管骨調素和腎小球旁腎素的表達、增加血管緊張素轉換酶(Angiotensin converting enzyme，ACE)、增加血管緊張素Ⅱ(Angiotensin-Ⅱ，Ang-Ⅱ)的mRNA和蛋白表達、上調Ang-Ⅱ受體的水平，Ang-Ⅱ可致巨噬細胞浸潤和膠原沉積，促進內皮細胞的衰老和凋亡，Ang-Ⅱ可促進系膜基質擴張和細胞增殖，同時上調Rho-A，激活Rho/Rho激酶通路，加重腎病發生和發展，這種腎損傷能被RAAS抑制劑緩解［13］。尿酸激活RAAS導致血管收縮和血管平滑肌細胞增殖導致腎小動脈病，而RAAS反之也能增加尿酸水平［14］。實驗研究表明，血尿酸水平與NO降低、血壓增高和腎臟的損傷程度有線性相關。

3 MAPKs級聯的信號轉導系統

3.1 p38絲裂原活化蛋白激酶(p38MAPK)信號通路 p38MAPK是控制炎癥反應最主要的MAPK家族成員之一，參與應激條件下的免疫調節、細胞凋亡、細胞轉分化及炎性反應過程［15］。研究表明，p38的活性對正常的免疫和炎癥反應至關重要，p38MAPK參與了多種腎病的發生和發展，如腎小球硬化、腎間質纖維化、慢性腎病中纖維化發生和發展過程。有研究發現，尿酸通過激活蛋白激酶C/絲裂原激活蛋白激酶/胞漿型磷脂酶A2(PKC/MAPK/cPLA2)通路，刺激血管平滑肌增生，損傷內皮功能［16］，尿酸首先通過血管平滑肌細胞上的陰離子通道進入細胞，尿酸激活血管平滑肌細胞的激活蛋白-1(Activated Protein 1，AP-1)和 PKC，激活 MAPK的信號分子p38和細胞外調節蛋白激酶(Extracellular regulated protein kinases1/2，ERK1/2)，激活磷脂酶A2(Phosphplipase A2，PLA2)，增加環氧酶-2(Cyclo oxygenase 2，COX-2)的 mRNA的表達，一方面COX-2刺激血管平滑肌細胞表達單核細胞趨化因子-1(Monocyte chemotactic protein 1，MCP-1)的 mRNA和促進MCP-1蛋白分泌;另一方面COX-2增加血栓素(TXA)表達，并上調血小板源性生長因子(Platelet-derived growth factor，PDGF)的A 和C 鏈以及PDGF-受體mRNA，減少血管內皮生長因子(Vascular endothelial growth factor，VEGF)來促進血管平滑肌細胞的增殖［16］。PLA2表達于有核細胞，是一個脂溶性水解酶超家族，可以水解膜磷脂，產生的長鏈脂肪酸如花生四烯酸(Arachidonic acid，AA)能被COX-2進一步氧化生成前列腺素E(Prostaglandin E，PGE)和白三烯(Leukotriene，LTs)等強效炎癥介質參與炎癥反應［18］。而MCP-1和PDGF可直接誘導或加速腎臟損害的發展［19］。上述機制是導致腎血管硬化、腎功能惡化的原因。

3.2 細胞外信號調節激酶1/2(ERK1/2)ERK是MAPK家族的一個亞族，可被與腎纖維化密切相關的多種細胞因子激活。主要介導細胞生長、增殖、分化的信號轉導，可被多種細胞因子激活，而這些細胞因子都與腎纖維化的發生和發展密切相關［20］。尿酸刺激腎小球系膜細胞，激活NADPH氧化酶，產生大量的ROS，促進ERK1/2磷酸化，使脯氨酸相鄰的絲氨酸/蘇氨酸磷酸化，激活MAPK的信號分子p38和ERK1/2誘導內皮細胞和血管平滑肌細胞的 C-反應蛋白(C reaction protein，CRP)的mRNA及蛋白質分泌增加，且CRP能減少NO合成并促進黏附分子和細胞因子的表達，促進細胞的增殖和遷移［21］;CRP是促炎效應的急性期蛋白，上調血管黏附分子-1(Vascular cell adhesion molecule 1，VCAM-1)和細胞間黏附分子-1(Intercellular cell adhesion molecule 1，ICAM-1)、MCP-1，也降低 eNOS 的mRNA和蛋白表達，增加纖維蛋白的形成，加重內皮損傷。尿酸通過激活NADPH/ROS/ERK1/2信號通路促進系膜細胞增殖，造成腎小球損傷［22］。

4 TGF/smad信號通路(TGFs)

研究發現給糖尿病小鼠灌胃別嘌呤醇后能減弱由轉化生長因子-β1誘導的腎臟小管間質性纖維化，表明降低尿酸可能是阻止糖尿病腎病的有效途徑［23］。TGFs是一類能調節細胞增殖、分化、黏附、遷移、凋亡等生理功能的分泌信號蛋白，同時還能調節細胞外基質(Extracellular，ECM)的分泌和發育分化。研究表明，尿酸刺激腎臟腫瘤壞死因子(Tumor necrosis factor-α，TNF-α)、TGF-β、血紅素加氧酶-1(Heme oxygenase 1，HO-1)增加，TGF-β 信號直接從細胞膜轉導進入細胞核內，激活下游信號分子smad2/3磷酸化，使其與介導分子smad4相互作用形成異源三聚體，轉移至細胞核內并激活靶基因的表達，調節肌成纖維細胞表型的轉錄，刺激成纖維細胞增殖并活化為肌成纖維細胞，導致腎纖維化［24］;TGF-β誘導炎性細胞黏附，刺激腎小管上皮細胞和系膜細胞過度合成ECM的主要成分透明質酸、層黏連蛋白和膠原，而且 TGF-β促進能抑制ECM降解的金屬蛋白酶組織抑制物-1(Tissue inhibitor of metalloproteinase 1，TIMP-1)和纖溶酶原激活物抑制因子-1(Plasminogen activator inhibitor 1，PAI-1)基因的表達，從而通過促進ECM的分泌和減少ECM的降解兩方面的作用，使ECM過度積聚導致腎小球硬化［25］;TGF-β 也介導 AngⅡ、PDGF、結締組織生長因子(Connective tissue growth factor，CTGF)等的致纖維化作用［26］，導致腎損傷;TGF-β 損傷腎足細胞，破壞腎小球濾過屏障的完整性，導致或者加重蛋白尿，導致腎病的發生和發展。TGF-β參與了腎臟疾病的病理生理調控過程，是腎臟炎癥和腎纖維化發生、發展過程中的必需因子。因此，針對TGF-β靶點的通路也許能為腎損傷的預防和治療提供新的方法。

5 NF-κB 信號通路

腎炎的發生或致病過程均與NF-κB過度或持續激活密切相關。高尿酸會黏附在腎臟細胞誘導急性炎癥［27］，尿酸能激活 NF-κB信號通路引起一系列的酶促反應，活化的NF-κB亞單位易位進入細胞核，上調腎小管上皮細胞和血管平滑肌細胞的賴氨酰氧化酶(Lysyl oxidase，LOX)和 ICAM-1的表達，上調MCP-1和基質金屬蛋白酶-2(Matrix metalloproteinases 2，MMP-2)蛋白的表達［28］。增加細胞外基質和纖連蛋白合成，促使基質蛋白沉積，導致腎損害。尿酸激活NF-κB信號通路從而調控TNF-α和白介素(Interleukin，ILs)等基因的表達，而TNF-α和ILs又反過來激活NF-κB，形成惡性循環，導致腎臟單核細胞浸潤，損害腎功能［29］。同時，TNF-α和ILs炎癥因子可以抑制血管內皮依賴性的舒張作用，引起腎小球血管收縮，使腎臟中血液動力學發生變化，腎小球濾過率下降，且TNF-α和ILs可以促進巨噬細胞浸潤導致腎間質受損，加劇腎間質的免疫炎癥反應和腎纖維化，參與腎臟結構功能變化。TNF-α是機體炎癥和免疫反應重要調節因子，引起腎臟固有細胞增殖，刺激其表達黏附分子和過多的細胞外基質和炎癥介質直接導致腎臟系膜細胞的損傷，對腎臟疾病的最終發展起重要作用。

6 SyK和NLRP3/TLRs信號通路

炎癥在腎病發病過程中有重要的作用，SyK和NLRP3/TLRs兩條炎癥信號通路的激活參與了尿酸性腎病的發展過程。尿酸結晶通過與細胞膜特異結合，引起細胞內信號改變，改變細胞膜脂質排列，介導炎癥發生。尿酸結晶可強烈激活中性粒細胞中SyK的絡氨酸活化，促進細胞內鈣的內流及磷脂酶D(Phospholipase D，PLD)的活化，促進過氧化物的生成，從而影響中性粒細胞活化，釋放炎癥因子如IL-1β，調控炎癥應答。另外研究表明，遭受破壞的腎臟組織或細胞釋放的尿酸可激活NLRP3炎性小體，上調腎臟中NLRP3炎性小體的各組分NLRP3、細胞凋亡相關斑點樣蛋白(Apoptosis associated speck like protein，ASC)、天冬氨酸特異性蛋白酶-1(Cysteinyl aspartate specific proteinase 1，Caspase-1)和TLRs信號通路關鍵因子TLR2、TLR24基因和蛋白表達，NLRP3與ASC相互作用后激活Caspase-1，進而對IL-1β和IL-18等炎癥因子的前體形式進行切割，使其成熟并釋放到細胞外，從而介導炎癥反應，IL-1β通過促進大量的嗜中性粒細胞浸潤和組織重構激起系統炎癥［30］。有研究表明，在IL-1β生成的炎癥反應中，SyK和NLRP3起了關鍵作用，抑制SyK后，ROS生成和細胞內鉀外流明顯減少，NLRP3活性明顯下降，SyK和NLRP3兩條通路之間的聯系還需要進一步的研究。因此，抑制SyK的活性和下調NLRP3炎信小體各組分及TLRs信號通路中關鍵分子基因和蛋白水平為治療尿酸性腎病提供了新的靶點。

7 上皮細胞間質轉型

EMT是指具有極性的上皮細胞通過特定程序轉化為具有活動能力的間質表型細胞并獲得侵襲和遷移能力的生物學過程，它存在于人體多個生理和病理過程中［31］。研究發現在高尿酸大鼠動物實驗和腎小管細胞實驗中，尿酸能通過增加腎小管細胞的Snail和Slug轉錄因子的表達來減少細胞膜及細胞質的 E-鈣黏素(E-cadherin，E-cad)的合成、通過泛素化作用使E-cad降解、尿酸增加腎小管細胞的 α-平滑肌肌動蛋白(α-Smooth muscle actin，α-SMA)的mRNA和蛋白的表達，增加波形蛋白(Vimentin，VIM)的表達，尿酸激活腎小管上皮細胞間質轉型［32］，丙磺舒阻斷尿酸進入細胞內，從而抑制尿酸誘導的上皮細胞間質轉型作用［32-33］。α-SMA是肌成纖維細胞的標記蛋白，肌成纖維細胞被認為是活化的成纖維細胞，廣泛見于臟器纖維化過程中。尿酸誘導的EMT是引起腎間質和腎細胞纖維化而導致腎損傷的重要機制。

8 總結

盡管尿酸和腎臟疾病的的關系有大量的流行病學和實驗性的研究報道資料，但是潛在的病理機制仍然還需要進一步的研究。無癥狀高尿酸血癥是臨床上沒有尿酸鹽沉積的任何癥狀和體征［34］，有專家認為無癥狀的高尿酸血癥也是腎臟疾病的獨立預測因子［35］。盡管現有研究結果表明血尿酸升高與腎臟疾病等有潛在的因果作用的證據，但是仍然缺乏關于治療無癥狀高尿酸血癥的共識。因此有必要去進行一些隨機控制實驗來決定是否治療無癥狀高尿酸血癥來減緩腎臟疾病，特別是糖尿病腎病。

上述尿酸誘導腎損傷的機制存在著廣泛的交叉對話，在促進腎臟病變發生、發展中起著復雜而重要的作用。關于高尿酸血癥與腎損傷的相互作用機制仍然需要進一步探索。目前大多數分子機制方面的研究局限于實驗室，如果把實驗室分子水平的研究和基于前瞻性隊列的流行病學研究及遺傳易感基因方面的研究結合起來，將會對進一步闡明高尿酸在腎臟疾病發展的不同階段的具體發病機制以及控制疾病提供科學依據，另外針對這些機制的關鍵潛在靶點的新型藥物研究也將是此領域的熱點，而減少降尿酸藥物的毒副作用和擴大藥物應用范圍是這方面藥物研究的主要方向。

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