降尿酸天然生物活性物質作用機制研究進展

蔣林宏 - 楊錫洪,2 -,2 謝靜雯 - 解萬翠,2,3,4 -,2,3,4

(1. 青島科技大學海洋科學與生物工程學院，山東 青島 266042；2. 山東省生物化學工程重點實驗室, 山東 青島 266042；3. 青島貫同生物科技有限公司，山東 青島 266002；4. 尚好科技有限公司，山東 青島 266002)

尿酸(C5H4N4O3)是靈長類動物體內嘌呤類物質代謝的終產物。人體內67%的尿酸是內源性尿酸；另外33%的尿酸是外源性尿酸，主要來源于人體攝入的富含嘌呤或核蛋白類成分的食物[1]。某些遺傳基因的缺失或因疾病、藥物治療或高嘌呤類食物食用過多，會導致人體中尿酸排泄受阻或體內尿酸含量升高。當女性體內的血清尿酸濃度≥6.0 mg/dL或男性體內的血清尿酸濃度≥7.0 mg/dL時，就可確診為高尿酸血癥[2][3]1。尿酸的過度分泌或腎臟疾病會導致尿酸鹽過飽和，進而析出尿酸鹽結晶，這些晶體沉積在關節中，加劇炎癥并引起痛風[4]。它們還可沉積于腎臟和/或輸尿管，導致腎臟疾病或腎功能衰竭[5]。除此之外，高血壓、心血管疾病、代謝綜合征等危及生命的疾病也與高尿酸血癥直接相關[6-9]。降低體內血清尿酸濃度是治療高尿酸血癥最直接有效的方法，可通過阻止尿酸的合成和再吸收，以及促進尿酸的分解和排泄來實現[10]。因此，了解尿酸在人體中的生成和代謝機制，是進行降尿酸治療的必要前提。

現今，抗尿酸生成和促進尿酸排泄的藥物已被廣泛開發和使用。抗高尿酸血癥藥物具有明顯的治療效果，然而其副作用也不容小覷。隨著研究探索的深入以及大量動物試驗的驗證，越來越多的生物活性物質被發現對降低體內血清尿酸濃度及調控氧化應激有顯著的作用效果。天然生物活性物質是指來自生物體內、當與機體作用后會產生各種生物效應的物質[11]。天然生物活性物質已逐步成為降尿酸成分的熱門研究方向之一。通過綜述降尿酸天然生物活性物質及其作用機制，能夠有效擴大降尿酸藥食資源的開發范圍；同時明確多種降尿酸物質的不同作用機制，為今后相關降尿酸藥物的研制提供理論基礎。

1 嘌呤代謝及降尿酸作用機制

1.1 嘌呤代謝及尿酸的生成途徑

尿酸是一種有機化合物，是動物內源性產生的嘌呤代謝物[1]。其中，黃嘌呤是中間代謝產物，可由次黃嘌呤核苷形成的次黃嘌呤被羥基化生成，也可由鳥嘌呤脫氨生成；黃嘌呤在胞質醇中被黃嘌呤氧化酶轉化成尿酸；尿酸在非靈長類哺乳動物體內的過氧化物酶體中經尿酸酶轉化生成尿囊素和CO2(見圖1)[12]。在硬骨魚類體內可繼續氧化生成尿囊酸[1]。但是人類等其他靈長類動物體內缺乏尿酸酶，尿酸無法繼續分解。當尿酸生成和排泄不平衡，體內血清尿酸濃度持續升高，就會引發高尿酸血癥和痛風[3]1。

1.2 降尿酸方法及作用機制

1.2.1 抑制關鍵酶活性 尿酸主要產生于肝臟中，在嘌呤代謝生成尿酸的整個過程中，催化并調控尿酸生成的兩個關鍵酶是：腺苷脫氨酶(ADA)和黃嘌呤氧化酶(XO)[13](見圖1)。

圖1 嘌呤代謝示意圖[12]

ADA屬于巰基酶，是腺苷酸分解代謝過程中重要的催化酶之一，間接調控尿酸的生成。ADA是一種參與嘌呤代謝的酶，其催化腺苷或2'-脫氧腺苷水解脫氨成肌苷(又稱為次黃嘌呤核苷)或2'-脫氧肌苷[14]。肌苷再經核苷磷酸化酶、XO連續催化生成尿酸[15]。研究[16]表明，腺苷脫氨酶(ADA)也是治療淋巴增生性疾病和癌癥的潛在靶點。因此，ADA抑制劑不但能夠減少尿酸的產生，降低血清尿酸水平，還有一定的抗腫瘤功效。

綜上，抑制關鍵酶的活性，可以降低機體的血清尿酸水平，同時也可減緩炎癥，降低患腫瘤和心血管等疾病的風險[18]，是治療高尿酸血癥與痛風的重要手段。

1.2.2 促進尿酸排泄并抑制其在腎臟的重吸收 人體代謝產生的尿酸主要由腎臟(65%～75%)排出，剩余部分由腸道排出。尿酸排泄量減少將極大增加患高尿酸血癥的風險[19]。尿酸在腎臟中的排泄過程分為4步：腎小球濾過，腎近曲小管重吸收，腎小管分泌及分泌后重吸收[10]。在生理pH下，約98%的尿酸是尿酸鹽離子形式，需依賴尿酸轉運蛋白實現尿酸的跨膜運輸[1]。目前已發現有兩大類轉運蛋白參與腎臟近曲小管尿酸的轉運過程：尿酸鹽排泄轉運蛋白和尿酸鹽重吸收轉運蛋白[20]。

OAT1和OAT3尿酸轉運蛋白參與腎小管細胞攝取尿酸[10]。尿酸從腎小管細胞向管腔的排泄是通過4個轉運蛋白進行的，分別是尿酸鹽轉運蛋白(UAT)，多藥耐藥蛋白4(MRP4/ABCC4)，ABCG2和鈉依賴性磷酸轉運蛋白[21]。UAT是一種322胺酸蛋白，具有高度的選擇性和電壓敏感性，能夠調節體內尿酸平衡[22]。MRP4是基因ABCG4編碼的轉運蛋白，一些有機陰離子如cAMP、cGMP和氨甲蝶呤通過MRP4分泌到腎小管腔中[23]。

尿酸鹽重吸收轉運蛋白包括：尿酸陰離子轉運蛋白1(URAT1)、有機陰離子轉運蛋白4(OAT4)和葡萄糖轉運蛋白9(GLUT9)[21]。URAT1是腎近端小管中的尿酸轉運體，有助于腔內尿酸從原代膜進入近端小管細胞；GLUT9位于基底側，促進尿酸從上皮細胞進入血液[10](見圖2)。尿酸的重吸收分為兩步：① 從腎小管腔至腎小管上皮細胞(借助URAT1)，② 通過腎小管上皮基底膜吸收到血液中(借助GLUT9)[24]。在這兩個步驟中，URAT1和GLUT9促進尿酸的重吸收。Augustin等[25]發現轉運蛋白GLUT-9能夠轉運己糖和尿酸兩種物質。Anzai等[26]報告了轉運蛋白GLUT-9是尿酸鹽的外排轉運蛋白，促進尿酸從上皮細胞進入血液。Reginato等[27]證實轉運蛋白URAT1不但能夠排出乳酸并交換尿酸進入細胞，還是排尿酸藥和抗尿酸藥的靶點。

圖2 尿酸轉運蛋白[21]

通過調控尿酸轉運蛋白的表達，促進尿酸排泄并抑制其在腎臟的重吸收，減少尿酸在血液中的積累，利于降低血清尿酸水平[21]。

1.2.3 促進尿酸前體物質分解 由圖1可知，尿酸的前體物質包括嘌呤、核苷酸、核苷、肌苷等，這些物質再由相關的催化酶轉化生成尿酸。通過分解這些前體物質，可以降低其在代謝過程中的含量，減少血液中最終產物——尿酸的生成，從而達到降尿酸的作用。

1.2.4 促進尿酸分解 人體中缺少可以將尿酸進一步氧化成尿囊素的尿酸氧化酶，導致尿酸無法繼續分解而在體內積累[12]。若血清尿酸水平持續升高，極易引發高尿酸血癥。當體內尿酸濃度過飽和時，會有尿酸鈉晶體(NaU)析出，繼而引發炎癥。通過服用或注射能夠降解尿酸的生物活性物質，分解血液中的尿酸，減少尿酸的產生，可以有效降低血清中尿酸含量[3]6。

2 天然生物活性物質降尿酸作用

天然生物活性物質種類繁多，來源廣泛，是開發降尿酸物質的重要資源。依據不同天然生物活性物質降尿酸作用機制的區別，對降尿酸生物活性物質進行分類匯總。目前具有降尿酸功能活性的天然生物活性物質主要包括：天然提取物、蛋白酶解物及多肽、益生菌等。

2.1 天然提取物

2.1.1 抑制關鍵酶活性的天然提取物 天然提取物廣泛存在于各種天然植物中。體外試驗和動物試驗[28]表明，多酚、黃酮、皂苷類提取物能夠顯著抑制尿酸合成關鍵酶的催化活性，具有良好的降尿酸效果。

史珅等[29]從葛根中提取到的葛根素能抑制XO的催化活性，還可加速尿酸隨尿液排出體外，顯著減低大鼠血清尿酸水平。Wang等[30]利用分子模擬和多光譜技術，證實存在于水果和蔬菜中的山奈酚是一種有效的XO抑制劑。試驗結果表明，山奈酚與XO形成XO-山奈酚的靜態絡合物，形成疏水作用力，與XO發生構象交替，并與XO口袋中的某些氨基酸殘基結合，抑制了XO(見圖3)。周琦等[31]從藥材穿山龍中提取的穿山龍總皂苷(Rhizoma Dioscoreae Nipponicae)可抑制血清XO和ADA活性，顯著降低高尿酸血癥小鼠血清尿酸值。芥子酸是一種酚酸，通常存在于食用植物(如檸檬、桔子、芒果、蘋果、草莓、覆盆子、洋蔥、花椰菜、大蒜、大米和燕麥等)中[32]。Ishaq等[33]發現芥子酸能夠進入XO的活性部位并阻斷底物的進入，對XO有較強的抑制作用；體內試驗結果表明，芥子酸不僅具有抑制血清和肝臟中XO的作用，而且在50,100 mg/kg·BW時能顯著降低血清和尿液尿酸水平。Mehmood等[34]從甜菊中提取出富含黃酮和綠原酸的甜菊渣提取物(Stevia Residue Extract，STVRE)，能與別嘌呤醇協同抑制XO。AFM結果預測STVRE能與XO結合并改變其結構，阻止底物與XO的進入。通過果糖-PO誘導的高尿酸血癥小鼠模型中進一步證實，用別嘌呤醇補充STVRE可降低尿酸水平、抑制XO活性、改善氧化應激和炎癥反應。Li等[35]發現含有槲皮素、紫杉醇等黃酮類化合物的芹菜種子水提取物(Celery Seed Aqueous Extract，CSAE)和芹菜種子油提取物(Celery Seed Oil Extract，CSOL)對高尿酸血癥小鼠的XO活性有抑制作用，同時可以降低活性氧水平。在通過關節內注射尿酸單鈉晶體誘導的急性痛風性關節炎大鼠中，CSAE和CSOL的治療減輕了踝關節的腫脹并減少了踝關節周圍的炎性細胞浸潤。

圖3 多酚的XO抑制機制[10,27]

2.1.2 促進尿酸排泄的天然提取物 天然提取物還能通過調控尿酸轉運體蛋白的表達，促進尿酸排泄，達到降尿酸的作用。Zhang等[36]從紫薯中分離出富含花青素的紫薯提取物(Anthocyanin-Rich Purple Sweet Potato Extract，APSPE)，不僅能抑制小鼠肝臟XO活性，還影響相關轉運蛋白mURAT1、mGLUT9、mOAT1和mOCTN2的mRNA表達，有效降低高尿酸血癥小鼠血清尿酸水平(見圖2、3)。Chen等[37]研究發現檸檬水溶性提取物(Lemon Water Soluble Extract，LET)影響高尿酸血癥小鼠中mABCG2和mGLUT9 mRNA的表達，但對健康小鼠沒有影響。此外，LET中的檸檬酸鉀通過下調mABCG2 mRNA和上調mGLUT9 mRNA降低高尿酸血癥小鼠的尿酸水平。Wu等[38]從中藥牛尾菜提取出riparoside B和timosaponin J兩種甾體皂苷，這兩種皂苷不但能夠有效抑制XO的活性，還可以有效減少陰離子轉運蛋白mURAT1的表達，對高尿酸血癥小鼠具有較強的降尿酸作用。Lee等[39]通過體外和體內試驗研究調查了益智種子提取物(Alpinia Oxyphylla Seed Extract，AE)的抗高尿酸血癥作用以及潛在的作用機制。在PO誘導的高尿酸血癥大鼠中,AE能抑制表達hURAT1的卵母細胞攝取尿酸，而不抑制XO活性；此外，AE增加OAT1的表達，而降低腎臟中URAT1和炎性細胞因子的蛋白質含量。這些研究結果表明AE可通過增強腎臟分泌并抑制尿酸重吸收促進尿酸排泄。Zhu等[40]用慢性高尿酸血癥大鼠模型證實，從合歡根莖提取的合歡皂甙能夠下調URAT1 mRNA、URAT1和GLUT9蛋白的表達，上調OAT1和OAT3蛋白的表達，具有明顯的抗高尿酸血癥作用。

此外，水柳皂苷、紫草酸等被已被報道能夠顯著抑制XO活性；槲皮素、落新婦苷、木犀草素等已被證實能夠調控尿酸轉運蛋白及其mRNA的表達，具有顯著的降尿酸作用。然而，黃酮類、皂苷類等活性成分需經分離純化后得到，工藝復雜，提取率低，具有一定的局限性[41-42]。

2.2 蛋白酶解物及多肽

近年來，蛋白酶解物及多肽已針對降尿酸功效進行研究，部分蛋白酶解物和多肽已被證明具有一定的降尿酸功效[43]。蛋白酶解物及多肽不僅免疫原性弱[41]，安全易吸收，毒副作用小且操作簡單，易制備，廣泛應用于保健食品、化妝品等眾多領域。

2.2.1 抑制關鍵酶活性的蛋白酶解物 已有研究表明，蛋白酶解物能通過抑制關鍵酶活性達到降尿酸功效。劉洋[44]制備的海洋魚蛋白酶解物具有顯著降尿酸活性，能夠有效抑制大鼠體內XO活性，降低大鼠肝臟細胞中ADA和XO兩種酶的mRNA表達量，有效減少高尿酸血癥模型小鼠的血清肌酐及尿素氮含量，具有一定的腎臟保護功效。He等[45]用Alcalase 2.4 L酶解制備金槍魚肉水解產物(Tuna Flesh Hydrolysate，TPH)，使用重量百分含量80%乙醇水溶液分離TPH，得到富含小肽(<1 000 Da)的乙醇可溶性級分(ESF)具有很高的XO抑制作用。

2.2.2 抑制XO活性的多肽 一些報道證實多肽能夠抑制XO活性。Li等[46]從去酚核桃粉水解物(Dephenolized Walnut Meal Hydrolysates，DWMH)中純化出兩種抗高尿酸血癥肽：WPPKN和ADIYTE。分子模擬結果顯示，WPPKN進入疏水通道后阻礙黃嘌呤與XO之間的相互作用；而ADIYTE位于B鏈表面，阻止底物進入疏水通道，顯示出較高的體外XO抑制活性。Li等[47]還發現含Trp的核桃蛋白衍生肽能夠有效抑制XO，而且增加Trp的數量能顯著增強含Trp肽的XO抑制活性。與別嘌呤醇類似，Trp與XO的關鍵殘基Glu802，Leu873，Ser876，Arg880，Phe914，Phe1009，Thr1010，Val1011，Leu1014，Ala1078，Ala1079和鉬蝶呤MOS3004具有活性相互作用，使得含Trp的肽具有高XO抑制活性。Nongonierma等[48]發現Trp和含有Trp的二肽(Arg-Trp，Trp-Val，Val-Trp，Lys-Trp和Ile-Trp)能有效抑制XO活性。分子對接結果表明Ile-Trp可以進入XO活性位點的疏水通道，阻礙黃嘌呤與XO鉬碟呤中心的結合，起到抑制XO催化活性的作用。

2.2.3 促進尿酸排泄的多肽 有研究指出，多肽既能夠抑制XO活性，又能夠促進尿酸排泄。Wan等[49]比較了刺參酶解產物(Enzymatic Hydrolysates of A. japonicas，EH-JAP)和白刺參酶解產物(Enzymatic Hydrolysates of A. leucoprocta，EH-LEU)的抗高尿酸血癥和抗炎作用。通過EH-JAP和EH-LEU治療顯著降低高尿酸血癥小鼠的血清尿酸水平以及PRPS、PNP和XO的mRNA水平，表明EH-JAP和EH-LEU通過影響多個靶點抑制尿酸的產生。模型組通過促進尿酸再吸收和減少腎臟尿酸分泌而抑制尿酸排泄，而用EH-JAP和EH-LEU治療可恢復這些刺激效應，促進尿酸排泄。EH-JAP在抑制尿酸生物合成和促進尿酸排泄方面優于EH-LEU。

蛋白酶解物及多肽來源廣泛，制取方便，是降尿酸保健品和藥物的潛在來源。目前的研究結果表明，降尿酸效果比較好的是海洋生物多肽和植物多肽。隨著科學技術發展，越來越多分離純化方法被開發運用，可以更好地提高多肽的純度，擴大多肽的應用范圍，為降尿酸多肽的藥用提供了良好的技術基礎。

2.3 益生菌

與腎臟相似，腸道在降尿酸過程中也起著重要作用。人體中的尿酸約30%由腸道直接排出或被腸道菌群分解[10]。益生菌既是人類腸道重要的生理菌群，具有增強人體免疫力、緩解過敏反應、降低血清膽固醇等作用；又能夠減少尿酸的產生與積累，緩解炎癥反應，具有降尿酸的功效。

2.3.1 抑制XO活性的益生菌 一些研究表明，益生菌可以抑制XO活性，減少黃嘌呤和尿酸的產生。Chen等[50]發現的乳桿菌MFE-21和醋桿菌MFE-25的發酵提取物表現出高XO抑制活性，曲霉MFE-120具有高尿酸酶活性，且MFE-25在治療模型中具有優異的降尿酸作用，MFE-120和MFE-25在預防模型中均可顯著降低尿酸。陳曉真等[51]發現鼠李糖乳桿菌I21的代謝產物具有XO抑制活性。

2.3.2 分解尿酸前體物質的益生菌 部分益生菌可以分解嘌呤、核苷酸、核苷、肌苷等尿酸前體物質，從而減少體內尿酸的生成，降低體內尿酸含量。金方等[5]首次篩選出能夠降解核苷酸與核苷的干酪乳桿菌ZM15 (CGMCC No.13980)，并通過高尿酸血癥大鼠證實其具有降低血清尿酸的作用。Li等[52]分離到的乳酸菌DM9218可以通過降解肌苷和鳥苷來防止高果糖誘導的肝損傷并延緩尿酸的積累。

2.3.3 分解尿酸的益生菌 研究證實，益生菌還能夠分解尿酸，減少尿酸在體內積累。Bai等[53]將尿毒癥患者的血清與保加利亞乳酸桿菌進行共同培養，再經定向誘導和復合突變后，篩選出能夠有效分解尿酸和尿毒癥毒素的乳酸桿菌DUC3-17。

上述研究結果表明，一些益生菌具有降尿酸功效，證實用益生菌進行降尿酸治療是切實可行的。益生菌降低血清尿酸水平的能力可能是高尿酸血癥發生的重要影響因素，而腸道菌群失調可能加速高尿酸血癥的發生。此外，目前對降尿酸益生菌的文獻報道和應用研究較少，通過益生菌或益生菌產物治療高尿酸血癥及痛風的代謝通路仍是未知，值得研究人員繼續深入地探索。

3 總結及展望

天然生物活性物質來源廣泛，易制取，且毒副作用小，可作為緩解和治療高尿酸血癥及痛風的潛在藥物或保健品，前景廣闊。通過綜述內容可以看出，許多生物活性物質具有與降尿酸藥物相似的抗高尿酸血癥活性，目前關于降尿酸天然提取物的研究內容最多，且種類豐富；降尿酸蛋白酶解物及多肽、益生菌的研究內容相對較少，是值得繼續開發的領域。這些物質能夠抑制關鍵酶活性，促進尿酸排泄并抑制其在腎臟的再吸收，促進尿酸前體物質分解，促進尿酸分解，在降低人體內血清尿酸水平中發揮著重要作用。但目前對天然生物活性物質的研究仍處于初級階段，很多天然提取物及其活性成分尚未明確；一些降尿酸成分的體內作用途徑及相關作用靶點的研究也不夠全面；關于腸道對尿酸的清除機制尚不清楚；缺乏對降尿酸益生菌次級代謝產物的相關研究等，諸多方面都需要研究者繼續深入研究探索，不斷完善降尿酸天然生物活性物質的理論研究，利于降尿酸食品、藥品的研發。此外，還需要對降尿酸天然生物活性物質的種類進行更加全面的擴展。陸生動物的蛋白酶解物及多肽的降尿酸功效也是值得研究的領域；在益生菌方面，除了乳酸菌外，其他細菌、真菌類微生物也值得研究。在目前研究的基礎上，還可以設計新的降尿酸飲食指南，為高尿酸血癥和痛風患者提供飲食上的參考。