高尿酸血癥損傷腎小管上皮細(xì)胞鈉鉀泵的機(jī)制

林鑫，楊沿浪，王淼，楊曉明，樊惠

（皖南醫(yī)學(xué)院弋磯山醫(yī)院腎內(nèi)科，安徽 蕪湖241001）

高尿酸血癥發(fā)病率近年來(lái)逐年升高，被認(rèn)為是導(dǎo)致腎臟損傷的獨(dú)立危險(xiǎn)因素。研究發(fā)現(xiàn)在高尿酸性腎病患者中常伴有氧化應(yīng)激和腎小管功能損傷，腎小管主要是尿酸排泄和重吸收的重要部位，且需要線(xiàn)粒體產(chǎn)生ATP為其被動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)提供能量，其中腎小管上皮細(xì)胞具有豐富的線(xiàn)粒體和Na＋－K＋－ATPase（NKA）與尿酸轉(zhuǎn)運(yùn)密切相關(guān)［1－2］。然而高尿酸血癥是否通過(guò)氧化應(yīng)激損害NKA機(jī)制尚不明確。本文將簡(jiǎn)要闡述高濃度尿酸對(duì)腎小管上皮細(xì)胞NKA損傷的可能機(jī)制。

1 尿酸的生理特性

尿酸主要通過(guò)腎臟排出［3］，其中90%經(jīng)腎小球?yàn)V過(guò)的尿酸在近端小管中重吸收。位于近端腎小管上皮細(xì)胞的尿酸轉(zhuǎn)運(yùn)通道主要有三類(lèi)：（1）有機(jī)陰離子轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白家族：多種陰離子的轉(zhuǎn)運(yùn)子將陰離子轉(zhuǎn)運(yùn)到腎小管管腔內(nèi)，尿酸作為交換離子，重吸收入胞內(nèi)，其中，尿酸鹽／陰離子交換子（urate／anion exchanger，URAT1）位于近端腎小管的管腔面，是尿酸重吸收的重要轉(zhuǎn)運(yùn)通道；（2）葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白家族成員（glucose transporter family member，SLC2A9）：是另一個(gè)和尿酸轉(zhuǎn)運(yùn)有關(guān)的蛋白，是和果糖和葡萄糖重吸收有關(guān)的蛋白家族成員［4］；（3）多重藥物抵抗蛋白：和多種藥物分泌有關(guān)，分泌藥物的同時(shí)重吸收尿酸進(jìn)入腎小管上皮細(xì)胞。這些通道需要腎小管基底膜NKA的協(xié)同作用及ATP提供能量，才能使離子及尿酸被動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)，因此，腎近端小管上皮細(xì)胞作為高代謝細(xì)胞具有豐富的線(xiàn)粒體和NKA協(xié)助尿酸轉(zhuǎn)運(yùn)吸收。

2 近端腎小管上皮細(xì)胞上的NKA生理特性及功能

NKA即為ATP酶，每分子ATP水解能夠使3個(gè)Na＋被運(yùn)出細(xì)胞，同時(shí)2個(gè)K＋被轉(zhuǎn)入細(xì)胞，在維持動(dòng)物細(xì)胞的膜電位和細(xì)胞內(nèi)外的滲透壓平衡，以及細(xì)胞無(wú)機(jī)離子的轉(zhuǎn)運(yùn)和代謝產(chǎn)物的排出提供驅(qū)動(dòng)力等方 面發(fā) 揮重 要 作用［5］。NKA是P型ATPase家族的成員，并且是動(dòng)物生理學(xué)中最重要的離子泵。NKA由兩個(gè)非共價(jià)連接的α和β亞基組成。γ亞基（FXYD蛋白的一個(gè)成員）以組織特異性方式與NKA結(jié)合并調(diào)節(jié)該酶的功能。α亞基（約112 kDa）包含ATP和其他配體結(jié)合位點(diǎn)，并將ATP水解與離子運(yùn)動(dòng)耦合；β亞基對(duì)于組裝全功能酶至關(guān)重要。在人體組織中發(fā)現(xiàn)了4種α同工酶，它們以組織特異性的方式表達(dá)。在所有細(xì)胞中都發(fā)現(xiàn)了α1同工酶；α2和α3同工酶主要在骨骼肌、神經(jīng)元組織和心肌細(xì)胞中表達(dá)；α4同工酶在睪丸中，可調(diào)節(jié)精子的運(yùn)動(dòng)能力。腎小管上皮細(xì)胞僅表達(dá)α1和β1亞型。NKA亞基由三個(gè)功能域（A、P、N）組成：致動(dòng)器（A）域由N末端和第二胞質(zhì)域（CD2）1組成，第二胞質(zhì)域（CD2）1與跨膜螺旋M2和M3連接，并起調(diào)節(jié)鈉和鉀結(jié)合的位點(diǎn)；高度保守的磷酸化（P）域位于附近；最后是核苷酸結(jié)合（N）結(jié)構(gòu)域。NKA處于兩個(gè)主要的構(gòu)象狀態(tài)，即E1鈉結(jié)合態(tài)和E2鉀結(jié)合態(tài)。在運(yùn)輸周期中，A域旋轉(zhuǎn)，而N域關(guān)閉，后者分別打開(kāi)和關(guān)閉E1和E2構(gòu)象的A、N和P域［1，6－8］。兩種構(gòu)象狀態(tài)使得NKA在人體內(nèi)發(fā)揮重要作用，尤其是在腎小管上皮細(xì)胞中對(duì)尿酸及離子的轉(zhuǎn)運(yùn)具有決定性影響。

近端腎小管上皮細(xì)胞是排泄尿酸鹽并重吸收離子的主要轉(zhuǎn)運(yùn)通道［9］，因此，腎小管上皮細(xì)胞作為高代謝細(xì)胞具有豐富的NKA和線(xiàn)粒體。腎小管上皮細(xì)胞尿酸鹽轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的驅(qū)動(dòng)力來(lái)自其基底外側(cè)NKA。這種與能量有關(guān)的主動(dòng)傳輸為包括尿酸鹽轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白在內(nèi)的許多轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白提供了擴(kuò)散驅(qū)動(dòng)力，并且它可以控制電解質(zhì)和細(xì)胞內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)態(tài)［10］。NKA活性及其表達(dá)的損害不僅影響其自身功能而且NKA還可以充當(dāng)多蛋白復(fù)合物中的新型膜受體，并修飾靶分子如蛋白酪氨酸激酶（Src）［8］。Src是細(xì)胞膜上重要的信號(hào)分子，在生理?xiàng)l件下，它與NKA結(jié)合并抑制Src功能；與NKA分離后，Src被激活并誘導(dǎo)多種炎癥途徑，引起一系列損傷表現(xiàn)［7］。在靜息狀態(tài)下，NKA主要是通過(guò)其α1亞基的CD2和CD3結(jié)構(gòu)域與Src直接相互作用，形成NKA／c－src功能性的信號(hào)受體復(fù)合物，從而抑制了Src的活化，使其無(wú)法激活下游的炎癥信號(hào)反應(yīng)［1］。腎小管上皮細(xì)胞中的NKA具有多種功能且作為信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)受體參與包括尿酸在內(nèi)的各種物質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)，當(dāng)尿酸濃度增加到一定濃度時(shí)可能會(huì)對(duì)NKA功能產(chǎn)生相應(yīng)的影響。

3 高尿酸血癥損傷腎小管上皮細(xì)胞NKA的機(jī)制

尿酸在細(xì)胞內(nèi)表現(xiàn)為具有較強(qiáng)的促氧化作用，高濃度尿酸刺激腎小管上皮細(xì)胞后，導(dǎo)致近端小管上皮細(xì)胞、系膜細(xì)胞、脂肪細(xì)胞的胞內(nèi)氧化應(yīng)激迅速增加［11］。在細(xì)胞內(nèi)疏水環(huán)境下刺激NAD?PH、釋放自由基、促使線(xiàn)粒體產(chǎn)生過(guò)量的活性氧（reactive oxygen species，ROS）等一系列氧化應(yīng)激反應(yīng)［12］。另一方面，高濃度的尿酸也可以誘導(dǎo)醛糖還原酶（AR）mRNA和蛋白表達(dá)水平，同時(shí)通過(guò)p38／MAPK途徑介導(dǎo)AR表達(dá)，促進(jìn)ROS的產(chǎn)生［13］。ROS產(chǎn)生過(guò)量同時(shí)會(huì)使細(xì)胞K＋外流增加，進(jìn)一步激活NLRP3炎癥小體，引發(fā)細(xì)胞損傷［14］。根據(jù)以往研究所知，嘌呤受體家族的配體門(mén)控離子通道的激活如K＋／H＋載體和ATP介導(dǎo)的嘌呤受體7（P2X7），會(huì)通過(guò)增加K＋排出從而促進(jìn)IL－1β成熟［15］。以上均可使細(xì)胞外K＋濃度升高，進(jìn)一步影響細(xì)胞膜內(nèi)外兩側(cè)靜息電位。

細(xì)胞內(nèi)的氧化應(yīng)激持續(xù)增加可損傷細(xì)胞內(nèi)的線(xiàn)粒體，影響線(xiàn)粒體為細(xì)胞活動(dòng)產(chǎn)生所需要的ATP的量。高濃度的尿酸會(huì)誘導(dǎo)氧化應(yīng)激的增加，進(jìn)而降低內(nèi)皮一氧化氮的生物活性，誘發(fā)線(xiàn)粒體功能障礙，其特征是線(xiàn)粒體體積減小（線(xiàn)粒體DNA／核DNA的比值降低），ECoAH（烯酰輔酶A水合酶）－1和ACO－2（順烏頭酸酶）表達(dá)減少［16］。兩種酶分別是脂肪酸氧化與三羧酸循環(huán)中的關(guān)鍵酶，ACO－2和ECoAH－1（影響三羧酸循環(huán)并導(dǎo)致乳酸的積累）的減少導(dǎo)致三羧酸循環(huán)的抑制和丙酮酸向糖酵解途徑的分流增強(qiáng)，共同影響線(xiàn)粒體ATP合成減少。另一方面，高濃度尿酸誘導(dǎo)線(xiàn)粒體DNA的減少，會(huì)導(dǎo)致線(xiàn)粒體體積的縮小，導(dǎo)致關(guān)鍵酶的生成進(jìn)一步降低，引起ATP合成減低，從而得知尿酸引起的線(xiàn)粒體功能障礙與紊亂，導(dǎo)致ATP的產(chǎn)生減少，隨后誘發(fā)NKA的活性降低。由于NKA能量 主要由線(xiàn)粒體產(chǎn)生的ATP提供，并且受線(xiàn)粒體功能的影響［17］，因此在高尿酸濃度影響下，NKA可能是將尿酸誘導(dǎo)的線(xiàn)粒體疾病與腎臟（尤其是腎小管細(xì)胞）炎癥過(guò)程聯(lián)系起來(lái)的橋梁。

NKA在細(xì)胞膜上表達(dá)，其活性主要受其α1亞基的亞細(xì)胞位置調(diào)節(jié)，該α1亞基可以被不同的刺激調(diào)節(jié)［18］。如在通過(guò)病理和生理濃度白蛋白孵育的腎小管上皮細(xì)胞中，可在細(xì)胞質(zhì)中觀察到NKA，但在細(xì)胞表面未觀察到NKA［19］。血管緊張素Ⅱ刺激增加了腎小管細(xì)胞中NKA向質(zhì)膜的轉(zhuǎn)運(yùn)［20］。在尿酸作用下，NKA α1亞基聚集在溶酶體中降解，而不是在細(xì)胞膜表面正常表達(dá)，這說(shuō)明NKA α1亞細(xì)胞表達(dá)的這種變化與尿酸介導(dǎo)的NKA活性受損有明顯相關(guān)性，即尿酸也可以通過(guò)其α1亞基表達(dá)來(lái)調(diào)節(jié)NKA活性［2］。

細(xì)胞的離子通道可以通過(guò)特殊的方式影響細(xì)胞功能，具有雙重效應(yīng)（有利和有害）。腎小管上皮細(xì)胞具有豐富的鉀離子通道，電位的影響可導(dǎo)致許多電解質(zhì)跨膜運(yùn)動(dòng)的改變，參與腎小管鈉鉀交換、鉀持膜電位和調(diào)節(jié)細(xì)胞容積等。高尿酸血癥引起細(xì)胞氧化應(yīng)激，線(xiàn)粒體損傷時(shí)，腎小管上皮細(xì)胞的NKA活性受到嚴(yán)重的損害，其活性的降低可導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)Na＋的潴留和K＋的丟失，使細(xì)胞內(nèi)外兩側(cè)離子濃度分布不均衡，從而導(dǎo)致尿酸的排泄和重吸收受到一定的影響，當(dāng)大量尿酸排泄受阻，尿酸鹽結(jié)晶沉積在腎組織導(dǎo)致局部發(fā)生炎癥反應(yīng)，出現(xiàn)腎小管萎縮及間質(zhì)纖維化。NKA活性的降低是導(dǎo)致細(xì)胞凋亡、腎小管損傷的重要原因［2］。鈉鉀泵活動(dòng)形成的Na＋、K＋濃度差及膜對(duì)Na＋和K＋的通透性是決定靜息電位的主要因素，通常膜對(duì)Na＋和K＋的通透性短時(shí)間不會(huì)發(fā)生太大變化，因而影響靜息電位主要就是鈉鉀泵的活性，通過(guò)測(cè)定靜息電位的變化可以反映出不同濃度尿酸對(duì)鈉鉀泵活性的影響程度大小。因此，細(xì)胞內(nèi)外離子的轉(zhuǎn)運(yùn)同樣也可能影響NKA活性的改變。

4 尿酸誘導(dǎo)NKA受損激活炎癥小體引起腎小管損傷

研究顯示，當(dāng)機(jī)體受到體外刺激時(shí)（如缺血缺氧或者藥物作用），體內(nèi)氧化與抗氧化作用失衡，導(dǎo)致ROS（氧化應(yīng)激）產(chǎn)生增加，繼而引起NKA／c－Src功能復(fù)合物解離，引發(fā)信號(hào)傳導(dǎo)級(jí)聯(lián)反應(yīng)，激活Src信號(hào)通路［1］。Src已顯示出介導(dǎo)NLRP3的激活［21］。大量研究證實(shí)，NLRP3已被證明是高尿酸血癥條件下腎小管炎癥的關(guān)鍵因素［22］。腎臟疾病中NLRP3的激活加劇了炎癥和隨后的纖維化，炎癥小體依賴(lài)性的NLRP3通過(guò)使炎癥反應(yīng)加劇、免疫細(xì)胞中的免疫應(yīng)答以及免疫細(xì)胞與腎臟非免疫細(xì)胞之間的相互影響而介導(dǎo)腎臟疾病的進(jìn)展。此外，NLRP3mRNA的上調(diào)在患有各種腎臟疾病（包括IgA腎病、急性腎小管壞死、局灶性節(jié)段性腎小球硬化、狼瘡性腎炎、微小改變疾病和高血壓性腎病）的患者的腎臟活檢中得到證實(shí)。總之，腎近端小管中NKA的損傷及其對(duì)Src信號(hào)通路影響，會(huì)導(dǎo)致NLRP3炎癥小體激活，從而誘導(dǎo)下游的IL－1β等炎癥因子的表達(dá)上調(diào)，繼而引起炎性反應(yīng)、誘導(dǎo)細(xì)胞轉(zhuǎn)分化和凋亡等機(jī)制最終導(dǎo)致腎小管損傷。因此，NKA提供了將細(xì)胞能量障礙與下游炎癥過(guò)程連接的分子橋［2］。

5 小結(jié)

高尿酸血癥一方面通過(guò)引起細(xì)胞的氧化應(yīng)激增加，損傷線(xiàn)粒體活性，從而造成NKA的活性受損，另一方面高濃度尿酸直接作用于NKA上的α1亞基，也同樣損傷NKA，NKA活性下降引發(fā)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)受損，從而激活下游的炎癥小體，造成腎小管乃至腎臟功能的損傷。高濃度尿酸對(duì)腎臟功能影響在多個(gè)方面，NKA活性受損機(jī)制的了解有助于腎小管及腎臟疾病的治愈與轉(zhuǎn)歸。