尿酸作用于Keap1/Nrf2通路調控強直性脊柱炎氧化應激的研究進展

俞 杭，鄔秀娣

(1. 寧波大學醫學院，浙江 寧波 315211；2. 寧波市第一醫院 風濕免疫科，浙江 寧波 315000)

強直性脊柱炎(ankylosing spondylitis，AS)是一種免疫介導的慢性炎癥性疾病，通常影響中軸及外周關節，是青壯年男性致殘的主要疾病之一[1]。AS 最常見的關節外表現包括炎癥性腸病(高達50%)、急性前葡萄膜炎(25%～35%)和銀屑病(約10%)[2]。AS不僅給患者帶來了軀體痛苦，也給社會和家庭增加了經濟負擔[3]。

AS患者的預后與早診斷早治療密切相關。X射線是用于評估AS患者骨盆和脊柱關節改變最廣泛使用的診斷和監測方法，但AS患者進展至關節放射學異常表現往往需要幾年時間[4]。MRI可發現AS的早期炎癥性改變[5]，有助于早期診斷AS，但成本高、適用范圍小[6]，不適合短期內反復檢查以評估病情。目前AS的疾病活動性評估往往依賴血沉(ESR)和C反應蛋白(CRP)這些炎癥標志物，但并不總是能精準反映AS疾病的活動性和進展[7]。故還需要尋找其他指標以早期發現并聯合評估AS的疾病活動性。

AS的病因和發病機制尚未完全闡明，目前認為它涉及炎癥性骨侵蝕和異常的新骨形成[8]。越來越多的學者發現AS患者的血清尿酸水平異常變化，研究認為尿酸與機體的氧化應激相關[9]。信號通路Kelch樣ECH相關蛋白1(Kelch-like ECH-associating protein 1, Keap1)-NFE2相關因子2(NFE2 related factor 2, Nrf2)參與各種病理過程中的細胞保護機制，被認為是氧化應激的敏感傳感器和調節器[10]。已有研究認為尿酸通過調節Keap1/Nrf2參與了AS的氧化應激調控，但其中的具體關系還存在著一些爭議，故本文就相關研究進展做一綜述。

1 AS患者疾病活動性與尿酸的關系

AS患者活動期主要表現為晨僵、夜間腰背痛和外周關節炎癥[11]， Zhu等[12]通過雙能計算機斷層掃描技術檢測到大量尿酸單鈉晶體沉積在不伴有痛風的中軸型脊柱炎患者的骨盆處，且這些患者骶髂關節的尿酸單鈉晶體沉積與其影像學分級進展相關，提示尿酸鹽沉積可能參與了AS患者的關節炎癥。

Zhang等[13]測定94名AS患者的尿酸水平后顯示23.4% AS患者合并高尿酸血癥，且與正常尿酸水平患者相比，該類患者肝腎功能較差，AS疾病活動度卻更低。而曾沛英等[14]將362例AS患者的臨床數據分析后則顯示AS合并高尿酸血癥組晨僵時間更短、IgM水平更低、ESR更低，與尿酸正常組相比有更低的病情活動度和更少的并發癥。這些都提示AS與尿酸代謝存在一定關系，而血尿酸水平與AS疾病活動度的確切關系值得進一步探索。

2 AS發病機制與尿酸的關系

2.1尿酸作用于Keap1/Nrf2通路激活氧化應激 AS患者具有病態的血清微環境和較強的氧化應激，長期暴露于氧化環境通常會導致細胞產生過量的活性氧，誘導細胞衰老并伴有細胞功能障礙[15]。Dong等[16]以小鼠為研究對象，發現了BALB/c小鼠的氧化指標丙二醛水平高于健康小鼠，而抗氧化酶、過氧化氫酶和谷胱甘肽過氧化物酶水平等抗氧化指標則比健康小鼠低。

Nrf2調節編碼可誘導細胞保護蛋白的大型基因網絡的表達，使哺乳動物細胞和生物體能夠在包括氧化應激在內的各種條件下適應和生存。Nrf2與其主要的負調節因子Keap1一起，形成了一個分子效應器和傳感器系統，對細胞氧化還原平衡的干擾做出強有力的反應，并協調一個全面的防御計劃，從而恢復內環境平衡[17]。在生理環境中，Nrf2位于細胞質中，并與控制Nrf2活性的Keap1結合。氧化或電應激誘導Keap1的構象變化或直接促進Nrf2的磷酸化，促使Nrf2從Keap1中分離出來，并轉移到細胞核，與抗氧化反應元件(antioxidant-responsive element, ARE)進行結合[18]。

另有研究證實尿酸降低了Nrf2的泛素化和降解，促進了其核易位，推動了Nrf2靶向的抗氧化基因的轉錄和翻譯[19]。一般認為，尿酸激活Nrf2可能是由于Nrf2與Keap1分離，促使Nrf2從Keap1介導的蛋白酶體降解中逃逸。從結構上看，尿酸呈酮烯醇互變異構體形式，可與Keap1的半胱氨酸殘基反應，阻止泛素連接酶將Keap1和Nrf2結合[20]。這些結果都有力地證明了尿酸激活Nrf2信號通路的抗氧化作用。

但是對尿酸調控Keap1/Nrf2方面也有學者有不同的見解。沈瑞明等[21]的研究分析顯示尿酸通過活化NADPH氧化酶依賴性途徑產生細胞內氧化物，導致AS患者活性氧、活性氮、丙二醛水平的升高，進一步促進了Keap1的表達；而Keap1與Nrf2結合之后會導致Nrf2的表達水平降低，Keap1/Nrf2信號通路被抑制，減弱機體的抗氧化能力，進而加重AS患者的炎癥反應，見圖1。

圖1 尿酸作用于Keap1/Nrf2通路調控AS氧化應激的機制

2.2尿酸與AS患者靶器官損傷的關系

2.2.1尿酸影響AS患者的骨代謝 AS主要發生于脊柱、骨骼、外周關節和關節外組織，在發病初期，50%～92%的AS患者伴有骨質減少或骨質疏松[22]。最近的研究發現，骨代謝的生化變化先于全身性骨質疏松癥和關節僵硬[23]。

氧化應激是骨質疏松癥的病理機制之一。核因子κB(nuclear factor κB，NF-κB)是一種蛋白質復合物，存在于細胞質中，活化的NF-κB能夠促進多種細胞因子基因的表達，如白細胞介素(IL)-1、IL-6和腫瘤壞死因子(TNF)-α[24]。已證實，TNF-α和IL-6是AS致病機制中重要的炎癥因子，均可在刺激破骨細胞的同時抑制成骨細胞的生成[25]。尿酸能夠作用于NF-κB通路，下調炎癥因子的表達，從而預防細胞損傷[26]。有學者結合實驗結果確定尿酸通過減少活性氧來抑制破骨細胞形成，再次驗證了尿酸與骨密度之間的正相關與尿酸的抗氧化作用有關，即尿酸對骨代謝有保護作用[27]。活性氧在調節NF-κB配體(RANKL)依賴性破骨細胞分化的受體激活過程中充當細胞內信號分子，但它們也具有細胞毒性作用，包括脂質過氧化和對蛋白質和DNA的氧化損傷[28]。用RANKL刺激破骨細胞前體能夠上調Keap1，并且降低Nrf2/Keap1的比率[28]。Nrf2缺失或過度激活均會導致小鼠的骨質明顯減少，且 Keap1-/-成骨細胞的增殖潛力明顯低于 Keap1+/-成骨細胞[29]。

結合臨床分析，一項大型橫斷面研究表明高尿酸血癥的絕經后女性有著更豐富的脂肪含量，有益于骨骼健康[30]。對2 981例卡塔爾成年人進行橫斷面研究，調整年齡和性別后分析得出相對高的尿酸水平(>200 μmol/L)與全身和特定部位骨骼位置的骨礦物質密度增加顯著相關[31]。有學者研究發現，血清尿酸濃度與骨吸收標記物I型膠原末端肽的尿排泄呈負相關[32]。尿酸與AS骨代謝的關系也值得進一步的深入探討。

2.2.2尿酸影響AS患者腎臟受累 研究均表明，AS患者往往伴有血清尿酸升高[12-13]。Wu等[33]對926例AS患者行回歸分析后提示尿酸水平的增加可增加AS患者發生腎臟受累的風險，一旦發生腎臟受累，會嚴重影響AS患者的預后，相應的死亡率為4%。尿酸水平升高和腎臟受累之間會相互促進，腎動脈硬化和腎小球腎炎均可導致腎小球濾過和腎小管分泌減少，從而導致尿酸水平升高[33]。在AS早期，炎癥因子CRP和ESR會迅速升高[34]，這也與腎功能惡化密切相關[33]。

AS最常見的病理類型是IgA腎病，其診斷主要依靠腎活檢[35]。Zhang等[35]將71例繼發性IgA腎炎的AS患者納入分析，發現HLA-B27陰性患者在基線時的尿酸水平明顯高于HLA-B27陽性患者；病理上，在HLA-B27陰性患者中觀察到患者的整體腎小球硬化比例更高，在存在大量蛋白尿或間質纖維化和腎小管萎縮的患者的亞組分析中也發現了這種顯著關聯。這些提示HLA-B27基因可能與尿酸代謝存在一定聯系，而尿酸水平又影響著AS患者的腎臟累及及預后。

在機制研究方面，氧化應激被認為是各種進行性臨床和實驗型腎臟疾病的主要致病因素[36]。Nrf2具有抗炎特性，其主要通過細胞保護基因表達的轉錄激活來發揮其抗氧化功能[37]。Nrf2的激活能夠清除毒素和活性氧[38]，改善各種腎臟疾病中的氧化損傷和炎癥，作用于Nrf2抗氧化途徑是腎臟疾病治療的重要靶點[39]。研究證明尿酸可促進Nrf2向細胞核的移位并減少Nrf2泛素化[40]，但它并不影響Keap1蛋白的表達。越來越多的證據支持Nrf2在保護腎臟抵抗多種損傷方面發揮重要的生理作用[41]。

2.2.3尿酸和AS心血管內皮改變相關 在免疫介導的疾病中，慢性炎癥和免疫失衡機制被認為與加速動脈粥樣硬化有關[42]。內皮功能障礙作為動脈粥樣硬化序列中的首發事件，通過早期量化頸總動脈的硬化指數發現34.29%的AS患者有動脈粥樣硬化，而對照組僅為5.71%[43]。而AS作為一種典型的慢性炎癥性疾病，其動脈粥樣硬化的發生與尿酸的關系也值得進一步探索。

活性氧的產生是動脈粥樣硬化過程中的中心致病因素，活性氧可以誘導低密度脂蛋白氧化為氧化型低密度脂蛋白(oxLDL)，并且oxLDL在動脈壁中的積累會導致促炎事件，包括巨噬細胞和淋巴細胞的募集，從而引發隨后的動脈粥樣硬化病變形成[44]。在小鼠模型中，Nrf2表達量的增加通過Ⅱ期抗氧化酶活性間接保護巨噬細胞免受oxLDL介導的損傷[45]。Nrf2的下游靶基因HO-1能夠通過減少oxLDL誘導的單核細胞遷移來抑制動脈粥樣硬化病變的形成[46]。最新研究證實尿酸激活了Nrf2抗氧化途徑，并對氧化低密度脂蛋白誘導的內皮損傷具有保護作用[40]。

血尿酸通過內皮細胞氧化應激和糖萼脫落誘導內皮細胞向間充質細胞的轉化[47]。正常血清尿酸濃度可能具有抗氧化作用，但血液中過飽和狀態的尿酸可能通過增加活性氧的產生，從而加強機體的氧化應激[48]。在無癥狀高尿酸血癥患者的多個關節和身體軟組織中也能夠觀察到尿酸單鈉晶體的沉積，并與冠狀動脈鈣化的嚴重程度增加相關[49-50]。

3 AS尿酸濃度監測的臨床意義

韓國一項包括150例AS患者的研究表明，尿酸水平與AS患者的骨密度呈正相關。隨著尿酸水平的增加，骨密度水平增加[51]。孫文婷等[52]收集分析了143例AS患者的尿酸數據后得出關于血尿酸水平和腰椎股骨粗隆骨量變化之間的一個線性關系，即血尿酸水平在150～600 μmol/L時，血尿酸水平越高，骨量減少的風險就越低。在氧化應激的早期，抗氧化酶的活性可能會增強，以消除細胞內活性氧的沉積。然而，當細胞內活性氧積累不能被抗氧化系統中和時，則會引發氧化損傷，抗氧化酶的活性反而減弱[53]。

黎榮山等[54]將柳州2 150例AS患者的數據納入回顧性研究，研究發現維持一定水平的尿酸可以預防骨質流失，但是，過高濃度尿酸則伴骨密度降低。Chen等[55]將182例AS患者(其中包括143例男性和39例女性患者)納入研究，根據尿酸數值將患者分為3組：<300 μmol/L；300～360 μmol/L，>360 μmol/L組。結果顯示300～360 μmol/L組內的尿酸患者骨密度明顯高于其他2組，觀察到AS患者的尿酸與骨密度之間的關系為倒“U”型，保持尿酸水平在300～360 μmol/L范圍內有助于減少AS患者的骨質疏松癥發病率，并進一步減少由骨質疏松導致的骨折及相應的嚴重并發癥。另外， Zhang等[56]研究顯示適當濃度的尿酸(300 μmol/L)可以顯著增加神經元的活性，并減少活性氧的產生。Lin等[40]設立1、2、3、5、6、9、12、15和18 mg/dl梯度的尿酸濃度進行實驗，結果發現0～5 mg/dl尿酸不會誘導內皮細胞損傷，5 mg/dl尿酸可以顯著減少血管內皮損傷，>5 mg/dl的尿酸與氧化低密度脂蛋白對內皮細胞的損傷有協同作用。這與以上研究者的結果存在矛盾，也提示定量確認AS患者與合理尿酸水平之間的關系還需要進一步大樣本的數據分析。

4 展望

AS作為嚴重危害青壯年人群健康的常見慢性炎癥性疾病，其發病機制復雜。根據已有的研究結果顯示，尿酸水平的變化可能作用于Keap1/Nrf2通路調控AS氧化應激。但是目前的研究仍存在一些局限性：①尿酸在AS患者中具體是上調還是抑制Nrf2的表達存在爭議，未達成共識。②臨床研究病例樣本小，研究時段不夠長，覆蓋范圍不夠廣。③目前對于AS患者的尿酸水平定量化研究仍相對較少，嚴格把控尿酸水平在一個定值目前較為困難。故進一步明確血尿酸水平與AS的關系，并探索將血尿酸水平監測運用于AS患者病情與預后評估及治療選擇，尚需要深入研究和探討。