尿酸排泄及其相關轉運蛋白在高尿酸血癥中的研究進展

辛家東 ，周嘉寶 ，吳志遠 ，張栩銘 ，高建東 *

尿酸是人體中重要的親水性強抗氧化劑，對于人體微環境穩態具有重要的調節作用。尿酸作為人體嘌呤代謝的天然產物，約2/3源自內源性因素（通常是DNA和RNA），剩余的1/3由攝入的嘌呤含量豐富的食物所生成［1］。然而由于人體內尿酸鹽氧化酶的進化缺失，無法將尿酸進一步分解代謝成水溶性更高的尿囊素［2］，因此人體血清尿酸水平比其他哺乳動物高5～6倍。這也導致了當尿酸合成過多和/或尿酸分泌出現異常時，容易出現痛風、腎結石和高血壓等疾病。目前臨床上普遍認為女性血清尿酸水平>6.0 mg/dl（357 μmol/L）和男性血清尿酸水平>7.0 mg/dl（416 μmol/L）時患有高尿酸血癥（HUA）［3］。與既往調查結果相比，近年來HUA的患病率明顯上升。美國2015—2016年HUA患者數估計為4 720萬（20%），其中2 790萬人（11.9%）患有嚴重的HUA，男性的患病率（20.2%）是女性（4.2%）的5倍左右［4］。并且許多國家對HUA的管理不甚理想，只有1/3～1/2的患者接受降尿酸治療，這也使HUA成為醫學界研究的熱點［5］。人體長期處于高尿酸的水平會導致尿酸鹽結晶沉積，引發炎癥并引起周圍組織損傷，這也是痛風的病理生理機制之一［6］。除此之外，有研究表明HUA還與腎臟疾病、高血壓、心血管疾病等有密切關系，這些疾病的背后存在著尿酸產生和排泄之間的穩態失調［7］。HUA產生的原因可概括為尿酸生成過多和排泄不足兩大因素，而排泄不足是HUA發生的主要原因。腎臟排泄占尿酸排泄的70%，剩余的30%則由腎外器官排泄［8］。全基因組關聯研究（GWAS）表明，HUA的發病與尿酸轉運蛋白編碼基因的多態性聯系密切，這些轉運蛋白主要分為尿酸重吸收轉運蛋白，如葡萄糖轉運蛋白9（GLUT9）和尿酸轉運蛋白1（URAT1）；尿酸分泌轉運蛋白，如有機陰離子轉運體（OAT）1和OAT3、ATP結合轉運蛋白G2（ABCG2）、鈉依賴性磷酸轉運蛋白1（NPT1）和鈉依賴性磷酸轉運蛋白4（NPT4）及多藥耐藥蛋白4（MRP4）等［9］。本文對尿酸主要排泄器官中尿酸轉運蛋白的表達、分布和作用機制作一綜述，旨在為HUA的臨床治療和未來研究提供指導。

1 腎臟中的尿酸轉運蛋白

作為人體重要的尿酸排泄器官，腎臟中大部分尿酸的轉運發生在近曲小管中，其中被腎小球過濾的尿酸約有90%會被重新吸收到血液中，剩下的10%則會被排出體外［10］。該過程是尿酸重吸收和分泌動態平衡的結果，尿酸重吸收的效率受到尿酸重吸收轉運蛋白的影響，而尿酸分泌的效率也在一定程度上被尿酸重吸收轉運蛋白所調控［11］（腎臟中尿酸轉運蛋白的作用機制詳見圖1）。因此對腎臟中尿酸轉運蛋白的研究也變得尤其重要，這類研究對HUA的病理生理機制探究和臨床治療思路的拓展具有重要意義。

圖1 腎臟中的尿酸轉運蛋白Figure 1 Uric acid transporters in the kidney

1.1 腎臟中的尿酸重吸收轉運蛋白

1.1.1 URAT1 2002年ENOMOTO等［12］首次發現大量URAT1在腎皮質近曲小管上皮細胞管腔膜側表達，并且檢測出URAT1具有在近曲小管內重吸收50%左右尿酸的功能，因此URAT1也被認為是調節尿酸水平的主要轉運蛋白。URAT1由SLC22A12基因編碼，是OAT/SLC22家族成員之一，可通過其-COOH末端盤狀同源區域（PDZ）基序與多價PDZ結構域蛋白PDZK1相互作用以調節尿酸轉運活動。在URAT1的介導下，存在于近曲小管上皮細胞的陰離子能夠與尿酸發生交換，這一過程可通過管腔兩側的電化學濃度梯度差實現。同時也有研究表明URAT1因具有低尿酸親和力及高容量的特性，對人體血清尿酸濃度具有重要調節作用［13-14］。URAT1是HUA發病的關鍵靶點，尿酸吸收在很大程度上受氨基酸水平變化的影響［15］。有研究發現，SLC22A12基因中rs121907896與rs121907892的突變可減少尿酸的重吸收以達到降低血清尿酸水平的目的，最終降低HUA的發病風險［16］。臨床利尿劑如丙磺舒、苯溴馬隆、氯沙坦等可以通過作用于URAT1降低尿酸的重吸收以促進尿酸排泄［17-18］。

1.1.2 GLUT9 有研究表明，在近曲小管的尿酸重吸收過程中GLUT9發揮著不可忽視的作用，甚至可能比URAT1的作用更為明顯［19］。GLUT9是一種葡萄糖轉運蛋白，又被命名為電勢驅動尿酸轉運蛋白1（URATv1）［20］。GLUT9具有兩種不同N端的變體，分別為GLUT9S（短異構體）和GLUT9L（長異構體），兩者之間的區別僅在于N端結構域的前29個殘基，其獨特的N端負責差異定位，GLUT9S定位于腎近曲小管細胞的頂端，而GLUT9L位于該細胞的基底外側膜。GLUT9L主要發揮尿酸排泄的作用，GLUT9S則具有更強的尿酸轉運能力，能夠重新吸收腎近曲小管管腔中的尿酸［21］。GLUT9的基因突變可引起血清尿酸水平的下降，進而導致2型腎性低尿酸血癥［22］。有研究表明SLC2A9基因上36 kb缺損引起231個氨基酸被截斷將影響GLUT9功能的正常發揮，臨床上會出現HUA、高血壓、高脂血癥等表現［23］。

1.1.3 OAT4/10 OAT4和OAT10均位于腎近曲小管細胞的頂膜，可以實現尿酸鹽與OH-離子的交換［24-25］。OAT4由SLC22A11基因編碼，其負責介導尿酸/二羥酸鹽的交換。據報道，OAT4變異的HUA患者表現出腎臟排泄效率低下，突出了OAT4在腎臟尿酸穩態調節中的作用［26］。不過相比于URAT1，其對尿酸的親和力較低［24］。OAT10則由SLC22A13調控，在腎臟中并不以蛋白質的形式表達，而是以mRNA的形式表達，其作為尿酸/單羥酸鹽轉運蛋白的功能僅在體外試驗得到過證實，當前并無研究表明OAT10與HUA存在聯系。類似于OAT4，OAT10也是一種低親和力的尿酸轉運體［27］。

1.2 腎臟中的尿酸分泌轉運蛋白

1.2.1 ABCG2 ABCG2是一種低親和力、高容量的尿酸轉運蛋白［28］，已被證明能夠運輸多種結構底物，最初在胎盤組織中發現其與乳腺癌患者的耐藥相關，因此又被稱為乳腺癌耐藥蛋白（BCRP）［29］。ABCG2在腎臟和腸道中均有表達［30］，GWAS認為ABCG2在血清尿酸的穩態維持中發揮著關鍵作用，受位于染色體4q21-q22痛風易感位點（MIM138900）上的基因調控，在肝、腎和腸中均有表達，具有介導腎內以及腎外尿酸排泄的功能；在一些特殊情況中，若ABCG2功能異常則會發生腎尿酸分泌減少，最終出現腎排泄不足型HUA［31-32］。KOMORI等［33］在體外細胞實驗中發現，在高尿酸環境下發生的氧化應激反應會使蛋白激酶B的磷酸化受到抑制，下調ABCG2的表達，從而造成細胞損傷，這也是HUA病情進展至痛風的機制之一。有研究顯示，ABCG2輕至重度功能障礙患者可占早期痛風發作患者的88.2%，而嚴重ABCG2功能障礙患者痛風早期發作風險顯著升高［34］。ABCG2中有兩種變異體與HUA相關：Q126X和Q141K。Q126X變異體因大部分蛋白質丟失不具有尿酸轉運功能，而Q141K變體雖然具有轉運能力，但與野生型轉運蛋白相比只有50%的活性［35］。有研究發現，亞洲人群攜帶Q141K變體的比例為30%，白人則為11%［36］。相比于Q141K變體，Q126X變體不太普遍，盡管如此，這種變異也與HUA和痛風的風險增加密切相關。

1.2.2 OAT1/3 OATs由SLC22A基因編碼，免疫定位表明OATs在人體中廣泛存在，可在腎臟、肝臟、小腸等多種組織中表達［37］。其中OAT1、OAT3、OAT4和OAT10與尿酸的轉運有關，而OAT1與OAT3主要負責尿酸分泌，且均在腎近曲小管細胞的基底外側膜中高度表達［38］。OAT1最初被稱為新型腎臟轉運蛋白（NKT），由位于染色體11q12.3上的SLC22A6基因所調控，并由12個跨膜結構域組成［39］。OAT1具有維持尿酸穩態的作用，當OAT1表達減少或出現功能障礙時，會明顯增加HUA、痛風及痛風性腎病的患病風險［40］。而OAT1處于高表達時能夠提高尿液中的尿酸濃度，從而降低血清尿酸水平，據此推測OAT1可能具有促進人體內尿酸排泄的功能［41］。SLC22A8基因編碼的OAT3在肝、腎、腦組織中均有表達，尤其是在腎近曲小管基底膜外側高度表達［42］，其與OAT1的基因序列具有高度相似性［43］。不過與OAT1不同的是，OAT3在遠端小管中也有一定表達并發揮著作用［44］。WU等［45］在實驗中發現敲除OAT3小鼠體內的血清尿酸濃度是對照組小鼠的1.4倍，證明了OAT3具有尿酸轉運相關功能。有研究表明，OAT1與OAT3蛋白通過有機離子與雙羧酸的交換參與腎中尿酸的轉運，特別在尿酸的分泌排泄方面表現突出［46］。故以OAT1/OAT3作為藥物研發靶點可增加尿液中尿酸的排泄量，降低血清尿酸濃度，為新藥的開發提供數據支持［47］。

1.2.3 MRP4 MRP4作為ATP結合盒亞家族成員之一的多藥耐藥相關蛋白4，位于染色體13q32上，受ABCC4基因調控，是一個重要的藥物轉運蛋白，可轉運機體內源性代謝物質［48-49］。MRP4也是一種具有多個變構底物結合位點的親脂性陰離子外排泵，依賴正向協同機制發揮ATP依賴性尿酸轉運的功能，作用在腎近曲小管細胞的頂膜，可將尿酸從上皮細胞轉運到腎近曲小管管腔內以排出體外。來自波利尼西亞人群和新西蘭毛利人群的研究表明，MRP4單核苷酸多態性rs4148500的突變與HUA和痛風發生關系密切，可減少男性尿酸的排泄［50］。這種罕見的等位基因編碼P1036L突變在非洲爪蟾卵母細胞中表達時，其尿酸轉運量減少了30%［51］。此外，一項動物實驗發現，雞腎臟和腸道的尿酸排泄能力與ABCG2和MRP4的表達呈正相關，然而在應用磺胺類藥物導致腎功能受損時，其回腸中MRP4和ABCG2的水平均明顯升高，腎中MRP4和BCRP水平輕度升高，由此認為MRP4和ABCG2不僅是腎尿酸排泄的主要調節劑，還可能發揮更大的腎外尿酸排泄作用［52］。MRP4為維持尿酸平衡藥物的開發提供了一個潛在靶點，但需開展更多的動物和臨床研究進行評估。

1.2.4 NPT1/4 NPTs作為SLC17蛋白家族成員，作為磷酸鹽載體介導有機陰離子的轉運，既往一項GWAS分析鑒定出腎臟中與血清尿酸濃度相關的兩個SLC17家族成員，分別命名為NPT1（SLC17A1）和NPT4（SLC17A3）。NPT1作為首個被發現的SLC17蛋白家族成員，由位于染色體6p22.2的SLC17A1基因所編碼。NPT1蛋白主要在腎近曲小管頂端膜處表達，能夠對尿酸進行電壓敏感運輸。SLC17A1/NPT1的單核苷酸多態性（SNP）與血清尿酸水平關系密切［53］。在針對日本HUA和痛風患者的一項研究中可知，與野生型NPT1相比，NPT1的1269T突變體尿酸轉運能力更強，NPT1作為腎臟排泄尿酸的重要轉運蛋白，其中1269T突變體能夠明顯減少痛風發生的風險［54］。另有研究發現NPT1的突變（rs3799352）能夠發揮抗痛風的作用，降低痛風的發病風險［49］。NPT4則由位于染色體上6p21.3的SLC17A3基因編碼，在肝臟、腎臟、腦組織均有表達。與NPT1免疫學定位相似的是，NPT4在腎近曲小管上皮細胞頂膜處呈現高表達狀態，兩者通過共同參與上皮細胞分泌尿酸至腎近曲小管管腔這一過程，降低血清尿酸的濃度［55］。除此之外，NPT4作為一種電壓驅動的尿酸流出轉運體，當細胞外鉀離子水平增加時，NPT4的轉運能力也相應提高，但這一過程會被袢利尿劑以劑量依賴的形式抑制，進而出現HUA［56-57］。由此認為臨床患者服用袢利尿劑引發的繼發性痛風可能與NPT4蛋白受到抑制有關。因此，患者在使用利尿劑治療HUA或原發性痛風時需權衡利弊，慎重選擇藥物。

2 腸道中的尿酸轉運蛋白

有數據表明，普通人每天大概有65%的尿酸通過腎臟排出，剩下的則主要通過腸道排泄。腸道是人體所有攝入化合物的主要吸收部位，大量富含嘌呤的食物在腸道中被黃嘌呤氧化酶代謝成尿酸，因此腸道同樣是重要的尿酸產生部位［58］（腸道中尿酸轉運蛋白的作用機制詳見圖2）。尿酸在腸道中的排泄也成為一個值得關注的點，并且有研究發現部分痛風患者的腎臟僅排出40%左右的尿酸，這也表明對于腎功能衰竭的患者，腎外排泄的相對作用可能會更大一些。與腎臟相似，尿酸轉運蛋白可能參與了腸道的尿酸排泄，此外腸道菌群也參與到了腸道尿酸的排泄過程［59］，如人體腸道中的格氏乳桿菌可以直接利用食物中的嘌呤進而減少被腸道分解的嘌呤總量［60］，乳酸桿菌也具有減少腸道尿酸的作用［61］。

圖2 腸道中的尿酸轉運蛋白Figure 2 Uric acid transporters in the intestine

腸道中的尿酸處理過程比腎臟復雜，腸道是外源性尿酸生成的場所，同時腸道內的微生物群落對尿酸具有一定的降解能力，此外腸道內還會發生尿酸的重吸收和分泌過程。腸道內尿酸轉運蛋白的研究可能給HUA的潛在治療靶點提供數據支持，從而更好地管理HUA及其并發癥患者，尤其是腎臟尿酸排泄能力不足的HUA患者。

2.1 GLUT9 除了在腎臟中的高度表達之外，GLUT9在腸道中也有所表達，其主要分布于小鼠腸細胞的基底外側膜中，具有轉運小鼠腸道尿酸的作用，能夠介導腸細胞向腸腔中分泌尿酸。有試驗顯示，GLUT9特異性缺失會導致小鼠血清尿酸水平顯著升高，表現出早發性HUA代謝綜合征［62-63］。不過，GLUT9在腸道中的作用機制并不清晰。目前的相關研究較少，這也與腸道內的復雜環境有關，所以還需要進一步研究來探究其與HUA之間的具體作用機制［64］，為將腸道作為靶器官的藥物提供重要的理論依據［65］。

2.2 ABCG2 ABCG2位于腸上皮細胞的頂膜中，可以排出約30%的尿酸，是腸道中負責尿酸排泄的主要轉運蛋白，因此ABCG2活性降低會導致腸道中的尿酸排泄減少，導致更為嚴重的HUA［66］。此外，PDZK1在調節ABCG2中起到了重要作用，PDZK1敲除可以顯著抑制ABCG2的表達及其轉運活性，這也表明了PDZK1和ABCG2可以相互作用以提高腸道中尿酸轉運效率［67］。據報道，腎尿酸排泄嚴重減少的終末期腎病患者高度依賴ABCG2介導的腸道尿酸分泌［68］。缺失ABCG2的小鼠顯示腸道尿酸的排泄能力顯著降低，同時血清尿酸水平升高［69］。YANO等［70］發現ABCG2的表達在5/6腎切除小鼠的回腸中明顯增加，盡管尿酸排泄減少，但血清尿酸水平并未升高，提示腸道可能發揮了腎外替代功能。GWAS認為，慢性腎臟病造成腎臟尿酸排泄功能障礙時，ABCG2介導的腸道尿酸轉運可以在一定程度上彌補其代謝不足引發的后果［71］。ABCG2輕至中度功能障礙患者占早發痛風患者的88.2%，ABCG2功能嚴重障礙會進一步加劇早發性痛風的發病風險［72］。上述結果提示，ABCG2功能障礙造成的腸道尿酸排泄減少可能是HUA發生的常見機制，并可能成為其治療靶點之一。

2.3 NPT5 NPT5由位于染色體6p21.3-p22區域的SLC17A4基因編碼，屬于SLC17（NPT）家族成員之一，其存在于小腸細胞的頂端膜中，是SLC17家族中唯一在小腸中表達的成員，具有運輸多種有機陰離子的能力。此外NPT5的氨基酸序列和NPT1具有48%的相似度，而NPT1負責腎臟尿酸的排泄，這也意味著NPT5可能參與了腸道尿酸的轉運［73-74］。DONG等［49］在研究中發現，NPT5與血清尿酸水平有著密切關系，并與HUA向痛風的進展過程密切相關。

3 總結

在全球HUA患者數量持續增長的背景之下，對尿酸轉運機制的研究愈發深入，那么未來可提供給HUA患者的治療方案必然會更加完備，所使用的藥物也能在更高效維持人體尿酸穩態的同時具有更小的副作用。然而當前對人體內尿酸轉運蛋白的研究還有許多不足之處，如本文中所闡述的內容，部分尿酸轉運蛋白在腎臟和腸道中均有表達，但是這些尿酸轉運蛋白在這兩種不同器官中的轉運機制是否相似尚不可知。不同于腎臟只對尿酸進行排泄，腸道還參與了外源性尿酸的生成過程，此外腸道內空間廣闊，細菌的種類復雜而多樣，腸道中的尿酸轉運機制似乎比腎臟更加復雜。肝臟作為人體內源性尿酸產生的主要場所，也是一個重要的關注點，由于目前相關研究較少因此并沒有在文中用單獨章節進行介紹。因此尿酸轉運蛋白機制的研究對于人類來說還有諸多挑戰，只有不斷地去探索、更深層次揭露尿酸轉運的確切機制，才能為HUA和痛風患者的治療提供更有效而廣泛的治療方案。

作者貢獻：辛家東提出研究選題方向及撰寫論文初稿；周嘉寶負責相關內容的文獻收集和整理；吳志遠負責論文的修訂；張栩銘負責文章的質量控制及審校；高建東對文章整體負責；所有作者確認了論文的最終稿。

本文無利益沖突。