人肾脏尿酸转运机制及影响因素的研究进展

作者：陈伟，唐德 陈 伟(1981-),男,在读研究生，住院医师。    作者单位：广东医学院附属医院肾病研究所， 广东湛江524001

【摘要】  尿酸是体内嘌呤的代谢产物，主要以原形经肾小球滤过，肾小管重吸收和再分泌，后通过尿液排出体外，极少部分可由肠系膜细胞分泌入肠腔中。本文综述了近年人肾脏尿酸的转运机制、转运体的机制及其影响因素的研究进展。

【关键词】  尿酸；转运；综述文献

尿酸是体内嘌呤的代谢产物。由于人体内缺乏降解尿酸的尿酸酶，尿酸主要以原形经肾小球滤过，肾小管重吸收和再分泌，后通过尿液排出体外，极少部分可由肠系膜细胞分泌入肠腔中［1］。尿酸在肾脏的转运直接调控着血浆尿酸水平的高低。近曲肾小管是尿酸重吸收和分泌的主要场所，其上皮细胞刷状缘和基侧膜上多个阴离子转运体共同参与了尿酸的转运过程。本文就人肾脏尿酸的转运机制、转运体的机制及其影响因素的研究进展作一综述。

    1  人肾脏尿酸的转运机制

    1.1  转运过程

    尿酸在肾脏的转运过程具有双向性，即既有从小管腔到小管上皮细胞的重吸收，又有从小管上皮细胞到小管腔的分泌。在此基础上建立了尿酸肾脏转运的“四步理论”（4component theory），包括肾小球滤过、肾小管重吸收、肾小管再分泌及分泌后再吸收。尿酸的分子量约168kDa，肾功能正常时，可全部经肾小球滤过至小管腔。
   
　　近曲肾小管S1段是重吸收的场所，98%～滤过的尿酸在此处通过小管上皮细胞刷状缘膜上的尿酸转运体1（urate transporter 1,简称URAT1）进入上皮细胞。URAT1是一种尿酸-阴离子交换体［1］，重吸收尿酸的同时可将上皮细胞内的有机阴离子排入小管腔内。有机阴离子在上皮细胞内蓄积产生的细胞与小管腔之间的浓度梯度和电化学梯度可能是URAT1的动力来源。而有机阴离子可经多种转运途径进入小管上皮细胞内，包括刷状缘膜上Na+-有机阴离子同向转运体对小管腔中阴离子的重吸收，和基侧膜上有机阴离子转运体（organic anion transporters，简称OATs）家族中的OAT1、OAT3对间质有机阴离子的转运。近研究［2］发现，肾小管上皮细胞刷状缘膜上的阴离子转运体OAT4，也可以重吸收小管腔中的尿酸，但与尿酸的亲和力明显比URAT1弱。进入上皮细胞的尿酸再经肾小管基侧膜被重吸收入小管周围毛细血管，机制及参与的转运体尚未十分明了。上皮细胞基侧膜上可能存在一种尿酸－Cl交换体，尿酸通过该转运体排入间质，Cl从间质进入细胞；也有观点［1，3］认为，尿酸可能通过基侧膜上OAT1、OAT3排入间质；近，Anzai等［3］发现小管上皮细胞基侧膜上存在一种电压性的尿酸转运体URATv1，负责将重吸收进上皮细胞内的尿酸转运至肾间质。

    近曲肾小管S2段是尿酸再分泌的场所，分泌的量约为小球滤过量的50%。尿酸自身就是一个内缘性小分子阴离子，肾间质中的尿酸首先经过小管上皮细胞基侧膜上阴离子转运体OAT1、OAT3进入细胞内。OAT1、OAT3是一种有机阴离子-氧戊二酸交换体［1］，尿酸通过OAT1、OAT3进入上皮细胞的同时，胞内氧戊二酸被排入间质。上皮细胞与间质之间氧戊二酸的浓度梯度可能是OAT1、OAT3的动力来源。而胞内的氧戊二酸来源于基侧膜上Na+—氧戊二酸同向转运体对间质中氧戊二酸的吸收，进入上皮细胞的尿酸再经过刷状缘膜上另一种阴离子转运体MRP4，排入小管腔内。MRP4是一种ATP依赖性转运蛋白［4］，通过消耗ATP，直接将尿酸排入小管腔中。近年来的研究［56］发现，肾小管上皮细胞刷状缘膜上还存在另外一种分泌尿酸的转运体hUAT。

    尿酸分泌后的再吸收可能发生在近曲小管的S3段，再吸收的量约为小球滤过量的40%，而且与步重吸收类似，URAT1可能为关键的重吸收转运体。也有观点［4］认为，细胞旁路反漏是出现分泌后重吸收的原因。

    排出体外的尿酸占其肾小球滤过量的比例称之分级排泄率(fractional excretion rate，FE)，人FEurate为8%～12%。不同动物尿酸在肾脏的转运过程及参与的转运体可能不同。兔和猪的FEurate可达～300%；其肾小管上皮细胞缺乏重吸收尿酸的URAT1，并且肾小管内尿酸的分泌主要通过小管上皮细胞刷状缘膜上独有的电压性转运蛋白OATv1来完成的。而在鼠肾小管上皮细胞刷状缘膜上，尿酸通过一种尿酸分泌蛋白UAT （又称galectin 9半乳凝素9）进行排泄。
   
　　1.2 人肾脏尿酸转运体

    URAT1是由有机阴离子编码家族SLC22A的SLC22A12基因编码的一种膜转运蛋白［67］。它由555个氨基酸残基组成，可能存在有12个跨膜区，其中第1、2、6、7区为亲水基团，两侧的NH2、COOH端均位于胞浆内。URAT1只能特异表达在肾脏近曲小管上皮细胞的刷状缘侧，尚未在其他地方发现有URAT1的表达。下调URAT1表达可以导致尿酸排泄增多和原发性肾性低尿酸血症患者存在表达URAT1基因的突变［8］，这表明URAT1的功能与尿酸重吸收有关。爪蟾卵实验［3］表明：虽然URAT1属于阴离子转运体，但与其它阴离子转运体可以结合多种阴离子所不同的是，URAT1只能结合尿酸，以及与尿酸结构相类似的、具有芳香族碳链同时包含嘧啶环和咪唑基团的阴离子，如吡嗪酰胺、烟酸等。URAT1的动力可能来自小管上皮细胞与小管腔之间阴离子的电荷与浓度梯度，而这种梯度的建立，主要依靠基侧膜上OAT1和OAT3对肾间质阴离子的吸收，小部分来源于上皮细胞对小管腔内阴离子的重吸收，其中包括刷状缘膜上Na+阴离子同向转运体的转运。这说明虽然Na+转运的异常也可以影响URAT1的功能，但URAT1仍是一种非Na+依赖性转运蛋白。关于URAT1的胞内信号传导过程，目前尚未阐明。Anzai［7，9-10］等研究发现，在URAT1分子的COOH端存在一个PDZ结构域(又称PSD95，DglA，或 ZO-1)，它是由3个氨基酸残基（丝氨酸或苏氨酸任意氨基酸疏水氨基酸）组成的结构。上皮细胞内的PDZ蛋白PDZK1和NHEFR1（Na+-H交换调节因子）可结合在此结构域上。PDZK1和NHEFR1之间可相互影响，并可能与胞内多种信号转导途径相关联形成信号传导网络（又称支架蛋白scaffolding protein）。

　　OATs也是由有机阴离子编码家族SLC22A编码的一类膜转运蛋白［1］。OATs可以表达在体内多种组织器官的细胞膜上，尤以肝、肾、小肠等排泄器官为主。近曲肾小管S2段上皮细胞的基侧膜上表达OAT1（由SLC22A6基因编码）、OAT3（由SLC22A8基因编码），而OAT4（由SLC22A11基因编码）则在小管上皮细胞的刷状缘膜上有表达［2］。OATs功能主要是转运体内内源性及外源性有机阴离子，尿酸作为一种内缘性有机阴离子在肾小管主要是通过OAT1和OAT3转运的。OAT1和OAT3在结构和功能上相似，均为阴离子-氧戊二酸交换体，能够转运多种阴离子，且两者转运的底物存在交叉重叠。但在与底物亲和力上，OAT3似乎高于OAT1。肾间质中的尿酸通过上皮细胞基侧膜上OAT1和OAT3，逆电化学梯度进入肾小管上皮细胞，同时胞内的氧戊二酸被排入肾间质。转运动力可能来自胞内与间质氧戊二酸的浓度梯度，而胞内的氧戊二酸主要来自上皮细胞基侧膜上Na+－氧戊二酸同向转运体（NaDCs）对间质氧戊二酸的摄取。笔者认为，间质中的氧戊二酸水平对OAT1和OAT3活性的调节，可能发挥了重要作用。OAT4之前一直被认为是阴离子氧戊二酸交换体，不能转运尿酸。新近Hagos等［2］却提出，OAT4也可能对尿酸有较弱的亲和力，通过尿酸与OH-交换，将小管腔中的尿酸重吸收入上皮细胞内。

    多药耐药蛋白4（multidrug resistance proteins，简称MRP4）是由ATP结合盒（ATP binding cassette，简称ABC）家族ABCC4基因编码的一种膜转运蛋白［4］。MRP4具有ABC的典型结构，即包含2个跨膜区，每一个跨膜区又由6个跨膜单环构成，两个跨膜区之间及跨膜区与COOH端之间分别存在一个ATP结合序列，两侧的NH2、COOH端均位于胞浆内。卵巢、睾丸、肺、小肠等多个组织器官的细胞膜上均有MRP4的表达。在肾脏近曲小管，MRP4表达在小管上皮细胞刷状缘膜上。MRPs在体内的功能也是转运体内内源性及外源性有机阴离子。但与OATs不同的是，MRPs存在ATP结合位点，可以消耗ATP为转运供能。van Aubel等［4］认为，肾小管上皮细胞内的尿酸，通过刷状缘侧膜上MRP4分泌入小管腔。除尿酸之外，胞内PAH、MTX、环腺苷酸等也通过MRP4分泌入小管腔。MRP4分子的COOH端也存在PDZ结构域［9］，提示胞内信号转导途径可能与URAT1相似。

    UAT是先在鼠肾小管上皮细胞刷状缘膜上发现的一种分泌尿酸的转运蛋白。目前，人肾小管上皮细胞刷状缘膜上的hUAT也被克隆出来［1］。hUAT与半乳糖凝集素家族具有高度同源性，其结构可能有2个跨膜区，氨基端和羧基端都位于细胞内，是一个生电性的高选择性的尿酸流出通道，可以将上皮细胞内的尿酸分泌入小管腔。

    Anzai等［3］新近发现的URATv1是存在于肾小管上皮细胞基侧膜上的一种尿酸转运蛋白。URATv1由SLC2A9基因编码，其功能是将上皮细胞内的尿酸分泌至肾间质中。转运过程可能受电压梯度控制，且具有饱和性。其生理特性及转运机制尚在进一步研究中。

    2  人肾脏尿酸转运调节的影响

    尿酸在肾脏的转运主要依靠肾小管上皮细胞刷状缘侧和基底侧膜上各种转运体，因此转运体的功能异常直接影响尿酸在肾脏的转运。目前对各种转运体的生理特性、跨膜结构、胞内信号转导及转运过程，有以下几种影响机制。

    2.1  基因突变的影响

    目前，已经从原发性肾性低尿酸血症患者身上发现了10处SLC22A12基因的突变［8，11］，其类型包括有错义突变、无义突变、点突变等。其中常见的是处于4号外显子区的第774位核苷酸G突变为A，使原本翻译第258位色胺酸的TGG变成了终止密码TGA，而提前终止了UART1的翻译（简称W258X突变）。通过爪蟾卵实验［11］证实，这种W258X突变形成的蛋白，不但氨基酸序列比正常的URAT1短，而且不能结合在细胞膜上，不具备阴离子转运功能。另一处常见突变是处于2号外显子区的第269位核苷酸G突变为A，使第90位翻译的精氨酸变成组氨酸（R90H）。由于SLC22A12基因突变，导致URAT1失去转运尿酸的功能，尿酸不能在肾小管被转运重吸收而大量排出体外，造成体内低尿酸血症（＜20 mg/L）。临床上这类患者主要表现为剧烈运动后，尿酸大量排泄阻塞肾小管，形成急性肾损伤或肾衰竭［8］。其FEurate可达95%±10%。是否同时伴随明显尿路结石，则尚未有报道。抑制尿酸排泄的药物，如吡嗪酰胺、乳酸盐等，对这类患者无明显作用效果。这种由SLC22A12基因突变导致的原发性肾性低尿酸血症多见于日本、韩国及非中欧犹太人群［1，8］，提示突变可能与种族性、地域性或遗传性有关，我国亦有相关研究报道。部分SLC22A12基因未突变的原发性肾性低尿酸血症，被认为与SLC2A9基因或编码OAT4基因的突变有关［23］。由于OAT1和OAT3转运底物之间存在相互重叠导致了研究其基因突变对功能影响存在困难；有研究［6,12］发现，OAT1分子上第30位上亮氨酸和第36位上的苏氨酸与其转运活性有关；而OAT1和OAT3分子第1、2跨膜区间的糖基化位点，可能与其膜结合和底物识别有关。Bataille等［13］报道通过敲除鸟类编码MRP4的基因，可以减少35%的鸟尿中尿酸的排泄量。

　　2.2  信号转导途径的影响

    UART1和MRP4可能通过其COOH端PDZ结构域与胞内信号网络的支架蛋白PDZK1和NHEFR1相结合，共表达PDZK1和UART1可以明显增强URAT1的转运活性。但通过基因突变改变PDZ结构域后，这种效应消失［9］。在OATs分子第6、7跨膜区之间的胞内区段存在PKC、PKA磷酸化位点，PKC、PKA、酪氨酸激酶等激活［14］，可以明显降低OAT1和OAT3的转运活性，但不影响其与底物的亲和力，显示其作用主要是影响了胞内信号的转导。

    2.3  底物的影响

    临床上尿酸排泄剂丙磺舒、磺吡酮、苯溴马隆、NSAIDs等主要通过与URAT1结合干扰尿酸的重吸收而发挥排泄尿酸功能。血管紧张素Ⅱ受体阻滞剂氯沙坦也可与URAT1结合增加尿酸排泄和降低血尿酸水平。而具有抗尿酸排泄作用的药物，包括吡嗪酰胺、烟酸、内酰氨类抗生素等，主要是通过提高胞内与小管腔之间的有机阴离子浓度和电位梯度来增强URAT1重吸收尿酸的功能。酒精可以在体内代谢为乳酸，后者既增加了肾小管上皮细胞内的有机阴离子梯度，促进了尿酸的重吸收，还可以与尿酸竞争OAT1和OAT3，抑制了尿酸的分泌，产生高尿酸血症。OAT1、OAT3和MRP4作为肾脏分泌有机阴离子的转运蛋白，其底物广泛，包括内源性的PAH、环核苷酸、尿酸、尿毒症毒素等，和外源性的利尿剂、ACEI、内酰氨类抗生素等。通过增加体内这些有机阴离子的水平，可导致竞争性尿酸分泌下降，同时，上皮细胞内高有机阴离子浓度，还可以增强URAT1对尿酸的重吸收，后出现血尿酸水平升高。尿毒症患者的肾小管上皮细胞膜上OAT1和OAT3的表达增加，而胞内大量尿毒症分子蓄积，这也可能是导致尿毒症患者出现高尿酸血症的一个重要原因［11］。

    2.4  性别、年龄、肥胖因素的影响

    临床高尿酸血症患病率壮老年男性明显高于同年龄段女性，青春期到绝经期前的妇女血中尿酸的浓度要比男性低。Li等［15］发现睾酮可以增强翻译人URAT1启动子的活性；付正菊等［5］ 指出雌二醇可以上调hUAT mRNA及蛋白的表达。以上结果暗示，雄性不论在尿酸重吸收，还是尿酸分泌的环节均明显高于雌性。但有关性别影响尿酸肾转运的过程及机制还尚未阐明。此外，高尿酸血症主要发生在中老年患者，儿童罕见。尿酸在肾脏的重吸收和分泌是否和年龄相关，也尚未阐明。肥胖多被认为是尿酸生成过多的原因之一，李成乾等［12］发现，富含甘油三酯的脂蛋白VLDL能够下调HK2细胞hOAT1的表达，也可导致尿酸分泌下降。这也可能是肥胖型高尿酸血症患者尿酸分级排泄率却不高的原因。

　　2.5  小管液pH值、流速及尿酸浓度对尿酸转运的影响

    尿酸在pH值＜5时，溶解度低；pH值＞6.5时，溶解度相对较高。但碱化尿液并不能使尿酸重吸收增加。尿酸盐在肾小管内沉积，可以阻塞小管，严重时可致急性肾衰竭。通过增加饮水，可以提高小管液的流速以及降低小管液内的尿酸浓度，减少尿酸盐结晶沉积。尿酸盐亦可以沉积在肾间质，可引起单核细胞浸润，导致慢性肾间质纤维化。其原因可能为间质中的尿酸不能迅速进入小管周围毛细血管，或不能及时被分泌入小管腔，在间质产生较高浓度所致。

    2.6  物种进化的影响
   
　　据报道［16］，低等动物如鸟、兔等，其体内代谢尿酸的能力很强，它们不仅可以通过一种尿酸酶直接在体内降解尿酸，而且在肾小管近曲重吸收尿酸的功能也很差，导致血浆尿酸水平很低。而相对高等的灵长类动物，比如人、大猩猩，其体内不存在尿酸酶，尿酸不能被降解，而且近曲肾小管有着强大的重吸收尿酸功能，导致血浆尿酸水平很高。从进化学角度来看，提高体内尿酸浓度代表了物种进化上的进步。

    3  小结

    随着对肾小管内尿酸转运研究的深入，更多的肾小管尿酸转运体和转运途径被发现。目前，研究的方向已经逐渐从对尿酸转运体结构和功能的研究转为对其调控基因的研究。确定调节尿酸转运的基因，以及如何通过调节该基因以达到调节尿酸的转运，是研究的重点。尿酸在肾小管的转运可直接关系到血尿酸浓度，对其深入研究，可为临床上痛风、高尿酸血症、遗传性低尿酸血症等疾病的治疗提供新的思路。

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