尿酸肾损伤的分子机制研究进展

邹筱芳，巫冠中

(中国药科大学药理教研室，江苏南京 210009)

尿酸(Uric acid，UA)，微溶于水的晶体结构的阴离子有机酸，是嘌呤类物质在人体内经黄嘌呤氧化酶(Xanthine oxidase，XOD)作用代谢的终产物。正常人体内约70%的尿酸通过肾脏排出，余下30%经胆道和肠道排泄［1］。健康的人体内尿酸的生成与排泄是动态平衡的，一旦这种平衡被打破，使尿酸的生成增加或排泄减少，造成尿酸在体内的蓄积，就会导致高尿酸血症。通常以空腹血尿酸水平＞420 mmol·L-1(男性)或 ＞ 360 mmol·L-1(女性)作为高尿酸血症的标准，这个区别主要是与女性雌激素的促尿酸排泄作用相关。高尿酸血症常伴发其他代谢疾病，是代谢综合征、高血压、心血管疾病、肾损伤等疾病的危险因子，尿酸在其中的确切作用机制还不是很清楚;其中尿酸盐易沉积于肾间质，导致肾损伤。Helal等［2］研究发现常染色体显性多囊肾病患者体内升高的血尿酸浓度与高血压的早期发展和肾脏体积增大相关，高尿酸促进终末期肾脏疾病的发展。高尿酸易致肾脏血液动力学、组织学和功能学改变，引起肾小管间质炎症、肾结石、肾纤维化、多囊肾、慢性肾病等严重后果。早期研究认为高尿酸对肾脏功能的影响是与尿酸盐结晶的直接损伤、尿路结石、痛风性肾炎等机制相关。目前已逐步认识到高尿酸通过多种分子机制加重肾脏损伤，包括激活氧化应激;激活RAAS系统及MAPKs通路;诱导TGF/smad信号通路的炎症反应;激活核转录因子(Nuclear transcription factor kappa B，NF-κB)信号通路;激活酪氨酸激酶(Tyrosine kinase，SyK)和炎性小体/Toll样受体(NOD-like receptor family，pyrin domain containing 3/Toll-like receptors，NLRP3/TLRs)信号通路;诱导肾小管上皮细胞间充质转化(Epithelial-mesenchymal transition，EMT)等。由于尿酸与肾损伤发病机制有关的通路十分复杂且相互交叉，为了更好的将这些通路应用于临床和新药研发中，很有必要对其进行系统性的总结，现将近年来研究中涉及的可能机制总结如下。

1 氧化应激

研究表明尿酸在内皮功能障碍和血管重构中起到重要作用［3-4］。Gersch 等［5］研究发现，尿酸在氧化应激状态下与过氧亚硝基反应产生活性中间体，尿酸能烷基化包含羟基基团和不稳定氢的生物分子;尿酸与过氧亚硝基反应产生活性中间体(包括潜在的烷基化产物)，这些活性中间体可能促进尿酸引发机体损伤。尿酸氧化脂质并通过降低一氧化氮(Nitric oxide，NO)在内皮细胞的有效活性来发挥促氧化作用［6］。尿酸激活醛糖还原酶途径，增加血管内皮细胞NADPH氧化酶的亚单位NOX-4的表达，增加活性氧(Reactive Oxygen Species，ROS)生成，氧化应激增加，促进脂质过氧化和低密度脂蛋白氧化，氧化型低密度脂蛋白可以促进泡沫细胞的形成，同时损伤内皮细胞［7］;尿酸增加肾脏血管内皮细胞内皮素-1(Endothelin 1，ET-1)生成，减少肾致密斑中的一氧化氮合酶(Nitric oxide synthase，NOS)的合成、抑制一氧化氮(NO)分泌、灭活NO活性、使NO2-/NO3-比例下降，引起血管硬化和阻力升高，血管舒张障碍，损伤内皮功能，从而导致肾损伤［8］;高尿酸减少内皮细胞的线粒体量和线粒体内三磷酸腺苷(Adenosine triphosphate，ATP)量、降低乌头酸酶-2(Aconitase 2，ACO-2)活性和烯酰辅酶A水合酶-1(Enoyl Coenzyme A Hydratase-1，ECH-1)的表达，损害线粒体功能［9］;高尿酸导致内皮细胞线粒体内(Ca2)超负荷并升高线粒体内超氧阴离子自由基(O-2)，并通过miR-155下调内皮型一氧化氮合酶(eNOS)的表达，尿酸通过线粒体介导的氧化应激信号通路直接参与细胞功能障碍和细胞凋亡过程，引起内皮功能障碍，加重肾损害［10-11］。

2 肾素—血管紧张素—醛固酮系统(RAAS)

RAAS系统是血压、组织灌注和细胞外容积的动态平衡的重要体液调节系统［12］。RAAS在调节全身和局部的血液动力学方面起重要作用，RAAS同样影响肾脏组织细胞浸润和炎症，RAAS异常会导致肾脏组织损伤。尿酸通过促进ROS的大量产生、调节肾小管骨调素和肾小球旁肾素的表达、增加血管紧张素转换酶(Angiotensin converting enzyme，ACE)、增加血管紧张素Ⅱ(Angiotensin-Ⅱ，Ang-Ⅱ)的mRNA和蛋白表达、上调Ang-Ⅱ受体的水平，Ang-Ⅱ可致巨噬细胞浸润和胶原沉积，促进内皮细胞的衰老和凋亡，Ang-Ⅱ可促进系膜基质扩张和细胞增殖，同时上调Rho-A，激活Rho/Rho激酶通路，加重肾病发生和发展，这种肾损伤能被RAAS抑制剂缓解［13］。尿酸激活RAAS导致血管收缩和血管平滑肌细胞增殖导致肾小动脉病，而RAAS反之也能增加尿酸水平［14］。实验研究表明，血尿酸水平与NO降低、血压增高和肾脏的损伤程度有线性相关。

3 MAPKs级联的信号转导系统

3.1 p38丝裂原活化蛋白激酶(p38MAPK)信号通路 p38MAPK是控制炎症反应最主要的MAPK家族成员之一，参与应激条件下的免疫调节、细胞凋亡、细胞转分化及炎性反应过程［15］。研究表明，p38的活性对正常的免疫和炎症反应至关重要，p38MAPK参与了多种肾病的发生和发展，如肾小球硬化、肾间质纤维化、慢性肾病中纤维化发生和发展过程。有研究发现，尿酸通过激活蛋白激酶C/丝裂原激活蛋白激酶/胞浆型磷脂酶A2(PKC/MAPK/cPLA2)通路，刺激血管平滑肌增生，损伤内皮功能［16］，尿酸首先通过血管平滑肌细胞上的阴离子通道进入细胞，尿酸激活血管平滑肌细胞的激活蛋白-1(Activated Protein 1，AP-1)和 PKC，激活 MAPK的信号分子p38和细胞外调节蛋白激酶(Extracellular regulated protein kinases1/2，ERK1/2)，激活磷脂酶A2(Phosphplipase A2，PLA2)，增加环氧酶-2(Cyclo oxygenase 2，COX-2)的 mRNA的表达，一方面COX-2刺激血管平滑肌细胞表达单核细胞趋化因子-1(Monocyte chemotactic protein 1，MCP-1)的 mRNA和促进MCP-1蛋白分泌;另一方面COX-2增加血栓素(TXA)表达，并上调血小板源性生长因子(Platelet-derived growth factor，PDGF)的A 和C 链以及PDGF-受体mRNA，减少血管内皮生长因子(Vascular endothelial growth factor，VEGF)来促进血管平滑肌细胞的增殖［16］。PLA2表达于有核细胞，是一个脂溶性水解酶超家族，可以水解膜磷脂，产生的长链脂肪酸如花生四烯酸(Arachidonic acid，AA)能被COX-2进一步氧化生成前列腺素E(Prostaglandin E，PGE)和白三烯(Leukotriene，LTs)等强效炎症介质参与炎症反应［18］。而MCP-1和PDGF可直接诱导或加速肾脏损害的发展［19］。上述机制是导致肾血管硬化、肾功能恶化的原因。

3.2 细胞外信号调节激酶1/2(ERK1/2)ERK是MAPK家族的一个亚族，可被与肾纤维化密切相关的多种细胞因子激活。主要介导细胞生长、增殖、分化的信号转导，可被多种细胞因子激活，而这些细胞因子都与肾纤维化的发生和发展密切相关［20］。尿酸刺激肾小球系膜细胞，激活NADPH氧化酶，产生大量的ROS，促进ERK1/2磷酸化，使脯氨酸相邻的丝氨酸/苏氨酸磷酸化，激活MAPK的信号分子p38和ERK1/2诱导内皮细胞和血管平滑肌细胞的 C-反应蛋白(C reaction protein，CRP)的mRNA及蛋白质分泌增加，且CRP能减少NO合成并促进黏附分子和细胞因子的表达，促进细胞的增殖和迁移［21］;CRP是促炎效应的急性期蛋白，上调血管黏附分子-1(Vascular cell adhesion molecule 1，VCAM-1)和细胞间黏附分子-1(Intercellular cell adhesion molecule 1，ICAM-1)、MCP-1，也降低 eNOS 的mRNA和蛋白表达，增加纤维蛋白的形成，加重内皮损伤。尿酸通过激活NADPH/ROS/ERK1/2信号通路促进系膜细胞增殖，造成肾小球损伤［22］。

4 TGF/smad信号通路(TGFs)

研究发现给糖尿病小鼠灌胃别嘌呤醇后能减弱由转化生长因子-β1诱导的肾脏小管间质性纤维化，表明降低尿酸可能是阻止糖尿病肾病的有效途径［23］。TGFs是一类能调节细胞增殖、分化、黏附、迁移、凋亡等生理功能的分泌信号蛋白，同时还能调节细胞外基质(Extracellular，ECM)的分泌和发育分化。研究表明，尿酸刺激肾脏肿瘤坏死因子(Tumor necrosis factor-α，TNF-α)、TGF-β、血红素加氧酶-1(Heme oxygenase 1，HO-1)增加，TGF-β 信号直接从细胞膜转导进入细胞核内，激活下游信号分子smad2/3磷酸化，使其与介导分子smad4相互作用形成异源三聚体，转移至细胞核内并激活靶基因的表达，调节肌成纤维细胞表型的转录，刺激成纤维细胞增殖并活化为肌成纤维细胞，导致肾纤维化［24］;TGF-β诱导炎性细胞黏附，刺激肾小管上皮细胞和系膜细胞过度合成ECM的主要成分透明质酸、层黏连蛋白和胶原，而且 TGF-β促进能抑制ECM降解的金属蛋白酶组织抑制物-1(Tissue inhibitor of metalloproteinase 1，TIMP-1)和纤溶酶原激活物抑制因子-1(Plasminogen activator inhibitor 1，PAI-1)基因的表达，从而通过促进ECM的分泌和减少ECM的降解两方面的作用，使ECM过度积聚导致肾小球硬化［25］;TGF-β 也介导 AngⅡ、PDGF、结缔组织生长因子(Connective tissue growth factor，CTGF)等的致纤维化作用［26］，导致肾损伤;TGF-β 损伤肾足细胞，破坏肾小球滤过屏障的完整性，导致或者加重蛋白尿，导致肾病的发生和发展。TGF-β参与了肾脏疾病的病理生理调控过程，是肾脏炎症和肾纤维化发生、发展过程中的必需因子。因此，针对TGF-β靶点的通路也许能为肾损伤的预防和治疗提供新的方法。

5 NF-κB 信号通路

肾炎的发生或致病过程均与NF-κB过度或持续激活密切相关。高尿酸会黏附在肾脏细胞诱导急性炎症［27］，尿酸能激活 NF-κB信号通路引起一系列的酶促反应，活化的NF-κB亚单位易位进入细胞核，上调肾小管上皮细胞和血管平滑肌细胞的赖氨酰氧化酶(Lysyl oxidase，LOX)和 ICAM-1的表达，上调MCP-1和基质金属蛋白酶-2(Matrix metalloproteinases 2，MMP-2)蛋白的表达［28］。增加细胞外基质和纤连蛋白合成，促使基质蛋白沉积，导致肾损害。尿酸激活NF-κB信号通路从而调控TNF-α和白介素(Interleukin，ILs)等基因的表达，而TNF-α和ILs又反过来激活NF-κB，形成恶性循环，导致肾脏单核细胞浸润，损害肾功能［29］。同时，TNF-α和ILs炎症因子可以抑制血管内皮依赖性的舒张作用，引起肾小球血管收缩，使肾脏中血液动力学发生变化，肾小球滤过率下降，且TNF-α和ILs可以促进巨噬细胞浸润导致肾间质受损，加剧肾间质的免疫炎症反应和肾纤维化，参与肾脏结构功能变化。TNF-α是机体炎症和免疫反应重要调节因子，引起肾脏固有细胞增殖，刺激其表达黏附分子和过多的细胞外基质和炎症介质直接导致肾脏系膜细胞的损伤，对肾脏疾病的最终发展起重要作用。

6 SyK和NLRP3/TLRs信号通路

炎症在肾病发病过程中有重要的作用，SyK和NLRP3/TLRs两条炎症信号通路的激活参与了尿酸性肾病的发展过程。尿酸结晶通过与细胞膜特异结合，引起细胞内信号改变，改变细胞膜脂质排列，介导炎症发生。尿酸结晶可强烈激活中性粒细胞中SyK的络氨酸活化，促进细胞内钙的内流及磷脂酶D(Phospholipase D，PLD)的活化，促进过氧化物的生成，从而影响中性粒细胞活化，释放炎症因子如IL-1β，调控炎症应答。另外研究表明，遭受破坏的肾脏组织或细胞释放的尿酸可激活NLRP3炎性小体，上调肾脏中NLRP3炎性小体的各组分NLRP3、细胞凋亡相关斑点样蛋白(Apoptosis associated speck like protein，ASC)、天冬氨酸特异性蛋白酶-1(Cysteinyl aspartate specific proteinase 1，Caspase-1)和TLRs信号通路关键因子TLR2、TLR24基因和蛋白表达，NLRP3与ASC相互作用后激活Caspase-1，进而对IL-1β和IL-18等炎症因子的前体形式进行切割，使其成熟并释放到细胞外，从而介导炎症反应，IL-1β通过促进大量的嗜中性粒细胞浸润和组织重构激起系统炎症［30］。有研究表明，在IL-1β生成的炎症反应中，SyK和NLRP3起了关键作用，抑制SyK后，ROS生成和细胞内钾外流明显减少，NLRP3活性明显下降，SyK和NLRP3两条通路之间的联系还需要进一步的研究。因此，抑制SyK的活性和下调NLRP3炎信小体各组分及TLRs信号通路中关键分子基因和蛋白水平为治疗尿酸性肾病提供了新的靶点。

7 上皮细胞间质转型

EMT是指具有极性的上皮细胞通过特定程序转化为具有活动能力的间质表型细胞并获得侵袭和迁移能力的生物学过程，它存在于人体多个生理和病理过程中［31］。研究发现在高尿酸大鼠动物实验和肾小管细胞实验中，尿酸能通过增加肾小管细胞的Snail和Slug转录因子的表达来减少细胞膜及细胞质的 E-钙黏素(E-cadherin，E-cad)的合成、通过泛素化作用使E-cad降解、尿酸增加肾小管细胞的 α-平滑肌肌动蛋白(α-Smooth muscle actin，α-SMA)的mRNA和蛋白的表达，增加波形蛋白(Vimentin，VIM)的表达，尿酸激活肾小管上皮细胞间质转型［32］，丙磺舒阻断尿酸进入细胞内，从而抑制尿酸诱导的上皮细胞间质转型作用［32-33］。α-SMA是肌成纤维细胞的标记蛋白，肌成纤维细胞被认为是活化的成纤维细胞，广泛见于脏器纤维化过程中。尿酸诱导的EMT是引起肾间质和肾细胞纤维化而导致肾损伤的重要机制。

8 总结

尽管尿酸和肾脏疾病的的关系有大量的流行病学和实验性的研究报道资料，但是潜在的病理机制仍然还需要进一步的研究。无症状高尿酸血症是临床上没有尿酸盐沉积的任何症状和体征［34］，有专家认为无症状的高尿酸血症也是肾脏疾病的独立预测因子［35］。尽管现有研究结果表明血尿酸升高与肾脏疾病等有潜在的因果作用的证据，但是仍然缺乏关于治疗无症状高尿酸血症的共识。因此有必要去进行一些随机控制实验来决定是否治疗无症状高尿酸血症来减缓肾脏疾病，特别是糖尿病肾病。

上述尿酸诱导肾损伤的机制存在着广泛的交叉对话，在促进肾脏病变发生、发展中起着复杂而重要的作用。关于高尿酸血症与肾损伤的相互作用机制仍然需要进一步探索。目前大多数分子机制方面的研究局限于实验室，如果把实验室分子水平的研究和基于前瞻性队列的流行病学研究及遗传易感基因方面的研究结合起来，将会对进一步阐明高尿酸在肾脏疾病发展的不同阶段的具体发病机制以及控制疾病提供科学依据，另外针对这些机制的关键潜在靶点的新型药物研究也将是此领域的热点，而减少降尿酸药物的毒副作用和扩大药物应用范围是这方面药物研究的主要方向。

［1］刘 伟，刘志刚，罗明琍，等.肾脏有机阴离子转运体在尿酸转运中的作用研究进展［J］.安徽医药，2013，17(3):361-364.

［2］Helal I，McFann K，Reed B，et al.Serum uric acid，kidney volume and progression in autosomal-dominant polycystic kidney disease［J］.Nephrol Dial Transplant，2013，28(2):380-385.

［3］樊宗成.炎性细胞、尿酸、胆红素含量与冠脉病变的相关关系探讨［J］.安徽医药，2014，18(3):541-543.

［4］Takayama S，Kawamoto R，Kusunoki T，et al.Uric acid is an inde-pendent risk factor for carotid atherosclerosis in a Japanese elderly population without metabolic syndrome ［J］.Cardiovasc Diabetol，2012，11:2.

［5］Gersch C，Palii SP，Kim KM，et al.Inactivation of nitric oxide by uric acid［J］.Nucleosides Nucleotides Nucleic Acids，2008，27(8):967-978.

［6］So A，Thorens B.Uric acid transport and disease［J］.The Journal of clinical investigation，2010，120(6):1791-1799.

［7］Wang Y，Bao X.Effects of uric acid on endothelial dysfunction in early chronic kidney disease and its mechanisms［J］.Eur J Med Res，2013，18:26.

［8］Kang DH，Ha SK.Uric acid puzzle:Dual role as anti-oxidant and pro-oxidant［J］.Electrolyte Blood Press，2014，12(1):1-6.

［9］Sánchez-Lozada LG，Lanaspa MA，Cristóbal-García M，et al.Uric acid-induced endothelial dysfunction is associated with mitochondrial alterations and decreased intracellular ATP concentrations［J］.Nephron Experimental Nephrology，2012，121(3/4):e71-e78.

［10］Hong Q，Qi K，Feng Z，et al.Hyperuricemia induces endothelial dysfunction via mitochondrial Na+/Ca2+exchanger-mediated mitochondrial calcium overload［J］.Cell Calcium，2012，51(5):402-410.

［11］张雪光，洪 权，侯 剀，等.高尿酸通过miR-155下调eNOS表达而导致内皮细胞功能障碍［J］.南方医科大学学报，2013，33(8):1141-1145.

［12］熊 力，王南丽.肾素-血管紧张素-醛固酮系统与心血管病的研究进展［J］.中国循证心血管医学杂志，2013，4(5):203-205.

［13］Filiopoulos V，Hadjiyannakos D，Vlassopoulos D.New insights into uric acid effects on the progression and prognosis of chronic kidney disease［J］.Ren Fail，2012，34(4):510-520.

［14］Kanbay M，Segal M，Afsar B，et al.The role of uric acid in the pathogenesis of human cardiovascular disease［J］.Heart，2013，99(11):759-766.

［15］张 奇，白晓东，付小兵.p38MAPK信号通路研究进展［J］.感染、炎症、修复，2005，6(6):121-123.

［16］Liu CM，Sun YZ，Sun JM，et al.Protective role of quercetin against lead-induced inflammatory response in rat kidney through the ROS-mediated MAPKs and NF-κB pathway［J］.Biochim Biophys Acta，2012，1820(10):1693-1703.

［17］Zhou Y，Fang L，Jiang L，et al.Uric acid induces renal inflammation via activating tubular NF-κB signaling pathway［J］.PLoS One，2012，7(6):e39738.

［18］Ait-Oufella H，Mallat Z，Tedgui A.Lp-PLA2 and sPLA2:cardiovascular biomarkers［J］.Med Sci(Paris)，2014，30(5):526-531.

［19］Filiopoulos V，Hadjiyannakos D，Vlassopoulos D.New insights into uric acid effects on the progression and prognosis of chronic kidney disease［J］.Ren Fail，2012，34(4):510-520.

［20］盛晓赟，夏亚一.MAPK家族ERK5信号通路的研究进展［J］.医学综述，2012，10(18):3145-3147.

［21］Tosu AR，Demir S，Selcuk M，et al.Comparison of inflammatory markers in non-dipper hypertension vs.dipper hypertension and in normotensive individuals:uric acid，C-reactive protein and red blood cell distribution width readings［J］.Postepy Kardiol Interwencyjnej，2014，10(2):98-103.

［22］Zhuang Y，Feng Q，Ding G，et al.Activation of ERK1/2 by NADPH oxidase-originated reactive oxygen species mediates uric acidinduced mesangial cell proliferation［J］.Am J Physiol Renal Physiol，2014，307(4):F396-F406.

［23］张 涛，李 亚，迟雁春，等.别嘌醇对2型糖尿病小鼠肾小管间质细胞表型改变的保护作用与机制［J］.中国老年学杂志，2014，34(8):2193-2196.

［24］Lyngdoh T，Marques-Vidal P，Paccaud F，et al.Elevated serum uric acid is associated with high circulating inflammatory cytokines in the population-based Colaus study［J］.PLoS One，2011，6(5):e19901.

［25］Lan HY，Chung AC.TGF-beta/Smad signaling in kidney disease［J］.Semin Nephrol，2012，32(3):236-243.

［26］Ma FY，Tesch GH，Ozols E，et al.TGF-β1-activated kinase-1 regulates inflammation and fibrosis in the obstructed kidney［J］.Am J Physiol Renal Physiol，2011，300(6):F1410-F1421.

［27］Garcia-Valladares I，Khan T，Espinoza LR.Efficacy and safety of febuxostat in patients with hyperuricemia and gout［J］.Ther Adv Musculoskelet Dis，2011，3(5):245-253.

［28］Li S，Zhao F，Cheng S，et al.Uric acid-induced endoplasmic reticulum stress triggers phenotypic change in rat glomerular mesangial cells［J］.Nephrology(Carlton)，2010，18(10):682-689.

［29］Zhou Y，Fang L，Jiang L，et al.Uric acid induces renal inflammation via activating tubular NF-kappaB signaling pathway［J］.PLoS One，2012，7(6):e39738.

［30］Eleftheriadis T，Pissas G，Karioti A，et al.Uric acid induces caspase-1 activation，IL-1β secretion and P2X7 receptor dependent proliferation in primary human lymphocytes［J］.Hippokratia，2013，17(2):141-145.

［31］Xia H，Hui KM.MicroRNAs involved in regulating epithelial–mesenchymal transition and cancer stem cells as molecular targets for cancer therapeutics［J］.Cancer Gene Ther，2012，19(11):723-730.

［32］Ryu ES，Kim MJ，Shin HS，et al.Uric acid-induced phenotypic transition of renal tubular cells as a novel mechanism of chronic kidney disease［J］.Am J Physiol Renal Physiol，2013，304(5):F471-F480.

［33］He J，Xu Y，Koya D，et al.Role of the endothelial-to-mesenchymal transition in renal fibrosis of chronic kidney disease［J］.Clin Exp Nephrol，2013，17(4):488-497.

［34］Johnson RJ，Feig DI，Herrera-Acosta J，et al.Resurrection of uric acid as a causal risk factor in essential hypertension ［J］.Hypertension，2005，45(1):18-20.

［35］Madero M，Sarnak MJ，Wang X，et al.Uric acid and long-term outcomes in CKD［J］.Am J Kidney Dis，2009，53(5):796-803.