高尿酸血癥損傷腎小管上皮細胞鈉鉀泵的機制

林鑫，楊沿浪，王淼，楊曉明，樊惠

（皖南醫學院弋磯山醫院腎內科，安徽 蕪湖241001）

高尿酸血癥發病率近年來逐年升高，被認為是導致腎臟損傷的獨立危險因素。研究發現在高尿酸性腎病患者中常伴有氧化應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，且需要線粒體產生ATP為其被動轉運提供能量，其中腎小管上皮細胞具有豐富的線粒體和Na＋－K＋－ATPase（NKA）與尿酸轉運密切相關［1－2］。然而高尿酸血癥是否通過氧化應激損害NKA機制尚不明確。本文將簡要闡述高濃度尿酸對腎小管上皮細胞NKA損傷的可能機制。

1 尿酸的生理特性

尿酸主要通過腎臟排出［3］，其中90%經腎小球濾過的尿酸在近端小管中重吸收。位于近端腎小管上皮細胞的尿酸轉運通道主要有三類：（1）有機陰離子轉運蛋白家族：多種陰離子的轉運子將陰離子轉運到腎小管管腔內，尿酸作為交換離子，重吸收入胞內，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運通道；（2）葡萄糖轉運蛋白家族成員（glucose transporter family member，SLC2A9）：是另一個和尿酸轉運有關的蛋白，是和果糖和葡萄糖重吸收有關的蛋白家族成員［4］；（3）多重藥物抵抗蛋白：和多種藥物分泌有關，分泌藥物的同時重吸收尿酸進入腎小管上皮細胞。這些通道需要腎小管基底膜NKA的協同作用及ATP提供能量，才能使離子及尿酸被動轉運，因此，腎近端小管上皮細胞作為高代謝細胞具有豐富的線粒體和NKA協助尿酸轉運吸收。

2 近端腎小管上皮細胞上的NKA生理特性及功能

NKA即為ATP酶，每分子ATP水解能夠使3個Na＋被運出細胞，同時2個K＋被轉入細胞，在維持動物細胞的膜電位和細胞內外的滲透壓平衡，以及細胞無機離子的轉運和代謝產物的排出提供驅動力等方 面發 揮重 要 作用［5］。NKA是P型ATPase家族的成員，并且是動物生理學中最重要的離子泵。NKA由兩個非共價連接的α和β亞基組成。γ亞基（FXYD蛋白的一個成員）以組織特異性方式與NKA結合并調節該酶的功能。α亞基（約112 kDa）包含ATP和其他配體結合位點，并將ATP水解與離子運動耦合；β亞基對于組裝全功能酶至關重要。在人體組織中發現了4種α同工酶，它們以組織特異性的方式表達。在所有細胞中都發現了α1同工酶；α2和α3同工酶主要在骨骼肌、神經元組織和心肌細胞中表達；α4同工酶在睪丸中，可調節精子的運動能力。腎小管上皮細胞僅表達α1和β1亞型。NKA亞基由三個功能域（A、P、N）組成：致動器（A）域由N末端和第二胞質域（CD2）1組成，第二胞質域（CD2）1與跨膜螺旋M2和M3連接，并起調節鈉和鉀結合的位點；高度保守的磷酸化（P）域位于附近；最后是核苷酸結合（N）結構域。NKA處于兩個主要的構象狀態，即E1鈉結合態和E2鉀結合態。在運輸周期中，A域旋轉，而N域關閉，后者分別打開和關閉E1和E2構象的A、N和P域［1，6－8］。兩種構象狀態使得NKA在人體內發揮重要作用，尤其是在腎小管上皮細胞中對尿酸及離子的轉運具有決定性影響。

近端腎小管上皮細胞是排泄尿酸鹽并重吸收離子的主要轉運通道［9］，因此，腎小管上皮細胞作為高代謝細胞具有豐富的NKA和線粒體。腎小管上皮細胞尿酸鹽轉運蛋白的驅動力來自其基底外側NKA。這種與能量有關的主動傳輸為包括尿酸鹽轉運蛋白在內的許多轉運蛋白提供了擴散驅動力，并且它可以控制電解質和細胞內環境的穩態［10］。NKA活性及其表達的損害不僅影響其自身功能而且NKA還可以充當多蛋白復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是細胞膜上重要的信號分子，在生理條件下，它與NKA結合并抑制Src功能；與NKA分離后，Src被激活并誘導多種炎癥途徑，引起一系列損傷表現［7］。在靜息狀態下，NKA主要是通過其α1亞基的CD2和CD3結構域與Src直接相互作用，形成NKA／c－src功能性的信號受體復合物，從而抑制了Src的活化，使其無法激活下游的炎癥信號反應［1］。腎小管上皮細胞中的NKA具有多種功能且作為信號轉導受體參與包括尿酸在內的各種物質的轉運，當尿酸濃度增加到一定濃度時可能會對NKA功能產生相應的影響。

3 高尿酸血癥損傷腎小管上皮細胞NKA的機制

尿酸在細胞內表現為具有較強的促氧化作用，高濃度尿酸刺激腎小管上皮細胞后，導致近端小管上皮細胞、系膜細胞、脂肪細胞的胞內氧化應激迅速增加［11］。在細胞內疏水環境下刺激NAD?PH、釋放自由基、促使線粒體產生過量的活性氧（reactive oxygen species，ROS）等一系列氧化應激反應［12］。另一方面，高濃度的尿酸也可以誘導醛糖還原酶（AR）mRNA和蛋白表達水平，同時通過p38／MAPK途徑介導AR表達，促進ROS的產生［13］。ROS產生過量同時會使細胞K＋外流增加，進一步激活NLRP3炎癥小體，引發細胞損傷［14］。根據以往研究所知，嘌呤受體家族的配體門控離子通道的激活如K＋／H＋載體和ATP介導的嘌呤受體7（P2X7），會通過增加K＋排出從而促進IL－1β成熟［15］。以上均可使細胞外K＋濃度升高，進一步影響細胞膜內外兩側靜息電位。

細胞內的氧化應激持續增加可損傷細胞內的線粒體，影響線粒體為細胞活動產生所需要的ATP的量。高濃度的尿酸會誘導氧化應激的增加，進而降低內皮一氧化氮的生物活性，誘發線粒體功能障礙，其特征是線粒體體積減小（線粒體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）表達減少［16］。兩種酶分別是脂肪酸氧化與三羧酸循環中的關鍵酶，ACO－2和ECoAH－1（影響三羧酸循環并導致乳酸的積累）的減少導致三羧酸循環的抑制和丙酮酸向糖酵解途徑的分流增強，共同影響線粒體ATP合成減少。另一方面，高濃度尿酸誘導線粒體DNA的減少，會導致線粒體體積的縮小，導致關鍵酶的生成進一步降低，引起ATP合成減低，從而得知尿酸引起的線粒體功能障礙與紊亂，導致ATP的產生減少，隨后誘發NKA的活性降低。由于NKA能量 主要由線粒體產生的ATP提供，并且受線粒體功能的影響［17］，因此在高尿酸濃度影響下，NKA可能是將尿酸誘導的線粒體疾病與腎臟（尤其是腎小管細胞）炎癥過程聯系起來的橋梁。

NKA在細胞膜上表達，其活性主要受其α1亞基的亞細胞位置調節，該α1亞基可以被不同的刺激調節［18］。如在通過病理和生理濃度白蛋白孵育的腎小管上皮細胞中，可在細胞質中觀察到NKA，但在細胞表面未觀察到NKA［19］。血管緊張素Ⅱ刺激增加了腎小管細胞中NKA向質膜的轉運［20］。在尿酸作用下，NKA α1亞基聚集在溶酶體中降解，而不是在細胞膜表面正常表達，這說明NKA α1亞細胞表達的這種變化與尿酸介導的NKA活性受損有明顯相關性，即尿酸也可以通過其α1亞基表達來調節NKA活性［2］。

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

4 尿酸誘導NKA受損激活炎癥小體引起腎小管損傷

研究顯示，當機體受到體外刺激時（如缺血缺氧或者藥物作用），體內氧化與抗氧化作用失衡，導致ROS（氧化應激）產生增加，繼而引起NKA／c－Src功能復合物解離，引發信號傳導級聯反應，激活Src信號通路［1］。Src已顯示出介導NLRP3的激活［21］。大量研究證實，NLRP3已被證明是高尿酸血癥條件下腎小管炎癥的關鍵因素［22］。腎臟疾病中NLRP3的激活加劇了炎癥和隨后的纖維化，炎癥小體依賴性的NLRP3通過使炎癥反應加劇、免疫細胞中的免疫應答以及免疫細胞與腎臟非免疫細胞之間的相互影響而介導腎臟疾病的進展。此外，NLRP3mRNA的上調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。總之，腎近端小管中NKA的損傷及其對Src信號通路影響，會導致NLRP3炎癥小體激活，從而誘導下游的IL－1β等炎癥因子的表達上調，繼而引起炎性反應、誘導細胞轉分化和凋亡等機制最終導致腎小管損傷。因此，NKA提供了將細胞能量障礙與下游炎癥過程連接的分子橋［2］。

5 小結

高尿酸血癥一方面通過引起細胞的氧化應激增加，損傷線粒體活性，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活性下降引發信號轉導受損，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。高濃度尿酸對腎臟功能影響在多個方面，NKA活性受損機制的了解有助于腎小管及腎臟疾病的治愈與轉歸。