嘌呤家族的訪談報告

丁鵬中，朱榮秀

1山東大學基礎醫學院，濟南 250102

2山東大學化學與化工學院，濟南 250100

訪談時間：2022年7月9日

采訪地點：《走進化學》節目演播室

訪談嘉賓：嘌呤家族成員

訪談嘉賓簡介：嘌呤是一種重要的芳香雜環化合物，分為內源性和外源性。內源性嘌呤是機體代謝的產物，而外源性嘌呤來源于食物。嘌呤家族是人體生命活動不可缺少的成分，它可以供應能量、調節代謝活動及組成輔酶NAD+和NADP+。嘌呤在體內代謝分解，會產生一種叫做尿酸的物質。正常情況下，體內尿酸的生成和排泄保持平衡，尿酸過高會引起痛風。因此近些年來，嘌呤家族一度成為輿論的焦點。許多痛風患者認為嘌呤是他們痛苦的根源，控訴嘌呤成員在他們體內“為非作歹”，要求嘌呤家族“遠離他們的身體”。為此，我們特別邀請嘌呤家族的成員參加本次訪談，希望大家能夠對嘌呤家族和痛風有更全面的認識。

1 嘌呤家族的自我介紹

主持人：嘌呤家族的各位朋友們，你們好！很高興能夠邀請你們來到我們的演播室作客。首先，請嘌呤兄先來自我介紹一下吧！

嘌呤：大家好，我叫嘌呤。我的父親是嘧啶，母親是咪唑。我的父親有一個六中心六電子的共軛π鍵，而我母親卻是一個五中心六電子的共軛體系，他們兩個結合產生了我。我母親身上的兩個氮原子，編號分別是7和9。如果7號氮原子上有氫原子，我就被稱為7H-嘌呤，9號氮上有氫原子就被稱為9H-嘌呤。腺嘌呤、鳥嘌呤、次黃嘌呤、黃嘌呤和我[1](圖1)，共同構成了嘌呤家族。

圖1 嘌呤家族成員[1]

主持人：感謝嘌呤兄的介紹！再次歡迎你們的到來！嘌呤家族的朋友們，我想大家都非常好奇，你們平時都待在什么地方呢？

腺嘌呤：其實，我們就住在人體內！我和鳥嘌呤是組成脫氧核苷酸與核糖核苷酸的重要成分。脫氧核苷酸相互連接，形成人體內的遺傳物質DNA，人體的遺傳信息就存在于我們含氮堿基的不同排列組合中。核糖核苷酸相互連接形成RNA，發揮著轉錄、翻譯、調控、催化等多種功能。

鳥嘌呤：沒錯！可以說，沒有我們嘌呤家族，就沒有人類的生命和生命的延續。

主持人：原來如此！黃嘌呤和次黃嘌呤兩位老弟，你們也參與DNA和/或RNA的構成嗎？

黃嘌呤：哈哈，你可猜錯了，我們很少存在于核酸中，也不參與DNA和RNA的構成。但是我們和腺嘌呤、鳥嘌呤有著密切的關系。我是鳥嘌呤的代謝產物。我廣泛存在于動植物體內，經常出現在動物的內臟、血液和尿液當中，在肝臟和腎臟中分布最為集中。

次黃嘌呤：我是腺嘌呤的代謝產物，經常與黃嘌呤住在一起。在一定條件下，我會轉化成黃嘌呤參與進一步的代謝過程呢！

主持人：嘌呤兄，你住在哪里？你是嘌呤家族的大哥，應該有很多住處吧？

嘌呤：哎，說來我也是很慚愧！雖然我是嘌呤家族中結構最簡單的成員，但是我通常是在實驗室被合成出來的。我是一種無色針狀晶體，在216 °C (熔點)的時候才會出汗。我易溶于水，在水中我可以有“兩幅面孔”，就是7H-嘌呤和9H-嘌呤，二者可以通過氫原子在咪唑環上兩個氮原子之間的轉移實現相互轉化。但是在人體內我就收斂了許多，主要是以9H-嘌呤的形式存在。

2 嘌呤家族的生理功能

主持人：看來你們分布的范圍非常廣！腺嘌呤剛剛說道“沒有你們就沒有生命和生命的延續”，你們真的有這么重要嗎？你們家族在人體內都充當什么角色呢？

腺嘌呤：嘌呤家族在人體中的作用非常大！我們有很強的生物活性。在人體內，我們可以發揮很多的功能。首先，我們是構成核酸的主要成分。核酸在生物的生長、繁殖、遺傳、變異和轉化等生命現象中起著決定性的作用，分為脫氧核糖核酸和核糖核酸，也就是前面提到的DNA和RNA。核酸由核苷酸聚合而成，而核苷酸是由戊糖(核糖和脫氧核糖)、磷酸和含氮堿基構成。含氮堿基有5種，其中的兩種就是我們嘌呤家族的成員——鳥嘌呤和我。我們9號氮上的H與戊糖1號碳上的羥基脫去一分子水形成鳥苷和腺苷。鳥苷和腺苷與磷酸結合形成核苷酸。除此之外，我們還參與三磷酸腺苷(ATP)和三磷酸鳥苷(GTP)的構成。圖2為腺苷(圖2a)和ATP(圖2b)的形成過程，其中ATP是人體生命活動的直接能量來源。

圖2 (a) 腺苷的形成過程；(b) ATP的形成過程

鳥嘌呤：不僅如此！我們還參與構成了某些輔酶！

主持人：可以跟我們解釋一下什么是輔酶嗎？

鳥嘌呤：當然可以。簡單來說，輔酶就是一些有機小分子，如NAD+和NADP+(圖3)。它可以與酶結合，參與酶促反應。在酶促反應過程中，輔酶發揮了傳遞氫、電子或一些基團的功能，在人體的糖、脂肪和蛋白質等重要物質代謝中起關鍵作用。NAD＋是煙酰胺腺嘌呤二核苷酸的氧化型，簡稱為輔酶I。輔酶I是體內很多脫氫酶的輔酶，它也能夠轉遞電子，是三羧酸循環和呼吸鏈中的重要輔酶。

圖3 輔酶NAD+和NADP+的結構

你可能會問，我們嘌呤家族在輔酶中發揮什么作用？事實上，我們并不直接參與酶促反應。但是我們可以參與識別特定的酶蛋白，因此我們可以引導輔酶和酶“相遇”。也就是說，酶和輔酶的成功結合，我們功不可沒！

由此可見，我們嘌呤家族是生命活動所必需的，對人體的健康及生命活動有十分重要的作用！

3 痛風的發生機制

主持人：你們竟然這么重要！真是了不起！可是據我所知，近些年來，人們卻把你們看成人體內的“壞分子”，說你們是痛風的罪魁禍首。對此你們怎么解釋？

鳥嘌呤：唉！其實大家這么說也不無道理。但是責任不全在我們呀！主持人，你知道一種叫尿酸的物質嗎？它才是痛風的元兇！

主持人：尿酸又是一種什么東西？

鳥嘌呤：尿酸也叫三氧基嘌呤，它不易溶于水，也難溶于醚和乙醇，但是尿酸鹽在水中的溶解度卻比較高。尿酸呈弱酸性，其pH為5.75。在pH 7.35-7.45的正常生理條件下，尿酸在血液中幾乎都是以尿酸鹽的形式存在，且主要為尿酸鈉鹽[2]。

主持人：奇怪，尿酸的結構里看起來沒有羧基，也沒有酚羥基，怎么會顯弱酸性？

腺嘌呤：這是因為尿酸存在酮式和烯醇式兩種互變異構體，二者之間可以相互轉化(圖4)。烯醇式結構中含有嘧啶環，環上的羥基與酚羥基的性質類似，具有弱酸性。

圖4 (a) 尿酸結構式；(b) 尿酸酮式與烯醇式的互變異構

主持人：原來是這樣！那么尿酸和痛風有什么關系？為什么說它是痛風的元兇？

鳥嘌呤：尿酸和痛風關系可大著呢！痛風是尿酸的合成增加或排出減少所引起的一組綜合征，其臨床特點為關節炎、痛風石、泌尿系統結石及痛風性腎病。你可能不知道，尿酸鹽在血液中的溶解度是有一定限度的。當濃度大于420 μmol·L-1的時候，尿酸在血液中就沒有足夠的生活空間了(過飽和狀態)。這個時候尿酸鹽就會從血液中析出，去尋找更好的住所。析出的尿酸鹽隨血液到達全身各處，最終，他們找到了一個適合安家的地方——關節腔。因尿酸鹽長期處于過飽和狀態，而且關節處毛細血管迂回曲折，血流緩慢，易形成渦流，尿酸鹽容易沉積。此外，關節中組織液pH較低，基質中黏多糖酸豐富，尿酸鹽容易形成難溶的尿酸，沉積下來[2]。這個時候，人體內的白細胞就會把尿酸當成入侵體內的異物，在關節周圍大肆進攻，試圖消滅尿酸結晶。但是，白細胞內沒有降解尿酸鹽結晶的酶。一番激戰后，白細胞非但無法降解尿酸，反而會受到損傷，釋放出大量酶和炎性介質。酶可能損傷關節組織，造成劇烈的疼痛；而炎性介質可以吸引更多的白細胞聚集到關節，導致關節處炎癥和疼痛的加劇，這就是痛風[3,4]。

主持人：這么看來，痛風和你們并沒有什么關系啊？既然是尿酸惹的禍，人們怎么會“談嘌呤色變”呢？

次黃嘌呤：其實……尿酸就是我們嘌呤代謝產生的……

主持人：啊？？？原來真的與你們有關啊！看來前面的說法并非是謠言……

嘌呤：哎！我們也是好心辦了壞事……我們之所以要轉化成尿酸，是因為尿酸本身對人體是有用處的。尿酸具有強大的抗氧化作用，可以清除血清中50%以上的自由基，防止維生素C被氧化。同時，尿酸也可以幫助維持血壓[5]。誰知道“過猶不及”，尿酸濃度一高起來，它們就按捺不住性子，擅自從血液里跑出來了……

主持人：你們嘌呤家族的成員到底是怎樣轉化成尿酸的呢？

黃嘌呤：這個嘛，說來話長，且聽我一一跟你講解吧！

4 嘌呤的代謝終產物——尿酸的形成

嘌呤：在人體內，我們嘌呤家族主要是以嘌呤核苷酸的形式存在。嘌呤核苷酸分解的最終產物就是尿酸。

腺嘌呤：我腺嘌呤核苷酸變成尿酸要經過四步(圖5)：①在脫氨酶作用下脫去氨基，變成次黃嘌呤核苷酸；②次黃嘌呤核苷酸脫去磷酸和戊糖，變成次黃嘌呤；③次黃嘌呤被黃嘌呤氧化酶催化氧化，形成黃嘌呤；④黃嘌呤被黃嘌呤氧化酶催化氧化，形成尿酸。

鳥嘌呤：我鳥嘌呤核苷酸的分解方式和腺嘌呤核苷酸不完全一樣，只需要三步(圖5)：①脫去磷酸和戊糖，得到鳥嘌呤；②鳥嘌呤在脫氨酶作用下脫去氨基，變成黃嘌呤；③黃嘌呤被黃嘌呤氧化酶催化氧化，形成尿酸[6]。

圖5 嘌呤的代謝及尿酸的形成

主持人：真是有意思！黃嘌呤氧化酶既能催化次黃嘌呤生成黃嘌呤，進而生成尿酸，又能直接催化黃嘌呤生成尿酸，看來它不怎么專一啊！還有，鳥嘌呤核苷酸和腺嘌呤核苷酸去氨基和去磷酸及戊糖的順序是顛倒的！腺嘌呤核苷酸是先脫氨基后去磷酸及戊糖，而鳥嘌呤核苷酸是先去磷酸及戊糖，后脫氨基！

黃嘌呤：哈哈！是的，因為我是鳥嘌呤核苷酸和腺嘌呤核苷酸分解代謝的共同中間產物，而腺嘌呤核苷酸要經過次黃嘌呤這一中間體才轉化為我黃嘌呤！所以鳥嘌呤核苷酸和腺嘌呤核苷酸分解代謝產生尿酸的過程才有所不同！

主持人：我懂了，原來尿酸就是你們在酶的催化下一步一步轉變來的啊！

5 痛風的誘因、預防和治療

主持人：為什么會有人患上痛風病呢？

黃嘌呤：原因有很多吧。遺傳因素、繼發因素、性別、年齡、生活方式等都是痛風重要的誘因[7]。

主持人：可以給我們詳細說明一下這些誘因嗎？

黃嘌呤：當然可以。遺傳因素，其實就是指原發性痛風，與個體的基因有關。少數的嘌呤代謝酶缺陷已經被確定為X連鎖隱性遺傳病。也就是說，患有原發性痛風的人，X染色體上有一隱性基因，這個基因讓嘌呤合成的調控酶活力異常升高。體內合成的嘌呤多了，嘌呤代謝產生的尿酸也就多了起來。除此以外，大多數原發性痛風的遺傳方式都還是未知的。

腺嘌呤：繼發性痛風往往由某些疾病引起。白血病、惡性腫瘤、紅細胞增多癥這一類疾病會使我們嘌呤類物質被大量分解，導致血液中尿酸水平升高。而糖尿病、高血壓等疾病可能使腎小球處動脈受損，使腎臟尿酸的排出受阻，導致血尿酸水平升高。

次黃嘌呤：那我就來說一說性別因素和年齡因素吧。通常情況下，痛風多發病于40歲以上的男性。青春期以后，男性血尿酸水平迅速增加，且增長速度比女性快。這是因為雌激素可以促進腎臟排泄尿酸。

鳥嘌呤：當然最重要的還是人們自己的生活習慣太差。人們常常管不住自己的嘴巴，長期攝入富含核酸、嘌呤的食物，導致我們分解產生的尿酸過多，血尿酸值升高。還有好多人酗酒的習慣更是助長了痛風的囂張氣焰。啤酒可是痛風最大的幕后黑手！大家一定要小心啦！

主持人：啊？其實我平時也很喜歡喝點啤酒。喝啤酒怎么會導致痛風呢？

鳥嘌呤：首先，酒中的乙醇可以加快人體內嘌呤的合成速度，其次，啤酒在發酵的過程中，本身就會產生較多的嘌呤。最重要的是，乙醇可以促進人體內乳酸的產生，乳酸可以抑制腎臟排泄尿酸[7]。因此，少喝酒是非常有必要的。

主持人：我知道了，嘌呤家族本身對人體是至關重要的，但是“過猶不及”，如果攝入的嘌呤過多，就會起到相反的效果。因此，養成良好的飲食和生活習慣至關重要。那么嘌呤家族，你們能不能給我們一些建議，減輕痛風患者的痛苦呢？

嘌呤：當然可以。第一，藥物控制。降尿酸藥物的原理有兩種：一種是抑制尿酸生成，例如非布司他和別嘌呤醇片；另一種是促進尿酸排泄，例如苯溴馬隆、聚乙二醇重組尿酸酶注射液。目前，非布司他是長期控制血尿酸含量的最佳藥物。它主要作用于肝臟，可以抑制黃嘌呤氧化酶的活性，減少尿酸產生。在痛風急性發作時，可以遵醫囑服用秋水仙堿片、糖皮質激素或者采用生物療法[8]。

第二，適量飲水。可以飲用白開水、淡茶水，每日飲水量至少在2000 mL以上，以加快尿酸的排泄。

第三，堅持適度鍛煉。適當體育鍛煉，可加快新陳代謝，也起到了控制體重的作用，可以預防高血壓、腎臟負擔過重、肥胖等疾病。但是鍛煉強度也不宜過大。高強度的運動反而容易誘發痛風。這是因為在過度運動時，關節處的無氧呼吸增強，產生乳酸增多，關節處pH下降[9]。在酸性增強的時候，尿酸會更容易析出。

第四，適量飲酒，同時少喝飲料。含糖的軟飲料、果汁類飲料、奶茶等都富含果糖，過量攝入果糖會導致機體內尿酸增多，并且能抑制腎臟排泄尿酸，經常飲用會導致尿酸的水平升高。

第五，合理飲食。我們嘌呤大量存在于肉及肉類制品內，尤其是動物的內臟器官，如肝臟、腎臟。大量的消費肉和海鮮會增加痛風危險，而乳制品的消費可以降低痛風的風險。相對而言，植物性食物中嘌呤含量低。而且研究表明：富含嘌呤的蔬菜和蛋白質的攝入與痛風危險增加無關。因此，應當控制食用動物內臟、紅肉、大部分海鮮，選擇多進食豆奶類、水果、蔬菜、五谷雜糧。

腺嘌呤：也可以多補充維生素C！有研究發現，高劑量的維生素C有促進尿酸排泄的作用。每天攝取維生素C 500 mg，堅持2個月，血尿酸就能夠降低30 μmol·L-1。所以我們可以食用富含維生素C的食物，降低高尿酸血癥風險[10]。

主持人：非常感謝！今天的采訪讓我受益匪淺。我們了解到了嘌呤家族成員的集中分布區域，生理功能，嘌呤核苷酸的代謝，痛風發生的機制、誘因以及控制措施等。非常感謝各位參加這次訪談！希望以后能有機會再和你們進行深入的交流！

6 結語

在審視某一種化學物質的時候，我們往往會戴上有色眼鏡。就以嘌呤家族為例，我們只看到它代謝紊亂會引起痛風，卻忽視了它不可替代的生理作用。事實上，如果沒有嘌呤家族，重要的生化反應不會發生，人體的能量無人供應，甚至都不會有遺傳物質的存在。其實，我們應該辯證地看問題。這個世界上沒有絕對有益的物質，也沒有絕對有害的物質，任何一種物質都有它的兩面性。因此，我們要以合適的方式、合適的劑量使用這些物質，讓它們發揮出最大的價值。

我們也相信，在未來，隨著人們對嘌呤代謝研究的深入，痛風一定能夠被徹底治愈！