高尿酸血癥損傷腎小管上皮細(xì)胞鈉鉀泵的機制

林鑫，楊沿浪，王淼，楊曉明，樊惠

（皖南醫(yī)學(xué)院弋磯山醫(yī)院腎內(nèi)科，安徽 蕪湖241001）

高尿酸血癥發(fā)病率近年來逐年升高，被認(rèn)為是導(dǎo)致腎臟損傷的獨立危險因素。研究發(fā)現(xiàn)在高尿酸性腎病患者中常伴有氧化應(yīng)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(chǎn)生ATP為其被動轉(zhuǎn)運提供能量，其中腎小管上皮細(xì)胞具有豐富的線粒體和Na＋－K＋－ATPase（NKA）與尿酸轉(zhuǎn)運密切相關(guān)［1－2］。然而高尿酸血癥是否通過氧化應(yīng)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(xì)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(jīng)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(xì)胞的尿酸轉(zhuǎn)運通道主要有三類：（1）有機陰離子轉(zhuǎn)運蛋白家族：多種陰離子的轉(zhuǎn)運子將陰離子轉(zhuǎn)運到腎小管管腔內(nèi)，尿酸作為交換離子，重吸收入胞內(nèi)，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(zhuǎn)運通道；（2）葡萄糖轉(zhuǎn)運蛋白家族成員（glucose transporter family member，SLC2A9）：是另一個和尿酸轉(zhuǎn)運有關(guān)的蛋白，是和果糖和葡萄糖重吸收有關(guān)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(guān)，分泌藥物的同時重吸收尿酸進入腎小管上皮細(xì)胞。這些通道需要腎小管基底膜NKA的協(xié)同作用及ATP提供能量，才能使離子及尿酸被動轉(zhuǎn)運，因此，腎近端小管上皮細(xì)胞作為高代謝細(xì)胞具有豐富的線粒體和NKA協(xié)助尿酸轉(zhuǎn)運吸收。

2 近端腎小管上皮細(xì)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(xì)胞，同時2個K＋被轉(zhuǎn)入細(xì)胞，在維持動物細(xì)胞的膜電位和細(xì)胞內(nèi)外的滲透壓平衡，以及細(xì)胞無機離子的轉(zhuǎn)運和代謝產(chǎn)物的排出提供驅(qū)動力等方 面發(fā) 揮重 要 作用［5］。NKA是P型ATPase家族的成員，并且是動物生理學(xué)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(jié)合并調(diào)節(jié)該酶的功能。α亞基（約112 kDa）包含ATP和其他配體結(jié)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(guān)重要。在人體組織中發(fā)現(xiàn)了4種α同工酶，它們以組織特異性的方式表達。在所有細(xì)胞中都發(fā)現(xiàn)了α1同工酶；α2和α3同工酶主要在骨骼肌、神經(jīng)元組織和心肌細(xì)胞中表達；α4同工酶在睪丸中，可調(diào)節(jié)精子的運動能力。腎小管上皮細(xì)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(zhì)域（CD2）1組成，第二胞質(zhì)域（CD2）1與跨膜螺旋M2和M3連接，并起調(diào)節(jié)鈉和鉀結(jié)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(jié)合（N）結(jié)構(gòu)域。NKA處于兩個主要的構(gòu)象狀態(tài)，即E1鈉結(jié)合態(tài)和E2鉀結(jié)合態(tài)。在運輸周期中，A域旋轉(zhuǎn)，而N域關(guān)閉，后者分別打開和關(guān)閉E1和E2構(gòu)象的A、N和P域［1，6－8］。兩種構(gòu)象狀態(tài)使得NKA在人體內(nèi)發(fā)揮重要作用，尤其是在腎小管上皮細(xì)胞中對尿酸及離子的轉(zhuǎn)運具有決定性影響。

近端腎小管上皮細(xì)胞是排泄尿酸鹽并重吸收離子的主要轉(zhuǎn)運通道［9］，因此，腎小管上皮細(xì)胞作為高代謝細(xì)胞具有豐富的NKA和線粒體。腎小管上皮細(xì)胞尿酸鹽轉(zhuǎn)運蛋白的驅(qū)動力來自其基底外側(cè)NKA。這種與能量有關(guān)的主動傳輸為包括尿酸鹽轉(zhuǎn)運蛋白在內(nèi)的許多轉(zhuǎn)運蛋白提供了擴散驅(qū)動力，并且它可以控制電解質(zhì)和細(xì)胞內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)態(tài)［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(dāng)多蛋白復(fù)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(xì)胞膜上重要的信號分子，在生理條件下，它與NKA結(jié)合并抑制Src功能；與NKA分離后，Src被激活并誘導(dǎo)多種炎癥途徑，引起一系列損傷表現(xiàn)［7］。在靜息狀態(tài)下，NKA主要是通過其α1亞基的CD2和CD3結(jié)構(gòu)域與Src直接相互作用，形成NKA／c－src功能性的信號受體復(fù)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(yīng)［1］。腎小管上皮細(xì)胞中的NKA具有多種功能且作為信號轉(zhuǎn)導(dǎo)受體參與包括尿酸在內(nèi)的各種物質(zhì)的轉(zhuǎn)運，當(dāng)尿酸濃度增加到一定濃度時可能會對NKA功能產(chǎn)生相應(yīng)的影響。

3 高尿酸血癥損傷腎小管上皮細(xì)胞NKA的機制

尿酸在細(xì)胞內(nèi)表現(xiàn)為具有較強的促氧化作用，高濃度尿酸刺激腎小管上皮細(xì)胞后，導(dǎo)致近端小管上皮細(xì)胞、系膜細(xì)胞、脂肪細(xì)胞的胞內(nèi)氧化應(yīng)激迅速增加［11］。在細(xì)胞內(nèi)疏水環(huán)境下刺激NAD?PH、釋放自由基、促使線粒體產(chǎn)生過量的活性氧（reactive oxygen species，ROS）等一系列氧化應(yīng)激反應(yīng)［12］。另一方面，高濃度的尿酸也可以誘導(dǎo)醛糖還原酶（AR）mRNA和蛋白表達水平，同時通過p38／MAPK途徑介導(dǎo)AR表達，促進ROS的產(chǎn)生［13］。ROS產(chǎn)生過量同時會使細(xì)胞K＋外流增加，進一步激活NLRP3炎癥小體，引發(fā)細(xì)胞損傷［14］。根據(jù)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(dǎo)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(xì)胞外K＋濃度升高，進一步影響細(xì)胞膜內(nèi)外兩側(cè)靜息電位。

細(xì)胞內(nèi)的氧化應(yīng)激持續(xù)增加可損傷細(xì)胞內(nèi)的線粒體，影響線粒體為細(xì)胞活動產(chǎn)生所需要的ATP的量。高濃度的尿酸會誘導(dǎo)氧化應(yīng)激的增加，進而降低內(nèi)皮一氧化氮的生物活性，誘發(fā)線粒體功能障礙，其特征是線粒體體積減?。ň€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(huán)中的關(guān)鍵酶，ACO－2和ECoAH－1（影響三羧酸循環(huán)并導(dǎo)致乳酸的積累）的減少導(dǎo)致三羧酸循環(huán)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(dǎo)線粒體DNA的減少，會導(dǎo)致線粒體體積的縮小，導(dǎo)致關(guān)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(dǎo)致ATP的產(chǎn)生減少，隨后誘發(fā)NKA的活性降低。由于NKA能量 主要由線粒體產(chǎn)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(dǎo)的線粒體疾病與腎臟（尤其是腎小管細(xì)胞）炎癥過程聯(lián)系起來的橋梁。

NKA在細(xì)胞膜上表達，其活性主要受其α1亞基的亞細(xì)胞位置調(diào)節(jié)，該α1亞基可以被不同的刺激調(diào)節(jié)［18］。如在通過病理和生理濃度白蛋白孵育的腎小管上皮細(xì)胞中，可在細(xì)胞質(zhì)中觀察到NKA，但在細(xì)胞表面未觀察到NKA［19］。血管緊張素Ⅱ刺激增加了腎小管細(xì)胞中NKA向質(zhì)膜的轉(zhuǎn)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(xì)胞膜表面正常表達，這說明NKA α1亞細(xì)胞表達的這種變化與尿酸介導(dǎo)的NKA活性受損有明顯相關(guān)性，即尿酸也可以通過其α1亞基表達來調(diào)節(jié)NKA活性［2］。

細(xì)胞的離子通道可以通過特殊的方式影響細(xì)胞功能，具有雙重效應(yīng)（有利和有害）。腎小管上皮細(xì)胞具有豐富的鉀離子通道，電位的影響可導(dǎo)致許多電解質(zhì)跨膜運動的改變，參與腎小管鈉鉀交換、鉀持膜電位和調(diào)節(jié)細(xì)胞容積等。高尿酸血癥引起細(xì)胞氧化應(yīng)激，線粒體損傷時，腎小管上皮細(xì)胞的NKA活性受到嚴(yán)重的損害，其活性的降低可導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)Na＋的潴留和K＋的丟失，使細(xì)胞內(nèi)外兩側(cè)離子濃度分布不均衡，從而導(dǎo)致尿酸的排泄和重吸收受到一定的影響，當(dāng)大量尿酸排泄受阻，尿酸鹽結(jié)晶沉積在腎組織導(dǎo)致局部發(fā)生炎癥反應(yīng)，出現(xiàn)腎小管萎縮及間質(zhì)纖維化。NKA活性的降低是導(dǎo)致細(xì)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(fā)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(xì)胞內(nèi)外離子的轉(zhuǎn)運同樣也可能影響NKA活性的改變。

4 尿酸誘導(dǎo)NKA受損激活炎癥小體引起腎小管損傷

研究顯示，當(dāng)機體受到體外刺激時（如缺血缺氧或者藥物作用），體內(nèi)氧化與抗氧化作用失衡，導(dǎo)致ROS（氧化應(yīng)激）產(chǎn)生增加，繼而引起NKA／c－Src功能復(fù)合物解離，引發(fā)信號傳導(dǎo)級聯(lián)反應(yīng)，激活Src信號通路［1］。Src已顯示出介導(dǎo)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(guān)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(yīng)加劇、免疫細(xì)胞中的免疫應(yīng)答以及免疫細(xì)胞與腎臟非免疫細(xì)胞之間的相互影響而介導(dǎo)腎臟疾病的進展。此外，NLRP3mRNA的上調(diào)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(jié)段性腎小球硬化、狼瘡性腎炎、微小改變疾病和高血壓性腎?。┑幕颊叩哪I臟活檢中得到證實?？傊?，腎近端小管中NKA的損傷及其對Src信號通路影響，會導(dǎo)致NLRP3炎癥小體激活，從而誘導(dǎo)下游的IL－1β等炎癥因子的表達上調(diào)，繼而引起炎性反應(yīng)、誘導(dǎo)細(xì)胞轉(zhuǎn)分化和凋亡等機制最終導(dǎo)致腎小管損傷。因此，NKA提供了將細(xì)胞能量障礙與下游炎癥過程連接的分子橋［2］。

5 小結(jié)

高尿酸血癥一方面通過引起細(xì)胞的氧化應(yīng)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(fā)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)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(zhuǎn)歸。