高尿酸血症相关靶点研究进展

2014-03-08 09:59甄达明齐万虎陈刚领蒋建勤
亚太传统医药 2014年9期
关键词:转运体嘌呤高尿酸

甄达明,齐万虎,陈刚领,蒋建勤

(中国药科大学 天然药化教研室,江苏 南京 211198)



高尿酸血症相关靶点研究进展

甄达明,齐万虎,陈刚领,蒋建勤*

(中国药科大学 天然药化教研室,江苏 南京 211198)

高尿酸血症是因嘌呤代谢紊乱或尿酸排泄障碍所致的慢性代谢性疾病,与痛风、代谢综合征的发生关系密切。综述高尿酸血症相关作用靶点,为高尿酸血症的研究和治疗提供参考。

尿酸;高尿酸血症;相关靶点;研究进展

近年来高尿酸血症的患病率显著上升,严重影响了人们的生活质量,其发病机制主要为:尿酸生成关键酶变异导致的尿酸生成过多和尿酸转运体病变引起的尿酸排泄障碍。因此,尿酸生成关键酶和尿酸转运体是临床治疗高尿酸血症的主要作用靶点。本文对高尿酸血症相关靶点进行综述,为研究和治疗高尿酸血症提供一定的理论基础。

1 尿酸生成关键酶

尿酸是嘌呤代谢的终产物 ,主要由体内细胞代谢分解的核酸和其它嘌呤类化合物以及食物中的嘌呤经酶的作用分解而来。研究表明,嘌呤代谢过程中某些酶基因突变致酶活性改变最终会使血尿酸升高,其中包括黄嘌呤氧化酶(xanthine oxidase, XOR)活性增高、5-磷酸核糖-1-焦磷酸合成酶 (PRS)变异、次黄嘌呤鸟嘌呤磷酸核糖转移酶(HGPRT) 活性降低或缺乏、亚甲基四氧叶酸还原酶(MTHFR)活性降低等方面。

1.1 黄嘌呤氧化酶(XOR)

XOR是控制人体尿酸生成的关键酶,主要参与人体内嘌呤碱的分解代谢,腺嘌呤首先水解脱氨生成次黄嘌呤,随后XOR催化次黄嘌呤生成黄嘌呤,黄嘌呤在XOR作用下进一步生成尿酸。 XOR的活性增高对体内的嘌呤催化作用增强,生成的尿酸增加,最终导致高尿酸血症的发生。XOR抑制剂的研究一直是抗高尿酸血症的研究重点,别嘌呤醇是早期使用的典型竞争型抑制药物,在人体内由XOR氧化成别嘌呤二醇,后者紧密结合在XOR的活性中心钼原子上,阻碍酶和嘌呤底物的结合以发挥抑制作用[1],后来因为出现多种临床毒副作用而较少使用。除此之外,一些研究合成的嘌呤衍生物[2]、嘧啶并吡唑类化合物[3]、吡唑并嘧啶类化合物[4]也具有良好的竞争抑制XOR作用。混合型抑制药物多为非嘌呤结构,以非布索坦 (Febuxostat,FX)为例,FX与酶上的氨基酸残基存在复杂的相互作用,使FX结合在通向酶活化中心的通道上,从而阻断酶与底物的结合,最终起到抑制作用[5]。类似的药物还有Y-700[6]、FYX-501[7]。

1.2 5-磷酸核糖-1-焦磷酸合成酶 (PRS)

PRS是嘌呤核苷酸从头合成途径的关键酶,负责催化合成5-磷酸核糖-1-焦磷酸(PRPP)。PRS活性异常升高会引起体内产生高浓度的PRPP, 而PRPP作为嘌呤合成的前体,这样会造成下游嘌呤核苷酸合成增加,最后导致分解产物尿酸的增加。PRS活性过高的可能原因有:正常PRS1的翻译选择性增加、PRS1的基因突变。上世纪70年代就有研究发现部分痛风病患者体内的PRS活性比正常人高且呈家族性[8]。近期研究发现,PRS活性过高是一种X染色体连锁疾病,导致PRPP、嘌呤核苷酸及尿酸产生过多,促使高尿酸血症和痛风的发生[9]。目前发现的痛风病家族PRS外显子突变均发生在PRS1基因上,已有7种PRS1的超活性致病突变体被确证,为高尿酸血症诊断治疗提供参考。

1.3 次黄嘌呤鸟嘌呤磷酸核糖转移酶(HGPRT)

HGPRT是体内核酸补救合成途径的关键酶,负责将5-磷酸核糖基-1-焦磷酸和嘌呤碱催化成相应的5’-单核苷酸及焦磷酸。HGPRT的活性降低会使核苷酸的转化受阻,引起PRPP蓄积,PRPP作为谷氨酰胺转氨酶的底物加速了该酶催化的嘌呤的从头合成,导致血中尿酸水平升高;同时HGPRT活性不足将引起底物次黄嘌呤的累积,终端产物尿酸也会生成过多而引起高尿酸血症。HGPRT的功能缺陷多由基因变异引起,目前研究发现它的外显子编码区存在 2000 余种突变形式[10],第3、8个外显子上可突变的位点较多。Jinnah等[11]对271 例HPRT突变的高尿酸血症患者进行样本研究,认为HPRT基因序列中存在突变高发位点,基因型与表型相关性研究无法预测位点突变的临床表型特征,临床症状较轻者的HGPRT 酶能保持部分活性。

1.4 亚甲基四氧叶酸还原酶(MTHFR)

MTHFR是人体内重要的一碳单位代谢酶,催化N5,N10-亚甲基四氢叶酸生成 N5-甲基四氢叶酸。Zuo 等[12]的研究表明MTHFR基因 C677T 突变与高尿酸血症发生存在相关关系。在271例日本老年男性 MTHFR 基因型与血尿酸生化指标的相关性研究中,发现血清尿酸水平高者TT基因型检出率显著升高,CC、CT 和 TT 基因型组的差异有统计学意义,提示MTHFR基因 C677T的突变可能为日本老年男性高尿酸血症的独立危险因素。

2 尿酸盐转运体

尿酸在肾脏中经过滤过,重吸收,分泌,再次重吸收的过程后排泄出体外,由于尿酸是极性分子无法自由穿透细胞膜,需多种尿酸盐转运体协同完成代谢。近年来研究发现尿酸盐转运体的病变可能是导致高尿酸血症的重要机制,逐渐成为研究调节尿酸排泄的重要药物作用靶点。

2.1 尿酸盐阴离子转运体1(URAT1)

尿酸盐阴离子转运体1(urate anion-transporter 1,URAT1)属于溶质转运蛋白家族一员, URAT1位于人肾组织近端肾小管刷状缘,含 12个跨膜结构域。RAT1cRNA 转染爪蟾卵母细胞表达hURAT1蛋白的实验证实了hURAT1具有转运尿酸盐的功能,是一个通道介导的电中性尿酸盐转运体,有时间依赖性、饱和性、不受膜电压和细胞内外pH值影响的特性。hURAT1主要通过介导有机阴离子/尿酸盐的交换实现尿酸盐在近曲小管的管腔侧的重吸收[13]。Hosoyamada等[14]对遗传性肾性低尿酸血症患者进行研究,发现患者血液尿酸水平显著降低, 在SLC22A12基因中存在多种类型的突变。Ichida 等[15]也在日本人群的基因样本研究中发现SLC22A12基因缺失突变可导致低尿酸血症。以上研究说明URAT1编码基因SLC22A12的突变会使肾脏尿酸重吸收量减少,引发原发性低尿酸血症。在患有原发性高尿酸血症的样本研究中,JUERGEN 等[16-17]发现hURAT1基因SLC22A12的单核苷酸多态现象会影响尿酸分级排泄减少,是引发原发性高尿酸血症的风险因素。苯溴马隆和丙磺舒均能降低 URAT1 的基因表达从而促进尿酸排泄,降血压药物氯沙坦降低血清尿酸是通过抑制URAT1 实现的,天然化合物桑黄素能够增加小鼠尿酸排泄,从而降低小鼠血清尿酸浓度。

2.2 果糖转运体9(GLUT9)

果糖转运体9(glucose transporter9,GLUT9) 属于糖转运体家族一员, GLUT9含两个亚型和12个跨膜结构域,在人体内主要分布于肝脏和肾小管上皮细胞基底外侧膜。Caulfield 等[18-19]在超表达 SLC2A9的 HEK 细胞实验中发现,尿酸吸收量是未转染细胞的两倍,而在利用RNA干扰减少 SLC2A9表达时,尿酸吸收量也相应减少。在全身敲除SLC2A9小鼠实验中,Preitner等[20]发现了小鼠尿酸代谢深度失衡,肾脏尿酸重吸收严重受阻以及尿液中尿酸的分级排泄达100%。以上研究证明, GLUT9能够通过对尿酸的重吸收作用来实现全身尿酸稳态平衡,但目前对 GLUT9转运尿酸的具体机制并不明确。苯溴马隆对 GLUT9也有抑制作用,预示了GLUT9和URAT1可能存在共同的尿酸结合位点,而吡嗪酸作用URAT1后对尿酸重吸收产生影响,对GLUT9则不产生任何作用。因此,针对两种蛋白对药物结构的敏感性差异,可对专一靶点药物的研发做更深入的思考。

2.3 人体尿酸盐转运体(hUAT)

人体尿酸盐转运体(human urate transporter , hUAT)是高选择性的离子通道,贯穿于细胞膜脂质双分子层的,包含4个跨膜结构域。Leal-Pinto等[21]对重组的hUAT进行电势实验,结果发现hUAT对尿酸盐有较高的选择性。他们还对hUAT上的结合位点进行研究,结果证明了结合位点处于胞浆的外侧。后续的研究发现[22]两个跨膜区域外侧各自存在1个β- 半乳糖苷结合位点,它们形成一个发夹状的结构作为尿酸盐的结合位点。hUAT的mRNA在肠道表达较为丰富,肠道中的hUAT可能发挥与在肾脏相似的分泌功能,但hUAT作为有效的尿酸盐转运通道只在体外实验中得到验证,尚未出现有关其体内试验的研究报道。

2.4 人体有机阴离子转运体(hOATs)

人体有机阴离子转运体 (human organic anion transporter,hOAT)属于溶质转运蛋白家族,包括了hOAT1、hOAT2、hOAT3、hOAT4、hOAT5和hOAT10,均在体内或体外实验中表现出具有转运尿酸盐的能力,其中hOAT1和hOAT3是尿酸盐主要的转运体。hOAT1是电中性的对氨基马尿酸 (PAH)/α-酮戊二酸交换子,含有12个跨膜结构域,分布于近端小管细胞基底外侧膜,其亲和底物还包括尿酸盐,主要参与尿酸盐的分泌过程[23]。Burckhardt 等[24]认为hOAT1在管腔膜上对有机阴离子的转运是通过胞内外的α-酮戊二酸浓度差作为摄取动力,摄取阴离子的同时又促进尿酸盐/阴离子的对向转运从而实现hOAT1的分泌功能。他们还对家族性青年性痛风性肾病进行样本研究,认为由于hOAT1基因变异后所表达的蛋白失去转运功能,影响了肾脏对药物和离子的代谢排泄过程。针对hOAT1的底物/抑制剂的复合给药可以影响药物在肾脏的转运效率。hOAT3含有12个跨膜结构域,主要表达在近端小管细胞基底外侧膜,同样参与尿酸盐的分泌过程。hOAT3是电中性的有机阴离子/二羧酸盐交换子,对PAH和雌激素硫酸盐(ES)有很高的亲和性。现今的研究结果推测hOAT3可能参与管周细胞摄取尿酸盐从而有利于尿酸盐的分泌,或者与基底膜的尿酸盐排入管周毛细血管及随后的尿酸盐重吸收有关[25-26],但尿酸盐转运机制尚不明确。Sweet等[27]对小鼠的SLC22A68基因进行敲除,结果发现小鼠肾脏失去对有机阴离子排泄和重吸收的功能。

2.5 三磷酸腺苷结合盒转运蛋白G2(ABCG2)

三磷酸腺苷结合盒转运蛋白G2(ATP-binding cassette subfamily G member2,ABCG2)主要分布于人体小肠上皮细胞和肾小管上皮细胞刷状缘侧。Woodward等[29]进行了爪蟾卵细胞表达人的 ABCG2蛋白实验,结果发现表达细胞的尿酸累积降低75.5%,细胞内尿酸较已知尿酸分泌蛋白MRP4表达细胞的尿酸水平低,证实ABCG2具有分泌排泄尿酸功能。Hosomi等[30]将小鼠ABCG2敲除后发现小鼠的尿酸排泄功能受阻,血液尿酸水平偏高,他们还认为肠道中的ABCG2对排泄过量尿酸起到了一定作用。对ABCG2的单核苷酸多态性样本研究发现, rs2231142的功能缺失与尿酸水平升高有着密切的关系[31],目前还没有以ABCG2为靶点的高尿酸血症治疗药物。

2.6 多药耐药蛋白4(MRP4)

多药耐药蛋白4(multidrug resistance protein 4,MRP4)表达于肾脏肾小管近曲小管顶侧膜和肝细胞基底外侧膜。Van Aubel等[32-33]通过免疫组织化学和免疫印迹分析学方法发现MRP4是一种ATP依赖的单向流出泵的功能蛋白,它能对尿液中的尿酸盐、cAMP、cGMP等底物进行转运,且MRP4对尿酸盐的调节是通过正协同作用实现的。Rius等[34]推测MRP4是负责将尿酸从肝细胞转运入血液的过程,可作为肝细胞基底外侧膜上调节尿酸排泄的次转运体,但具体机制尚不明确。

2.7 Na+/磷酸盐协同转运体(NPT1,NPT4)

NPT1(human sodium phosphate transporter 1)属于磷酸盐转运体家族的一员,分布在肾小管上皮细胞的顶侧膜上,主要作为Na+/磷酸盐的协同运输体。Iharada等[35]对纯化NPT1进行实验,结果发现NPT1对尿酸盐也有转运作用,它能将尿酸盐分泌到肾小管管腔,若NPT1活性降低血清尿酸水平会明显上升。NPT4分布在肾小管上皮细胞的顶侧膜上,Jutabha等[36]通过电压钳方法考察了尿酸盐在NPT4作用下的摄取量和流出量的数据变化,结果发现NPT4在肾小管中参与到尿酸盐和其他阴离子的转运过程,负责将尿酸盐分泌到肾小管管腔中。

2.8 Na+/二元羧酸盐协同转运蛋白(NaDC1,NaDC3)

NaDC1(sodium-dicarboxylate cotransporter1)是近曲小管顶侧膜上的Na+/二元羧酸盐协同转运蛋白,负责重吸收管腔中的Na+和羧酸盐,可协助OAT4重吸收尿酸盐。NaDC3同属于近曲小管底侧膜上的Na+/羧酸盐协同转运蛋白,负责摄取血液中的Na+和羧酸盐到近曲小管上皮细胞内,推测它的功能与OAT1或OAT3分泌尿酸盐过程有关[37]。

2.9 Na+/羧酸盐协同转运蛋白(SMCT1,SMCT2)

SMCT1(Na+-coupled monocarboxylate cotransporters)主要表达于近曲小管S3段顶侧膜,而SMCT2在近曲小管的S1/S2/S3段顶侧膜均有表达。两者均为Na+耦合乳酸转运蛋白,通过Na+的浓度差将羧酸盐从肾小管管腔摄取到肾小管上皮细胞内,而胞内保持稳定的羧酸盐浓度有利于URAT1和OAT10交换尿酸盐。

3 结语

体内尿酸的生成与代谢是涉及多个生理生化反应的过程,其中一些限速酶、转运蛋白以及载体起着关键性的作用,它们已成为设计调节尿酸代谢药物的重要靶点,但仍还有许多新型的靶点有待发现,新的机制和靶点的发现将会促进尿酸调节药物的研发,提高疗效,克服现有药物的不良反应。另外,高尿酸血症患者的基因序列研究也是一个热点,寻找致病基因并设计控制其表达的药物是一个重要研究方向,可为高尿酸血症的治疗提供相关依据。

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(责任编辑:姜付平)

Advance in Studies on Relative Targets of Hyperuricemia

Zhen Daming,Qi Wanhu,Chen Gangling,Jiang Jianqin*

(Department of Natural Medicinal Chemistry,China Pharmaceutical University ,Nanjing 211198,China)

Hyperuricemia is chronic metabolic disease caused by the purine metabolic disturbance or the uric acid excretion barrier. It is closely related to the gout and the metabolic syndrome. This paper reviews the relative targets of hyperuricemia in order to provide theory evidence for the hyperuricemia therapy.

Urate; hyperuricemia; relative targets

2014-02-14

国家自然科学基金(81072537)

甄达明(1987-),男,中国药科大学硕士研究生,研究方向为中药化学成分及新药开发。

蒋建勤,中国药科大学教授,研究方向为中药及天然药物活性成分、天然产物结构改造及全合成。

R696

A

1673-2197(2014)09-0042-04

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