三磷酸腺苷结合盒转运体G2与尿酸排泄关系研究进展

张雄峰　钟琴

【摘 要】 对近年来G超家族成员2基因与尿酸排泄相关研究进展进行综述。三磷酸腺苷结合转运蛋白G超家族成员2基因是ATP结合盒膜转运蛋白，在肠道、肝脏、肾小管等组织广泛分布，功能的异常会导致上述组织排泄尿酸能力下降。G超家族成员2基因突变导致肠道和肾脏尿酸排泄受阻而导致高尿酸血症和痛风。

【关键词】 痛风；尿酸；排泄；三磷酸腺苷结合盒转运体G2；单核苷酸基因多态性；综述

doi：10.3969/j.issn.2095-4174.2015.03.018

人体内大约2/3的尿酸是通过肾脏排泄，剩下约1/3由肠道等排出体外[1]。随着生活水平的提高，高尿酸血症和痛风的患病率明显上升。高尿酸血症常被报道与高血压、冠状动脉疾病、脑血管疾病和肾脏疾病等相关。

尿酸的分子量约168 kDa，一方面可经肾小球滤过到小管腔，转运过程呈双向性，既有从小管腔到小管上皮细胞的重吸收，又有从小管上皮细胞到小管腔的分泌；另一方面可经肠道、肝脏等排泄。尿酸转运体主要协助尿酸盐的转运，尿酸盐转运体包括尿酸盐阴离子转运体1（urate anion transporter 1，

URAT1）、有机阴离子转运体4（organic anion tran-

sporter 4，OAT4）、尿酸盐转运子（urate transporter，

UAT）、G超家族成员2基因（ATP-binding cassette

superfamily G member 2，ABCG2）和葡萄糖转运蛋白9（glucose transporter 9，GLUT9）等[2]。笔者论述的ABCG2突变导致ABCG2尿酸转运体功能异常，使肠道和肾脏尿酸排泄受阻，血尿酸水平上升，导致一过性或者持续性的高尿酸血症以及痛风[3]。

1 ABCG2的基本特性

1.1 ABCG2的来源 1998年Doyle等[4]在乳腺癌耐药细胞系MCF-7/AdrVp中检测到一种新的肿瘤耐药相关蛋白，根据它的来源——乳腺癌细胞，同时具有多药耐药性，将其命名为乳腺癌耐药蛋白（breast cancer resistance protein，BCRP）。此基因属于ABC超家族亚族G的第2个成员，人类基因组命名委员会又将它命名为ABCG2。

1.2 ABCG2的基因及结构 人类ABCG2基因位于4q22～23，包括655个氨基酸残基、一个ATP结合域和一个疏水性跨膜结构域，是迄今为止在4号染色体上发现的唯一ABC转运蛋白，位于痛风易感性位点（MIM138 900）[5]。ABCG2基因跨度66 kb，包括16个外显子和15个内含子。ABCG2的mRNA大小为2.4 kb，相对分子质量约72.6×103。其结构上属于ABC蛋白家族半转运子，因为ABCG2具有6个MSDs和1个NBD，仅为ABCB1分子的一半，所以又称之为半转运蛋白。研究表明，ABCG2可能通过TM5-loop-TM6的相互作用，以同型寡聚物的形式存在，其结构域可形成活性二聚体[6]。完整的ABCG2二聚体模型带状图见图1。

1.3 ABCG2肾脏和肠道的表达 Huls等[7]研究表明，BCRP/ABCG2运输活动定位在人肾近端小

管刷状缘膜，这种定位与在小鼠、大鼠肾脏研究结果一致。Woodward等[8]实验也证实，极化的

LLC-PK1细胞中ABCG2作为一种转运蛋白及尿酸分泌蛋白定位于肾近端小管上皮细胞刷状缘膜，它

介导肾尿酸的分泌，是以前尚未发现的尿酸流出转

运体，尿酸的积累是依赖于细胞外的尿酸浓度，而尿酸排出取决于细胞内的尿酸浓度。Hosomi等[9]

通过观测静脉注射14C尿酸氧嗪酸处理的大鼠的复苏程度，发现尿酸排泄到尿液和胆汁中作为一个肾外消除途径，第一次直接证明了hbcrp/rbCRP有助于肠道和胆道排泄尿酸，在大鼠额外的肾脏排泄尿酸至少达1/4，在人类这是不可忽视的。Maliepaard等[10]研究也表明，ABCG2在肝细胞的表达提示胆汁排泄尿酸分泌很重要，但尿酸通过肠道的分泌比胆道要大得多，这意味着额外的肾尿酸排泄主要通过肠上皮细胞直接分泌到肠腔，而不是通过胆管，尿酸胆汁排泄应该是一个较小贡献的肾外排泄途径。

1.4 与尿酸相关底物 ABCG2被报道称，Sevelamer（非可吸收的水凝胶）在人类胃肠道非选择性吸附尿酸，并降低血尿酸浓度[11]，这种认识使得通过提高尿酸分泌入肠腔来控制血尿酸水平成为可能。此外，BCRP抑制剂Elacridar，使得尿酸肠道分泌减少，在Caco-2细胞，在基底顶侧尿酸表现出极化通量，这种通量在Elacridar面前几乎被取消[9]。Woodward等[8]应用转运实验制备ABCG2高表达细胞的膜囊，转运的雌酮3硫酸（ES，一个典型的ABCG2底物）被尿酸以及ES抑制。临床常见降尿酸药物如苯溴马隆、别嘌醇等目前无明确报道称作为ABCG2的底物起作用。

2 单核苷酸基因多态性（single nucleotide polymorphisms，SNPs）

2.1 SNPs人群分布 Noguchi等[12]通过对东亚人群、高加索人群、非洲人群ABCG2 SNPs的研究发现，不同人群的ABCG2 SNPs均不同，C421A多态性在多种人群均有分布，A等位基因频率在中国人群和日本人群最高，明显高于高加索人群和非洲人群。G34A多态性亦为多种人群分布，在瑞典人群发生率为1.7%，在越南人群为36.0%，C376T多态性只有在东亚人群检测中被发现，发生频率约0.4%～1.9%。

2.2 基因多态性 ABCG2基因存在突变，已知的ABCG2基因单核苷酸多态性有40多个，ABCG2多态性对其基因编码蛋白的表达和功能都会产生影响，最为常见的ABCG2基因SNPs有C421A[13]。C421A由第5个外显子的421位点碱基突变引起，会导致141位谷氨酰胺突变为赖氨酸（Q141K），相关性最显著的SNP位点为rs2 231 142（A/C），使尿酸的转运速率下降53%[14]。通过研究稳定性和Q141K ABCG2的变种细胞处理，提示Q141K变种有轻度的可以通过低温获救的加工缺陷，轻度的折叠缺陷对NBD有影响[15]。Dalbeth等[16]在果糖负荷实验下分时段检测该基因存在与否，提示在果糖负载下，Q141K等位基因与小浓度的血清尿酸增高和较高尿酸排泄分数相关。另一个单核苷酸多态是C376T（Q126stop），是终止密码子代替了126位的谷氨酰胺[17]。Dehghan等[13]研究表明，70%痛风的发生可能与ABCG2 Q141K变异相关，但对ABCG2基因功能分析发现，Q126X对痛风发生影响较Q141K更大。另一个单核苷酸多态G34A位于第2外显子上，第12位的缬氨酸变为甲硫氨酸（V12M），野生型和变异型氨基酸都不带电荷，具有疏水性，在ABCG2 N端细胞内区域，V12M的变异对痛风危险相对Q141K和Q126X来说较小[18]。

Nakayama等[2]创建了V12M、Q126X、Q141K等

SNPs对90例日本高尿酸血症患者所有的编码区和内含子-外显子的ABCG2基因的突变分析研究表明，V12M团是专门分配给一个非风险单倍型，V12M团变量不表现出改变的尿酸盐转运体，可能与V12M团降低痛风风险相关，Q126X可能是痛风的主要致病突变。

2.3 基因多态性的意义 Yamagishi等[19]通过分析3923例40～90岁日本人的rs2 231 142多态性与血清尿酸浓度、痛风的关系，证明rs2 231 142多态性可能能解释29%的痛风发病原因，两者有密切的相关性。Woodward等[8]对14 783例被研究者的ABCG2 基因C421A位点SNPs做了研究，提示该基因与尿酸水平显著相关，与野生型比较，C421A Q141K变异减少了54%的尿酸排泄，可能至少10%的白人痛风与C421A 缺失突变存在相关，这种相关性在男性表现更为明显。ABCG2对血尿酸水平的影响男性大于女性，对女性血尿酸水平的影响与年龄增长相关[20]。叶德邵[21]扫描了中国汉族人最小等位基因频率（minimum allele frequency，MAF）较高的10个位点，提示ABCG2可能是中国汉族人群发生痛风性关节炎的一个预测基因，ABCG2的rs2 231 142位点表达T/T基因型可能是中国汉族人痛风性关节炎的发病因素，而表达G/G基因型可能是保护因素；Zhang等[22]研究4种美国人种rs2 231 142位点表明，T等位基因可能增加血清尿酸水平和痛风的机率，这种关联在男性和绝经女性中更明显，这些结果提示，性激素可能发挥预防高尿酸血症和痛风的作用。杨会勇等[23-24]研究表明，携带AA基因型的人有较高的痛风发病风险，A等位基因携带者发病风险比正常C等位基因携带者患病风险提高，A/C、CC型可能为高风险基因型，携带痛风易感基因位点的可能具有较高的合并糖尿病、高血压、高血糖、三酰甘油等疾病的几率。以上研究都提示，ABCG2的基因多态性是痛风的重要可遗传发病因素，由于地区、人种差异性，目前对SNPs研究仍处于初级阶段，其与痛风、高尿酸血症的确切性相关位点有待进一步研究。

目前，对ABCG2的研究主要集中在对痛风的早期诊断、更安全更有效的治疗方面；而上述基因多态性将可能成为突破点。Matsuo等[25]进行基因分型研究发现，ABCG2常见的功能障碍是早发性痛风的主要原因，这将有利于痛风早期诊断，提高高危人群的早期预防和治疗比率。Ishikawa等[26]建议ABCG2简单的基因分型方法对早期预防、诊断干预更有意义，而Aw等[27]用SmartAmp方法快速检测了ABCG2基因多态性，将为此提供方便——更高的临床实用性。目前对ABCG2 Q141K这个位点干预是比较清晰的，Basseville等[28]发现一组不同的HDAC抑制剂能诱导变异的Q141K ABCG2重新定位，恢复其功能和表达水平，对其由错误折叠的蛋白质引起的疾病是一种治疗方法，这其中包括高尿酸血症和痛风。通过校正突变Q141K的表达[29]，改变ABCG2折叠方式和二聚化，这将可能导致新的治疗方法（药物）用于痛风和高尿酸血症。对ABCG2的干预手段集中在其折叠方式和二聚体化上，直接关注初级尿酸分泌转运机制的治疗——促进肾脏和肠道尿酸分泌可能会有更好的治疗结果和更少的副作用[30]。相关的降尿酸药物是一种很有前途的研究目标，可能有更少或无副作用，对尿石症、肾功能异常等都会取得较好效果。

3 展 望

ABCG2 转运蛋白在体内尿酸转运发挥着重要作用，定位于肾近端小管上皮细胞刷状缘膜、肝细胞膜胆小管面和肠道上皮细胞，均参与嘌呤的代谢和肾脏、肠道排泄尿酸。对ABCG2 转运蛋白深入研究能够进一步了解它转运尿酸调控的机制，明确它与降尿酸的药物吸收、体内代谢的作用，解析其与底物的结合位点，确定引起高尿酸的人群基因多态性等，这都应是未来研究方向，进而可以改善临床药动学、指导（开发）用药、提高对高尿酸血症和痛风的早期预防。

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收稿日期：2014-12-29；修回日期：2015-01-17