慢性痛风石发生机制研究进展

李 青， 易 婷， 青玉凤

川北医学院附属医院风湿免疫科，南充 637000

痛风石是痛风慢性期的特征性改变，是一种由尿酸钠(monosodium urate, MSU)晶体沉积引起的慢性异物肉芽肿反应，通常在痛风首次发作后的3～8年发生[1-2]。痛风石不仅可以造成局部骨质缺损、关节畸形，还可能使患者产生自卑、尴尬等不良情绪，影响患者的日常生活和工作效率[3-4]。痛风石的形成机制目前尚不明确。本文对痛风石发生机制的研究进展作一综述。

1 痛风石的组成

痛风石在显微镜下表现为一种慢性肉芽肿性病变。其中心是MSU晶体，周围围绕着单核和多核巨噬细胞，外层由致密的结缔组织包裹。组成痛风石的蛋白质成分包括与适应性免疫相关的蛋白质，如免疫球蛋白和补体因子、炎症蛋白、结缔组织和基质蛋白、载脂蛋白和组蛋白等[1]。痛风石还可表达多种炎性因子，如白细胞介素-1β、白细胞介素-6、肿瘤坏死因子-α、转化生长因子-β、髓系相关蛋白-8和髓系相关蛋白-14等[2-4]。痛风石形成的核心是体内MSU晶体沉积。MSU晶体形成须3个关键步骤：(1)尿酸盐溶解度降低，即尿酸盐溶液过饱和导致晶体析出；(2)晶体成核，即在溶液过饱和之前形成稳定的尿酸盐分子簇作为结晶中心；(3)晶体生长，即尿酸盐分子簇稳定后晶体持续增大[5]。

2 痛风石的发生机制

2.1 尿酸盐溶液中各离子浓度的影响 MSU晶体的形成受到尿酸盐溶解度的影响，其基础是溶液中存在过量的尿酸盐离子。尿酸盐的溶解度除受溶液中尿酸盐离子的影响外，还受溶液中Na+、K+、Mg2+、NH4+、Ca2+、Cu2+等阳离子的影响。这些离子均可使尿酸盐的溶解度出现不同程度的降低，但其具体机制尚不清楚，推测这些离子可能通过改变溶液的pH值来影响尿酸盐的溶解度[6-7]。但是，目前有关离子浓度对尿酸盐溶解度影响的针对性报道甚少。

溶液中离子的浓度除影响尿酸盐溶解度外，对MSU晶体成核的作用也不容忽视。在体外实验中，随着尿酸盐浓度的升高，MSU晶体成核越多；同时，提高溶液中Na+的浓度也可促进MSU晶体成核[7-8]。在生理条件下，K+、Mg2+、Cu2+对MSU晶体成核有较小的抑制作用，而Ca2+对MSU晶体成核没有影响；当Ca2+浓度过高时，形成的往往是尿酸钙晶体而非MSU晶体[7]。

MSU晶体的生长速率取决于尿酸盐离子的浓度[9]。研究[8]发现，在温度和尿酸盐浓度保持恒定时，晶体长度与时间呈线性关系；当尿酸盐浓度升高时，晶体生长速率随之加快。该研究进一步在生理pH值、温度、Na+浓度下发现，尿酸盐离子浓度小于4 mmol/L时，MSU晶体出现溶解现象；尿酸盐离子浓度为4 mmol/L时，晶体保持稳定；尿酸盐离子浓度为4～8 mmol/L时，晶体持续生长[8]。

2.2 环境温度 在生理温度和Na2+浓度条件下，MSU晶体的溶解度为0.68 mg/L；当温度从37℃降为35℃时，尿酸盐的溶解度即从0.68 mg/L降低到0.6 mg/L；温度低于25℃时，MSU在血浆中的溶解度迅速降至原来的1/4[10]。而人体许多外周组织和关节温度低于37℃，即使在正常尿酸浓度下，这些部位血浆中的MSU也可能长期处于过饱和状态。痛风石常发生在四肢、耳廓等部位可能与此有关。尽管血浆局部过饱和与尿酸盐沉积有关，但在健康人中很少发生，因此痛风患者尿酸盐沉积的机制还有待进一步研究。对于升高局部温度能否促进尿酸盐结晶的吸收，从而达到消除痛风石的目的，还有待进一步研究。

2.3 尿酸盐溶液的酸碱度 在生理pH值状态下，MSU结晶的主要组成成分是尿酸盐离子。尿酸盐溶解度在pH值≤6或≥10时最大，在pH值为7～8时最小[10]。这可能与不同pH值条件下尿酸存在的形式不同有关：在37℃溶液中，当pH值较低时是以尿酸为主；在较高pH值时，以尿酸盐离子为主。另一项研究[11]发现，在37℃过饱和溶液中，pH值<5.62时，尿酸的浓度最高；pH值为5.62时，尿酸盐离子的浓度最高；pH值接近9时，尿酸盐离子开始转变为重尿酸盐离子。因此，通过改变尿酸盐溶液的酸碱度，可以对MSU结晶产生影响，微碱性环境促进痛风石的形成。

2.4 结缔组织因子与蛋白质 在体外实验中，改变软骨、滑液和血清中尿酸盐的溶解度可以影响MSU晶体的形成。Katz等[12]通过比较牛心、肝、脑、肾、鼻软骨组织匀浆发现，鼻软骨丙酮匀浆能显著提高尿酸盐的溶解度。软骨中蛋白质多糖结构的完整性对尿酸盐溶解度的影响至关重要，经酶处理后的非聚集蛋白聚糖则不能改变其溶解度[13]。健康人群尿液中尿酸盐的溶解度比滑液和血液高；而对血浆进行透析后，尿酸盐溶解度降低，表明血浆中可能存在可以提高尿酸盐溶解度的大分子[14]。这种分子可能是人血清白蛋白，但Perl-Treves等[15]发现这仅出现在白蛋白浓度较低的情况下，且其引起尿酸盐溶解度的改变还与pH值有关。因此，白蛋白在尿酸盐结晶过程中的作用仍有待进一步研究。在骨关节炎、类风湿性关节炎、痛风患者中，尿酸盐在血浆中的溶解度均大于滑液，其中痛风患者的该差值最小[16]。此外，还有研究[10]发现，与类风湿关节炎患者的滑液相比，痛风患者的滑液能使尿酸盐的溶解度出现更大程度地降低。

在体内，MSU晶体主要沉积在软骨表面。在高尿酸状态下，痛风患者的关节滑液可以作为启动因素启动MSU晶体成核。分别将健康对照者、痛风性关节炎、类风湿关节炎患者的滑液加入过饱和的MSU溶液中，发现痛风性关节炎患者的滑液可以增加MSU晶体的质量，并缩短其形成时间[17]。特异性的尿酸结合抗体也可促进MSU晶体的成核。从注射MSU晶体的家兔血清中分离IgG抗体，加入过饱和的MSU溶液中，可显著增加MSU的成核，而注射其他类型晶体没有得出相似结果，表明抗体结合位点和MSU晶体表面结合的特异性很高，尿酸结合抗体可以作为MSU结晶成核的模板[10,18]。同样，从痛风患者的关节液中分离出的IgG抗体能促进MSU晶体的形成[19]。由此可见，MSU晶体的形成与体液免疫有关。此外，低浓度的血清、人和牛血清白蛋白及球蛋白(特别是γ球蛋白)、Ⅰ型胶原都可不同程度促进MSU成核[5,20]。

2.5 中性粒细胞胞外网状陷阱(neutrophil extracellular traps, NETs) NETs是2004年由Brinkmann等[21]提出的不同于以往中性粒细胞杀灭病原菌的防御机制。中性粒细胞被病原菌激活后，细胞核与胞质中的染色质伸展、解凝聚，胞质中的颗粒溶解，继而质膜结构破坏、核膜崩解，颗粒蛋白与核酸混合后被释放到细胞外，形成以自身DNA和组蛋白为骨架，并有中性粒细胞各级颗粒中杀菌物质附着的网状结构，即为NETs。杀菌物质包括一级颗粒髓过氧化物酶、弹性蛋白酶等，二级颗粒乳铁蛋白酶、抗菌肽等，以及成熟后期形成的三级颗粒基质金属蛋白酶-9、肽聚糖识别蛋白等[22]。中性粒细胞在杀灭病原菌的过程中同时伴有自身的凋亡，这个过程称为NETosis。NETosis的形成继发于细胞自噬和过氧化物的产生，弹力蛋白酶移位到细胞核降解特定的组蛋白，与髓过氧化物酶、自噬装置、超氧化合物等促进染色质的解聚及DNA的释放过程[23]。

痛风石的形成与NETs存在相关性。痛风石的组成成分与NETs的部分成分相同，包括中性粒细胞弹性蛋白酶、髓过氧化物酶、抗菌肽等[24-25]。高尿酸血症患者的关节滑液中中性粒细胞受到MSU晶体的刺激而促进NETs的形成；这个过程是由白细胞介素-1β信号驱动的，同时还需要磷酸肌醇3-激酶信号传导[26]。痛风石的形成可以看作是机体抑制炎症反应的自我调节机制，表现为痛风急性发作前的一段时间内无症状。痛风患者急性炎症发作时，NETs可通过丝氨酸蛋白酶降解白细胞介素-1β、白细胞介素-6、肿瘤坏死因子-α和单核细胞趋化蛋白-1等细胞因子和趋化因子，抑制MSU晶体诱导的炎症反应[27]。在炎症发生部位，MSU晶体沉积在滑膜并触发滑膜细胞释放活性氧和活性氮，从而导致细胞死亡[28]。滑膜内的坏死细胞进一步激活免疫反应，大量固有免疫细胞如中性粒细胞和巨噬细胞进入滑膜，吞噬沉积的MSU晶体，导致NETs的形成；而随着募集到MSU沉积位点的中性粒细胞数目增加，NETs不断增加，与MSU晶体直接接触形成聚集网，即aggNETs[29-30]。aggNETs的形成是活跃的炎症反应下降的临界点。而NETosis受损的患者如慢性肉芽肿病或NETosis缺陷的动物模型中，MSU晶体会导致炎症加剧[27]。NETs能减轻甚至控制炎症反应，这也可以为痛风炎症及部分以痛风石为首发症状的患者自行缓解提供理论支持。健康人体内的NETs能被脱氢核糖核酸酶-1(DNase-1)充分降解；而痛风患者可能NETs清除能力不足，MSU结晶反复沉积持续诱导NETosis形成，加之巨噬细胞参与吞噬结晶体，从而导致炎性反应慢性化，促进痛风石的形成[31]。综上所述，痛风石可以看做是含有大量胞外DNA和MSU晶体的aggNETs，其中胞外DNA通过包裹MSU晶体来抑制MSU沉积带来的有害影响。此外，脊柱退行性疾病、组织坏死等因素也可以触发MSU晶体的聚集，导致痛风石形成，且主要以中轴关节多见[32]。

3 小 结

较低温度和微碱性环境是MSU结晶发生的适宜环境。尿酸结合抗体、球蛋白、胶原蛋白、人血清、滑膜液都能够促进MSU晶体成核。尿酸盐浓度升高是唯一确定的促MSU晶体生长因素。NETs也与痛风石的形成密切相关。痛风石形成的机制复杂，NETs以及结缔组织和蛋白质在MSU结晶过程中的具体作用可能是未来主要的研究方向。