高尿酸血症损伤肾小管上皮细胞钠钾泵的机制

林鑫，杨沿浪，王淼，杨晓明，樊惠

（皖南医学院弋矶山医院肾内科，安徽 芜湖241001）

高尿酸血症发病率近年来逐年升高，被认为是导致肾脏损伤的独立危险因素。研究发现在高尿酸性肾病患者中常伴有氧化应激和肾小管功能损伤，肾小管主要是尿酸排泄和重吸收的重要部位，且需要线粒体产生ATP为其被动转运提供能量，其中肾小管上皮细胞具有丰富的线粒体和Na＋－K＋－ATPase（NKA）与尿酸转运密切相关［1－2］。然而高尿酸血症是否通过氧化应激损害NKA机制尚不明确。本文将简要阐述高浓度尿酸对肾小管上皮细胞NKA损伤的可能机制。

1 尿酸的生理特性

尿酸主要通过肾脏排出［3］，其中90%经肾小球滤过的尿酸在近端小管中重吸收。位于近端肾小管上皮细胞的尿酸转运通道主要有三类：（1）有机阴离子转运蛋白家族：多种阴离子的转运子将阴离子转运到肾小管管腔内，尿酸作为交换离子，重吸收入胞内，其中，尿酸盐／阴离子交换子（urate／anion exchanger，URAT1）位于近端肾小管的管腔面，是尿酸重吸收的重要转运通道；（2）葡萄糖转运蛋白家族成员（glucose transporter family member，SLC2A9）：是另一个和尿酸转运有关的蛋白，是和果糖和葡萄糖重吸收有关的蛋白家族成员［4］；（3）多重药物抵抗蛋白：和多种药物分泌有关，分泌药物的同时重吸收尿酸进入肾小管上皮细胞。这些通道需要肾小管基底膜NKA的协同作用及ATP提供能量，才能使离子及尿酸被动转运，因此，肾近端小管上皮细胞作为高代谢细胞具有丰富的线粒体和NKA协助尿酸转运吸收。

2 近端肾小管上皮细胞上的NKA生理特性及功能

NKA即为ATP酶，每分子ATP水解能够使3个Na＋被运出细胞，同时2个K＋被转入细胞，在维持动物细胞的膜电位和细胞内外的渗透压平衡，以及细胞无机离子的转运和代谢产物的排出提供驱动力等方 面发 挥重 要 作用［5］。NKA是P型ATPase家族的成员，并且是动物生理学中最重要的离子泵。NKA由两个非共价连接的α和β亚基组成。γ亚基（FXYD蛋白的一个成员）以组织特异性方式与NKA结合并调节该酶的功能。α亚基（约112 kDa）包含ATP和其他配体结合位点，并将ATP水解与离子运动耦合；β亚基对于组装全功能酶至关重要。在人体组织中发现了4种α同工酶，它们以组织特异性的方式表达。在所有细胞中都发现了α1同工酶；α2和α3同工酶主要在骨骼肌、神经元组织和心肌细胞中表达；α4同工酶在睾丸中，可调节精子的运动能力。肾小管上皮细胞仅表达α1和β1亚型。NKA亚基由三个功能域（A、P、N）组成：致动器（A）域由N末端和第二胞质域（CD2）1组成，第二胞质域（CD2）1与跨膜螺旋M2和M3连接，并起调节钠和钾结合的位点；高度保守的磷酸化（P）域位于附近；最后是核苷酸结合（N）结构域。NKA处于两个主要的构象状态，即E1钠结合态和E2钾结合态。在运输周期中，A域旋转，而N域关闭，后者分别打开和关闭E1和E2构象的A、N和P域［1，6－8］。两种构象状态使得NKA在人体内发挥重要作用，尤其是在肾小管上皮细胞中对尿酸及离子的转运具有决定性影响。

近端肾小管上皮细胞是排泄尿酸盐并重吸收离子的主要转运通道［9］，因此，肾小管上皮细胞作为高代谢细胞具有丰富的NKA和线粒体。肾小管上皮细胞尿酸盐转运蛋白的驱动力来自其基底外侧NKA。这种与能量有关的主动传输为包括尿酸盐转运蛋白在内的许多转运蛋白提供了扩散驱动力，并且它可以控制电解质和细胞内环境的稳态［10］。NKA活性及其表达的损害不仅影响其自身功能而且NKA还可以充当多蛋白复合物中的新型膜受体，并修饰靶分子如蛋白酪氨酸激酶（Src）［8］。Src是细胞膜上重要的信号分子，在生理条件下，它与NKA结合并抑制Src功能；与NKA分离后，Src被激活并诱导多种炎症途径，引起一系列损伤表现［7］。在静息状态下，NKA主要是通过其α1亚基的CD2和CD3结构域与Src直接相互作用，形成NKA／c－src功能性的信号受体复合物，从而抑制了Src的活化，使其无法激活下游的炎症信号反应［1］。肾小管上皮细胞中的NKA具有多种功能且作为信号转导受体参与包括尿酸在内的各种物质的转运，当尿酸浓度增加到一定浓度时可能会对NKA功能产生相应的影响。

3 高尿酸血症损伤肾小管上皮细胞NKA的机制

尿酸在细胞内表现为具有较强的促氧化作用，高浓度尿酸刺激肾小管上皮细胞后，导致近端小管上皮细胞、系膜细胞、脂肪细胞的胞内氧化应激迅速增加［11］。在细胞内疏水环境下刺激NAD⁃PH、释放自由基、促使线粒体产生过量的活性氧（reactive oxygen species，ROS）等一系列氧化应激反应［12］。另一方面，高浓度的尿酸也可以诱导醛糖还原酶（AR）mRNA和蛋白表达水平，同时通过p38／MAPK途径介导AR表达，促进ROS的产生［13］。ROS产生过量同时会使细胞K＋外流增加，进一步激活NLRP3炎症小体，引发细胞损伤［14］。根据以往研究所知，嘌呤受体家族的配体门控离子通道的激活如K＋／H＋载体和ATP介导的嘌呤受体7（P2X7），会通过增加K＋排出从而促进IL－1β成熟［15］。以上均可使细胞外K＋浓度升高，进一步影响细胞膜内外两侧静息电位。

细胞内的氧化应激持续增加可损伤细胞内的线粒体，影响线粒体为细胞活动产生所需要的ATP的量。高浓度的尿酸会诱导氧化应激的增加，进而降低内皮一氧化氮的生物活性，诱发线粒体功能障碍，其特征是线粒体体积减小（线粒体DNA／核DNA的比值降低），ECoAH（烯酰辅酶A水合酶）－1和ACO－2（顺乌头酸酶）表达减少［16］。两种酶分别是脂肪酸氧化与三羧酸循环中的关键酶，ACO－2和ECoAH－1（影响三羧酸循环并导致乳酸的积累）的减少导致三羧酸循环的抑制和丙酮酸向糖酵解途径的分流增强，共同影响线粒体ATP合成减少。另一方面，高浓度尿酸诱导线粒体DNA的减少，会导致线粒体体积的缩小，导致关键酶的生成进一步降低，引起ATP合成减低，从而得知尿酸引起的线粒体功能障碍与紊乱，导致ATP的产生减少，随后诱发NKA的活性降低。由于NKA能量 主要由线粒体产生的ATP提供，并且受线粒体功能的影响［17］，因此在高尿酸浓度影响下，NKA可能是将尿酸诱导的线粒体疾病与肾脏（尤其是肾小管细胞）炎症过程联系起来的桥梁。

NKA在细胞膜上表达，其活性主要受其α1亚基的亚细胞位置调节，该α1亚基可以被不同的刺激调节［18］。如在通过病理和生理浓度白蛋白孵育的肾小管上皮细胞中，可在细胞质中观察到NKA，但在细胞表面未观察到NKA［19］。血管紧张素Ⅱ刺激增加了肾小管细胞中NKA向质膜的转运［20］。在尿酸作用下，NKA α1亚基聚集在溶酶体中降解，而不是在细胞膜表面正常表达，这说明NKA α1亚细胞表达的这种变化与尿酸介导的NKA活性受损有明显相关性，即尿酸也可以通过其α1亚基表达来调节NKA活性［2］。

细胞的离子通道可以通过特殊的方式影响细胞功能，具有双重效应（有利和有害）。肾小管上皮细胞具有丰富的钾离子通道，电位的影响可导致许多电解质跨膜运动的改变，参与肾小管钠钾交换、钾持膜电位和调节细胞容积等。高尿酸血症引起细胞氧化应激，线粒体损伤时，肾小管上皮细胞的NKA活性受到严重的损害，其活性的降低可导致细胞内Na＋的潴留和K＋的丢失，使细胞内外两侧离子浓度分布不均衡，从而导致尿酸的排泄和重吸收受到一定的影响，当大量尿酸排泄受阻，尿酸盐结晶沉积在肾组织导致局部发生炎症反应，出现肾小管萎缩及间质纤维化。NKA活性的降低是导致细胞凋亡、肾小管损伤的重要原因［2］。钠钾泵活动形成的Na＋、K＋浓度差及膜对Na＋和K＋的通透性是决定静息电位的主要因素，通常膜对Na＋和K＋的通透性短时间不会发生太大变化，因而影响静息电位主要就是钠钾泵的活性，通过测定静息电位的变化可以反映出不同浓度尿酸对钠钾泵活性的影响程度大小。因此，细胞内外离子的转运同样也可能影响NKA活性的改变。

4 尿酸诱导NKA受损激活炎症小体引起肾小管损伤

研究显示，当机体受到体外刺激时（如缺血缺氧或者药物作用），体内氧化与抗氧化作用失衡，导致ROS（氧化应激）产生增加，继而引起NKA／c－Src功能复合物解离，引发信号传导级联反应，激活Src信号通路［1］。Src已显示出介导NLRP3的激活［21］。大量研究证实，NLRP3已被证明是高尿酸血症条件下肾小管炎症的关键因素［22］。肾脏疾病中NLRP3的激活加剧了炎症和随后的纤维化，炎症小体依赖性的NLRP3通过使炎症反应加剧、免疫细胞中的免疫应答以及免疫细胞与肾脏非免疫细胞之间的相互影响而介导肾脏疾病的进展。此外，NLRP3mRNA的上调在患有各种肾脏疾病（包括IgA肾病、急性肾小管坏死、局灶性节段性肾小球硬化、狼疮性肾炎、微小改变疾病和高血压性肾病）的患者的肾脏活检中得到证实。总之，肾近端小管中NKA的损伤及其对Src信号通路影响，会导致NLRP3炎症小体激活，从而诱导下游的IL－1β等炎症因子的表达上调，继而引起炎性反应、诱导细胞转分化和凋亡等机制最终导致肾小管损伤。因此，NKA提供了将细胞能量障碍与下游炎症过程连接的分子桥［2］。

5 小结

高尿酸血症一方面通过引起细胞的氧化应激增加，损伤线粒体活性，从而造成NKA的活性受损，另一方面高浓度尿酸直接作用于NKA上的α1亚基，也同样损伤NKA，NKA活性下降引发信号转导受损，从而激活下游的炎症小体，造成肾小管乃至肾脏功能的损伤。高浓度尿酸对肾脏功能影响在多个方面，NKA活性受损机制的了解有助于肾小管及肾脏疾病的治愈与转归。