高尿酸血症与血管内皮细胞功能障碍的研究进展

李晓霞 综述 连希艳 审校

(云南省昆明市昆明医科大学第二附属医院肾内科，云南 昆明 650101)

尿酸是黄嘌呤在黄嘌呤氧化酶或是黄嘌呤脱氢酶催化下生成的嘌呤代谢的终产物，其随尿液排出体外［1］。在生理情况下尿酸以可溶性的尿酸盐形式存在，其合成和排泄能够保持动态平衡。而且尿酸作为抗氧化剂、抗炎剂其能够保护血管内皮细胞不受氧化应激、炎症因子侵扰。但当机体摄入嘌呤过多，或是代谢障碍以及酶异常时可致血清尿酸水平升高，当尿酸水平达到408 μmol/L 时则会形成尿酸钠结晶。关节处出现尿酸钠结晶则会出现痛风。在过去的十多年里高尿酸血症，作为一种代谢性疾病，发病率明显增高。关于痛风、高尿酸血症与其他诸如高血压、慢性肾脏病、代谢综合征以及心血管疾病等之间存在相关性的认识也由来已久［2］。随着研究的深入，研究人员发现高尿酸引起的病理生理变化并不完全由尿酸盐结晶所引起，尿酸可以通过多种途径影响内皮功能参与了心血管疾病以及肾脏病的发生。近年来认为高尿酸血症是心血管疾病的独立危险因素而更受重视［2-5］。然而目前关于尿酸与心血管疾病之间的关系尚未达成共识。尿酸引起内皮功能障碍的分子机制亦不明确。故现就近年来尿酸致内皮细胞功能受损的发病机制综述如下。

1 尿酸与氧化应激

尿酸是重要的抗氧化剂，能够与多种氧化剂包括过氧化氢和羟基自由基作用，具有清除氧自由基的作用，保护血管内皮细胞不受外界氧化应激的破坏［6-7］。然而尿酸在氧化应激中的作用是复杂的，它除了能够清除氧自由基，在某些状态下还具有促氧化增加活性氧簇(reactive oxygen species，ROS)的作用［8］。Ames等提出尿酸在胞外是抗氧化剂而进入细胞中后就会转变为促氧化剂［9］。众所周知线粒体不仅是能量产生的中心而且也是ROS 产生的重要场所。在高浓度的尿酸刺激下人类脐静脉内皮细胞中钙离子的超载是线粒体产生ROS 的重要原因。在钙离子刺激下的三羧酸循环和氧化磷酸化反应同样会致ROS 产生增加。［Ca2+］Mito和线粒体型的超氧阴离子水平在高浓度尿酸刺激下会增加。而［Ca2+］cyt的水平没有明显变化。这表明［Ca2+］Mito的水平与线粒体型超氧阴离子的水平呈正相关。也就是说在尿酸存在的情况下，仅有一些特殊的钙通道能够引起线粒体中的钙离子超载进而导致ROS 的产生［10］。增加的ROS 会增加脂质氧化，损伤内皮依赖性的血管舒张功能。因而增加了慢性心血管疾病的患病风险［8］。黄嘌呤氧化酶是肝脏合成的一种酶，其能催化次黄嘌呤氧化为黄嘌呤最终转变为尿酸。黄嘌呤氧化酶能够产生一氧化氮(nitric oxidate，NO)以及ROS，而后者具有较高的生物活性，可能会损伤脱氧核糖核酸、核糖核酸和蛋白质，导致酶失活，氧化氨基酸，使多聚不饱和脂肪酸向脂质转换。这些都被认为与内皮功能障碍、高血压、肾性高血压以及动脉粥样硬化密切相关。抑制黄嘌呤氧化酶能够有效降低尿酸水平，提高肾小球滤过率、改善系统血压以及心脑血管疾病预后。ROS 的存在以及一系列的线粒体呼吸链的功能紊乱都被认为与动脉粥样硬化、内皮功能障碍、高血压(肾性)、心血管疾病以及早衰有关［11］。

2 尿酸与炎症

当尿酸水平超过408 μmol/L 时则会形成尿酸钠结晶，尿酸钠结晶一直被认为是重要的炎症刺激物［3］。Kenneth Rock 和其同事提出尿酸就像是受损细胞释放出来的内在“危险信号”，该信号能够促进树突状细胞和T 淋巴细胞成熟，这就解释了尿酸作为促炎因子的原因。他们假设尿酸钠结晶刺激免疫系统的方式很可能像微生物分子。他们把尿酸钠结晶注入野生型小鼠和Toll 样受体(Toll-like receptors，TLRs)缺陷型小鼠体内，以检测TLR，并通过中性粒细胞的涌入来监控免疫反应。最后发现尿酸激活免疫系统的关键是髓细胞分化主要反应蛋白88(myeloid differentiation primary response protein 88，MyD88)，而不是TLR［11］。MyD88 是白介素1 受体信号途径的适配分子。在MyD88 的介导下，尿酸盐晶体形成炎性体刺激炎症细胞产生有活性的白介素1β［12］。同样在血清中升高的尿酸还能够刺激白介素6 和肿瘤坏死因子α，进而激活促炎症机制［13］。近来很多研究显示可溶性尿酸可以激活免疫系统致细胞因子(如单核细胞趋化蛋白1)以及炎症标志物(超敏C 反应蛋白)生成增加。其中的机制可能是尿酸转运蛋白1 等有机阴离子运载体将尿酸转入细胞引起氧化应激，导致特定的有丝分裂原，激活蛋白激酶(包括P38 和细胞外信号调节激酶)、核转录因子等。最终导致血管收缩介质(其中包括血栓素、内皮素-1、血管紧张素Ⅱ)激活和生长因子(血小板衍生生长因子)的释放。尿酸诱导的单核细胞趋化蛋白-1的表达会出现在高尿酸动物模型中，在人类相似的尿酸水平则与炎症标志物的表达有关［6，13］。

3 尿酸与肾素-血管紧张素-醛固酮系统

尿酸能够激活机体肾素-血管紧张素(renin-angiotensin system，RAS)产生血管紧张素Ⅱ并增加其受体(AT1和AT2)的表达。而血管紧张素Ⅱ能够抑制细胞的增殖并诱导尿酸刺激下的内皮细胞出现衰老和凋亡。之前也有过类似关于尿酸与血管紧张素Ⅱ导致肾脏和血管损伤的研究:将血管紧张素Ⅱ注入伴有高尿酸血症的大鼠，其会出现高血压、肾小球肥大以及肾间质炎症［14］。同样也有关于在RAS 激活后，其介导了尿酸对血管平滑肌细胞增殖所表现出的一些毒性作用的报道［9］。Yu 等［9］发现RAS 的激活依赖于氧化应激的诱导。即使是在RAS 被阻断的情况下，ROS的产物也是尿酸刺激下15 min 内最早出现的信号。进行抗氧化治疗后能够减少人类脐静脉内皮细胞的血管紧张素Ⅱ的生成。这一发现同样也说明了氧化应激在RAS 激活机制中扮演了重要角色。以上这些事实都说明了尿酸能够启动呼吸爆发继而激活RAS，而后者通过正反馈增加了氧化剂的生成。因此RAS的激活对于细胞内氧化应激的增强是一个正反馈。早间人们认为尿酸相关的氧化应激是由于其自身引起，现在认为血管紧张素Ⅱ与尿酸相关性ROS 有着十分密切的关系。

如前所述，尿酸能够刺激内皮细胞血管紧张素Ⅱ和肾素的生成。实验性的高尿酸血症同样也可以升高血中醛固酮的水平。同样的在人类的实验中，研究人员发现血浆中肾素活性与高血压病患者血清中尿酸水平间的关系。高尿酸血症患者血浆肾素活性明显高于尿酸水平正常的孩子。在正常人，血浆中尿酸的水平亦与醛固酮的排泄呈正相关。在一项肾脏病理研究中发现了尿酸与肾小球旁细胞凝乳酶阳性率之间存在相关性。此外，Perlstein 提出在249 名高钠平衡样本中，尿酸能够独立地指示肾血浆流量并与其存在负相关性。越来越多的研究显示，尿酸与全身和肾内肾素-血管紧张素-醛固酮系统的激活之间存在密切的关系［6］。

4 尿酸与NO

NO 是血管内皮细胞合成释放的活性分子，有许多心血管调节功能，如舒张血管降低血压，维持其正常的有丝分裂，抑制白细胞血小板黏附［15］，具有维持血管内皮细胞正常生理功能的作用。大多数研究显示尿酸能够进入细胞，通过多种途径减弱了NO 的生物活性。其中包括阻断L-精氨酸的摄取，刺激精氨酸酶使得L-精氨酸降解增多，影响精氨酸转变为NO。在高尿酸鼠模型中，其内皮损伤的早期表现之一就是NO 的降低，早期补充L-精氨酸能够阻止其发展为高血压和肾功能不全［16］。实验还发现尿酸能够抑制NO依赖性的大鼠离体主动脉环舒张［6］。Simao 等［17-18］发现尿酸能够不可逆地与NO 反应生成6-氨基尿嘧啶致NO 耗竭，过氧亚硝基自由基以及过氧化氢等氧化剂会促进这一反应。而这一过程能够被谷胱甘肽阻断，也就是说在氧化应激状态下，尿酸升高而谷胱甘肽被耗竭会致NO 耗竭进而引起内皮细胞功能损伤。近来的研究发现尿酸能够降低内皮型NO 合成酶(endothelial NO synthase，eNOS)的活性并减少NO 的生成［19-20］。Park 等［20］的研究发现高浓度的尿酸并不会改变eNOS 的表达，同样也没有改变内皮细胞内的钙调蛋白水平。钙调蛋白是eNOS 的激活剂，是精氨酸向NO 转化的限速酶之一。尿酸会通过减低eNOS 与钙调蛋白的结合，从而降低eNOS 的活性以及NO 的生成，致内皮功能受损。近来还发现micro-RNA 是一种包含21～25 个核苷酸的内源性非编码小RNA，在调控细胞分化、增殖及凋亡等病理生理过程中发挥着重要的作用［21］。而高尿酸可以通过miR-155 靶向调控eNOS，从而抑制NO 的释放，在内皮功能障碍中发挥一点作用［5］。

5 尿酸与内皮修复

内皮祖细胞来源于骨髓，能在血管内皮受损伤的部位合并入内皮细胞层，演化为成熟的内皮细胞，修复血管内膜。循环血中尿酸水平异常增高会引发急性缺血再灌注损伤事件。在动物模型中，尿酸浓度急剧增高会诱导内皮祖细胞的活化。所以假设尿酸是内皮细胞损伤后修复的信号。而慢性的尿酸升高与内皮祖细胞活化较为缓慢有关，也就是说慢性高尿酸血症可能会抑制内皮细胞活化，阻碍其修复［22-23］。

6 结语

尿酸在生理状态下对于血管内皮细胞具有保护作用。但是高尿酸血症时，尿酸会加重内皮的氧化应激损伤，激活炎症和肾素-血管紧张素-醛固酮系统，减少NO 生成，多种途径损伤血管内皮细胞功能。而内皮功能障碍在高血压、心血管疾病以及肾脏病的发生中均起到了重要的作用。现已有部分关于尿酸引起内皮细胞功能受损的分子机制和病理生理的研究，但这些研究仍较少，且缺乏系统性。而这些方面的研究不仅能够更好地了解疾病的发生与发展，而且能够提供关于防止高尿酸引起内皮功能损伤的新方式和新思路，其将对降低相关疾病的发病率改善预后具有重要的临床意义。

［1］Kang DH，Park SK，Lee IK，et al.Uric acid-induced C-reactive protein expression:implication on cell proliferation and nitric oxide production of human vascular cells［J］.J Am Soc Nephrol，2005，16(12):3553-3562.

［2］Puddu P，Puddu GM，Cravero E，et al.Relationships among hyperuricemia，endothelial dysfunction and cardiovascular disease:molecular mechanisms and clinical implications［J］.J Cardiol，2012，59(3):235-242.

［3］Jin M，Yang F，Yang I，et al.Uric acid，hyperuricemia and vascular diseases［J］.Front Biosci，2012，17:656-669.

［4］Zoccali C，Maio R，Mallamaci F，et al.Uric acid and endothelial dysfunction in essential hypertension［J］.J Am Soc Nephrol，2006，17(5):1466-1471.

［5］Zhang XG，Hong Q，Hou K，et al.High concentration uric acid regulates endothelial function via miR-155［J］.Nan Fang Yi Ke Da Xue Xue Bao，2013，33(8):1141-1145.

［6］Kanbay M，Segal M，Afsar B，et al.The role of uric acid in the pathogenesis of human cardiovascular disease［J］.Heart，2013，99(11):759-766.

［7］Jalal DI，Jablonski KL，McFann K，et al.Vascular endothelial function is not related to serum uric acid in healthy adults［J］.Am J Hypertens，2012，25(4):407-413.

［8］Krishnan E.Inflammation，oxidative stress and lipids:the risk triad for atherosclerosis in gout［J］.Rheumatology (Oxford)，2010，49(7):1229-1238.

［9］Yu MA，Sanchez-Lozada LG，Johnson RJ，et al.Oxidative stress with an activation of the renin-angiotensin system in human vascular endothelial cells as a novel mechanism of uric acid-induced endothelial dysfunction［J］.J Hypertens，2010，28(6):1234-1242.

［10］Hong Q，Qi K，Feng Z，et al.Hyperuricemia induces endothelial dysfunction via mitochondrial Na+/Ca2+exchanger-mediated mitochondrial calcium overload［J］.Cell Calcium，2012，51(5):402-410.

［11］Riegersperger M，Covic A，Goldsmith D.Allopurinol，uric acid，and oxidative stress in cardiorenal disease［J］.Int Urol Nephrol，2011，43(2):441-449.

［12］Chen CJ，Shi Y，Hearn A，et al.MyD88-dependent IL-1 receptor signaling is essential for gouty inflammation stimulated by monosodium urate crystals［J］.J Clin Invest，2006，116(8):2262-2271.

［13］Filiopoulos V，Hadjiyannakos D，Vlassopoulos D.New insights into uric acid effects on the progression and prognosis of chronic kidney disease［J］.Ren Fail，2012，34(4):510-520.

［14］Nakagawa T，Mazzali M，Kang DH，et al.Hyperuricemia causes glomerular hypertrophy in the rat［J］.Am J Nephrol，2003，23(1):2-7.

［15］王海燕，李晓玫，赵明辉，等.肾脏病学［M］.北京:人民卫生出版社，2008:180.

［16］Sanchez-Lozada LG，Lanaspa MA，Cristobal-Garcia M，et al.Uric Acid-induced endothelial dysfunction is associated with mitochondrial alterations and decreased intracellular ATP concentrations［J］.Nephron Exp Nephrol，2012，121(3-4):e71-e78.

［17］Simao AN，Lozovoy MA，Dichi I.The uric acid metabolism pathway as a therapeutic target in hyperuricemia related to metabolic syndrome［J］.Expert Opin Ther Targets，2012，16(12):1175-1187.

［18］Gersch C，Palii SP，Kim KM，et al.Inactivation of nitric oxide by uric acid［J］.Nucleosides Nucleotides Nucleic Acids，2008，27(8):967-978.

［19］Papezikova I，Pekarova M，Kolarova H，et al.Uric acid modulates vascular endothelial function through the down regulation of nitric oxide production［J］.Free Radic Res，2013，47(2):82-88.

［20］Park JH，Jin YM，Hwang S，et al.Uric acid attenuates nitric oxide production by decreasing the interaction between endothelial nitric oxide synthase and calmodulin in human umbilical vein endothelial cells:a mechanism for uric acid-induced cardiovascular disease development［J］.Nitric Oxide，2013，32:36-42.

［21］Bartel DP.MicroRNAs:target recognition and regulatory functions［J］.Cell，2009，136(2):215-233.

［22］Patschan D，Patschan S，Gobe GG，et al.Uric acid heralds ischemic tissue injury to mobilize endothelial progenitor cells［J］.J Am Soc Nephrol，2007，18(5):1516-1524.

［23］Bainbridge SA，Roberts JM.Uric acid as a pathogenic factor in preeclampsia［J］.Placenta，2008，29(Suppl A):S67-S72.