尿酸转运蛋白功能的研究进展

李　懋(综述)，刘　静(审校)

(1.甘肃中医学院临床医学系，兰州 730000； 2.甘肃省人民医院内分泌科，兰州 730000)



尿酸转运蛋白功能的研究进展

李懋1△(综述)，刘静2※(审校)

(1.甘肃中医学院临床医学系，兰州 730000； 2.甘肃省人民医院内分泌科，兰州 730000)

摘要：尿酸在肾脏的代谢需要依赖转运蛋白。有机阴离子转运蛋白(OATs)主要位于肾近曲小管，其介导众多带负电的代谢产物(包括尿酸、酸性神经递质、甾体激素、前列腺素等)和药物的跨膜转运，对药物排泄和药代动力学有重要影响。尿酸阴离子转运体1(URAT1)是有机阴离子转运家族的新成员，表达于近端肾小管上皮细胞刷状缘，主要负责尿酸在肾小管的重吸收和人类遗传性疾病的产生。该文将对OATs和URAT1的生理特性、功能调节及其在疾病中的作用等进行综述。

关键词：有机阴离子转运蛋白；尿酸阴离子转运体1；尿酸

有机阴离子转运蛋白(organic anion transporters，OATs)属于溶质转运体超家族(superfamily of solute carriers,SLC)，表达于肾小管上皮细胞，主要负责内源性和外源性有机阴离子的重吸收和分泌。已有研究证实，OATs在肾脏处理药物及其代谢产物时发挥重要作用，并与临床药物相互作用及不良反应密切相关[1]。2002年，Enomoto和Endon[2]发现尿酸阴离子转运体1(urate transporter1 URAT1)编码的SLC22A12基因(OATs家族的新成员)，与其他OATs相比具有独特的底物特异性。URAT1主要介导尿酸的重吸收并参与一些遗传性疾病的发生。现就OATs和URAT1的生理学意义、功能调节及其在某些尿酸相关性疾病中的作用进行综述。

1OATs

1.1OATs的表达与功能肾脏的近端和远端小管扮演了两个重要角色，将血液中的代谢产物排出体外，同时调节血液中分子的平衡。而肾小管的这些重要功能是通过一群分布于顶端和基膜细胞的转运蛋白和特殊通道完成的。其中OATs家族负责各种有机阴离子从血液到上皮细胞的跨膜转运[3]。目前OATs中的10个成员OAT1～OAT10已被发现,功能也得到了部分了解，其共同特征是接受的底物必须含有1个疏水键和1个负电荷[4]。通过对OATs底物特异性的研究发现，多种药物都是其底物(包括抗生素、非甾体类消炎药、噻嗪类利尿剂、血管紧张素转化酶抑制剂、抗癌药物和抗病毒药物等)，表明这些转运蛋白是通过操纵药物在肾脏中的排泄和重吸收来调控血药浓度的[5]。由于OATs每个成员功能的重叠性,因此对其在整个组织和器官中的功能和相关疾病还缺乏更深入的了解。其中已明确的OAT1主要位于肾近端小管上皮细胞基膜，通过胞内的α-酮戊二酸作为交换底物,驱动有机阴离子和药物进入胞内,包括单链羧化物(乳酸盐、丙酮酸盐、丁酸盐)、短链脂肪酸、前列腺素E2和大部分酸性神经递质[6]；同时OAT1还负责尿酸在近端肾小管的分泌[7]。OAT2主要表达于肝和肾，其次是胰腺、小肠，由546～548个氨基酸构成，在人类肾脏的表达量远远低于OAT1和OAT3；OAT2作为一个逆向转运蛋白通过琥珀酸或延胡索酸为交换底物，驱动细胞外阴离子进入细胞内；其转运的内源性底物主要有碱基、核苷酸、谷氨酸盐、乳酸盐、前列腺素和尿酸等[8]。OAT3主要表达于肾、肝、脑、骨骼肌，肾上腺也有少量分布；OAT3将α-酮戊二酸作为交换底物转运有机阴离子和药物，其转运的内源性底物包括第二信使环鸟苷酸和环腺苷酸、胆汁酸盐、皮质醇、前列腺素、脱氢表雄酮、尿酸以及肌酐等[9]。

1.2OATs与人类疾病目前没有证据显示OATs直接参与了人类某些疾病的发生。但有研究发现，硫酸吲哚酚——尿毒症毒素之一，是通过OATs的转运累积在肾小管中的[2]。Enomoto等[10]的研究发现，在5/6肾切除鼠的肾近端小管硫酸吲哚酚明显增加；同时，位于肾近端小管上皮细胞基膜的OAT1和OAT3也明显增加；这表明在OATs的转运下硫酸吲哚酚在肾小管中积累，并最终导致血浆硫酸吲哚酚水平升高。Guo等[11]也在最近的报道中指出，OAT1和OAT3在肾近端小管基底外侧膜负责尿毒症毒素的摄取，OAT1和OAT3是潜在的尿毒症毒素和内源性底物或外源性药物相互作用位点。因此，可以利用药物竞争性地抑制毒素与OATs结合，从而增加毒素在肾脏的分泌，减轻尿毒症的症状。此外，在慢性肾衰竭时，OAT3还可介导硫酸吲哚酚积累于骨组织，引起骨成分的改变，导致肾衰竭性骨病[12]。硫酸吲哚酚也可经OAT3进入平滑肌，刺激其增生，导致动脉粥样硬化的病理改变[13]。

2URAT1

2.1URAT1的表达与功能近几年，人们又发现了OATs家族新成员，即URAT1。URAT1仅在肾小管上皮细胞的顶端膜刷状缘表达，而在远端小管不表达。但最近研究发现，URAT1在人类血管平滑肌细胞和鼠的脑室室管膜细胞也有表达[14]，因此推测，其可能参与了脑脊液相关物质的转运[15]。URAT1转运尿酸的驱动力是通过交换胞内的阴离子和管腔内的尿酸形成的,细胞内累积的阴离子在URAT1亲和力的作用下与位于腔内的尿酸进行交换，这一电化学梯度使尿酸完成了重吸收过程；而进入管腔内的阴离子再通过肾小球滤过后穿过管腔膜，在基底外侧膜上OATs的转运下进入管周毛细血管，完成细胞代谢；因此，当与URAT1有亲和力的药物作用于管腔时可促进尿酸排泄；相反，当作用于细胞内时则促进尿酸重吸收而抑制尿酸排泄，从而调节血尿酸水平[2]。此外，Nindita等[16]研究发现，氯沙坦可降低URAT1信使RNA的表达，从而减少尿酸的重吸收，有效降低血尿酸水平；改变URAT1运输尿酸的活性有助于治疗高尿酸血症相关疾病(如痛风、高尿酸性肾病等)。如上所述，URAT1不同于其他离子转运体而具有底物特异选择性，这使其备受关注,成为调节尿酸重吸收的药物作用新靶点，有可能成为今后治疗高尿酸血症的新途径。

2.2URAT1和人类疾病URAT1是人类发现的与遗传性疾病密切相关的转运蛋白，也是OATs家族中第一个被发现的与遗传性疾病有关的转运蛋白[2]。研究显示，URAT1基因突变可以引起先天性肾性低尿酸血症；其特点是运动后引起急性肾衰竭，由于肌肉运动时产生的活性氧类和尿酸盐增多，而URAT1功能的先天性缺乏不能及时摄取尿酸，使尿酸盐结晶累积于肾小管而导致肾小管上皮细胞坏死和血尿酸水平下降[17]。Ichida等[18]在对低尿酸血症患者的研究中发现，编码URAT1的SLC22A12基因存在10种等位基因突变，使URAT1功能丧失、尿酸重吸收障碍及血尿酸水平降低。最近一项调查发现，SLC22A12的隐性W258X基因型突变也是先天性肾性低尿酸血症的主要原因[19]。此外， URAT1编码基因SLC22A12的多态性与高尿酸血症和痛风也有密切关系[20]。Graessler等[21]对389例尿酸排泄异常的德国患者进行DNA测序，结果发现，SLC22A12基因多个位点呈多态性，并且与高尿酸血症相关。此后，相关研究陆续在中国、日本、伊拉克、美国等人群中展开，并且一致得到相关阳性结果。

2.3URAT1的调节影响URAT1调节的因素有很多。在转录水平主要有肝细胞核因子1α，机制是其通过调节URAT1的启动子来调节肾小管上皮细胞表达URAT1；而且，启动子的低甲基化在调节URAT1组织特异性表达方面也发挥重要作用[22]。临床研究发现，男性血浆尿酸水平明显高于女性，这可能与性激素表达不同对URAT1影响有关[6]。研究显示，雄鼠URAT1在肾脏表达量是雌鼠的2.3倍；同时发现睾酮可以使URAT1信使RNA表达增加[23]。很多药物都是通过肾脏代谢排出体外，因此其可通过与底物作用而影响URAT1的调节(如氯沙坦和替米沙坦可竞争性地抑制URAT1对尿酸的摄取，同时也可被URAT1转运)[24]。青霉素、甲氨蝶呤、吲哚美辛、保泰松、水杨酸、苯溴马隆和丙磺舒等药物也可抑制URAT1，进而抑制尿酸的重吸收，降低血尿酸水平[5]。

3小结

随着 OATs和URAT1的深入研究，其在肾脏的转运功能及相关疾病已逐步阐明。自发现OATs以来，OATs在排泄和重吸收药物及代谢产物等方面有重要作用，且能将底物经上皮细胞双向转运。尽管其底物选择性已经阐明，但对于其表达、对环境刺激的调节以及如何与细胞内信号通路转导等方面的机制还不清楚；同时，对OATs家族中每个成员的作用也未明了。目前对于URAT1的研究主要集中在其致病机制以及建立一个药物疗效与URAT1表达关系的评价系统，以便在新药物进入临床之前进行药物之间的相互作用和不良反应的评估。深入研究OATs的基础功能机制也有助于阐明肾小管功能的调节机制，为寻找以尿酸转运蛋白为作用靶点的药物提供依据，对预防和治疗高尿酸引起的相关疾病有重要意义。

参考文献

[1]Muller F，Fromm MF.Transporter-mediated drug-drug interac-tions[J].Pharmacogenomics，2011，12 (7):1017-1037.

[2]Enomoto A，Endou H.Roles of organic anion transporters (OATs) and a urate transporter (URAT1) in the pathophysiology of human disease[J].Clin Exp Nephrol，2005，9(3):195-205.

[3]Roth M，Obaidat A，Hagenbuch B.OATPs,OATs and OCTs:the organic anion and cation transporters of the SLCO and SLC22A gene superfamilies[J].Br J Pharmacol，2012， 165(5):1260-1287.

[4]VanWert AL，Gionfriddo MR，Sweet DH.Organic anion transporters:discovery，pharmacology， regulation and roles in pathophysiology[J].Biopharm Drug Dispos，2010，31(1):1-71.

[5]Burckhardt G.Drug transport by Organic Anion Transporters(OATs)[J].Pharmacol Ther，2012， 136(1):106-130.

[6]Burckhardt G，Burckhardt BC.In vitro and in vivo evidence of the importance of organic anion transporters(OATs)in drug therapy[J].Handb Exp Pharmacol，2011，(201):29-104.

[7]Eraly SA，Vallon V，Rieg T，etal.Multiple organic anion transporters contribute to net renal excretion of uric acid [J].Physiol Genomics，2008，33(2):180-192.

[8]Kobayashi Y,Ohshiro N,Sakai R,etal.Transport mechanism and substrate specificity of human organic anion transporter 2 (hOat2[SLC22A7])[J].J Pharm Pharmacol,2005, 57(5):573-578.

[9]Vallon V，Eraly SA，Rao SR，etal.A role for the organic anion transporter OAT3 in renal creatinine secretion in mice[J].Am J Physiol Renal Physiol，2012，302(10):1293-1299.

[10]Enomoto A，Takeda M，Tojo A，etal.Role of organic anion transporters in the tubular transport of indoxyl sulfate and the induction of its nephrotoxicity[J].J Am Soc Nephrol，2002，13(7):1711-1720.

[11]Guo X，Meng Q，Liu Q，etal.JBP485 improves gentamicin-induced acute renal failure by regulating the expression and function of Oat1 and Oat3 in rats[J].Toxicol Appl Pharmacol，2013，271(2):285-295.

[12]Iwasaki Y，Kazama JJ，Yamato H，etal.Accumulated uremic toxins attenuate bone mechanical properties in rats with chronic kidney disease[J].Bone，2013，57(2):477-483.

[13]Yamamoto H，Tsuruoka S，Ioka T，etal.Indoxyl sulfate stimulates proliferation of rat vascular smooth muscle cells[J].Kidney Int，2006，69(10):1780-1785.

[14]Price KL，Sautin YY，Long DA，etal.Human vascular smooth muscle cells express a urate transporter[J].J Am Soc Nephrol，2006，17(7):1791-1795.

[15]Tomioka NH，Nakamura M，Doshi M，etal.Ependymal cells of the mouse brain express urate transporter1(URAT1)[J].Fluids Barriers CNS，2013，10(1):31.

[16]Nindita Y，Hamada T，Bahrudin U，etal.Effect of losartan and benzbromarone on the level of human urate transporter 1 mRNA[J].Arzneimittelforschung，2010，60(4):186-188.

[17]Stiburkova B，Sebesta I，Ichida K，etal.Novel allelic variants and evidence for a precalent mutation in URAT1 causing renal hypouricemia:biochemical,fenetics and functional analysis[J].Eur J Hum Genet，2013，21(10):1067-1073.

[18]Ichida K，Hosoyamada M，Hisatome I，etal.Clinical and molecular analysis of patients with renal hypouricemia in Japan-influence of URAT1 gene on urinary urate excretion[J].J Am Soc Nephrol，2004，15(1):164-173.

[19]Hamajima N，Naito M，Hishida A，etal.Serum uric acid distribution according to SLC22A12 W258X genotype in a cross-sectional study of a general Japanese population[J].BMC Med Genet，2011，12:33.

[20]Yakut S，Cetin Z，Arman M，etal.Absence of the SLC22A12 gene mutation in Turkish population with primary gout disease[J].Rheumatol Int，2013,33(11):2921-2925.

[21]Graessler J，Graessler A，Unger S，etal.Association of the human urate transporter1 with reduced renal uric acid excretion and hyperuricemia in a German Caucasian population[J].Arthrltis Rheum，2006，54(1):292-300.

[22]Jin L，Kikuchi R，Saji T，etal.Regulation of tissue-specific expression of renal organic anion transporters by hepatocyte nuclear factor 1α/β and DNA methylation[J].J Pharmacol Exp Ther，2012，340(3):648-655.

[23]Hosoyamada M，Takiue Y，Shibasaki T，etal.The effect of testosterone upon the urate reabsorptive transport System in mouse kidney[J]. Nucleosides Nucleotides Nucleic Acids，2010，29(7):574-579.

[24]Shin HJ，takeda M，Enomoto A，etal.Interactions of urate transporter URAT1 in human kidney with uricosuric drugs [J].Nephrology(Carlton)，2011,16(2):156-162.

Progress in Study on the Function of Uric Acid Transporters

LIMao1，LIUJing2.

(1.DepartmentofClinicalMedicine，GansuUniversityofChineseMedicine,Lanzhou730000,China; 2.DepartmentofEndocrinology,GansuProvincialHospital，Lanzhou730000,China)

Abstract:Metabolism of uric acid in kidney relies on transporters.Organic anion transporters(OATs)mainly locate in renal proximal tubule.OATs mediate transmembrane transport of drugs and many negatively charged metabolites,such as uric acid,acidic neutrotransmitter,steroids and prostaglandin,which may play an important role in drug excreting from kidney and have influence on pharmacokinetics of drugs.Urate anion transporter 1(URAT1),a member of OAT family expresses in brush border of the renal proximal tubule epithelial cells.It is responsible for the reabsorption of urate and may relate to some human genetic diseases.Here is to make a review of the physiological properties,funcation regulations and roles of OATs and URAT1 in some diseases.

Key words:Organic anion transporters; Urate anion transporter; Uric acid

收稿日期：2014-03-05修回日期：2014-07-21编辑：郑雪

doi：10.3969/j.issn.1006-2084.2015.01.013

中图分类号：R589； R966

文献标识码：A

文章编号：1006-2084(2015)01-0032-03