尿酸在非酒精性脂肪性肝病形成中的作用

丁雅雪，宗艺璇，孟璐，张慧丹，丁启龙

(中国药科大学药学实验教学中心，江苏 南京211198)

在过去的三十年里，非酒精性脂肪性肝病(nonalcoholic fatty liver disease,NAFLD)和非酒精性脂肪性肝炎(non-alcoholic steatohepatitis,NASH)已经从组织学特征类似于酒精性肝病(alcoholic liver disease,ALD)的无名肝病发展成为世界范围内慢性肝病的最主要病因[1]。但在NASH被首次提出时，人们曾怀疑它是否真的是一种肝病[2]。20世纪90年代开始有证据支持NASH是NAFLD的一部分，且NASH具有特定的组织病理学特征和进程。

NAFLD涵盖了广泛的疾病阶段[3]。单纯性脂肪肝(non-alcoholic fatty liver,NAFL)的特征仅在于脂肪变性。NAFL被认为是良性的，其进展缓慢。NASH的特征是有损伤和炎症的组织学证据。NASH可能发展为肝纤维化和更严重的肝脏疾病，如肝硬化和肝癌[4]。

2018年约有25%的世界人口患有NAFLD[5]。亚洲NAFLD患病率为15%～40%，NASH患病率为2%～3%[6]。在此背景下，中国多个地区报告的成年人脂肪肝患病率有所上升。上海成年人中脂肪肝患病率从1995年的3.87%上升至2015年的43.65%[7]。此外，在长江三角洲地区的7 229名在校儿童中，约有5%患有NAFLD(男孩为7.5%，女孩为2.5%，外周肥胖者为5.6%，腹型肥胖者为12.9%，混合型肥胖者为44.8%)[8]。据估计，到2030年，失代偿期肝硬化和肝细胞癌(NAFLD的高阶类型)的发病率将分别增加168%和137%，而死亡人数将增加178%[9]。因此，阐明NAFLD的形成机理具有非常重要的意义。NAFLD的发病机制仍处于假设阶段，当前被广为接受的假设是基于“二次打击”假说[10]而提出的“多重打击”假说，胰岛素抵抗(insulin resistance,IR)和氧化应激在其中发挥了重要的作用。

NAFLD与肥胖及相关代谢紊乱密切相关[11]。高尿酸血症或高血清尿酸水平是发生在肥胖者身上常见的代谢异常[12]。流行病学研究证实了血清尿酸水平与非酒精性脂肪肝显著相关[13]，而黄嘌呤氧化酶(xanthine oxidase,XO)是控制尿酸合成的关键酶。本文着重对尿酸及控制其合成的限速酶XO在NAFLD形成中的作用进行综述。NAFLD与肥胖、胰岛素抵抗、高血压和血脂异常密切相关，因此被视为代谢综合征(metabolic syndrome,MS)的肝脏表现[14]。本文接着阐述了尿酸与MS相关疾病之间的关系，如胰岛素抵抗、糖尿病和高血脂。XO抑制剂可通过降低血清尿酸水平、减轻氧化应激发挥有益作用，本文最后介绍了XO抑制剂在各种疾病治疗中的应用。

1 NAFLD的发病机制

目前，NAFLD的发病机制仍处于假设阶段，当前被广为接受的假设是基于“二次打击”假说[10]而提出的“多重打击”假说。根据经典的“二次打击”假说，“第一次打击”是指肝脏脂肪变性，这是一种较为温和的情况，危害较小。“第二次打击”是指炎症因子的释放和肝脏氧化应激水平的增加，从而对肝脏造成持续性损害。但“二次打击”的观点过于简单，不能概括人类NAFLD的复杂性。

“多重打击”假说认为，与NAFLD发生和发展有关的多重平行因素协同作用于基因易感性个体诱发NAFLD。饮食习惯、环境、遗传因素等会导致IR、脂肪细胞增殖与肥大以及肠道微生物群的改变。IR是脂肪变性和NASH发展的关键因素之一，它会引起胰岛素过量分泌而导致高胰岛素血症，后者会引起肝脏脂肪的从头合成增加以及脂肪组织的脂解抑制受损。脂肪酸流向肝脏增多，造成脂肪在肝脏中的大量沉积[15]。然而，究竟是IR和高胰岛素血症引起肝脂肪变性，还是NAFLD导致胰岛素降解不足从而促进高胰岛素血症，目前仍在讨论中[16]。IR还会促进脂肪组织功能障碍，从而造成脂肪因子和炎症细胞因子的产生和分泌[17]。脂肪以甘油三酯的形式在肝脏中积累，与此同时，高水平的游离脂肪酸、游离胆固醇和其他脂质代谢物导致脂毒性增加。因此，与氧化应激和活性氧类物质(reactive oxygen species,ROS)产生有关的线粒体功能障碍和内质网应激相关机制被激活。此外，肠道菌群的改变导致肠道内脂肪酸产生增加，小肠通透性增强，从而增加了脂肪酸的吸收，提高了分子循环水平。这将促进炎症途径的激活和促炎细胞因子(如IL6和TNF-α)的释放[18]。在基因易感性个体中，以上所有因素都会影响肝细胞脂肪含量和肝脏炎症环境，从而通过异质性肝细胞损伤途径导致慢性肝炎状态，并可能发展为肝细胞死亡(直接毒性和凋亡激活机制)、肝星状细胞活化和纤维基质沉积。

氧化应激是NAFLD中导致肝损伤的最重要机制之一，它在从单纯性脂肪变性向NASH发展的过程中起着重要作用。当肝脏中积聚过量的脂肪时，脂肪酸β氧化加快，产生大量的ROS。已被证明，ROS的增加可通过激活星状细胞诱导脂质过氧化，导致炎症和纤维化的形成[19]。此外，ROS抑制肝细胞分泌极低密度脂蛋白，导致肝脏脂肪堆积。ROS还可促进肝胰岛素抵抗和坏死性炎症，并激活多条可导致肝细胞凋亡的信号通路[20]。许多临床研究证明，NAFLD患者体内氧化应激和脂质过氧化的系统标志物升高。同时，有报道称血清尿酸水平是预测NAFLD发展的有用指标[21]，尿酸也是促进NAFLD发生和发展的危险因素之一[22]。XO是控制尿酸合成的限速酶，在催化过程中产生大量ROS。XO可能通过产生尿酸、生成ROS、诱导氧化应激和诱导炎症导致肝损伤。

2 尿酸与黄嘌呤氧化酶

尿酸是嘌呤代谢途径的最终产物，嘌呤是核苷酸的主要成分之一。尿酸的生成途径简述如下，来源于嘌呤从头合成和补救合成的1-磷酸肌苷(IMP)代谢生成次黄嘌呤，次黄嘌呤被XO催化生成黄嘌呤，黄嘌呤继续被XO催化最终生成尿酸。在嘌呤的从头合成中，5-磷酸核糖被催化为5-磷酸核糖-1-焦磷酸(PRPP)再生成IMP。在补救途径中，次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核糖转移酶(HGPRT)在IMP的生成中起重要作用，HGPRT可催化次黄嘌呤转换为IMP，从而抑制尿酸的合成。

肝脏和肠道是哺乳动物XO含量最高的地方，这是由于这些部位分布有XO丰富的实质细胞。黄嘌呤氧化还原酶(xanthine oxidoreductase,XOR)存在于肝细胞中，而XO存在于胆管上皮细胞中，集中于管腔表面。此外，在人类肝病中，增生的胆管也呈XO强阳性[23]。补充钼能显著增加肝脏和小肠黏膜中XO的活性。XO活性在人血清、大脑、心脏和骨骼肌中较低，但在微血管内皮细胞中很高[24]，巨噬细胞中的XO也存在活性[25]。循环中的XO可通过与内皮黏多糖结合，黏附于内皮细胞[26]。电子自旋共振测量的研究显示，冠心病患者内皮功能障碍与XO活性增加有关。

XO是催化尿酸生成的限速酶，催化的同时伴随ROS的生成[27]。在组织损伤、缺血等应激条件下，哺乳动物黄嘌呤脱氢酶(xanthine dehydrogenase,XDH)转化为XO[28]。钼羟化酶在催化该反应的过程中产生超氧阴离子和过氧化氢，其摩尔比约为1∶3。在XDH转化为XO的过程中，蛋白水解激活是产生超氧化物所必需的[29]。XO氧化各种嘌呤和蝶呤，本质上可归类为钼铁-硫黄素羟化酶。当XO与黄嘌呤反应时，Mo、Fe-S和FAD会转移电子。XO产生FADH2，而XDH产生FADH，但只有FADH2与O2反应。在尿素代谢途径中，XO将次黄嘌呤从核酸代谢物氧化为黄嘌呤，并将黄嘌呤氧化为尿酸。XO、烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADPH)氧化酶和线粒体电子传递链产生ROS[30]。XO产生的超氧化物可以增加XO底物嘌呤体的量，从而产生更多的超氧化物。

XO产生的超氧化物是诱导炎症和信号转导的重要信使，并导致组织损伤。当脂质堆积形成泡沫细胞时，通过XO诱导炎症细胞因子[31]。XO似乎对先天免疫功能至关重要[32]，调节炎症系统中的环氧合酶-2[33]。XO可以增加Egr-1 mRNA和蛋白表达，以及ERK1/2的磷酸化，而用ERK1/2抑制剂预处理可阻止了XO诱导Egr-1[34]。此外，据报道，XO降低了炎症细胞中PPARγ的SUMO化水平[35]。XO产生的ROS增强了足细胞中TRB3的表达[36]。

ATP耗竭也增加尿酸的产生，这与AMP降解为次黄嘌呤，次黄嘌呤随后由XO转化为尿酸有关。过量的果糖代谢会导致ATP耗竭。事实上，血清尿酸水平会随着果糖负荷的增加而上调。1型糖原累积病、低血糖[37]、运动[38]和饥饿产生的ATP耗竭也会增加尿酸的产生。在脂肪肝的发展过程中，尿酸反过来可以刺激果糖激酶和果糖代谢[39]。

有报道称，在NAFLD的细胞和小鼠模型中，XO的表达和活性显著增强。抑制XO活性能显著改善和预防由高脂饮食诱导的小鼠肝脂肪变性[40]。在高脂饮食诱导的NAFLD大鼠模型中，也有类似的发现[41]。XO可能通过产生尿酸、生成ROS、诱导氧化应激和诱导炎症导致肝损伤。

3 尿酸与NAFLD/NASH

包括NASH在内的非酒精性脂肪性肝病(NAFLD)患者数量在全球范围内不断增加，部分NASH患者将发展为肝癌。因此，人们进行了大量的调查，试图阐明NASH的发病原因。NASH以肝脏脂肪沉积、炎症和纤维化为特征。有一种双重发病机制被广泛认可，该假说认为脂肪肝的形成和随后的损伤导致NASH的发生，损伤包括炎症和氧化应激[42]。最近的研究表明尿酸可能是NASH发生的危险因素之一。下面我们将讨论尿酸和NAFLD/NASH之间的关系。

3.1 血清尿酸是NAFLD/NASH发生和进展的预测因子 前已经进行了许多临床研究来调查血清尿酸水平与NAFLD/NASH进展之间的关系。韩国的一项研究发现，血清尿酸水平是预测NAFLD发展的有用指标，因为血清尿酸浓度与NAFLD的5年发病率呈正相关[21]。他们的结论得到了另一项研究的支持，该研究表明NAFLD患者的血清尿酸水平高于对照组[43]。此外，也有研究表明血清尿酸是NAFLD(包括NASH)发生和进展的危险因素[22]。

与这些观察结果一致的是，在小鼠NAFLD/NASH模型中，肝脏XO活性和血清尿酸水平升高[44]。此外，部分NAFLD/NASH患者也患有肥胖症。据报道，肥厚的脂肪细胞也分泌尿酸[45]。综上所述，这些结果表明血清尿酸是预测NAFLD/NASH发展的良好参数，XO抑制剂或促进尿酸排泄的化合物可能具有改善或治疗NAFLD的潜力。

3.2 尿酸诱导NAFLD/NASH进展的机制 如上所述，血清尿酸或XO活性的增加在NAFLD/NASH的发病和进展中起着重要作用。据报道，尿酸通过促进肝细胞的脂肪生成来诱导脂肪沉积。HepG2细胞经果糖处理后，细胞内尿酸浓度升高和甘油三酯积累，而XO抑制剂别嘌呤醇可抑制果糖介导的甘油三酯沉积。此外，单独使用尿酸可增加细胞内甘油三酯的含量，增加线粒体内ROS的生成[46]。该项研究认为尿酸诱导甘油三酯积累的机制如下：尿酸诱导细胞内ROS生成增多，ROS通过增强S455位点的磷酸化来提高柠檬酸盐浓度以及ATP柠檬酸裂解酶活性，从而导致脂肪生成[46]。这些观察结果得到了另一项研究的支持，在该研究中，用抗氧化剂预处理可抑制尿酸引起的甘油三酯含量的升高[47]。尿酸产生的ROS可能引起内质网应激，导致脂肪合成基因上调，如乙酰辅酶A羧化酶1和FASN[47]。

尿酸产生ROS依赖于NADPH氧化酶的激活[46]。据报道，尿酸促进NADPH氧化酶亚基NOX4进入线粒体[46]。也有报道称，尿酸处理提高了NADPH氧化酶的活性并改变其定位，导致脂质氧化[48]。此外，XO也可能是ROS产生的来源，XO活性在NASH模型小鼠的肝脏中上调。

总之，这些观察结果表明，尿酸通过调节脂肪生成促进脂肪酸合成，并通过调节NADPH氧化酶活性和上调脂肪酸合成来诱导ROS的产生，从而促进NASH的发展。

3.3 炎症小体参与NASH进展 尿酸参与炎症小体的激活，而炎症小体是NASH发展的关键因素。一项研究表明，缺乏炎症小体可加重4周蛋氨酸胆碱缺乏饮食诱导的ASC或IL-1 KO小鼠NASH进展。然而，随后的研究发现炎症小体本身会加重NASH症状。有报道称，缺乏NLRP3可防止因缺乏氨基酸的胆碱饮食引起的肝纤维化[49]。Caspase-1缺陷小鼠在给予高脂肪饮食时也会对脂肪变性或纤维化有抗性。此外，其他研究小组已经证明，导致NASH的饮食也会增加炎症小体成分的表达[50]。

综合这些证据，在NASH的初始阶段，炎症小体似乎发挥了保护作用，但持续的炎症小体激活可能导致炎症细胞因子的过度产生，最终导致肝损伤。到目前为止，尽管许多在NASH发展中起重要作用的因素已被确定，但尿酸似乎也是NAFLD/NASH发病的关键参与者之一。

4 尿酸与代谢综合征相关疾病

随着全球肥胖率的持续上升，NAFLD的患病率也呈现出类似的趋势。NAFLD与肥胖、IR、高血压和血脂异常密切相关，因此被视为MS的肝脏表现[14]。体重指数过高和内脏肥胖都是NAFLD的公认危险因素。近三分之二的肥胖和2型糖尿病患者表现出肝脂肪变性。超声显示约50%的高脂血症患者肝脏有脂肪浸润[51]。其他研究发现，在接受减肥手术的重度肥胖患者中，NAFLD的发病率更高，这组患者中甚至有12%患有晚期肝纤维化[52]。在NAFLD患者中，MS与NASH和纤维化的风险增加有关，与即将到来的肝功能衰竭有关。由于NAFLD与MS密切相关，而尿酸可能是NAFLD发生的危险因素之一，下面我们将讨论尿酸与MS相关疾病之间的关系。

多项临床分析发现高尿酸血症与胰岛素抵抗有关[53]。尽管孟德尔随机化研究不支持循环尿酸是糖尿病发病的原因之一[54]，但多项荟萃分析表明，尿酸水平与2型糖尿病的发展呈正相关[55]。在MS患者中，别嘌呤醇降低了氧化应激标志物髓过氧化物酶水平，改善了内皮功能[56]。在伴高尿酸血症的肥胖受试者中，拉布立酶(一种尿酸氧化酶)可快速降低尿酸水平[57]。

此外，果糖摄入过多是导致肥胖伴高尿酸血症、脂肪肝和MS的主要原因之一。果糖被果糖激酶代谢为1-磷酸果糖，导致细胞内磷酸盐和ATP水平下降。细胞内磷酸盐的减少会刺激AMP脱氨酶(AMPD)，这种酶催化AMP降解为1-磷酸肌苷，并最终降解为尿酸。激活的AMPD通过抑制AMP激活蛋白激酶(AMPK)，增加糖异生基因的表达[58]并促进脂肪生成。HepG2细胞经过尿酸处理后，AMPK磷酸化水平降低。尿酸剂量依赖性地增加果糖诱导的甘油三酯积累，降低β-羟基丁酸水平，而XO抑制剂别嘌呤醇可阻断这一过程。由于尿酸是AMPD的下游产物，别嘌呤醇可消除果糖诱导的脂质积累，AMPD对AMPK的影响似乎依赖于尿酸[59]。尿酸激活转录因子ChREBP，引起果糖激酶转录的恶性循环，加速果糖代谢[39]。通过这些机制，激活的AMPD和增加的尿酸会促进脂肪积累和葡萄糖生成。

尿酸被认为是人类血液中的抗氧化剂之一，但在细胞内会诱导氧化应激 。尿酸可提高成熟脂肪细胞NADPH氧化酶活性和ROS的产生。NADPH氧化酶产生的ROS诱导MAP激酶p38和ERK1/2的激活，导致NO生物利用度降低，蛋白质亚硝基化和脂质氧化的增加[60]。尿酸的产生增加反过来会引起线粒体氧化应激的产生增加。线粒体氧化应激会抑制Krebs循环中的乌头酸酶，导致柠檬酸积累，刺激ATP柠檬酸裂解酶和脂肪酸合成，最终导致脂肪的从头合成[46]。在高浓度尿酸处理的肝细胞中，氧化应激增加，导致IRS-1的丝氨酸(大鼠Ser307和人Ser312)磷酸化被激活。这种激活削弱了Akt的磷酸化，从而在暴露于高水平尿酸后导致急性胰岛素抵抗[61]。因此，尿酸诱导的脂质积累和氧化应激与胰岛素抵抗和糖尿病的发生有关。

5 XO抑制剂的作用

目前XO抑制剂广泛用于治疗痛风和高尿酸血症，如别嘌呤醇、氧嘌呤醇、非布索坦和托吡索坦。此外，实验或临床表明，XO抑制剂可通过降低血清尿酸水平、减轻氧化应激发挥有益作用。

XO抑制剂对NASH疾病进展作用的报道较少，这可能与NASH与肥胖、炎症、纤维化的动物模型很难建立有关。在果糖诱导的代谢综合征大鼠中，非布索坦治疗逆转了高尿酸血症、高血压、血脂异常和IR。抑制XO活性能显著预防高脂饮食诱导的小鼠肝脏脂肪变性[44]。XO也可以调节NLRP3炎症体的激活[40]。XO抑制剂对NASH的有益作用是一个有待证明和不断发展的概念。

与NSAH相比，XO抑制剂在动脉粥样硬化中的研究更为广泛。钨作为XO抑制剂，对动脉粥样硬化和氧化应激均有抑制作用[62]。在ApoE-KO小鼠中，使用别嘌呤醇而不是钨对巨噬细胞进行更特异性的XO抑制，可抑制泡沫细胞的形成，减少动脉粥样硬化病变，而不受血脂水平的影响[31]。此外，XO过表达和XO表达下调均显示VLDL受体被XO显著上调。非布索坦也被证明在减少ApoE-KO小鼠动脉粥样硬化病变方面具有类似的作用，并且动脉粥样硬化病变的巨噬细胞氧化应激降低[63]。非布索坦还通过MAPK磷酸酶1介导的JNK失活抑制脂多糖诱导的单核细胞趋化蛋白1(MCP-1)的产生[64]。作为一种抑制动脉粥样硬化的策略，XO抑制有望作用于巨噬细胞或炎症细胞。

XO抑制剂还能改善内皮功能，防止血管重塑。XO抑制剂可防止缺血后O2-的生成[65]。氧嘌呤醇减少了高脂血症实验动物的O2-自由基并改善内皮功能[66]。抑制XO也可以保护由辐射引起的内皮功能障碍和心血管并发症[67]。别嘌呤醇治疗可防止低氧诱导的肺血管重塑。然而，XO作为介入靶点对内皮功能的影响是否具有临床意义仍存在争议[68]。

6 总结与展望

尽管动物模型和流行病学的研究揭示了维持尿酸代谢稳定对控制NAFLD具有重要意义，但NAFLD与尿酸代谢之间的关系尚未被完全研究清楚。本文从多个方面总结了尿酸在NAFLD形成中的作用及机制。XO催化尿酸生成过程中产生的ROS诱导氧化应激和炎症，导致肝损伤。尿酸促进肝细胞脂肪生成，诱导脂肪沉积；尿酸激活NOX4产生ROS，导致脂质氧化；尿酸参与炎症小体的激活，加剧NASH症状。

除痛风外，许多其他疾病与尿酸代谢也有关系，XO抑制剂已被证明对预防这些疾病的发生发展有效。此外，尿酸代谢对MS等慢性炎症疾病的影响可能被低估了。随着研究的不断深入，尿酸代谢在多种疾病中的作用及机制将被解释的更加透彻。