氧化与抗氧化作用在急性痛风性关节炎中的机制探讨

李依奇　柳永明　陈耀龙　杨引君　刘贝　温发延　李岩

【摘 要】 急性痛风性关节炎发病的主要病理因素是尿酸增多、聚集、沉降而形成的单钠尿酸盐晶体。急性痛风性关节炎发作过程中炎症反应和氧化应激反应同时发生，这2种反应都会对机体造成损伤。在治疗时西医采用的降尿酸类、免疫抑制剂类和抗炎镇痛类等药物，中医采用的清热、祛湿、除痹、舒筋活络类药物，均具有一定的抗氧化应激作用。通过对急性痛风性关节炎发作时体内氧化应激反应的机制及治疗时抗氧化应激反应的作用机制进行探讨，为临床医师在治疗急性痛风性关节炎及对新药的研发提供新的参考。

【关键词】 急性痛风性关节炎；氧化应激；活性氧；抗氧化应激；机制研究

随着人们生活水平日益提高，饮食习惯发生改变，痛风已经成为全球最为常见的炎症性关节炎，男性患病率明显高于女性，且随着年龄增长患病人数也不断增多［1］。急性痛风性关节炎（acute gouty arthritis，AGA）是痛风最常见的发病类型，主要表现为肢体关节在数小时内出现红肿、疼痛，或伴有活动受限等，最常见部位为足部第一跖趾关节。单钠尿酸盐（MSU）晶体是痛风的主要病理因素。由于体内尿酸生成增多和排泄不足，在关节周围沉降、聚集形成MSU晶体，从而诱发炎症反应和氧化应激（OS）反应［2］。本文主要通过对AGA的OS反应机制及治疗中抗OS反应机制进行探讨，为临床医师治疗AGA及新药研发提供新的思路。

1 AGA的炎症反应机制

AGA的发作主要由于机体尿酸水平升高，聚集沉积后形成MSU晶体。尿酸是一种弱酸，在生理条件下以去质子尿酸阴离子的形式循环，与钠离子结合后形成MSU晶体。MSU晶体具有三斜结构，其中堆叠的嘌呤环片可用显微镜观察到为针状晶体［3］。

AGA发作时，MSU晶体在机体内可激活中性粒细胞、巨噬细胞及一系列炎性因子，包含白细胞介素（IL）-1、腫瘤坏死因子等的转录和表达，从而介导炎症反应完成信号转导，引发一系列炎症级联反应［4］。MSU晶体也会触发成纤维细胞（如滑膜细胞）中活性氧（ROS）的释放，激活炎症反应和OS反应导致细胞死亡［5］。已被证实炎症反应中的关键因子IL-1β是由巨噬细胞的Nod样受体蛋白-3（NLRP3）炎症小体产生，而NLRP3被线粒体产生的ROS诱导激活；同时，ROS又可作为炎症反应信号转导中的第二信使，调节其靶基因IL-18的表达，诱发炎症反应［6］。也有学者阐明多种来源的ROS都是NLRP3介导IL-1β分泌的关键因素，MSU触发OS反应并引起炎症反应［7］。由此可见，痛风发作时，炎症小体和OS因子可相互作用、相互影响，在炎症反应发生的同时也发生OS反应。

2 AGA的OS反应机制

痛风发作时，机体的OS反应同时被激活，这种反应是由于ROS的产生和与抗氧化机制之间的不平衡导致的［8］。ROS在生理条件下的产生是生命活动所必需的，因为它们涉及许多转换机制，如吞噬细胞的杀菌活性、信号转导和氧化还原状态［9］。氧化转换机制是由ROS和促炎细胞因子共同触发的［10］，ROS具有高度化学反应活性，会对不同的生物分子造成损害，例如膜脂的过氧化、线粒体的损伤等，进而加重OS反应。

2.1 尿酸与OS反应 当体内尿酸水平升高时，许多炎症因子信号被激活，体内炎症因子的释放和OS反应的发生加速了AGA的急性发作，尿酸的有害作用主要归因于其触发ROS的形成并激活NLRP3的能力［9］。体外实验研究表明，高尿酸模型大鼠的脂肪细胞组织中抗氧化作用会降低，而氧化酶活性会提高，加重OS反应［11］。YURI等［12］用可溶性尿酸培养小鼠脂肪细胞，发现随着尿酸摄取的增加，细胞内ROS呈现增多趋势，证明可溶性尿酸可刺激成熟脂肪细胞的烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADPH氧化酶）活性和ROS生成增加。可溶性尿酸在体内刺激NADPH氧化酶增加其活性，使ROS大量增多，进而激活丝裂原活化蛋白激酶p38和ERK1/2，降低一氧化氮利用度，导致蛋白质亚硝化和脂质氧化增加。结果表明，尿酸可以激活脂肪细胞氧化还原的信号通路及OS反应，破坏脂肪组织氧化稳态，该过程在这些紊乱中发挥重要作用。沈斯瑶等［9］通过对痛风患者与健康成人的临床症状资料及OS因子等实验室检查结果进行对比分析，发现痛风患者尿酸、C反应蛋白和晚期氧化蛋白产物（AOPP）明显升高，而超氧化物歧化酶（SOD）明显降低，证明了尿酸升高时激发了OS反应。

2.2 线粒体与OS反应 线粒体是细胞内能量代谢的中心也是氧化磷酸化的主要场所，作为氧化磷酸化的副产物，线粒体可持续产生ROS，ROS是由呼吸链的电子传递链复合物向O2的电子转移产生的，这被认为是线粒体产生ROS的主要来源［13］。研究表明，OS可通过线粒体依赖性和线粒体非依赖性途径引起细胞凋亡［14］。迄今为止，除了呼吸链电子转移外，大约还有10种潜在的线粒体ROS生成系统也被确定为是线粒体O2-和H2O2的来源［15］，其中较为常见的2个系统都是三羧酸循环酶复合物：α-酮戊二酸脱氢酶和丙酮酸脱氢酶［16］。值得注意的是，线粒体产生大量的H2O2，这与NADPH氧化酶的增加有关。这种升高的氧化剂负荷会增加线粒体复合物额外产生ROS，反过来又会增加细胞的OS反应，促进细胞死亡。

国内学者研究发现，尿酸可使线粒体肿胀、空泡化，甚至断裂，释放ROS加剧OS反应，且可通过破坏线粒体诱导细胞凋亡［17］。此外，也有学者提出，MSU在破坏滑膜细胞、脂肪细胞等组织时，线粒体可以调节免疫细胞对破坏组织进行保护；但活化的NLRP3将募集自噬受体P62在线粒体周围聚集使损伤的线粒体发生自噬，自噬机制减少ROS和mtDNA的释放，抑制NLRP3活性，一定程度上减轻炎症反应和OS反应［18］。因此，线粒体损伤与尿酸含量呈正相关，线粒体的自噬与炎症反应及OS反应呈负相关。

2.3 氧化酶与OS反应 NADPH氧化酶、黄嘌呤氧化酶、脂氧合酶等都可氧化其他物质，通过花生四烯酸通路和有机化合物的自氧化反应释放ROS，其中NADPH氧化酶被作为ROS的主要来源之一［19］。NADPH氧化酶在多细胞中存在，如吞噬细胞、内皮细胞、成纤维细胞等［20］。O2-是一种超氧自由基，主要是由渗入滑膜的中性粒细胞及巨噬细胞的NADPH氧化酶产生的，可损伤内皮细胞和细胞外基质，增加微血管的通透性，促进中性粒细胞向炎症病灶的迁移。O2-也可与游离铁或铜离子作用以转化为其他更具侵略性的ROS，如羟基自由基（HO-），加重OS反应［21］。同时，体内尿酸浓度较高时会引起血管内皮损害导致NADPH氧化酶增多，其产生的O2-将加速OS反应，对机体造成损害［22］。

黄嘌呤氧化酶是一种脱氢酶，主要存在于上皮细胞、内皮细胞和结缔组织细胞中，是这些细胞中氧自由基的主要来源，可催化黄嘌呤类物质转化为尿酸，并在反应过程中产生O2-，其形成的尿酸在细胞内产生ROS表现出促氧化剂作用并且可提高肿瘤组织活性［23］。

2.4 纤维滑膜细胞与OS反应 与软骨细胞相比，成纤维样滑膜细胞（FLS）可产生更多的SOD、碳酸酐酶和谷胱甘肽过氧化物酶。虽然这些细胞是构成先天免疫反应的一部分，但由于NO-、O2-、OH-、RO-的增加而触发OS过程［24］。YESSICA等［25］用MSU晶体刺激人体FLS，发现FLS存活率下降30%，细胞凋亡率增加42%；且刺激后FLS内H2O2含量增加2.1倍，O2和NO水平增加

1.5倍。同时，MSU晶体引起FLS形态结构的改变，如内质网增厚、不连续和糖蛋白的错误折叠等。证明MSU晶体诱导FLS释放ROS和活性氮，随后激活OS反应，氧化相关蛋白质，改变细胞内质网的氧化状态，从而导致FLS凋亡。

3 抗OS反应

3.1 机体固有的抗OS机制 由于OS反应对机体的许多方面都有损害，所以生物体为了对抗OS反应形成一种抗氧化防御系统，以保护机体细胞免受ROS的有害影响。细胞的抗氧化机制主要由多种第二相解毒酶组成，如SOD类、过氧化氢酶、过氧化还原蛋白、硫氧还蛋白异构体及谷胱甘肽等［26］。机体中天然产物多糖和相关的倍半萜二醛类似物，也正在作为潜在的抗炎药治疗中性粒细胞驱动的炎症性疾病，如在AGA中，这些天然产物可以抑制中性粒细胞的浸润和ROS的产生［27］。经过研究发现，机体在OS反应末期会产生AOPP，破坏机体多种分子，诱发炎症；而SOD是机体固有的氧自由基清除剂，能够阻断脂质的OS反应，促进氧自由基的歧化反应保护细胞；且SOD与AOPP之间负相关，可以通过提升SOD水平，抑制OS反应的进程［13］。尿酸仅在亲水条件下可作为一种有效的抗氧化剂，保护内皮细胞免受细胞外产生ROS的氧化，但这种环境条件也是其发挥抗氧化功能的主要限制。机体固有的抗氧化反应机制很容易被干扰，所以仅依靠机体本身进行抗氧化、抗炎治疗有很大局限性。

3.2 药物的抗OS机制 痛风诊疗指南指出，AGA的首选药物是非甾体抗炎药、皮质类固醇和秋水仙碱，药物作用机制也大多涉及到抗OS反应。最早被用来治疗痛风的秋水仙碱已被证明可以衰减脂质过氧化和稳定细胞膜，可显著降低缺血再灌注损伤肌肉组织中肿瘤坏死因子-α和IL-1β水平，并提高SOD活性，抑制OS反应和炎症反应［28］。近年来，通过长期临床应用发现，秋水酸碱药物不良反应较为严重，现已被其他药物替代。

目前，临床中治疗AGA较为常用的双氯芬酸钠、塞来昔布等药物也被证实具有抗OS作用。国外学者BOARESCU等［29］指出，双氯芬酸钠可抑制大鼠血清和组织中巨噬细胞一氧化氮合酶的表达，降低大鼠血清和组织的总氧化状态水平，提高总抗氧化能力和总硫醇水平，进而减少OS反应的发生。依托考昔的抗氧化原理，是其对选择性环氧合酶-2（COX-2）有抑制作用，而COX-2通过氧化反应可生成前列腺素，并通过脱氢酶等催化形成电羰基衍生物（EFOX），其在COX-2/Nrf2信号通路中具有重要作用。在该信号通路中，COX-2与Nrf2通过EFOX进行相互作用，激活Nrf2/ARE内源性抗OS通路［30］。布洛芬在体内可维持部分SOD和过氧化氢酶的活性，阻止OS的发生［31］。ROS是在AGA发作过程中产生的，因此，抗氧化剂维生素C［32］对痛风发作具有有益的影响。其他抗氧化分子，如没食子酸［33］，也可抑制成纤维细胞中促炎细胞因子IL-1β和IL-6以及多种趋化因子的基因表达，抑制机体OS反应。

生物制剂尿酸氧化酶（Uox）类药物也被应用于临床，Uox是一种可参与嘌呤分解代谢的酶，能将尿酸氧化为尿囊酸排出体外。与大多数动物相比，高等灵长类动物缺乏这种酶，人类的进化很可能使Uox基因沉默［34］。自然界中也存在许多种能够分解尿酸的氧化酶、嘌呤酶来源，例如黄曲霉来源、微细菌ZZJ4-1来源、假丝酵母来源等［35］。部分Uox类药物半衰期短，可快速缓解AGA症状，但不适用于慢性痛风患者，且部分药物长期使用会产生抗药性，使用方法也都为注射给药，患者的顺应性较差［36］。因此，Uox生物制剂类药物在给药方式以及免疫原性问题中还需要更进一步的研究。

痛风属中医学“痹证”范畴，多用祛风湿、止痹痛类药物治疗。现代研究表明，中药的许多有效成分同样具有抗OS的作用。如秦艽［37］，其提取物可以提高AGA大鼠组蛋白去乙酰化酶1和抑癌基因蛋白乙酰化的表达，激活抗氧化物质的活性，减轻OS反应对机体的损伤。黄柏［38］醇类提取物、水类提取物，都具有抗OS的作用，但醇类提取物中酚类和类黄酮物质浓度更高，类黄酮物质可以清除体内的氧自由基，抗氧化效果更好。槲皮素［39］和木瓜提取物［40］可提高机体内部SOD水平，发挥抗氧化剂的作用，降低炎症介质水平抑制AGA进程。白藜芦醇［41］也具有抗氧化、抗炎的作用，其主要通过抑制MSU晶体诱导巨噬细胞产生的炎症反应，调节Nrf2/HO-1信号通路提高巨噬细胞抗氧化能力，发挥抗氧化作用。此外，中成药也能很好地阻止机体OS反应的发生，如痛风康宁方［42］、资生肾气丸［43］等都可缓解机体OS反应，减轻关节等组织的损伤。

4 小 结

痛风发病率一直处于上升状态，人们对其研究也从未间断。通过AGA的分子、细胞和病理生理机制证实OS反应对痛风急性发作有重要影响。痛风的高尿酸状态及其形成的MSU，不仅可以激活炎症小体诱发急性炎症反应，又可破坏线粒体、滑膜细胞等激活OS因子诱发OS反应。发生OS反应的关键因素ROS也可诱发炎症反应，使两种反应相互影响，相互催化，不断加重AGA患者病情。

因此，在通過抗OS反应治疗AGA时，无论中药、西药以及生物制剂都对OS过程具有一定的阻断或缓解作用，其中大多都通过调节抗氧化信号通路提高抗氧化酶活性，降低ROS水平来抑制OS反应进程而发挥作用。故探究抑制ROS生成与增强抗氧化作用对AGA的治疗至关重要，因为它们可能阐明抗氧化剂在开发新治疗靶点中的潜在作用，这些靶点旨在阻断或缓解参与局部和全身性关节损伤的OS反应途径，并为AGA患者提供新的治疗方法。

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收稿日期：2023-05-03；修回日期：2023-06-22

基金项目：甘肃省中医药管理局计划项目（GZK-2013-20）

作者单位：1.甘肃中医药大学，甘肃 兰州 730030；2.甘肃省中医院，甘肃 兰州 730050

通信作者：柳永明 甘肃省兰州市七里河区瓜州路418号，liuyongming@163.com