高尿酸血症会通过阻断自噬流介导的氨死亡途径，增加慢性肾脏损伤加重的风险

《Journal of Advanced Research》：Hyperuricemia increases susceptibility to chronic kidney injury exacerbation via autophagic flux blockade-mediated ammonia death pathway

高尿酸血症肾病（HN）通过阻断自噬流导致肾细胞死亡，其机制为慢性高尿酸应激加速肾 glutaminolysis 生成过量氨，经 RHCG 运输至溶酶体，引起溶酶体碱化、水解酶活性抑制及自噬体降解障碍，最终导致线粒体损伤和细胞死亡。抑制氨生成或恢复溶酶体功能可缓解损伤。

　　### 高尿酸血症与氨代谢紊乱的细胞死亡机制研究

高尿酸血症（Hyperuricemia, HUA）是一种由于体内尿酸（uric acid, UA）水平异常升高而引发的代谢性疾病。随着全球范围内生活方式和饮食结构的改变，HUA的发病率逐年上升，并且与慢性肾病（chronic kidney disease, CKD）的发生和发展密切相关。尿酸在体内的积累不仅会导致尿酸结晶（monosodium urate, MSU）的形成，还可能引发一系列病理变化，最终导致肾功能的损害。然而，尽管HUA的病理机制已有大量研究，其对肾细胞死亡的具体作用机制仍存在诸多未知之处。本研究通过体外和体内实验，揭示了在高尿酸血症诱导的肾损伤中，氨代谢紊乱引发细胞死亡的新机制，为治疗高尿酸血症相关肾病提供了新的思路。

#### 氨在细胞代谢中的作用

氨（NH?）是氨基酸代谢过程中产生的核心毒性副产物。在正常生理条件下，肾脏通过谷氨酰胺酶（glutaminase, GLS1）介导的氨生成以及尿素循环，维持体内氨的平衡，从而确保有效的解毒过程。然而，当尿酸代谢失衡时，这种平衡可能被打破，导致氨的异常积累。这种积累可能对细胞产生毒性作用，进而引发细胞死亡。本研究发现，高尿酸血症状态下，肾小管上皮细胞（HK-2）中的谷氨酰胺代谢被显著激活，导致氨的过度生成。这些氨通过RHCG（Rhesus Monkey Family Glycoprotein）转运蛋白进入溶酶体，从而改变溶酶体的酸碱平衡，导致其功能受损。这一过程最终影响了线粒体的氨代谢，造成线粒体肿胀和功能障碍，进而干扰自噬过程，导致细胞死亡。

#### 实验设计与方法

本研究采用了一系列实验方法，包括体外细胞培养、动物模型构建、荧光探针检测、超微结构分析以及自噬通路检测等。通过体外实验，研究人员使用HK-2细胞作为模型，模拟高尿酸血症的病理环境。实验中，HK-2细胞被MSU晶体刺激，观察其细胞死亡率的变化。同时，研究者还使用不同浓度的尿酸进行处理，以评估其对细胞的影响。在体内实验中，研究人员通过喂食高嘌呤饮食诱导高尿酸血症，并观察肾组织的病理变化。

为了验证氨在细胞死亡中的作用，研究团队使用了氨清除剂4-苯基丁酸（4-PBA）和GLS1抑制剂CB-839。这些化合物的使用有助于降低氨的积累，并评估其对细胞死亡和肾损伤的缓解效果。此外，研究者还通过Western blot、免疫荧光（IF）和免疫组织化学（IHC）等方法，检测了GLS1和RHCG的表达变化，以及溶酶体和线粒体的结构和功能状态。

#### 实验结果与分析

实验结果显示，MSU晶体刺激和高嘌呤饮食均显著提高了HK-2细胞中的氨水平，并导致细胞死亡率的上升。在体外实验中，当使用4-PBA处理细胞时，氨的积累被有效抑制，细胞死亡率也随之下降。这表明，氨的积累是导致细胞死亡的关键因素之一。此外，溶酶体的pH值变化也被观察到，MSU刺激导致溶酶体碱化，从而影响其正常功能，进一步加剧了细胞损伤。

在体内实验中，研究人员发现，高嘌呤饮食组的肾组织中，氨的水平显著升高，且伴随肾功能指标的异常变化，如血清尿酸、肌酐（CRE）和尿素氮（BUN）的升高。使用4-PBA处理后，这些指标均有所改善，表明氨的清除在缓解肾损伤中起着重要作用。同时，研究团队通过电子显微镜观察到，溶酶体和线粒体的结构受损，表现为溶酶体膜通透性增加和线粒体肿胀。这些变化进一步支持了氨在细胞死亡中的作用。

#### 自噬通路的阻断机制

自噬（autophagy）是一种细胞自我更新机制，通过降解受损的细胞器，如线粒体，来维持细胞的稳态。然而，在本研究中，MSU刺激和高嘌呤饮食均导致自噬通路的阻断。具体表现为，LC3-II和p62蛋白的表达增加，但自噬小体未能有效融合形成自噬溶酶体，导致细胞内未降解的自噬小体和受损线粒体的积累。这种自噬通路的阻断被认为是细胞死亡的重要机制之一。

研究团队通过使用自噬抑制剂3-MA和Baf A1，进一步验证了这一机制。结果显示，3-MA能够部分缓解自噬小体的积累和细胞死亡，而Baf A1则没有明显效果。这表明，自噬通路的阻断主要发生在自噬小体形成之后，但在自噬溶酶体降解之前。结合溶酶体碱化和功能障碍的观察结果，研究者推测，溶酶体功能的受损导致其无法有效降解自噬小体中的内容物，从而阻断了自噬通路的后期阶段。

#### 氨代谢紊乱与肾损伤的关系

本研究进一步探讨了氨代谢紊乱与肾损伤之间的关系。在高尿酸血症状态下，肾细胞中的氨生成增加，且通过RHCG转运进入溶酶体，导致溶酶体碱化和功能障碍。这种变化不仅影响了溶酶体的正常功能，还干扰了线粒体的氨代谢，使其无法有效清除多余的氨，进而导致线粒体肿胀和功能障碍。线粒体功能的下降进一步加剧了细胞内的氧化应激，表现为活性氧（ROS）的积累，这可能是细胞死亡的另一重要诱因。

研究还发现，抑制GLS1的活性能够显著减少氨的生成，从而缓解肾损伤和细胞死亡。此外，促进溶酶体酸化（如通过4-PBA处理）也有助于恢复溶酶体的正常功能，减少细胞死亡的发生。这些结果表明，GLS1和RHCG在氨代谢紊乱中扮演了关键角色，其调控可能成为治疗高尿酸血症相关肾病的新靶点。

#### 讨论与展望

本研究揭示了高尿酸血症导致肾细胞死亡的新型机制。不同于以往研究中对尿酸结晶直接毒性和炎症反应的关注，本研究强调了氨代谢紊乱在肾损伤中的作用。氨作为一种可溶性代谢产物，通过干扰溶酶体功能和阻断自噬通路，成为导致细胞死亡的重要因素。这一发现不仅拓展了对高尿酸血症病理机制的理解，也为相关疾病的治疗提供了新的思路。

尽管本研究取得了重要进展，但仍存在一些局限性。例如，所使用的动物模型可能无法完全模拟人类高尿酸血症的慢性过程，未来需要进一步探索慢性模型或直接研究人类肾组织。此外，尽管研究推测了mTORC1等上游信号通路的可能参与，但缺乏直接证据，需要进一步实验验证。最后，研究主要集中在HK-2细胞上，是否适用于其他肾细胞类型仍有待进一步探讨。

#### 结论

综上所述，本研究揭示了高尿酸血症诱导肾细胞死亡的新机制。该机制涉及谷氨酰胺代谢的异常，导致氨的过度生成和溶酶体功能的损害，进而阻断自噬通路，引发细胞死亡。研究结果表明，抑制氨的生成或恢复溶酶体功能可能是治疗高尿酸血症相关肾病的有效策略。通过深入探讨从代谢紊乱到溶酶体功能障碍的病理过程，本研究为理解高尿酸血症的复杂病理机制提供了新的视角，并指出了可能的治疗靶点。这些发现不仅有助于揭示高尿酸血症的发病机制，也为未来相关疾病的治疗策略提供了理论支持。