三磷酸腺苷結(jié)合盒轉(zhuǎn)運(yùn)體G2與尿酸排泄關(guān)系研究進(jìn)展

張雄峰　鐘琴

【摘 要】 對(duì)近年來(lái)G超家族成員2基因與尿酸排泄相關(guān)研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。三磷酸腺苷結(jié)合轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白G超家族成員2基因是ATP結(jié)合盒膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，在腸道、肝臟、腎小管等組織廣泛分布，功能的異常會(huì)導(dǎo)致上述組織排泄尿酸能力下降。G超家族成員2基因突變導(dǎo)致腸道和腎臟尿酸排泄受阻而導(dǎo)致高尿酸血癥和痛風(fēng)。

【關(guān)鍵詞】 痛風(fēng)；尿酸；排泄；三磷酸腺苷結(jié)合盒轉(zhuǎn)運(yùn)體G2；單核苷酸基因多態(tài)性；綜述

doi：10.3969/j.issn.2095-4174.2015.03.018

人體內(nèi)大約2/3的尿酸是通過(guò)腎臟排泄，剩下約1/3由腸道等排出體外[1]。隨著生活水平的提高，高尿酸血癥和痛風(fēng)的患病率明顯上升。高尿酸血癥常被報(bào)道與高血壓、冠狀動(dòng)脈疾病、腦血管疾病和腎臟疾病等相關(guān)。

尿酸的分子量約168 kDa，一方面可經(jīng)腎小球?yàn)V過(guò)到小管腔，轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程呈雙向性，既有從小管腔到小管上皮細(xì)胞的重吸收，又有從小管上皮細(xì)胞到小管腔的分泌；另一方面可經(jīng)腸道、肝臟等排泄。尿酸轉(zhuǎn)運(yùn)體主要協(xié)助尿酸鹽的轉(zhuǎn)運(yùn)，尿酸鹽轉(zhuǎn)運(yùn)體包括尿酸鹽陰離子轉(zhuǎn)運(yùn)體1（urate anion transporter 1，

URAT1）、有機(jī)陰離子轉(zhuǎn)運(yùn)體4（organic anion tran-

sporter 4，OAT4）、尿酸鹽轉(zhuǎn)運(yùn)子（urate transporter，

UAT）、G超家族成員2基因（ATP-binding cassette

superfamily G member 2，ABCG2）和葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白9（glucose transporter 9，GLUT9）等[2]。筆者論述的ABCG2突變導(dǎo)致ABCG2尿酸轉(zhuǎn)運(yùn)體功能異常，使腸道和腎臟尿酸排泄受阻，血尿酸水平上升，導(dǎo)致一過(guò)性或者持續(xù)性的高尿酸血癥以及痛風(fēng)[3]。

1 ABCG2的基本特性

1.1 ABCG2的來(lái)源 1998年Doyle等[4]在乳腺癌耐藥細(xì)胞系MCF-7/AdrVp中檢測(cè)到一種新的腫瘤耐藥相關(guān)蛋白，根據(jù)它的來(lái)源——乳腺癌細(xì)胞，同時(shí)具有多藥耐藥性，將其命名為乳腺癌耐藥蛋白（breast cancer resistance protein，BCRP）。此基因?qū)儆贏BC超家族亞族G的第2個(gè)成員，人類基因組命名委員會(huì)又將它命名為ABCG2。

1.2 ABCG2的基因及結(jié)構(gòu) 人類ABCG2基因位于4q22～23，包括655個(gè)氨基酸殘基、一個(gè)ATP結(jié)合域和一個(gè)疏水性跨膜結(jié)構(gòu)域，是迄今為止在4號(hào)染色體上發(fā)現(xiàn)的唯一ABC轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，位于痛風(fēng)易感性位點(diǎn)（MIM138 900）[5]。ABCG2基因跨度66 kb，包括16個(gè)外顯子和15個(gè)內(nèi)含子。ABCG2的mRNA大小為2.4 kb，相對(duì)分子質(zhì)量約72.6×103。其結(jié)構(gòu)上屬于ABC蛋白家族半轉(zhuǎn)運(yùn)子，因?yàn)锳BCG2具有6個(gè)MSDs和1個(gè)NBD，僅為ABCB1分子的一半，所以又稱之為半轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白。研究表明，ABCG2可能通過(guò)TM5-loop-TM6的相互作用，以同型寡聚物的形式存在，其結(jié)構(gòu)域可形成活性二聚體[6]。完整的ABCG2二聚體模型帶狀圖見(jiàn)圖1。

1.3 ABCG2腎臟和腸道的表達(dá) Huls等[7]研究表明，BCRP/ABCG2運(yùn)輸活動(dòng)定位在人腎近端小

管刷狀緣膜，這種定位與在小鼠、大鼠腎臟研究結(jié)果一致。Woodward等[8]實(shí)驗(yàn)也證實(shí)，極化的

LLC-PK1細(xì)胞中ABCG2作為一種轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白及尿酸分泌蛋白定位于腎近端小管上皮細(xì)胞刷狀緣膜，它

介導(dǎo)腎尿酸的分泌，是以前尚未發(fā)現(xiàn)的尿酸流出轉(zhuǎn)

運(yùn)體，尿酸的積累是依賴于細(xì)胞外的尿酸濃度，而尿酸排出取決于細(xì)胞內(nèi)的尿酸濃度。Hosomi等[9]

通過(guò)觀測(cè)靜脈注射14C尿酸氧嗪酸處理的大鼠的復(fù)蘇程度，發(fā)現(xiàn)尿酸排泄到尿液和膽汁中作為一個(gè)腎外消除途徑，第一次直接證明了hbcrp/rbCRP有助于腸道和膽道排泄尿酸，在大鼠額外的腎臟排泄尿酸至少達(dá)1/4，在人類這是不可忽視的。Maliepaard等[10]研究也表明，ABCG2在肝細(xì)胞的表達(dá)提示膽汁排泄尿酸分泌很重要，但尿酸通過(guò)腸道的分泌比膽道要大得多，這意味著額外的腎尿酸排泄主要通過(guò)腸上皮細(xì)胞直接分泌到腸腔，而不是通過(guò)膽管，尿酸膽汁排泄應(yīng)該是一個(gè)較小貢獻(xiàn)的腎外排泄途徑。

1.4 與尿酸相關(guān)底物 ABCG2被報(bào)道稱，Sevelamer（非可吸收的水凝膠）在人類胃腸道非選擇性吸附尿酸，并降低血尿酸濃度[11]，這種認(rèn)識(shí)使得通過(guò)提高尿酸分泌入腸腔來(lái)控制血尿酸水平成為可能。此外，BCRP抑制劑Elacridar，使得尿酸腸道分泌減少，在Caco-2細(xì)胞，在基底頂側(cè)尿酸表現(xiàn)出極化通量，這種通量在Elacridar面前幾乎被取消[9]。Woodward等[8]應(yīng)用轉(zhuǎn)運(yùn)實(shí)驗(yàn)制備ABCG2高表達(dá)細(xì)胞的膜囊，轉(zhuǎn)運(yùn)的雌酮3硫酸（ES，一個(gè)典型的ABCG2底物）被尿酸以及ES抑制。臨床常見(jiàn)降尿酸藥物如苯溴馬隆、別嘌醇等目前無(wú)明確報(bào)道稱作為ABCG2的底物起作用。

2 單核苷酸基因多態(tài)性（single nucleotide polymorphisms，SNPs）

2.1 SNPs人群分布 Noguchi等[12]通過(guò)對(duì)東亞人群、高加索人群、非洲人群ABCG2 SNPs的研究發(fā)現(xiàn)，不同人群的ABCG2 SNPs均不同，C421A多態(tài)性在多種人群均有分布，A等位基因頻率在中國(guó)人群和日本人群最高，明顯高于高加索人群和非洲人群。G34A多態(tài)性亦為多種人群分布，在瑞典人群發(fā)生率為1.7%，在越南人群為36.0%，C376T多態(tài)性只有在東亞人群檢測(cè)中被發(fā)現(xiàn)，發(fā)生頻率約0.4%～1.9%。

2.2 基因多態(tài)性 ABCG2基因存在突變，已知的ABCG2基因單核苷酸多態(tài)性有40多個(gè)，ABCG2多態(tài)性對(duì)其基因編碼蛋白的表達(dá)和功能都會(huì)產(chǎn)生影響，最為常見(jiàn)的ABCG2基因SNPs有C421A[13]。C421A由第5個(gè)外顯子的421位點(diǎn)堿基突變引起，會(huì)導(dǎo)致141位谷氨酰胺突變?yōu)橘嚢彼幔≦141K），相關(guān)性最顯著的SNP位點(diǎn)為rs2 231 142（A/C），使尿酸的轉(zhuǎn)運(yùn)速率下降53%[14]。通過(guò)研究穩(wěn)定性和Q141K ABCG2的變種細(xì)胞處理，提示Q141K變種有輕度的可以通過(guò)低溫獲救的加工缺陷，輕度的折疊缺陷對(duì)NBD有影響[15]。Dalbeth等[16]在果糖負(fù)荷實(shí)驗(yàn)下分時(shí)段檢測(cè)該基因存在與否，提示在果糖負(fù)載下，Q141K等位基因與小濃度的血清尿酸增高和較高尿酸排泄分?jǐn)?shù)相關(guān)。另一個(gè)單核苷酸多態(tài)是C376T（Q126stop），是終止密碼子代替了126位的谷氨酰胺[17]。Dehghan等[13]研究表明，70%痛風(fēng)的發(fā)生可能與ABCG2 Q141K變異相關(guān)，但對(duì)ABCG2基因功能分析發(fā)現(xiàn)，Q126X對(duì)痛風(fēng)發(fā)生影響較Q141K更大。另一個(gè)單核苷酸多態(tài)G34A位于第2外顯子上，第12位的纈氨酸變?yōu)榧琢虬彼幔╒12M），野生型和變異型氨基酸都不帶電荷，具有疏水性，在ABCG2 N端細(xì)胞內(nèi)區(qū)域，V12M的變異對(duì)痛風(fēng)危險(xiǎn)相對(duì)Q141K和Q126X來(lái)說(shuō)較小[18]。

Nakayama等[2]創(chuàng)建了V12M、Q126X、Q141K等

SNPs對(duì)90例日本高尿酸血癥患者所有的編碼區(qū)和內(nèi)含子-外顯子的ABCG2基因的突變分析研究表明，V12M團(tuán)是專門分配給一個(gè)非風(fēng)險(xiǎn)單倍型，V12M團(tuán)變量不表現(xiàn)出改變的尿酸鹽轉(zhuǎn)運(yùn)體，可能與V12M團(tuán)降低痛風(fēng)風(fēng)險(xiǎn)相關(guān)，Q126X可能是痛風(fēng)的主要致病突變。

2.3 基因多態(tài)性的意義 Yamagishi等[19]通過(guò)分析3923例40～90歲日本人的rs2 231 142多態(tài)性與血清尿酸濃度、痛風(fēng)的關(guān)系，證明rs2 231 142多態(tài)性可能能解釋29%的痛風(fēng)發(fā)病原因，兩者有密切的相關(guān)性。Woodward等[8]對(duì)14 783例被研究者的ABCG2 基因C421A位點(diǎn)SNPs做了研究，提示該基因與尿酸水平顯著相關(guān)，與野生型比較，C421A Q141K變異減少了54%的尿酸排泄，可能至少10%的白人痛風(fēng)與C421A 缺失突變存在相關(guān)，這種相關(guān)性在男性表現(xiàn)更為明顯。ABCG2對(duì)血尿酸水平的影響男性大于女性，對(duì)女性血尿酸水平的影響與年齡增長(zhǎng)相關(guān)[20]。葉德邵[21]掃描了中國(guó)漢族人最小等位基因頻率（minimum allele frequency，MAF）較高的10個(gè)位點(diǎn)，提示ABCG2可能是中國(guó)漢族人群發(fā)生痛風(fēng)性關(guān)節(jié)炎的一個(gè)預(yù)測(cè)基因，ABCG2的rs2 231 142位點(diǎn)表達(dá)T/T基因型可能是中國(guó)漢族人痛風(fēng)性關(guān)節(jié)炎的發(fā)病因素，而表達(dá)G/G基因型可能是保護(hù)因素；Zhang等[22]研究4種美國(guó)人種rs2 231 142位點(diǎn)表明，T等位基因可能增加血清尿酸水平和痛風(fēng)的機(jī)率，這種關(guān)聯(lián)在男性和絕經(jīng)女性中更明顯，這些結(jié)果提示，性激素可能發(fā)揮預(yù)防高尿酸血癥和痛風(fēng)的作用。楊會(huì)勇等[23-24]研究表明，攜帶AA基因型的人有較高的痛風(fēng)發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)，A等位基因攜帶者發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)比正常C等位基因攜帶者患病風(fēng)險(xiǎn)提高，A/C、CC型可能為高風(fēng)險(xiǎn)基因型，攜帶痛風(fēng)易感基因位點(diǎn)的可能具有較高的合并糖尿病、高血壓、高血糖、三酰甘油等疾病的幾率。以上研究都提示，ABCG2的基因多態(tài)性是痛風(fēng)的重要可遺傳發(fā)病因素，由于地區(qū)、人種差異性，目前對(duì)SNPs研究仍處于初級(jí)階段，其與痛風(fēng)、高尿酸血癥的確切性相關(guān)位點(diǎn)有待進(jìn)一步研究。

目前，對(duì)ABCG2的研究主要集中在對(duì)痛風(fēng)的早期診斷、更安全更有效的治療方面；而上述基因多態(tài)性將可能成為突破點(diǎn)。Matsuo等[25]進(jìn)行基因分型研究發(fā)現(xiàn)，ABCG2常見(jiàn)的功能障礙是早發(fā)性痛風(fēng)的主要原因，這將有利于痛風(fēng)早期診斷，提高高危人群的早期預(yù)防和治療比率。Ishikawa等[26]建議ABCG2簡(jiǎn)單的基因分型方法對(duì)早期預(yù)防、診斷干預(yù)更有意義，而Aw等[27]用SmartAmp方法快速檢測(cè)了ABCG2基因多態(tài)性，將為此提供方便——更高的臨床實(shí)用性。目前對(duì)ABCG2 Q141K這個(gè)位點(diǎn)干預(yù)是比較清晰的，Basseville等[28]發(fā)現(xiàn)一組不同的HDAC抑制劑能誘導(dǎo)變異的Q141K ABCG2重新定位，恢復(fù)其功能和表達(dá)水平，對(duì)其由錯(cuò)誤折疊的蛋白質(zhì)引起的疾病是一種治療方法，這其中包括高尿酸血癥和痛風(fēng)。通過(guò)校正突變Q141K的表達(dá)[29]，改變ABCG2折疊方式和二聚化，這將可能導(dǎo)致新的治療方法（藥物）用于痛風(fēng)和高尿酸血癥。對(duì)ABCG2的干預(yù)手段集中在其折疊方式和二聚體化上，直接關(guān)注初級(jí)尿酸分泌轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制的治療——促進(jìn)腎臟和腸道尿酸分泌可能會(huì)有更好的治療結(jié)果和更少的副作用[30]。相關(guān)的降尿酸藥物是一種很有前途的研究目標(biāo)，可能有更少或無(wú)副作用，對(duì)尿石癥、腎功能異常等都會(huì)取得較好效果。

3 展 望

ABCG2 轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白在體內(nèi)尿酸轉(zhuǎn)運(yùn)發(fā)揮著重要作用，定位于腎近端小管上皮細(xì)胞刷狀緣膜、肝細(xì)胞膜膽小管面和腸道上皮細(xì)胞，均參與嘌呤的代謝和腎臟、腸道排泄尿酸。對(duì)ABCG2 轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白深入研究能夠進(jìn)一步了解它轉(zhuǎn)運(yùn)尿酸調(diào)控的機(jī)制，明確它與降尿酸的藥物吸收、體內(nèi)代謝的作用，解析其與底物的結(jié)合位點(diǎn)，確定引起高尿酸的人群基因多態(tài)性等，這都應(yīng)是未來(lái)研究方向，進(jìn)而可以改善臨床藥動(dòng)學(xué)、指導(dǎo)（開(kāi)發(fā)）用藥、提高對(duì)高尿酸血癥和痛風(fēng)的早期預(yù)防。

4 參考文獻(xiàn)

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

[2] Nakayama A，Matsuo H，Takada T.ABCG2 is a high-capacity urate transporter and its genetic impairment increases serum uric acid levels in humans[J].Nucleosides Nucleotides Nucleic Acids，2011，30（12）：1091-1097.

[3] Tony R，Merriman，Nicola Dalbeth.The genetic basis of hyperuricaemia and gout[J].Joint Bone Spine，2011，78（1）：35-40.

[4] Doyle LA，Yang W，Abruzzo LV，et al.A multidrug resistance transporter from human MCF-7 breast cancer

cells[J].Proc Natl Acad Sci USA，1998，95（26）：

15665-15670.

[5] Yang Q，K?ttgen A，Dehghan A，et al.Multiple genetic loci influence serum urate levels and their relationship with gout and cardiovascular disease risk factors[J].Circulation Cardiovascular Genetics，2010，3（6）：523-530.

[6] Li YF，Polgar O，Okada M，et al.Towards understanding the mechanism of action of the multidrug resistance-linked half-ABC transporter ABCG2： A molecular modeling study[J].J Mol Graph Model，2007，25（6）：837-851.

[7] Huls M，Brown CD，Windass AS，et al.The breast cancer resistance protein transporter ABCG2 is expressed in the human kidney proximal tubule apical

membrane[J].Kidney Int，2008，73（2）：220-225.

[8] Woodward OM，K?ttgen A，Coresh J，et al.Identification of a urate transporter，ABCG2，with a common functional polymorphism causing gout[J].PNAS，2009，106（25）：10338-10342.

[9] Hosomi A，Nakanishi T，F(xiàn)ujita T，et al.Extra-renal elimination of uric acid via intestinal efflux transporter BCRP/ABCG2[J].PloS One，2012，7（2）：e30456.

[10] Maliepaard M，Scheffer GL，F(xiàn)aneyte IF.Subcellular localization and distribution of the breast cancer resistance protein transporter in normal human tissues[J].Cancer Res，2001，61（8）：3458-3464.

[11] Ohno I，Yamaguchi Y，Saikawa H，et al.Sevelamer decrease serum uric acid concentration through adsorption of uric acid in maintenance hemodialysis patients[J].Intern Med，2009，48（6）：415-420.

[12] Noguchi K，Katayama K，Mitsuhashi J，et al.Functions of the breast cancer resistance protein （BCRP/ABCG2） in chemotherapy[J].Adv Drug Deliv Rev，2009，61（1）：26-33.

[13] Dehghan A，K?ttgen A，Yang Q，et al.Association of three genetic loci with uric acid concentration and risk of gout：a genome-wideassociation study[J].Lancet，

2008，372（9654）：1953-1961.

[14] Phipps-Green AJ，Hollis-Moffatt JE，Dalbeth N，et al.A strong role for the ABCG2 gene in susceptibility to gout in New Zealand Pacific Island and Caucasian，but not Maori，case and control sample sets[J].Hum Mol Genet，2010，19（24）：4813-4819.

[15] Sarankó H，Tordai H，Telbisz ?，et al.Effects of the gout-causing Q141K polymorphism and a CFTR ΔF508 mimicking mutation on the processing and stability of the ABCG2 protein[J].Biochem Biophys Res Commun，2013，437（1）：140-145.

[16] Dalbeth N，House ME，Gamble GD，et al.Influence of the ABCG2 gout risk 141 K allele on urate metabolism during a fructose challenge[J].Arthritis Res Ther，2014，16（1）：R34.

[17] 鄧?guó)Q，李聯(lián)，張?zhí)m華.ABCG2轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的研究進(jìn)

展[J].中國(guó)新藥與臨床雜志，2009，28（6）：405-410.

[18] Matsuo H，Takada T，Ichida K.Common defects of ABCG2，a high-capacity urate exporter，cause gout：a function-based genetic analysis in a Japanese population[J].Sci Transl Med，2009，1（5）：5-11.

[19] Yamagishi K，Tanigawa T，kitamura A，et al.The

rs2 231 142 variant of the ABCG2 gene is associated with

uric acid levels and gout among Japanese people[J].Rheumatology（Oxford），2010，49（8）：1461-1465.

[20] August in R，Carayannopoulos MO，Dowd LO，et al.

Identification and characterization of human glucose transporter-like protein-9（GLUT9）：alternative splicing alters trafficking[J].J Biol Chem，2004，279（16）：16229-16236.

[21] 葉德邵.中國(guó)漢族痛風(fēng)病人危險(xiǎn)因素及尿酸鹽轉(zhuǎn)運(yùn)體多態(tài)性研究[D].重慶：第二軍醫(yī)大學(xué)，2012：18-38.

[22] Zhang L，Spencer KL，Voruganti VS，et al.Association of functional polymorphism rs2231142 （Q141K） in the ABCG2 gene with serum uric acid and gout in 4 US populations： the PAGE Study[J].Am J Epidemiol，2013，177（9）：923-932.

[23] 楊會(huì)勇，許超塵，王清瑤，等.ABCG2基因單核苷酸多態(tài)性與閩南地區(qū)人群原發(fā)性痛風(fēng)相關(guān)性研究[J].風(fēng)濕病與關(guān)節(jié)炎，2013，2（1）：24-28.

[24] 李發(fā)貴，楚軼，孟冬梅，等.ABCG2基因第5外顯子C421A多態(tài)與中國(guó)漢族男性原發(fā)性痛風(fēng)的相關(guān)性研究[J].中華醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)雜志，2011，28（6）：683-685.

[25] Matsuo H，Ichida K，Takada T，et al.Common dysfunctional variants in ABCG2 are a major cause of early-onset gout[J].Sci Rep，2013（3）：2014.

[26] Ishikawa T，Aw W，Kaneko K.Metabolic Interactions of Purine Derivatives with Human ABC Transporter ABCG2：Genetic Testing to Assess Gout Risk[J].Pharmaceuticals（Basel），2013，6（11）：1347-1360.

[27] Aw W，Lezhava A，Andoh A，et al.The SmartAmp method：

rapid detection of SNPs in thiopurine S-methyltransferase and ABC transporters ABCC4 and ABCG2[J].

Current Drug Metabolism，2012，13（7）：968-977.

[28] Basseville A，Tamaki A，Ierano C，et al.Histone deacetylase inhibitors influence chemotherapy transport by modulating expression and trafficking of a common polymorphic variant of the ABCG2 effluxtran-

sporter[J].Cancer Res，2012，72（14）：3642-3651.

[29] Woodward OM，Tukaye DN，Cui J，et al.Gout-causing Q141K mutation in ABCG2 leads to instability of the nucleotide-binding domain and can be corrected with small molecules[J].Proc Natl Acad Sci USA，2013，

110（13）：5223-5228.

[30] Ichida K，Matsuo H，Takada T，et al.Decreased extra-renal urate excretion is a common cause of hyperurice-

mia[J].Nat Commun，2012（3）：764.

收稿日期：2014-12-29；修回日期：2015-01-17