葡萄糖轉運蛋白9及其編碼基因在痛風發(fā)病中的作用研究進展

劉 璐，青玉鳳，周京國

(川北醫(yī)學院附屬醫(yī)院風濕科，四川 南充 637000)

葡萄糖轉運蛋白9及其編碼基因在痛風發(fā)病中的作用研究進展

劉 璐，青玉鳳，周京國

(川北醫(yī)學院附屬醫(yī)院風濕科，四川 南充 637000)

痛風的發(fā)病率和患病率在世界范圍內呈逐年上升趨勢，嚴重威脅人民健康，給社會帶來巨大經(jīng)濟負擔。在健康人體內血尿酸處于動態(tài)平衡，該平衡打破所致的高尿酸血癥，是痛風發(fā)生的生化基礎；而葡萄糖轉運蛋白9(glucose transporter 9，GLUT9)作為一種尿酸鹽轉運體，對體內尿酸鹽穩(wěn)態(tài)的維持有著重要作用。本文就GLUT9的結構、組織分布、生理功能及其編碼基因單核苷酸多態(tài)性與血尿酸水平及痛風發(fā)病的相關性作一綜述。

痛風；葡萄糖轉運蛋白9

痛風是由于嘌呤代謝紊亂，尿酸鹽生成增多和(或)排泄減少導致高尿酸血癥，尿酸鹽晶體析出并沉積于組織，從而致組織損傷的一組臨床癥候群。血尿酸由嘌呤核苷酸代謝而來，并主要通過腎臟排泄以維持動態(tài)平衡(圖1)，尿酸生成增多或/和尿酸排泄障礙均可能導致高尿酸血癥，后者是痛風發(fā)生的生化基礎。高尿酸血癥中不足10%為尿酸生成增多所致，原因多為黃嘌呤氧化酶(XOD)缺陷；90%以上為尿酸排泄減少所致。而尿酸的排泄有30%通過消化道、皮膚及呼吸道等腎外途徑，70%通過腎臟途徑，其中腎臟尿酸排泄障礙是原發(fā)性高尿酸血癥的主要原因。

腎臟對尿酸的排泄經(jīng)過了腎小球的濾過、分泌前的重吸收、腎小管的主動分泌、分泌后重吸收四個過程[1]，其中任何一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題均可能影響尿酸的排泄。而尿酸鹽轉運蛋白在腎臟對尿酸的重吸收、分泌過程中發(fā)揮重要作用。以往大多數(shù)學者認為尿酸鹽轉運蛋白1(URATl)在尿酸鹽的重吸收中起重要作用，而Dinour等在爪蟾卵母細胞實驗中發(fā)現(xiàn)葡萄糖轉運體9(glucose transporter 9，GLUT9)在尿酸重吸收上發(fā)揮著比URATl更為重要的作用[2]。本文就GLUT9在痛風發(fā)病中作用的研究進展作一綜述。

圖1 人體血尿酸的代謝示意圖

1 GLUT9的結構及組織分布

GLUT9由定位于人類染色體4p15.3～16的SLC2A9基因編碼，受電壓驅動，故又名電勢驅動尿酸轉運蛋白1(tagedriven urate transporterl，URATv1)[3]。GLUT9為葡萄糖轉運家族(GLUT家族)的一員，與該家族其他轉運體具有高度同源性(尤其是GLUT1～4)，該家族所有成員共享一個相同的結構特征：都有12個跨膜螺旋結構，且該結構都存在一個N-連接糖基化位點和位于胞漿內的碳端及氮端[4]。GLUT9由GLUT9-L(含540個氨基酸)及GLUT9-S(含512個氨基酸)2種異構體組成，2種異構體僅僅是在N端第29個殘基存在差異，這種差異不影響功能，僅與其在組織中的錨定位點相關。每種異構體的獨特N端氨基酸對該蛋白的穩(wěn)定性及轉運功能起著重要作用[4，5]。

GLUT9的2種異構體的組織分布不同，在人體組織中，GLUT9-S僅僅在腎臟和胎盤[4]上表達，而GLUT9-L則在更多的組織上表達，如：肝臟[6]、腎臟、胎盤[7]、腸道、白細胞[7]、軟骨細胞[8]、胰腺、肺及腦組織；GLUT9的2種異構體在腎臟上的分布不同，GLUT9-L主要位于近端腎小管基側膜，GLUT9-S則位于集合管的管腔膜[4]。綜上，可推測在不同的組織器官或在腎臟不同部位，GLUT9對尿酸轉運的調控具有差異。

2 GLUT9的生理學功能

GLUT9具有7個糖轉運信號通路，主要與糖代謝有關，同時轉運葡萄糖和果糖，但對果糖的親和力是對葡萄糖的3倍[9]。有研究發(fā)現(xiàn)：肝細胞葡萄糖和果糖轉運體(GLUT2)失活時可完全阻礙細胞對葡萄糖的攝取，而此時GLUT9仍呈高表達，表明GLUT9轉運葡萄糖和果糖的效率非常低，其主要作用并非是葡萄糖及果糖的轉運[8]，該轉運蛋白與尿酸代謝也密切相關[2，10]，是一種高容量/高親和力的尿酸轉運蛋白，同時也是GLUT家族中唯一轉運尿酸的成員[11，12]，其對尿酸鹽的轉運速度比對葡萄糖/果糖快45～60倍[2]。GLUT家族的其他14個成員主要轉運葡萄糖或其他單糖，而GLUT9則為葡萄糖及尿酸的共同轉運體。

由于尿酸處理的種族特異性使選擇動物模型來研究GLUT9的具體生理功能成為一種挑戰(zhàn)，故目前大部分研究集中于GLUT9結構特點的研究。隨著基因敲除技術的發(fā)展，Preitner F等人[6]通過基因敲除的方法，發(fā)現(xiàn)在全身性GLUT9基因敲除的小鼠模型中，尿酸鹽排泄分數(shù)增高；而在全身性和肝臟特異性GLUT9基因同時敲除的小鼠模型中，則出現(xiàn)血尿酸、尿尿酸的同時升高(尿酸排泄分數(shù)增高20～30倍)。提示在腎臟缺乏GLUT9表達時，僅腎臟對尿酸鹽的重吸收被阻斷，隨尿液排出的尿酸鹽增多，其排泄分數(shù)增高；而在肝臟及腎臟同時缺乏GLUT9基因表達的情況下，腎臟對尿酸鹽的重吸收被阻斷的同時，位于肝細胞基底膜上的GLUT9也喪失對尿酸鹽的重吸收功能，血漿中的尿酸鹽不能進入肝細胞，不能被肝細胞內尿酸酶降解為尿素囊，從而導致血尿酸及尿尿酸同時升高。據(jù)此推測該轉運體在肝臟和腎臟的尿酸鹽跨膜轉運中都起著重要作用，GLUT9除了通過腎臟途徑重吸收尿酸鹽，還可通過分布在肝細胞基底膜上的該轉運蛋白，介導血液中的尿酸鹽進入到肝細胞，然后由肝細胞內的尿酸酶將其降解為尿素囊，經(jīng)腸腔隨糞便排泄至體外。

3 SLC2A9基因多態(tài)性與血尿酸水平及痛風發(fā)病的相關性

Kolz等[13]對28141個歐洲人的全基因組關聯(lián)研究進行薈萃分析發(fā)現(xiàn)：7個胞膜尿酸鹽轉運體(包括SLC17A1、 SLC17A3、SLC22A11、SLC22A12、 SLC16A9、ABCG2、SLC2A9)的基因變異體占了影響尿酸濃度變異因素的5%，而SLC2A9基因位點的變異在其中作用突出，占了幾個尿酸鹽轉運體變異因素的2/3，起著決定性的影響。隨著研究的深入，發(fā)現(xiàn)SLC2A9對男性血尿酸有1%～2%的變量貢獻，而對女性則有5%～6%的變量貢獻[14～16]該基因的次要等位基因rs734553對女性血尿酸水平的降低影響較男性更大。以上研究提示SLC2A9對血尿酸濃度的影響有重要意義，且該具有性別差異，對女性影響更大，推測雌激素在GLUT9對尿酸鹽的轉運中起刺激作用。

編碼GLUT9的SLC2A9基因包含了13個外顯子，近年來一系列研究報告顯示SLC2A9為體外尿酸鹽轉運所需[2，17～19]，自2013年以來，許多全基因組關聯(lián)研究也表明：人類SLC2A9基因多態(tài)性對血尿酸水平有很大的影響[20～23]。在對高加索人的病例對照研究中發(fā)現(xiàn)SLC2A9的變異對高尿酸的危險相關系數(shù)(OR)為1.7～1.9，對痛風的OR為1.3～2.1[24]；SLC2A9在新西蘭毛利人和太平洋沿岸人的變異體對痛風的OR更高[25]。研究發(fā)現(xiàn)SLC2A9的兩個位點單核苷酸多態(tài)性(rs13124007、rs6850166)與痛風易感性相關[26]：前者的C等位基因、后者的A等位基因是痛風易感性的危險因素，OR值分別為1.709 、1.645。我們課題組研究發(fā)現(xiàn)SLC2A9基因rs3733591單核苷酸多態(tài)性與我國漢族人群原發(fā)性痛風發(fā)病相關，等位基因C是發(fā)生痛風的風險因子，攜帶TC基因型的痛風患者外周血單個核細胞SLC2A9 mRNA顯著高于TT基因型痛風患者[27]。以上研究提示SLC2A9的單核苷酸多態(tài)性與痛風易感性相關，且在不同種族人群中SLC2A9的SNP基因位點不盡不同，更多的新的SNP基因位點有待進一步探究。

SLC2A9的SNP不僅僅只跟痛風的發(fā)病相關，與糖負荷的增加后對血尿酸的影響、痛風石的形成、血甘油三酯、舒張壓、收縮壓、體重指數(shù)(BMI)都有相關性[26]。研究發(fā)現(xiàn)SLC2A9的rs11942223的單核苷酸多態(tài)性可影響高加索人群在糖負荷的增加、血尿酸及尿酸腎小球濾過率的變化[28]。一項在中國漢族痛風男性的研究，首次將痛風、多態(tài)性及單元型在啟動子區(qū)域結合進行研究：發(fā)現(xiàn)位于SLC2A9的外顯子1上游的 rs13124007、rs6850166的多態(tài)性與痛風易感性相關；其基因表型分析表明rs13124007的GG單體型是痛風的保護因素，而CA單體型則增加了痛風風險[26]。以上研究提示：SLC2A9的SNP不僅僅限于在外顯子和內含子，在啟動子的序列里也存在和血尿酸/痛風相關的SNP，需要在不同種族人群中進行研究，并聯(lián)合功能試驗加以驗證。

4 小結

GLUT9在尿酸重吸收中發(fā)揮的重要作用逐漸被認識，其在痛風發(fā)病中作用的研究越來越受到關注，有關該轉運體的研究正在展開。GWAS發(fā)現(xiàn)SLC2A9的單核苷酸多態(tài)性與痛風發(fā)病密切相關。功能實驗表明GLUT9為高容量、高親和性的尿酸鹽轉運體，在腎臟重吸收尿酸的過程中發(fā)揮重要的作用，并與其他尿酸鹽轉運體組成尿酸鹽轉運復合體共同維持血尿酸水平。加強GLUT9在痛風發(fā)病中的研究將有助于進一步闡明痛風的發(fā)病機制，并有助于為痛風的防治開辟新的方向。

[1] Rafey MA，Lipkowitz MS，Leal-Pinto E，et al.Uric acid transport.Current Opinion in Nephrology[J].Hypertension，2003， 12(5)：511-516.

[2] Caulfield MJ，Munroe PB，O'Neill D，et al.SLC2A9 is a high-capacity urate transporter in humans[J].PLoS med，2008，5(10)：e197.

[3] Nakanishi T，Ohya K，Shimada S，et al.Functional cooperation of URAT1(SLC22A12)and URAT1(SLC2A9)in renal reabsorption of urate[J].Nephrol Dial Transplant，2013，28(3)：603-611.

[4] Augustin 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.

[5] Kimura T，Takahashi M，Yan K，et al.Expression of SLC2A9 Isoforms in the kidney and their localization in polarized epithelial cells[J].PloS one，2014，9(1)：e84996.

[6] Preitner F，Laverriere-Loss A，Metref S，et al.Urate-induced acute renal failure and chronic inflammation in liver-specific Glut9 knockout mice[J].Am J Physiol Renal Physiol，2013，305(5)：F786-F795.

[7] Doege H，Bocianski A，Joost H，et al.Activity and genomic organization of human glucose transporter 9(GLUT9)，a novel member of the family of sugar-transport facilitators predominantly expressed in brain and leucocytes[J].Biochem J，2001，358：791-792.

[8] Mobasheri A1，Dobson H，Mason SL，et al.Expression of the GLUT1 and GLUT9 facilitative glucose transporters in embryonic chondroblasts and maturechondrocytes in ovine articular cartilage[J].Cell Biol Int，2005，29(4)：249-260.

[9] Manolescu AR，Augustin R，Moley K，et al.A highly conserved hydrophobic motif in the exofacial vestibule of fructose transporting SLC2A proteins acts as a critical determinant of their substrate selectivity[J].Mol Membr Biol，2007，24(5-6)：455-463.

[10]Kimura T，Amonpatumrat S，Tsukada A，et al.Increased expression of SLC2A9 decreases urate excretion from the kidney[J].Nucleosides Nucleotides Nucleic Acids，2011，30(12)：1295-1301.

[11]Mueckler M，Thorens B.The SLC2(GLUT)family of membrane transporters[J].Mol Aspects Med，2013，34(2-3)：121-138.

[12]Clémencon B，Lüscher，F(xiàn)ine M，et al.Expression，purification，and structural insights for the human uric acid transporter，GLUT9，Using the xenopus laevis oocytes system[J].PLoS One，2014，9(10)：e108852.

[13]Kolz M，Johnson T，Sanna S，et al.Meta-analysis of 28，141 individuals identifies common variants within five new loci that influence uric acid concentrations[J].PLoS Genet，2009，5(6)：e1000504.

[14]Wright AF，Rudan I，Hastie ND，et al.A ‘complexity’ of urate transporters[J].Kidney Int，2010，78(5)：446-452.

[15]Doblado M，Moley KH.Facilitative glucose transporter 9，a unique hexose and urate transporter[J].Am J Physiol Endocrinol Metab，2009，297(4)：E831-835.

[16]Stark K，Reinhard W，Neureuther K，et al.Association of common polymorphisms in GLUT9 gene with gout but not with coronary artery disease in a large case-control study[J].PLoS One，2008，3(4)：e1948.

[17]Vitart V，Rudan I，Hayward C，et al.SLC2A9 is a newly identified urate transporter influencing serum urate concentration，urate excretion and gout[J].Nat genet，2008，40(4)：437-442.

[18]Anzai N，Ichida K，Jutabha P，et al.Plasma urate level is directly regulated by a voltage-driven urate efflux transporter URATv1(SLC2A9)in humans[J].J Biol Chem，2008，283(40)：26834-26838.

[19]Matsuo H，Chiba T，Nagamori S，et al.Mutations in glucose transporter 9 gene SLC2A9 cause renal hypouricemia[J].Am J Hum Genet，2008，83(6)：744-751.

[20]Sun X，Jiang F，Zhang R，et al.Serum uric acid levels are associated with polymorphisms in the SLCA9，SF1，and GCKR genes in a Chinese population[J].Acta Pharmacol Sin，2014，35(11)：1421-1427.

[21]Kottgen A，Albrecht E，Teumer A，et al.Genome-wide association analyses identify 18 new loci associated with serum urate concentrations[J].Nat Genet，2013，45(2)：145-154.

[22]Voruganti VS，F(xiàn)ranceschini N，Haack K，et al.Replication of the effect of SLC2A9 genetic variation on serum uric acid levels in American Indians[J].Eur J Hum Genet，2014，22(7)：938-943.

[23]Voruganti VS，Kent JW Jr，Debnath S，et al.Genome-wide association analysis confirms and extends the association of SLC2A9 with serum uric acid levels to Mexican Americans[J].Front Genet，2013，4：279.

[24]Merriman TR，Dalbeth N.The genetic basis of hyperuricaemia and gout.Joint Bone Spine，2011，78：35-40.

[25]Hollis-Moffatt JE，Xu X，Dalbeth N，et al.Role of the urate transporter SLC2A9 gene in susceptibility to gout in New Zealand Maori，Pacific Island，and Caucasian case-control sample sets[J].Arthritis Rheum，2009，60：3485-3492.

[26]Li C，Chu N，Wang B，et al.Polymorphisms in the presumptive promoter region of the SLC2A9 gene are associated with gout in a Chinese male population[J].PloS one，2012，7(2)：e24561.

[27]李敏，楊靜，周京國，等.葡萄糖轉運體9基因 rs3733591(C>T)的單核苷酸多態(tài)性與我國漢族人群原發(fā)性痛風發(fā)病的相關性研究[J].中華風濕病學雜志，2014，10：655-660.

[28]Dalbeth N，House M E，Gamble G D，et al.Population-specific influence of SLC2A9 genotype on the acute hyperuricaemic response to a fructose load[J].Annals of the rheumatic diseases，2013，72(11)：1868-1873.

The role of glucose transporter 9 in the development of Gout

LIU Lu，QIN Yu-feng，ZHOU Jing-guo

(Departement of Rheumatology，the Affiliated Hospital of North Sichuan Medical College，Nanchong 637000，China)

ZHOUJing-guo

In the worldwide，the incidence and prevalence of gout have showed an increasing trend year by year，it threaten to people’s health seriously and has brought huge economic burden.In vivo of the healthy human，urate are in dynamic equilibrium，while the urate balance is broken，hyperuricemia is going to be formed and as the biochemical basis for the onset of gout.As a urate transporter，GLUT9 plays an important role in urate homeostasis in vivo.Here is to make a review on GLUT9’s structure，distribution，physiological function and the relevance between SNP of its coding gene and the incidence of gout or blood uric acid levels.

Gout； Glucose transporter 9

國家自然科學基金資助項目(編號：81272047)，四川省教育廳科研基金資助項目(編號：12ZA046)

周京國，男，主任醫(yī)師，教授，碩士及博士研究生導師。四川省醫(yī)學會副會長，中華醫(yī)學會風濕病分會委員，四川省醫(yī)師協(xié)會風濕免疫科醫(yī)師?？莆瘑T會副主任委員，四川省醫(yī)學會風濕專委會副主任委員，海峽兩岸醫(yī)師交流協(xié)會風濕免疫學分會常委。主要研究方向：風濕免疫，痛風發(fā)病機制的研究。

R573

A

1672-6170(2015)05-0042-04

2015-03-29)