《Journal of Biological Chemistry》：Elevated neuraminidase potentiates lung inflammation through facilitating integrin β2-mediated adhesion and immune responses of neutrophils
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尿酸穩態的失調是痛風和高尿酸血癥的關鍵病理基礎。腸道作為重要的腎外排泄途徑，其尿酸轉運的分子機制，特別是基底側的尿酸攝取機制尚不明確。本研究為解決這一問題，聚焦于腸道基底側尿酸轉運體的鑒定及其在尿酸排泄和進化中的作用。研究人員通過系統分析，發現轉運體SLC52A1在靈長類中由SLC52A2基因復制而來，并獲得尿酸轉運功能。該蛋白定位于小腸上皮基底膜，通過易化擴散雙向轉運非離子化尿酸，并與頂膜轉運體ABCG2協同，在腸道尿酸排泄中發揮關鍵作用。這項研究揭示了腸道尿酸轉運的新機制，并為理解人類尿酸酶（UOX）在進化中丟失的可能適應性基礎提供了新視角。
人類和猿類等高等靈長類動物擁有一項獨特的生理特征：高尿酸血癥。這與它們體內一個關鍵酶的“丟失”有關——尿酸酶（uricase, UOX）。尿酸酶在其他絕大多數哺乳動物體內負責將嘌呤代謝的終產物尿酸，進一步降解為高水溶性的尿囊素，從而有效清除尿酸。然而，在人類進化的某個節點，編碼尿酸酶的基因UOX失活了。這導致人類血清尿酸水平維持在接近飽和溶解度的高位（約6.8 mg/dL）。高水平的尿酸是一把“雙刃劍”，一方面具有強大的抗氧化能力，被認為可能補償了靈長類自身無法合成維生素C的缺陷；另一方面，它又是痛風、肥胖、糖尿病和心血管疾病的重要風險因素。一個令人困惑的進化謎題是：失去這樣一個關鍵的“清道夫”酶，靈長類祖先是如何存活下來并適應的？這暗示在尿酸酶失活的過程中或之前，必然存在某種代償性機制，以幫助身體管理因尿酸酶失效而可能失控的尿酸水平。
過去的研究已知，腎臟是尿酸排泄的主要器官，但近三分之一的尿酸通過腸-腎外途徑排泄。遺傳學研究表明，位于小腸上皮細胞頂膜（朝向腸腔一側）的轉運蛋白ABCG2的功能障礙與痛風/高尿酸血癥顯著相關，提示腸道排泄是調節尿酸穩態的關鍵機制。為了實現高效的腸道尿酸排泄，位于基底側（朝向血液一側）的尿酸轉運體不可或缺，它負責將血液中的尿酸攝取進入腸上皮細胞，以便ABCG2將其泵入腸腔。然而，這個關鍵的基底側尿酸轉運體一直身份不明。同時，考慮到人類與其他哺乳動物在血清尿酸水平上的巨大差異，這個面對血液側的轉運體很可能在進化中經歷了適應性改變。為了探索靈長類獨特的腸道尿酸轉運系統是否進化以適應（甚至可能促成）其獨特的嘌呤代謝，日本名古屋市立大學的研究團隊展開研究，成果發表在《Journal of Biological Chemistry》上。
研究人員主要運用了以下關鍵技術方法：1. 系統發育和基因同線性分析，以追溯SLC52A1的進化起源。2. 利用穩定或瞬時轉染了目標轉運體（如SLC52A1、SLC52A2、ABCG2等）的細胞系（HEK293、COS-7、MDCKII）進行功能性研究，包括放射性同位素標記的底物（14C-尿酸、3H-核黃素）攝取、外排和跨細胞轉運實驗，以評估轉運活性、動力學特性、pH和離子依賴性以及抑制劑譜。3. 定點突變和嵌合體構建，以鑒定決定SLC52A1尿酸轉運功能的關鍵氨基酸殘基。4. 針對人空腸組織的免疫組化分析，以確定SLC52A1的亞細胞定位。5. 對日本人群（1039例痛風患者和914例對照）的SLC52A1基因常見單核苷酸多態性（SNP）進行了遺傳關聯分析。
研究結果
SLC52A1是靈長類特有的復制基因
研究人員在溶質載體（SLC）家族中篩選，發現SLC52A1基因符合其預設標準。同線性分析顯示，SLC52A1基因僅存在于靈長類（包括人、獼猴、嬰猴）和鼯猴的基因組特定區域，而在其他非靈長類哺乳動物（如樹鼩、牛、豬、大鼠、小鼠）中缺失。相反，其旁系同源基因SLC52A2及其側翼基因在所有分析的哺乳動物中都保守存在。這表明SLC52A1是由SLC52A2基因在靈長形類（Primatomorpha）共同祖先中復制而產生。
人及其他靈長類SLC52A1在酸性pH下介導尿酸攝取
功能實驗發現，在酸性條件下（pH 5.0），人源SLC52A1能顯著介導尿酸的攝取，活性高于已知的尿酸轉運體SLC22A12。而人及其他物種（大鼠、豬、牛）的SLC52A2，以及人和大鼠的SLC52A3，均無此活性。同時，SLC52A1仍保留轉運核黃素的能力。獼猴和嬰猴的SLC52A1同樣具備尿酸轉運能力，而它們的SLC52A2則沒有。值得注意的是，在生理pH 7.4下，所有SLC52A1均未檢測到明顯的尿酸攝取，但核黃素攝取不受影響。這提示SLC52A1獲得了獨特的尿酸轉運功能，且其轉運具有pH依賴性。
鑒定SLC52A1中負責尿酸轉運的氨基酸殘基
通過構建SLC52A2的跨膜結構域（TMD）嵌合體突變體，研究人員發現將SLC52A2的TMD2替換為SLC52A1的對應區域，可賦予SLC52A2尿酸轉運活性。進一步的點突變實驗將目標鎖定在TMD2中的第54位氨基酸：SLC52A2此處是亮氨酸（L54），而SLC52A1是纈氨酸（V54）。將SLC52A2的L54突變為V后，其尿酸轉運功能提升至與SLC52A1相當，且不影響其核黃素轉運功能。系統分析顯示，V54在具有尿酸轉運活性的靈長類SLC52A1中保守，而L54在缺乏此活性的眾多物種SLC52A2中保守。這暗示L54V突變是SLC52A1在進化中獲得尿酸轉運功能的關鍵。
SLC52A1作為平衡性尿酸轉運體的功能表征
在穩定表達SLC52A1的細胞中進行詳細表征，發現其尿酸攝取隨pH降低（尿酸非離子化比例增加）而增強，在pH 4.0-5.0達到平臺，與尿酸非離子化分數曲線一致。其轉運不依賴鈉、氯離子或膜電位，符合易化擴散特征。動力學分析顯示其轉運是可飽和的，Km值約為0.710 mM。抑制實驗表明，SLC52A1對陰離子化合物如溴磺酞鈉和4,4′-二異硫氰基芪-2,2′-二磺酸敏感，但對丙磺舒等典型的腎尿酸轉運體抑制劑不敏感。其尿酸轉運可被核黃素和其代謝物黃素單核苷酸競爭性抑制，且尿酸也能抑制酸性pH下的核黃素攝取，表明二者共享轉運途徑。
SLC52A1的生理相關尿酸轉運功能
免疫組化顯示，在人的空腸中，SLC52A1蛋白定位于腸上皮細胞的基底側膜，與定位于頂膜的ABCG2空間分離。在極化的細胞單層模型中，僅當SLC52A1和ABCG2共表達時，尿酸從基底側到頂側（模擬血液到腸腔方向）的跨細胞轉運才被顯著增強，表明二者在腸道尿酸排泄中協同工作。此外，通過一個巧妙的“攝取-外排”偶聯實驗證明，在生理pH 7.4下，SLC52A1同樣能夠介導尿酸從細胞內外排。這些結果共同表明，SLC52A1是一個雙向的、平衡性的尿酸轉運體，在基底側膜既能介導尿酸流入細胞（與ABCG2協同排泄），也能在特定條件下介導尿酸流出細胞。
SLC52A1常見SNP與痛風/高尿酸血癥無關
對日本人群的遺傳關聯分析發現，SLC52A1基因的三個常見非同義SNP與痛風/高尿酸血癥風險無顯著關聯，且這些變異體的尿酸轉運活性與野生型無差異。這與之前的全基因組關聯研究未發現SLC52A1信號的結果一致，提示這些常見變異不影響SLC52A1功能，但尚不能排除罕見變異的作用。
研究結論與重要意義
本研究成功鑒定出SLC52A1是一個在靈長類進化中通過基因復制和新功能化（neofunctionalization）產生的、定位于腸道基底膜的尿酸/核黃素雙底物轉運體。其主要結論如下：1. SLC52A1基因由SLC52A2復制而來，是靈長類特有的基因。2. SLC52A1獲得了轉運非離子化尿酸的新功能，關鍵取決于其跨膜結構域2中的第54位氨基酸（V54）。3. SLC52A1以pH依賴性的易化擴散方式工作，偏好轉運非離子化的尿酸分子。4. 在生理條件下，SLC52A1能與頂膜的ABCG2協同，驅動尿酸從血液向腸腔的跨上皮排泄。5. SLC52A1的功能獲得發生在靈長類進化早期，可能早于尿酸酶基因在人類和猿類譜系中的多次獨立失活事件。
這項研究的意義重大。首先，它首次明確了腸道尿酸排泄通路中長期缺失的“關鍵拼圖”——基底側尿酸攝入轉運體，完善了“SLC52A1（基底側攝入）-ABCG2（頂側外排）”的腸道尿酸排泄分子機制模型。該模型解釋了腸道如何嚴格調控尿酸清除率（僅約0.5%的腸系膜血漿尿酸在單次循環中被清除），以維持較高的血漿尿酸水平。
更重要的是，該研究為理解“尿酸酶丟失”這一進化謎題提供了全新的、富有啟發性的假說框架。研究人員提出，SLC52A1在靈長形類祖先中的出現和新功能化，可能為機體提供了一種通過腸道精細調控尿酸進出（既可排泄內源性尿酸，也可能吸收膳食來源的嘌呤產生的尿酸）的新機制。這種新的腸道尿酸“處理系統”的建立，可能在尿酸酶活性逐漸降低的漫長進化過程中，起到了緩沖和適應作用，使得祖先靈長類能夠在享受高尿酸帶來的抗氧化益處（補償維生素C合成能力喪失）的同時，避免尿酸急劇累積帶來的毒性（如腎衰竭），從而為最終容忍乃至固定尿酸酶的失活突變創造了生理條件。盡管SLC52A1是否直接“允許”了尿酸酶丟失尚無因果證據，但這項工作無疑指出了一個此前未知的、關鍵的進化適應性組件，將尿酸轉運體的進化與嘌呤代謝途徑的宏觀進化聯系起來，為未來的比較生理學和進化醫學研究開辟了新方向。
