Гиперурикемия, фруктоза и ксантиноксидоредуктаза: механизмы и доказательства

Что означает повышение урата

Мочевая кислота — конечный продукт обмена пуринов у человека. При pH крови около 7,4 она преимущественно представлена урат-анионом. Повышение его концентрации без приступов подагры принято называть бессимптомной гиперурикемией. Слово «бессимптомная» описывает клиническое состояние, но не подтверждает отсутствие кристаллов: отложения иногда обнаруживаются до первого приступа. И наоборот, растворимый урат, кристаллы моноурата натрия и активность образующего урат фермента — разные биологические воздействия.

Порог насыщения моноуратом натрия около 6,8 мг/дл при физиологических условиях соответствует приблизительно 404 мкмоль/л. Это физико-химическая величина, зависящая от температуры и среды, а не точная граница сосудистой токсичности. Лабораторные интервалы различаются; часто используются пределы около 360 мкмоль/л для женщин и 420 мкмоль/л для мужчин. Универсальный «безопасный для сосудов» уровень 300–360 мкмоль/л не установлен рандомизированными исследованиями. Цель лечения подагры и решение лечить человека без подагры также не тождественны (FitzGerald et al., 2020).

Фруктоза способна связать энергетический обмен печени с распадом пуринов. Клеточные и животные опыты дают правдоподобные механизмы окислительного стресса, сосудистого ремоделирования и гипертензии. Но эпидемиологическая связь сама по себе не доказывает, что урат вызывает каждую форму гипертензии, хронической болезни почек или стеатоза. Ниже эти уровни доказательств рассматриваются отдельно.

Утрата уриказы и эволюционные гипотезы

У многих млекопитающих уратоксидаза, или уриказа, начинает превращение урата в 5-гидроксиизоурат; последующие реакции приводят к более растворимому аллантоину. У человекообразных обезьян, включая человека, функциональная уриказа утрачена. Реконструкция древних белков показывает постепенное снижение активности, а не обязательно один мгновенный скачок. В человеческом псевдогене UOX имеются стоп-кодоны в положениях 33 и 187 и повреждение сайта акцептора сплайсинга; разные линии обезьян имеют различную историю инактивации. Поэтому одинаковую последовательность мутаций нельзя приписывать всем гоминоидам (Oda et al., 2002; Kratzer et al., 2014).

Обсуждаются гипотезы антиоксидантной защиты плазмы, поддержания давления при дефиците натрия и усиления накопления жира из сезонных плодов. Нееловская концепция бережливого генотипа и фруктозо-уратная гипотеза Джонсона помогают формулировать вопросы, но не устанавливают историческую причину отбора. Прямая связь утраты уриказы с человеческим прямохождением особенно неопределенна: хронология эволюционных событий и данные реконструированных клеток не доказывают ее. Нет оснований выводить из этих гипотез точные дозы соли, рост предков или обязательный современный лечебный протокол.

Пуриновый каскад и архитектура XOR

Пуриновые нуклеотиды синтезируются de novo из PRPP и других предшественников либо возвращаются в обмен через пути реутилизации HPRT и APRT. Катаболизм АМФ имеет две ветви: АМФ-дезаминаза превращает АМФ в ИМФ, далее 5′-нуклеотидаза образует инозин; альтернативно АМФ дефосфорилируется до аденозина, который аденозиндезаминаза превращает в инозин. Пуриннуклеозидфосфорилаза расщепляет инозин с образованием гипоксантина и рибозо-1-фосфата. Гуанозин дает гуанин, а гуаниндезаминаза — ксантин. Ксантиноксидоредуктаза (XOR) катализирует гипоксантин → ксантин → мочевая кислота.

Кристаллическая структура 1FIQ относится к ксантиноксидазе из коровьего молока, а не к человеческому белку. XOR — гомодимер примерно 290 кДа. Каждый мономер содержит N-концевой домен с двумя кластерами [2Fe–2S], центральный FAD-связывающий домен и большой C-концевой домен молибденового кофактора. Молибден координирован дитиоленом молибдоптерина, оксо-, гидроксо- и сульфидным лигандами. Электроны переходят от молибденового центра через железосерные кластеры к FAD; значения потенциалов, расстояний и нумерацию остатков следует связывать с конкретным белком и условиями измерения (Enroth et al., 2000).

В активном центре взаимодействия с ароматическими и заряженными остатками ориентируют пурин. Активированная Mo–OH-группа атакует углерод субстрата; сопряженный перенос гидрида на сульфидный лиганд сопровождается восстановлением Mo(VI) до Mo(IV). После освобождения продукта электроны поступают к конечному акцептору. Ксантиндегидрогеназа (XDH) преимущественно использует NAD⁺; ксантиноксидаза (XO) — кислород. Окисление тиолов, включая Cys535 и Cys992 в изученном бычьем ферменте, может обратимо изменить конформацию. Ограниченный протеолиз дает необратимую конверсию. Это не означает, что любой тканевой стресс вызывает одинаковый переход или что XDH вообще не способна реагировать с кислородом (Nishino et al., 2008).

Суммарные реакции, записанные для недиссоциированной мочевой кислоты, имеют вид:

$$\text{Ксантин}+H_2O+NAD^+\rightarrow\text{Мочевая кислота}+NADH+H^+$$ $$\text{Ксантин}+H_2O+O_2\rightarrow\text{Мочевая кислота}+H_2O_2$$ $$\text{Ксантин}+H_2O+2O_2\rightarrow\text{Мочевая кислота}+2O_2^{\bullet-}+2H^+$$

XO может образовывать и супероксид, и пероксид водорода; их доли зависят от кислорода, pH и редокс-состояния фермента. Фиксированные проценты нельзя переносить на все ткани. Ингибирование XOR одновременно уменьшает образование урата и ферментных окислителей, поэтому эффект аллопуринола не всегда позволяет разделить эти причины.

Фруктоза, KHK-C и энергетический баланс печени

Фруктоза поступает в энтероциты преимущественно через апикальный GLUT5; базолатеральный GLUT2 участвует в выходе моносахаридов. GLUT2 важен и для печеночного транспорта. Нельзя описывать кишечник как пассивную трубу: изотопные опыты у мышей показали значительный метаболизм малых доз фруктозы в тонкой кишке с образованием глюкозы и органических кислот. При высокой скорости поступления ее метаболическая емкость может быть превышена, увеличивая доставку фруктозы печени и толстой кишке. Универсальное печеночное извлечение 70–85% независимо от дозы и условий не обосновано (Jang et al., 2018).

Взаимоисключающий сплайсинг экзона 3 гена KHK образует изоформы A и C. KHK-C, особенно выраженная в печени, кишечнике и почках, имеет более высокое сродство к фруктозе, чем широко распространенная KHK-A. Ориентировочные Km порядка 0,8 и 8 ммоль/л иллюстрируют различие в экспериментальных системах, но не являются порогами токсичности пищи. В мышином исследовании удаление KHK-A усиливало неблагоприятные эффекты фруктозы, тогда как удаление обеих изоформ защищало от исследованного метаболического фенотипа. Это не доказывает полного предотвращения всех заболеваний у людей селективной блокадой KHK-C (Diggle et al., 2009; Ishimoto et al., 2012).

$$\text{Фруктоза}+ATP\xrightarrow{\text{KHK}}\text{Фруктозо-1-фосфат}+ADP$$

Фруктозо-1-фосфат (F1P) расщепляется альдолазой B на дигидроксиацетонфосфат и глицеральдегид; триокиназа затем фосфорилирует глицеральдегид. Вход в этот путь обходит регулируемый PFK-1 этап гликолиза. Быстрое фосфорилирование способно временно уменьшить ATP и свободный неорганический фосфат Pi при накоплении фосфорилированных промежуточных продуктов. Однако ATP нужен самой KHK как субстрат: «полностью бесконтрольная» скорость неверна. Масштаб истощения зависит от дозы, темпа поступления и функции печени; цифры падения ATP на 40–60% за 15 минут нельзя считать обычной реакцией на любой фрукт.

$$2ADP\rightleftharpoons ATP+AMP$$

Аденилаткиназа помогает поддерживать ATP ценой образования AMP. Снижение ингибирующего влияния Pi и доступность AMP могут увеличить его дезаминирование AMPD2:

$$AMP+H_2O+H^+\rightarrow IMP+NH_4^+$$

Последующие реакции ведут к инозину, гипоксантину, ксантину и урату. Здесь происходит распад ранее синтезированных нуклеотидов, а не синтез пуринов de novo. Кратковременный рост сывороточного урата после фруктозной нагрузки возможен, но не равнозначен стойкой гиперурикемии.

В клеточных и животных моделях внутриклеточный урат связан с митохондриальными окислителями, снижением активности аконитазы и накоплением цитрата. Его экспорт через SLC25A1 и расщепление ATP-цитратлиазой дают ацетил-КоА для липогенеза:

$$\text{Цитрат}+\text{КоА}+ATP\rightarrow\text{Ацетил-КоА}+\text{Оксалоацетат}+ADP+P_i$$

Ацетил-КоА-карбоксилаза образует малонил-КоА, ингибирующий CPT1; ChREBP и SREBP-1c регулируют липогенные гены, включая FASN и SCD1. Это вероятные взаимодействующие пути, а не доказательство полной остановки цикла Кребса или β-окисления у каждого человека с повышенным уратом (Lanaspa et al., 2012). Роль CPT1 подробнее разобрана в статье о транспорте жирных кислот в митохондрии.

Растворимый урат, кристаллы и сосудистый редокс-контекст

Кристаллы моноурата натрия активируют NLRP3-инфламмасому, каспазу-1 и созревание IL-1β, вызывая воспалительный ответ при подагре (Martinon et al., 2006). Это хорошо установленный механизм, который нельзя автоматически переносить на растворимый урат.

Урат в плазме может действовать как антиоксидант; в отдельных клеточных системах его накопление связано с прооксидантными эффектами. Общая антиоксидантная емкость теста не измеряет суммарную защиту человека от сосудистых заболеваний. В почках URAT1 осуществляет апикальную реабсорбцию, GLUT9 обеспечивает важный этап транспорта, OAT4 участвует в обмене органических анионов, а ABCG2 — в секреции урата. Для сосудистой стенки набор переносчиков зависит от типа клеток и модели: их почечные функции не доказывают одинаковую экспрессию и роль в каждом эндотелиоците. Эффект пробенецида также не подтверждает селективную блокаду всех перечисленных переносчиков.

В экспериментальных системах обсуждаются NADPH-оксидазы и митохондриальные активные формы кислорода. Здесь принципиальна ферментная точность: сборка с p47phox характерна для NOX2, а NOX4 обычно не требует этих цитозольных активаторов и преимущественно выделяет H2O2 (Martyn et al., 2006). Супероксид из других источников может взаимодействовать с NO:

$$O_2^{\bullet-}+NO^{\bullet}\rightarrow ONOO^-$$

Пероксинитрит и другие окислители повреждают систему тетрагидробиоптерина BH4. Снижение доступности BH4 относительно BH2 может разобщать eNOS: перенос электронов уже не обеспечивает нормальный синтез NO и усиливает образование супероксида. Это общая сосудистая редокс-биология, а не специфическая диагностическая подпись гиперурикемии. Супероксиддисмутаза и обезвреживание супероксида объясняют конкурирующие пути удаления радикала.

Gersch et al. (2008) показали реакцию мочевой кислоты с NO в химической системе с образованием 6-аминоурацила. Это интересное доказательство возможности реакции, но ее количественный вклад в сосудистый дефицит NO у человека не установлен. Упрощенное уравнение «BH4 + пероксинитрит → BH2» нельзя выдавать за полностью сбалансированную единственную реакцию. Поток-опосредованная дилатация плечевой артерии (FMD) отражает ответ проводящего сосуда на изменение потока; универсальный порог 7% не диагностирует уратную токсичность или разобщение eNOS.

Почечная двухфазная модель: возможности и границы

В опытах Mazzali et al. (2001, 2002) у крыс уриказу ингибировали оксоновой кислотой. Умеренное повышение урата сопровождалось ростом давления и изменениями почечных артериол без обязательного кристаллического повреждения. На этой основе предложена ранняя функциональная фаза с уменьшением NO и активацией ренин-ангиотензиновой системы, затем структурная фаза с ремоделированием прегломерулярных сосудов, интерстициальным воспалением и повышенной чувствительностью к соли.

В культуре гладкомышечных клеток изучались PDGF, MAPK/ERK, COX-2 и MCP-1/CCL2 как звенья пролиферативной и воспалительной сигнализации. Сужение почечного сосудистого русла и изменение канальцевого транспорта могут ухудшать прессорный натрийурез: для выведения той же натриевой нагрузки требуется более высокое давление. NHE3, ENaC и локальная РААС важны для этого баланса, но модель не сводится к простой передаче системного давления в клубочки. Почечная ауторегуляция и разные сегменты нефрона также участвуют.

Две фазы — исследовательская модель, а не установленные стадии всех пациентов. Она не доказывает неизбежный переход, абсолютную необратимость или узкое лечебное окно, в котором всем людям без подагры необходимо назначать уратснижающие препараты. Отрицательный результат исследования у взрослых нельзя объяснить почечным фиброзом, если этот механизм не измерялся.

Что показали исследования у людей

Высокий урат ассоциирован с будущей гипертензией, болезнями почек и сердечно-сосудистыми событиями. NHANES, PAMELA и PIUMA относятся к наблюдательным данным; поправки на известные факторы не устраняют остаточное смешение и обратную причинность. Ухудшение почечной экскреции само повышает урат. Из таких когорт нельзя вывести универсальный прирост смертности на каждый мг/дл или доказанную скорость потери рСКФ для конкретного человека.

В перекрестном исследовании Feig et al. (2008) участвовали 30 подростков 11–17 лет с недавно выявленной гипертензией и уратом ≥6 мг/дл. Четыре недели аллопуринола 200 мг дважды в день снижали давление; нормализация по клиническим и амбулаторным критериям отмечена у 20/30 на аллопуриноле и 1/30 на плацебо. Число 19/22 (86%) относится к подгруппе, достигшей урата <5 мг/дл, а не ко всей рандомизированной выборке. Это малое короткое исследование, без оценки многолетних событий.

Soletsky и Feig (2012) сравнили аллопуринол, пробенецид и плацебо у подростков с ожирением и прегипертензией. В объединенных группах снижения урата клиническое систолическое и диастолическое давление уменьшилось на 10,2 и 9,0 мм рт. ст., тогда как на плацебо выросло на 1,7 и 1,6. Результат поддерживает причинный вклад урата в этой выбранной популяции, но не превращает пробенецид или аллопуринол в стандарт лечения любой гипертензии.

В FAST исключались недавний инфаркт или инсульт, тяжелая сердечная недостаточность и тяжелое нарушение функции почек. Это важно при сопоставлении с CARES. Кроме того, CKD-FIX и PERL (2020) не показали ожидаемой защиты почечной функции от аллопуринола в исследованных популяциях. В совокупности эти данные препятствуют универсальному профилактическому назначению только на основании урата.

Генетика транспорта: установленное и предполагаемое

SLC2A9 кодирует GLUT9 и расположен на коротком плече хромосомы 4. Его варианты rs16890979, rs12498742 и rs734553 ассоциированы с уратом; rs16890979 — кодирующий миссенс-вариант, а не просто вариант интрона 7. Размер эффекта зависит от популяции и пола; ассоциация не доказывает отдельный сердечно-сосудистый риск каждого аллеля. Потеря функции GLUT9 может вызывать почечную гипоурикемию типа 2 и предрасполагать к осложнениям после интенсивной нагрузки (Vitart et al., 2008; Matsuo et al., 2008).

ABCG2 — ATP-зависимый экспортер, участвующий в кишечной и почечной экскреции. Вариант rs2231142, Q141K, снижает функцию белка и связан с риском подагры. Его эффект нельзя описывать как полную блокаду кишечного выведения или доказанную причину резистентной гипертензии. При уменьшении внепочечной экскреции нагрузка на почки может увеличиваться (Woodward et al., 2009).

URAT1/SLC22A12 важен для реабсорбции; вариант W258X с потерей функции вызывает почечную гипоурикемию типа 1. Ассоциации rs893006 не устанавливают индивидуальный фенотип «сверхреабсорбера». Регуляция KHK и AMPD2 биологически интересна, но заявления о конкретных распространенных аллелях фосфатного кармана AMPD2 и гарантированной фруктозной сверхчувствительности не имеют достаточной опоры в приведенных исследованиях. Эти гипотезы не являются готовым генетическим алгоритмом назначения диеты и лекарств.

Питание, нутрицевтики и лекарственные эффекты

Сахароза дает глюкозу и фруктозу; HFCS и сироп агавы также могут содержать значительное количество фруктозы. Снижение потребления сладких напитков и избытка добавленных сахаров уменьшает быстро поступающую сахарную нагрузку и помогает управлять энергобалансом. Цельные фрукты с клетчаткой и иной скоростью потребления не равнозначны большим дозам свободной фруктозы. Универсальное снижение уратогенеза на 25–40% от удаления напитков не доказано.

Алкоголь может увеличивать образование и снижать выведение урата. Окисление этанола повышает NADH/NAD⁺, способствуя накоплению лактата; органические анионы влияют на почечный обмен урата. Активация ацетата требует ATP:

$$\text{Ацетат}+\text{КоА}+ATP\rightarrow\text{Ацетил-КоА}+AMP+PP_i$$

Пиво дополнительно содержит пурины. Эффекты зависят от количества и клинической ситуации; эмоциональное обозначение напитка как «метаболического яда» не заменяет эти данные.

Когорта Choi et al. (2009) оценивала риск подагры, а не риск бессимптомной гиперурикемии. Наблюдательная связь более высокого потребления витамина C с меньшим риском не дает основания назначать всем 1500 мг/сут. ACR 2020 условно рекомендует не добавлять витамин C для лечения подагры. Механизм поддержания BH4 аскорбатом интересен, но не доказывает предотвращение клинических осложнений этой схемой.

Лозартан обладает урикозурическим действием, связанным с URAT1; фенофибрат и ингибиторы SGLT2 также могут снижать урат. Для SGLT2 обсуждаются глюкозурия и изменения почечного транспорта; простая «конкуренция глюкозы с уратом в GLUT9b» не исчерпывает механизм (Hamada et al., 2008; Chino et al., 2014; Uetake et al., 2010). Эти эффекты учитываются в контексте основных показаний. Нельзя назначать фенофибрат, глифлозин или комбинацию нутрицевтиков только ради предполагаемой сосудистой защиты от бессимптомного урата.

Измерения и практические пределы

Повторное измерение урата, оценка функции почек, лекарств, алкоголя, питания, давления и признаков подагры помогают понять контекст. Уратснижающее лечение назначается по клиническим показаниям, а не по схеме «FEUA низкая → витамин C; FEUA высокая → блокада XOR». ACR 2020 условно рекомендует против начала фармакологического лечения бессимптомной гиперурикемии.

Фракционная экскреция урата вычисляется по одновременно полученным концентрациям урата и креатинина в моче U и плазме P:

$$FEUA=100\%\times\frac{U_{UA}\,P_{Cr}}{P_{UA}\,U_{Cr}}$$

Концентрации одного вещества в моче и плазме должны иметь одинаковые единицы. FEUA отражает долю фильтруемого урата, выводимую с мочой; она зависит от функции почек, лекарств и условий. Высокая FEUA сама по себе не доказывает печеночную гиперпродукцию, а низкая не диагностирует конкретную мутацию.

Фруктозо-пуриновая биохимия хорошо объясняет возможность связи энергетического дефицита с уратом. Клинический вывод остается более ограниченным: повышенный урат заслуживает оценки вместе с сердечно-сосудистыми и почечными факторами, а способность его снижения предотвратить события без подагры должна подтверждаться для конкретной популяции и вмешательства.