一种新型多靶点调节剂对高尿酸血症伴肾损伤大鼠血清尿酸水平降低及肾脏损伤改善的作用机制

时间:2026年3月30日
来源:PharmaNutrition

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本研究成功合成大黄酸-牛磺酸化合物(T-RH),证实其通过抑制XOD减少尿酸生成、促进肾脏和肠道排泄并修复肾损伤,效果优于单一成分及复方,且呈剂量依赖性,为新型多靶点降尿酸药物开发提供依据。

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邢志华|徐月|姜文|徐志远|沈光环|凌娜|高明宇|韩伟娜|刘英杰|崔琳琳
中国黑龙江省哈尔滨市哈尔滨商业大学药学院

摘要

背景

痛风是一种由尿酸代谢紊乱引起的慢性疾病,其全球发病率逐年上升。临床实践中常用的单靶抗痛风药物,如非布司他、托吡布司他和苯溴马隆,存在无法全面干预痛风网络调节的问题,并可能产生显著的毒性。因此,开发新的多靶抗痛风药物尤为紧迫。

方法

通过酰胺键合合成了大黄素-牛磺酸化合物(T-RH),并使用1H-NMR、13C-NMR、IR和MS对其进行了表征。通过口服腺嘌呤(100 mg/kg)和乙胺丁醇盐酸盐(250 mg/kg)三周,建立了高尿酸血症和肾损伤的大鼠模型。使用ELISA检测了血清黄嘌呤氧化酶、尿酸、肌酐和血尿素氮水平,以及尿液和粪便中的尿酸浓度。通过Western blotting检测了肠道尿酸转运蛋白的表达。通过表观遗传学分析、肾体积分数测量和组织切片评估了肾脏修复效果。数据使用SPSS 19.0软件进行分析,结果以平均值±标准差(SD)表示。组间比较采用单因素方差分析(ONE-WAY ANOVA),随后使用LSD方法进行多重比较。

结果

成功合成了T-RH,并证明其是一种多靶调节剂,在降低大鼠血清尿酸水平和改善肾损伤方面具有显著活性。与单独使用大黄素和牛磺酸及其联合使用相比,T-RH(40 mg/kg)在降低尿酸生成、促进肾脏和肠道尿酸排泄以及改善肾损伤方面更有效(P<0.05或P<0.01),其活性与给药剂量呈正相关。T-RH降低尿酸的机制如下:(1)通过抑制XOD来减少尿酸生成;(2)通过改善肾损伤来促进肾脏尿酸排泄;(3)通过上调回肠、空肠和结肠中的尿酸分泌蛋白ABCG2的表达,下调回肠和结肠中的尿酸重吸收蛋白GLUT9的表达,以及上调空肠中的尿酸分泌蛋白MRP4的表达来促进肠道尿酸排泄。

结论

大黄素-牛磺酸化合物通过减少尿酸生成、改善肾损伤和促进肾脏及肠道尿酸排泄显著降低了尿酸水平。它是一种具有巨大开发潜力的多靶调节剂,特别适合患有痛风或伴有肾损伤的高尿酸血症患者。

引言

近年来,高尿酸血症(HUA)的患病率在全球范围内持续上升,与高血压、高血糖和高脂血症一起,成为对人类健康构成严重威胁的慢性疾病之一。HUA是一种由嘌呤代谢紊乱引起的代谢综合征,长期升高的血液尿酸水平是痛风的生理和病理基础[1],[2]。当血液中的尿酸超过其在血液或组织液中的饱和度时,会形成尿酸钠晶体并局部沉积在关节中,引发局部炎症反应和组织损伤,从而导致痛风。此外,它还与多种代谢紊乱有关,如高血压[3]、肾脏疾病[4]、高脂血症[5]、糖尿病[6]、[7]以及心血管和脑血管疾病[8]、[9]。高尿酸血症是早死的独立预测因素。
目前的药物治疗主要分为两类:一类是抑制尿酸合成的药物,代表药物有别嘌醇、非布司他和托吡布司他,这些药物通过抑制黄嘌呤氧化酶(XOD)的活性迅速降低尿酸生成。然而,别嘌醇可能导致致命的超敏反应,而托吡布司他在2019年被FDA发布了黑框警告,因为其具有心血管风险[10],[11],[12]。托吡布司他于2013年在日本被批准用于治疗高尿酸血症和痛风,但由于抑制尿酸生成导致黄嘌呤浓度过高而具有肝毒性,并可能造成肾损伤[13],[14]。另一类是增加尿酸排泄的药物,代表药物有苯溴马隆和莱辛拉德。苯溴马隆主要通过双重抑制URAT1和GLUT9来促进尿酸排泄,减少尿酸盐的再吸收。但由于严重的不良反应(如暴发性肝炎[15],[16],[17]),它尚未在美国获得FDA的市场批准,并且自2003年以来逐渐从欧洲市场撤出。莱辛拉德是一种新的抑制剂,2015年获得FDA批准,主要通过细胞色素P450氧化代谢,约60%通过肾脏排泄,可能会对肾脏造成一定损伤[18]。因此,开发治疗HUA和痛风的新药物尤为重要。
值得注意的是,肠道是尿酸排泄的第二途径。其中,ABCG2在肠道尿酸外流中起主导作用,在回肠中的表达最高,其次是空肠,结肠中的表达较低[19]。MRP4可以与ABCG2协同作用以介导尿酸外流[20]。GLUT9参与肠道尿酸的重吸收[21]。这三个因素共同调节肠道尿酸排泄。基于这一生理机制,寻找副作用最小、毒性低的与肠道排泄相关的药物,这些药物能够上调ABCG2和MRP4以促进尿酸排泄,同时下调GLUT9以抑制尿酸重吸收,已成为高尿酸血症和痛风治疗领域的紧迫问题。
大量基础和临床研究表明,对于病因复杂的疾病,单靶药物往往无法全面干预疾病的调节网络,可能会产生显著的毒性。相比之下,多靶药物可以作用于与疾病密切相关的多个靶点,通过协同作用实现总效果大于各效应的简单叠加,从而带来更好的疗效和更少的不良反应[22],[23]。
最近的研究发现,大黄素(Rhein,RH)在痛风治疗中具有一定的活性,包括抑制XOD以减少尿酸生成和抑制葡萄糖转运蛋白9(GLUT9)以促进肠道尿酸排泄。此外,大黄素还表现出抗炎、保肝和护肾作用。然而,它也有一些局限性,包括活性低、水溶性差、生物利用度低(在SD大鼠中约为20%)以及药代动力学特征不明确。因此,大黄素是开发多靶抗痛风药物的理想先导化合物[24],[25],[26],[27],[28],[29],[30],[31],[32],[33],[34],[35],[36],[37]。
牛磺酸(T)是一种含硫的非蛋白质氨基酸,广泛存在于人体组织中,是人类健康必需的营养素。最近的研究发现,牛磺酸在痛风治疗中也具有一定的活性,包括抑制XOD以减少尿酸生成和下调尿酸转运蛋白1(URAT1)和葡萄糖转运蛋白9(GLUT9)的mRNA和蛋白质表达水平,从而抑制尿酸的重吸收并增加尿酸排泄[31],[32],[33],[34]。此外,牛磺酸还表现出良好的抗炎、保肝和改善肾损伤的作用[38],[39],[40],[41],[42],[43],[44]。因此,牛磺酸在开发多靶抗痛风药物方面具有很好的应用前景。
在这项研究中,基于组合原理,通过酰胺键成功将大黄素和牛磺酸结合,合成了大黄素-牛磺酸缀合物(T-RH)。我们进一步研究了T-RH对肾损伤和高尿酸血症大鼠的尿酸生成和肠道排泄的影响,并对其作用机制进行了初步探索。该研究的目的是开发一种新的多靶调节剂,能够同时减少尿酸生成、促进尿酸排泄(尤其是肠道排泄)并改善肾损伤,从而成为一种新型的降尿酸药物。

部分摘要

T-RH的合成与结构表征

除非另有说明,所有试剂和溶剂均从商业来源购买,无需进一步纯化即可使用。
大黄素(纯度98%)和牛磺酸(纯度99%)购自上海源叶生物技术有限公司。溴化钾(SP)、甲醇(AR)、二氯甲烷(AR)、1,4-二氧环己烷、乙酸乙酯(AR)、石油醚(AR)和冰醋酸(AR)购自天津天利化学试剂有限公司。二甲基亚砜(DMSO,AR)

实验动物和分组

本研究遵循美国国立卫生研究院(NIH)制定的动物护理和使用指南及规定进行。所有实验程序均获得了哈尔滨商业大学实验动物伦理委员会的批准(批准编号:HSDYXY-2022029)。
从吉林长生生物技术有限公司购买了54只SPF级雄性Sprague-Dawley(SD)大鼠(体重160 ± 20 g)(证书编号:SCXK

模型建立的结果与分析

在该建模过程中,共使用了20只大鼠,其中10只属于正常组,10只属于模型组。模型组中有90%的大鼠在上述指标上显示出显著升高。
独立样本T检验的结果显示,比较正常组和模型组(仅建模未给药)大鼠的血清尿酸、血清肌酐、血清尿素氮和血清XOD时,所有P值均小于0.05。

分子对接

采用计算机辅助药物设计(CADD)的分子对接技术验证了T-RH的降尿酸机制。对接结果如图11所示。
XOD的晶体结构(PDB ID:1N5X)来自蛋白质数据库。最低结合能为-9.0 kcal/mol。XOD受体上的CYS73、GLY265、ARG680、ARG233和MET268残基与T-RH形成了氢键相互作用。XOD受体上的LYS269残基建立了Pi-阳离子相互作用

结论

在这项研究中,基于分子杂交原理成功合成了一种新型化合物——大黄素-牛磺酸“双药”(T-RH)。实验结果表明,T-RH不仅通过抑制黄嘌呤氧化酶(XOD)的活性降低了尿酸生成,还促进了尿液中尿酸的排泄。更重要的是,T-RH能够调节多种肠道尿酸转运蛋白的表达。

讨论

近年来,肽类药物在降低血清尿酸方面受到了广泛关注。例如,来自蜘蛛毒腺的Peptide NCTX15和来自水稻的RDP1-M3等肽类显示出一定的潜力。它们可以通过抑制黄嘌呤氧化酶来减少尿酸生成,或者通过调节尿酸转运蛋白来促进尿酸排泄。与这些肽类相比,T-RH具有更多优势。它不仅更有效地降低了尿酸

伦理批准和参与同意

该动物研究已获得哈尔滨商业大学实验动物伦理委员会的审查和批准(批准编号:HSDYXY-2022029)。

人类和动物权利

所有动物的使用均符合美国国立卫生研究院关于动物护理和使用的指南和现行规定。

出版同意

不适用。

资助

本研究得到了黑龙江省教育厅基础科学研究基金(18XN082)、黑龙江省博士后项目(LBH-Z21066)、黑龙江省自然科学基金(LH2022H013)和黑龙江省横向合作项目(HL0092)的财政支持。

作者贡献声明

邢志华:数据整理、概念构思。崔琳琳:资源提供。徐志远:数据整理。沈光环:正式分析。徐月:撰写——审稿与编辑、初稿撰写、可视化、验证、项目管理、方法学研究、资金获取、正式分析、数据整理、概念构思。姜文:资源提供。韩伟娜:项目管理。刘英杰:验证、监督。凌娜:方法学研究。高明宇:软件使用、资源提供。

利益冲突声明

我们声明以下利益冲突:
  • 1.
    财务利益:所有作者均无可能构成与本手稿相关的财务利益或财务支持。
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    咨询:所有作者均未从与本手稿讨论的主题有关的任何组织获得任何咨询费或酬金。
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  • 4.
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