В отличие от большинства млекопитающих, человек, как и ряд человекообразных обезьян, имеет высокое содержание мочевой кислоты в крови. Это обусловлено отсутствием у высших гоминид печеночного энзима уриказы (уратоксидазы), потерянной в ходе эволюционного процесса. Если другим млекопитающим уриказа обеспечивает деградацию мочевой кислоты до водорастворимого аллантоина, в организме человека плохо растворимая мочевая кислота является конечным продуктом пуринового метаболизма. Содержание солей мочевой кислоты в сыворотке крови, в основном в виде мононатриевого урата (в дальнейшем – урата), в норме колеблется в диапазоне от 2,5 до 7,0 мг/дл (147–420 мкмоль/л). Уровень урата, превышающий 7,0 мг/дл, считается гиперурикемией.

Хорошо известно, что гиперурикемия способствует возникновению и/или прогрессированию таких заболеваний, как подагра и уратный нефролитиаз. В последние десятилетия выявлена связь повышенной сывороточной концентрации мочевой кислоты (МК) с сердечно-сосудистыми заболеваниями, в первую очередь с артериальной гипертензией, сахарным диабетом, ожирением, метаболическим синдромом, хронической болезнью почек.

Модели почечного транспорта урата (краткий исторический обзор)

Исходя из того что лишь 30% мочевой кислоты выделяется из организма посредством желудочно-кишечного тракта, а 70% – с помощью почечной экскреции, ясно, что развитие гиперурикемии в значительной степени зависит от изменений движения урата в почках [1]. Поэтому проблема почечного транспорта мочевой кислоты продолжает волновать физиологов и клиницистов на протяжении последних 70 лет. Следует признать, что и в наши дни эта проблема далека от разрешения. Пожалуй, наиболее интригующим моментом является уникальность двунаправленного движения мочевой кислоты в почечных канальцах, не имеющая аналогов среди других органических соединений [2].

До 1950-х гг. считалось, что мочевая кислота экскретируется в мочу после фильтрации в почечном клубочке, не подвергаясь транспортным процессам в канальцах. И лишь в 1950 г. в лаборатории выдающегося американского физиолога Роберта Берлинера попытались понять, почему у людей почечный клиренс МК существенно уступает клиренсу креатинина. В опытах на здоровых людях с искусственно вызванной гиперурикемией сравнение клиренсов мочевой кислоты и инулина позволило сделать вывод, согласно которому урат экскретируется с помощью клубочковой фильтрации и активной канальцевой реабсорбции [3, 4]. Однако в том же году в литературе появилось первое сообщение, описавшее пациента с тяжелой гиперурикемией, у которого почечный клиренс МК существенно превосходил клиренс креатинина, указывая на возможность канальцевой секреции урата [5]. Вскоре эти данные были косвенно подтверждены в клинике, когда A.B. Gutman и T.F. Yu объяснили уменьшение глюкозурии у 300 пациентов с подагрой канальцевой секреции МК [6]. Эти результаты позволили приведенным авторам позднее сформулировать известную трехкомпонентную модель почечного транспорта урата, согласно которой мочевая кислота, профильтровавшись в клубочках, подвергается активной реабсорбции, а затем – активной секреции в проксимальных канальцах почек [7].

Однако приведенная трехкомпонентная модель просуществовала лишь десятилетие и в 1970-х гг. сменилась четырехкомпонентной, ставшейся главенствующей вплоть до настоящего времени. В клинических экспериментах с одновременным введением урикозурических (пробенецид, бензбромарон) и антиурикозурических (пиразинамид) препаратов были получены интересные и необъяснимые с точки зрения трехкомпонентной модели результаты. Ключевым моментом этих исследований было не оспаривавшееся в то время представление, согласно которому пиразинамид является селективным ингибитором проксимальной секреции МК. Этот факт был установлен в клиренсных экспериментах на обезьянах [8], и впоследствии «пиразинамидный тест» применялся для оценки уровня канальцевой секреции мочевой кислоты. Использование бензбромарона и пробенецида было основано на их способности селективно ингибировать реабсорбцию просекретировавшегося в более проксимальных отделах урата, т.е. их урикозурический эффект примерно равнялся величине секреции МК, составив около 50% от ее профильтровавшегося количества. Весьма неожиданно в экспериментах на людях урикозурический ответ на введение пробенецида или бензбромарона на фоне предварительного применения пиразинамида оказался значительно слабее, чем ожидалось [9–11]. По мнению цитируемых авторов, эти результаты свидетельствовали о наличии постсекреторной реабсорбции урата, что позволило сформулировать новую четырехкомпонентную модель почечного транспорта мочевой кислоты. Согласно этой модели, почечное движение МК осуществляется следующим образом:

1. плазменный урат полностью фильтруется в клубочке;
2. 99% от профильтровавшегося урата затем реабсорбируется в проксимальном канальце;
3. секреция урата происходит в проксимальном канальце дистальнее места первичной реабсорбции и составляет около 50% фильтрационной нагрузки;
4. вторичная реабсорбция 4/5 секретировавшегося урата осуществляется в постсекреторном отделе проксимального канальца.

В результате конечная экскреция составляет 10–12% от величины профильтровавшейся в клубочке мочевой кислоты [11].

Экспериментальные данные, основанные на микропункционных опытах, подтвердили адекватность четырехкомпонентной модели [12, 13].

Здесь следует отметить, что почечный транспорт мочевой кислоты существенно различается у различных видов животных, а также подвержен и внутривидовым вариациям. Так, подобно человеку, значительная почечная реабсорбция урата характерна для беспородных собак, крыс, мышей, обезьян капуцинов (цебусов) и шимпанзе. В то же время почки далматских собак, кроликов, морских свинок, свиней, обезьян бабуинов (павианов), а также рептилий и птиц экскретируют больше урата, чем его фильтруется в клубочке, что указывает на доминирующую роль канальцевой секреции [14–20].

Возвращаясь к транспорту МК в почках человека, подчеркнем, что в настоящее время четырехкомпонентная модель подвергается все большей критике и, по-видимому, нуждается в пересмотре. Основной причиной служит бурное развитие молекулярной биологии: завершившаяся в начале 2000-х гг. программа изучения генома человека и получивший широкое распространение в последние годы метод исследования геномных ассоциаций (GWAS). Проведенные с 2007 г., эти хорошо оснащенные геномные исследования позволили выявить свыше 50 генных локусов, ассоциированных с различными заболеваниями человека, в т.ч. с гиперурикемией и подагрой. Сегодня установлена связь между изменениями концентрации мочевой кислоты в плазме и однонуклеотидными полиморфизмами как минимум в десяти генных локусах, кодирующих почечные транспортеры урата [19]. Кроме того, важные результаты удалось получить при использовании экспериментальной экспрессионной системы ооцитов Xenopus с трансфекцией в нее мРНК разнообразных транспортеров, а также с помощью различных клеточных культур [3, 9–12].

Справедливости ради отметим, что первые сомнения относительно безальтернативности четырехкомпонентной модели почечного транспорта МК появились еще в 1985 г., когда было высказано предположение, будто пиразинамид, угнетающее влияние которого на секрецию урата выглядело тогда аксиомой, скорее повышает его реабсорбцию [23, 24]. Это предположение впоследствии подтвердилось [17]. Не удалось найти и морфологических подтверждений разделения процессов реабсорбции и секреции вдоль оси проксимального почечного канальца. Напротив, еще микропункционные эксперименты на крысах показали реабсорбцию и секрецию в одном и том же месте [25]. А более поздние исследования подтвердили наличие транспортеров, предположительно обеспечивающих процессы реабсорбции и секреции урата, на различных мембранах одних и тех же клеток проксимальных канальцев почек крыс [18, 26]. Кроме того, оставалась не совсем понятной биологическая целесообразность такого последовательного чередования по ходу проксимального канальца процессов полной реабсорбции, затем – секреции и вновь – частичной реабсорбции просекретировавшегося урата.

Современные представления о механизмах почечного транспорта мочевой кислоты. Канальцевая реабсорбция урата URAT1

Первый прорыв в этом направлении произошел в 2001–2002 гг., когда в рамках международного проекта «Геном человека» большим коллективом японских исследователей был проведен поиск гена, кодирующего предполагаемый уратный транспортер. Поскольку урат при физиологическом pH присутствует в организме в виде слабой кислоты, поиск производился среди генов, кодирующих транспортеры органических анионов семейства OAT (organic anion-transporting polypeptides). Среди различных транспортных систем, локализованных в почке человека, семейство OAT играет особую роль в связи с его участием в процессе экскреции многих органических соединений и лекарственных препаратов. Среди них – антибиотики, диуретики, нестероидные противовоспалительные средства, статины, противовирусные, противоопухолевые, урикозурические препараты, ингибиторы АПФ, блокаторы ангиотензиновых рецепторов и другие лекарственные средства. Общим для транспортеров семейства OAT является их широкая субстратная специфичность и способность обменивать внеклеточные на внутриклеточные органические анионы, что осуществляется за счет непрямого сцепления с градиентом натрия, поддерживаемым Na+-, K+-АТФазой [17, 27–29].

Поиск позволил идентифицировать принадлежащий к семейству OAT почечно-специфический уратный транспортер, кодируемый геном SLC22A12 и получивший название URAT1 [30]. Транспортер URAT1, как выяснилось, содержит 555 остатков аминокислот и 12 предполагаемых трансмембранных доменов с двумя большими гидрофильными петлями и внутриклеточными NH2- и COOH-терминалями с несколькими местами, предназначенными для PKA- и PKC-фосфорилирования [31]. Транспортер URAT1 локализован у человека на щеточной каемке апикальных мембран клеток проксимальных канальцев почек, где обеспечивает обмен урата из просвета канальца на монокарбоксилатные анионы, такие как лактат, никотинат, ацетоацетат и бета-гидроксибутират. Функциональная экспрессия в ооциты Xenopus показала специфическую активность транспортера в отношении [14C] урата, но не иных субстратов, типичных для переноса с помощью других протеинов семейства OAT [17]. Внутриклеточные анионы, предназначенные для обмена с уратом, поступают в клетку в основном из клубочкового фильтрата, проникая через апикальную мембрану с помощью сцепленных с Na+-монокарбоксилатных котранспортеров SMCT1 и SMCT2 выше места функционирования транспортера URAT1. По-видимому, эти котранспортеры используют натриевый градиент, создаваемый на базолатеральной мембране Na+, K+-АТФазой для обеспечения клеточного потребления монокарбоксилатов (вторичный активный транспорт). Таким путем создается движущая сила, обеспечивающая поглощение урата с помощью URAT1 (третичный активный транспорт). Косвенным свидетельством валидности представленной модели служит факт снижения реабсорбции урата у мышей, лишенных SMCT1 и SMCT2 [20, 32]. Не исключено также, что некоторая часть монокарбоксилатов поступает в клетки проксимальных канальцев через базолатеральную мембрану с помощью других транспортеров семейства OAT (OAT1 и OAT3), а также образуются благодаря процессам внутриклеточного метаболизма [17].

Таким образом, твердо установлено, что URAT1 обеспечивает основной путь переноса урата через апикальные мембраны клеток проксимального канальца человека. Ведущая роль URAT1 в процессе реабсорбции МК нашла подтверждение в клинике. Генетический анализ показал наличие мутаций гена SLC22A12 у японских, корейских и израильских пациентов иракского происхождения, страдавших почечной гипоурикемией [33–37]. Такие люди имеют низкий уровень плазменной МК (менее 2,0 мг/дл) и, как правило, бессимптомны, за исключением склонности к нефролитиазу или быстровозникающей острой почечной недостаточности в условиях физической нагрузки. Для этих пациентов характерна очень высокая фракционная экскреция урата (95±10% против менее 10% в норме) и сниженная или отсутствующая реакция на урикозурические препараты. Сегодня выявлено около 10 различных мутаций в гене SLC22A12, обусловливающих развитие гипоурикемии. Проведенные в последние годы GWAS-исследования, изучавшие статистические ассоциации между генетическими вариациями и фенотипическими признаками, обнаружили связь ряда однонуклеотидных полиморфизмов в гене SLC22A12 и плазменным уровнем МК среди афроамериканцев, аборигенов островов Тихого океана и лиц европейского происхождения [38–40]. Приведенные данные подтверждают ключевую роль транспортера URAT1 в почечной реабсорбции мочевой кислоты. В то же время установлено, что даже в условиях полной потери функции этого транспортера сохраняется некоторая фракционная экскреция урата, что указывает на наличие дополнительных путей апикальной реабсорбции мочевой кислоты [20, 21].

GLUT9

После установления основного пути проникновения МК через апикальную мембрану в клетки проксимальных канальцев человека возник вопрос: каким образом происходит дальнейшая переброска урата через базолатеральную мембрану? Некоторое время вопрос оставался открытым. Наконец, в 2007 г. было проведено GWAS-исследование генетически изолированных популяций на Сардинии и в итальянской области Кьянти, обнаружившее ассоциацию между геном SLC2A9, кодирующим протеин семейства глюкозных транспортеров GLUT9, и плазменным уровнем урата [41]. Ранее этот протеин был клонирован и классифицирован как член семейства транспортеров, облегчающих перенос молекул глюкозы и фруктозы [42]. Однако в 2008 г. произошло два важных события. В том году японским исследователям удалось идентифицировать указанный протеин как новый транспортер органических анионов URATv1 (OATv1), который облегчает потенциал-чувствительный выход урата из клетки и кодируется геном SLC2A9 [43]. Одновременно выяснилось, что внесение этого транспортера в экспрессионную систему ооцитов Xenopus laevis показывает наличие у него высокого аффинитета к мочевой кислоте [44]. Те же авторы в генетическом исследовании с привлечением жителей европейских стран обнаружили четкую связь между полиморфизмами в гене SLC2A9 и изменениями плазменного уровня мочевой кислоты.

GLUT9 существует в виде двух альтернативно сплайсированных вариантов GLUT9a и GLUT9b, различающихся по количеству аминокислотных остатков (540 и 512 соответственно), имеющих 12 трансмембранных доменов, большую экстрацеллюлярную петлю и внутриклеточные амино- и карбокси-терминали [45]. При этом кинетически эти изоформы не различаются. В поляризованных эпителиальных клетках in vitro локализация изоформ GLUT9a была обнаружена на базолатеральной мембране, изоформы GLUT9b – на апикальной. Однако иммуногистохимическое исследование с использованием не различающихся по изоформам антител показало наличие экспрессии только на базолатеральной мембране эпителиальных клеток проксимальных канальцев почек человека [46].

Интересно, что, хотя функционально GLUT9, как изначально считалось, является глюкозным и фруктозным транспортером, выяснилось, что его транспортная активность в отношении сахаров по сравнению с уратом очень низкая [43, 47]. Внесение глюкозы в экспрессионную систему не влияло на поглощение урата ооцитами Xenopus, а транспорт мочевой кислоты при добавлении GLUT9 ингибировался урикозурическими препаратами [48]. И наконец, генетическая инактивация большого печеночного глюкозного и фруктозного транспортера GLUT2 полностью подавляла поглощение глюкозы гепатоцитами, несмотря на сохранение высокой экспрессии GLUT9 [49]. Эти результаты подтверждают тот факт, что транспорт сахаров не является физиологически значимой функцией GLUT9 [18].

Важная роль GLUT9 в процессе базолатеральной реабсорбции урата доказана как в клинике, так и в эксперименте.

У пациентов с почечной гипоурикемией была выявлена мутация P412R в GLUT9 без каких-либо изменений гена SLC22A12, кодирующего транспортер URAT1. Нарушение транспорта урата при наличии этой мутации было подтверждено при использовании экспрессионной системы ооцитов Xenopus [50]. Авторами было сделано два важных вывода. Во-первых, почечная гипоурикемия может быть инициирована мутациями не только апикального транспортера URAT1, но и базолатерального GLUT9. Во-вторых, существует по крайней мере два типа почечной гипоурикемии: вследствие нарушения функции URAT1 и в результате потери активности GLUT9 [19, 50]. Сходные данные были представлены и другими исследователями, которые выяснили, что гомозиготные мутации гена SLC2A9 вызывают тяжелую почечную гипоурикемию. При этом фракционная экскреция мочевой кислоты превышала 150% от величины профильтровавшегося в клубочках урата [51]. Полученные результаты были подтверждены в ряде GWAS-исследований, показавших четкую ассоциацию SLC2A9 с концентрацией мочевой кислоты в плазме крови [38, 52–58]. Следует отметить, что гетерозиготные мутации с потерей функции фиксировались в отсутствие других переносящих урат транспортеров, указывая на то, что инактивации только одного аллеля GLUT9 может быть достаточно для нарушения реабсорбции мочевой кислоты [43, 59, 60].

Приведенные результаты указывают на то, что транспортер GLUT9 может быть главным (и возможно, единственным) механизмом базолатерального выхода урата из клеток проксимальных канальцев почки человека. Согласованное с URAT1 функционирование этого транспортера обеспечивает трансцеллюлярный перенос урата из просвета канальца в интерстиций [20].

Другие предполагаемые транспортеры

Молекулярная идентификация URAT1 привела к переоценке участия транспортеров органических анионов от OAT1 (SLC22A6) до OAT4 (SLC22A11) в обеспечении почечного транспорта урата. Были идентифицированы новые молекулы, вероятно вовлеченные в трансцеллюлярный перенос мочевой кислоты, что обусловило появление новой идеи наличия молекулярно-транспортирующего уратного комплекса, предварительно названного «уратная транспортосома» [19, 22]. Правда, участие большинства переносчиков, составляющих этот комплекс у человека, пока не имеет прямых доказательств и основано на данных, фиксируемых в экспериментах in vitro на животных (у которых, как уже отмечалось, почечный транспорт МК отличается от такового у человека), и иногда поддерживается свидетельствами, получаемыми в ходе исследований GWAS [20].

OAT10 (ген SLC22A13) идентифицирован в 2008 г. Экспрессия мРНК этого протеина выявлена в почке, толстой кишке и других тканях человека [61]. Крысиный гомолог OAT10 обнаружен в эпителии щеточной каемки апикальной мембраны проксимального канальца и корковых собирательных трубок, однако точная локализация OAT10 в почке человека пока не установлена. Выяснено, что OAT10 и URAT1 человека идентичны на 33%. В экспрессионной системе ооцитов Xenopus OAT10 функционировал как уратно-монокарбоксилатный обменник, но имел меньший, чем URAT1, аффинитет к урату. Роль OAT10 в экспериментах in vivo пока не описана [18, 20].

OAT4 (ген SLC22A11) по аминокислотной последовательности на 52% идентичен URAT1, а гены обоих этих транспортеров локализованы по соседству на хромосоме 11 [62]. У человека экспрессия OAT4 выявлена на апикальной мембране проксимальных канальцев почек и в плаценте [26, 63]. Эксперименты на ооцитах Xenopus указывают на возможность участия OAT4 в уратно-дикарбоксилатном обмене, хотя аффинитет к урату ниже, чем у URAT1 [64].

SMCT1 и SMCT2 (гены SLC5A8 и SLCA12 соответственно) сцеплены с Na+-монокарбоксилатными котранспортерами, экспрессированными на апикальной мембране проксимальных канальцев почек мышей [65]. По-видимому, участие SMCT1 и SMCT2 в транспорте урата заключается в обеспечении входа через апикальную мембрану в клетку проксимального канальца одновалентных анионов, используя градиент, создаваемый на базолатеральной мембране Na+-, K+-АТФазой. Поступившие монокарбоксилаты обмениваются на урат с помощью URAT1 и, возможно, OAT10 [20]. Это предположение основано на результатах, полученных на мышах, у которых снижение экспрессии SMCT1 и SMCT2 сопровождалось угнетением реабсорбции урата [32]. Локализация и функция этих транспортеров у человека остаются невыясненными.

NaDC1 (ген SLC13A2). Подобно Na+-монокарбоксилатным котранспортерам SMCT1 и SMCT2, вероятно, функционирует как сцепленный с натрием дикарбоксилатный котранспортер, насыщая клетку такими дикарбоксилатами, как цитрат и сукцинат, которые впоследствии с помощью транспортеров URAT1 и OAT4 обмениваются на мочевую кислоту. В экспериментах на мышах дефицит NaDC1 приводил к повышенной экскреции с мочой дикарбоксилатных ионов [66]. Однако роль NaDC1 пока выяснена не до конца [20].

Канальцевая секреция урата

Проблема молекулярного обеспечения секреции мочевой кислоты в клетках проксимального канальца почки человека in vivo остается неразрешенной. Имеющиеся сведения получены в основном in vitro с использованием экспрессионной системы ооцитов Xenopus, а также на животных, в почках которых транспорт урата зачастую имеет существенные различия.

В некоторых случаях предположения были сделаны на основе данных, полученных при применении метода исследования общегеномных ассоциаций (GWAS). В любом случае приведенные здесь обстоятельства следует рассматривать как гипотетические.

OAT1 и OAT3

Кодирующие OAT1- и OAT3-гены (SLC22A6 и SLC22A8 соответственно) локализованы рядом на хромосоме 11, а результирующие протеины на 48% идентичны по аминокислотной последовательности [20]. Эти транспортеры служат дикарбоксилат-анионными обменниками, экспрессия которых выявлена на базолатеральных мембранах проксимальных канальцев почек. В экспериментах in vitro и на мышах с удаленными генами, отвечающими за транспорт уратов, показано, что указанные транспортеры переносят урат, а точечная делеция соответствующих генов ведет к снижению экскреции мочевой кислоты [67–69]. По всей вероятности, транспортеры OAT1 и OAT3 обеспечивают процесс поглощения урата на базолатеральной мембране как первый шаг секреторного процесса, направленного в просвет проксимального канальца. Наружно направленный дикарбоксилатный градиент, по-видимому, создается базолатеральным Na+-дикарбоксилатным котранспортером NaDC3 (ген SLC13A3), тесно сцепленным с OAT1 и OAT3, поставляя дикарбоксилаты для предстоящего обмена с уратом. По крайней мере генетическая инактивация NaDC1 у мышей приводила к повышенной экскреции цитрата и сукцината [66].

NPT1 и NPT4

Первоначально клонированный из почки кролика протеин NPT1 был классифицирован как Na+-фосфатный котранспортер, однако позднее выяснилось, что в почке имеются другие фосфатные переносчики с гораздо более высоким аффинитетом к фосфату [70, 71].

Гены, кодирующие эти транспортеры (SLC17A1 и SLC17A3 соответственно), локализованы рядом на хромосоме 6 и ответственны за экспрессию NPT1 и NPT4 на апикальной мембране проксимальных канальцев почек [72–76]. Внесение NPT1 и NPT4 в ооциты Xenopus позволило определить их участие в транспорте урата [76, 77]. Параллельно проведенные исследования GWAS подтвердили наличие ассоциации между генными локусами, ответственными за экспрессию указанных транспортеров, гиперурикемией и подагрой [38, 53, 78, 79]. Приведенные данные вместе с установленной локализацией транспортеров на апикальной мембране заставляют предположить, что NPT1 и NPT4 способны играть ключевую роль в почечной секреции урата, перебрасывая его из клеток проксимальных канальцев в просвет. Не исключено, что генные дефекты этих транспортеров могут участвовать в развитии гиперурикемии [20].

ABCG2

Впервые был идентифицирован как протеин множественной лекарственной устойчивости из подсемейства G семейства ABC-транспортеров [80]. Функциональные исследования показали экспрессию ABCG2 на апикальных мембранах клеток, что, как полагают, обеспечивает его участие в выбросе урата в просвет проксимальных почечных канальцев [81, 82]. Исследование GWAS позволило выявить связь между однонуклеотидным полиморфизмом в виде мутации Q141K локуса ABCG2, который сочетался со значительным увеличением плазменного уровня МК, с риском подагры в обследованной когорте лиц [53]. Впоследствии выяснилось, что по крайней мере 10% всех случаев подагры в Европе, а также у японцев, афроамериканцев и аборигенов островов Тихого океана – результат присутствия этого аллеля [83–85]. Приведенные данные указывают на то, что транспортер ABCG2 наряду с NPT1 и NPT4 может быть важным участником секреции урата в проксимальном канальце почки человека.

ABCC4 (MRP4)

Недавно идентифицированный у человека транспортер, также относящийся к протеинам множественной лекарственной устойчивости, локализован на апикальной мембране проксимальных почечных канальцев и, по-видимому, подобно ABCG2, участвует в процессе переноса урата в просвет канальца [86–88].

hUAT (Галектин 9)

Является одним из 14 членов повсеместно экспрессированных членов мультифункционального семейства галектинов (LGALS9), которые активируются физиологическими концентрациями сахаров [89, 90]. Транспортер локализован в цитозоле и у апикальной мембраны клеток проксимального канальца человека [91]. В экспериментах на липидных бислоях проявил себя как уратный канал, медиирующий двунаправленный транспорт урата. Предположительно в качестве уратного канала/унипортера может участвовать как в реабсорбции, так и в секреции мочевой кислоты.

Мультимолекулярный комплекс, транспортирующий урат («уратная транспортосома»)

В настоящее время, когда удалось идентифицировать в проксимальных канальцах почек человека значительное число переносчиков, обеспечивающих двунаправленный транспорт урата, наряду с обоснованными сомнениями в адекватности четырехкомпонентной модели возникает серьезная проблема, касающаяся скоординированного функционирования этого ансамбля. В качестве гипотезы можно предположить, что комплекс транспортеров обеспечивает поддержание уровня мочевой кислоты в пределах эволюционно установившихся нормальных значений в крови человека путем активной реабсорбции профильтровавшегося в клубочках урата. Когда же по каким-либо причинам его фильтрационная фракция возрастает, возникает активация секреторного транспорта, обеспечивающая «сброс лишнего» урата в мочу. Генетические нарушения активности транспортеров или координации их деятельности обусловливают сбой этой системы, что в конечном счете ведет к развитию гипер- или гипоурикемии.

Сегодня не вызывает сомнений, что для синхронизации функционирования такого количества разнонаправленных транспортеров в основном в области апикальной мембраны проксимального канальца почки необходимо наличие интегральной структуры, координирующей транспортные процессы. Такая структура, пока предложенная гипотетически, получила название мультимолекулярного комплекса, транспортирующего урат, или уратной транспортосомы. Полагают, что ключевую роль в сборке этой транспортосомы играют т.н. скаффолд-протеины, обеспечивающие регулирование многих внутриклеточных сигнальных путей посредством связывания участников этих событий в единые комплексы. К таким скаффолд-протеинам, функционирующим вблизи апикальных мембран поляризованного эпителия проксимальных почечных канальцев, относятся протеины, содержащие PDZ-домены, PDZK1 и NHERF1. В состав этих протеинов, идентифицированных в 1990-е гг. [92, 93], входят PDZ-связывающие домены, обнаруженные в трех гуанилатциклазах (PSD-95, DlgA и ZO-1), распознающие С-терминальные трехцепочечные мотивы, а также PDZ-мотивы других протеинов и связывающие их, используя короткую аминокислотную последовательность, имеющую С-терминальный гидрофобный остаток [94, 95]. Таким образом, скаффолд-протеины обеспечивают белок-белковые взаимодействия, а также модулируют функцию рецепторов и ионных каналов, с которыми они связаны [96]. Разрушение же связи между PDZ-протеинами и их мишенями вносит вклад в патогенез многих заболеваний человека [19].

В 2004 г. японскими исследователями, внесшими наибольший вклад в понимание данной проблемы, использование метода иммунопреципитации позволило установить, что обычный, но не мутантный (лишенный PDZ-мотива) уратный транспортер URAT1 прямо взаимодействует с протеином PDZK1 [97]. При этом колокализация URAT1 и PDZK1 была выявлена на апикальной мембране клеток проксимальных канальцев почек. Совместное введение в культуру HEK 293 эмбриональных клеток человека URAT1 и PDZK1 повысило транспорт урата в 1,4 раза, тогда как делеция PDZ-мотива С-терминали URAT1 нивелировала этот эффект. Таким образом, впервые была установлена важная роль скаффолд-протеина PDZK1 в регуляции функциональной активности URAT1, обеспечивающего реабсорбционный транспорт урата через апикальную мембрану проксимального канальца [97]. Впоследствии аналогичное взаимодействие в этом месте было выявлено и у других уратных транспортеров, содержащих PDZ-мотив. Так, установлено взаимодействие со скаффолд-протеинами апикальных транспортеров OAT4, SMCT1 и SMCT2, а также протеина NPT1, предположительно участвующего в апикальной секреции урата [98, 99]. Таким образом, на апикальной мембране проксимальных канальцев формируется мультимолекулярный комплекс. По современным представлениям, этот комплекс включает скаффолд-протеины PDZK1 и NHERF1, а также уратные транспортеры URAT1, OAT4, SMCT1, SMCT2, NPT1, NPT4, ABCG2, ABCC4, обеспечивающие как реабсорбцию, так и секрецию урата [18, 19, 22, 100]. Образование такого функционального комплекса, включающего транспортные протеины, гормональные рецепторы и внутриклеточные сигнальные элементы, по-видимому, обеспечивает действенную и специфическую сигнальную трансдукцию и прямое модулирование транспортных процессов. Эта мультимолекулярная структура, изображенная на рисунке, и является предполагаемой конечной функциональной единицей мембранного транспорта урата [19, 21, 100, 101].

В настоящее время начаты интенсивные исследования, касающиеся возможных механизмов регуляции указанной уратной транспортосомы. Показано, например, что скаффолд-протеин NHERF1 влияет на актиновый цитоскелет через взаимодействие с белком цитоскелета эрзином. Это приводит к активации кэппирующего протеина CARMIL, который участвует в процессе полимеризации актина и посредством этого обеспечивает такие важные клеточные функции, как эндоцитоз и внутриклеточный трафик, что может иметь прямое отношение к функционированию уратной транспортосомы [100]. По крайней мере цитируемые авторы показали, что однонуклеотидный полиморфизм в гене LRRC16A, кодирующем протеин CARMIL, значительно повышал риск развития подагры у японских мужчин.