尿酸酶概述

PEG修饰尿酸酶在医药领域的应用
摘要：尿酸酶是生物体内嘌呤降解代谢途径中的一种酶，在鸟类爬行类和不包括人在内的灵长类动物体内，能催化尿酸氧化,生成尿囊素和过氧化氢。

而痛风是长期嘌呤代谢障碍,血尿酸增高引起组织损伤的一组异质性疾病。

尿酸酶作为一种外源性的蛋白质，存在着易被体内酶水解、稳定性低、血浆半衰期短、抗原性较强、易产生过敏反应或耐受期很短的问题，因此大大限制了其临床使用。

而PEG修饰可解决天然尿酸酶存在的诸如此类的问题。

PEG 修饰使尿酸酶的最适PH往中性偏移、最适温度反应曲线展宽、与底物亲和力增加但最大反应速率降低、在低离子强度条件下更加稳定、对尿酸酶结合金属离子及阴离子的能力有弱化作用。

研究结果显示:PEG修饰不仅可以通过屏蔽效应改善尿酸酶的药代动力学性质，也可能通过影响尿酸酶亚基解离和亚基表面电荷分布等性质而影响尿酸酶的酶学性质。

这些结果为新药开发PEG尿酸酶提供了基础。

关键词：尿酸酶；痛风；尿囊素；PEG修饰；酶学性质。

一、关于尿酸酶
尿酸酶是生物体内嘌呤降解代谢途径中的一种酶，在鸟类爬行类和不包括人在内的灵长类动物体内，其以分子氧作为受体催化尿酸氧化,生成尿囊素、二氧化碳和过氧化氢。

尿酸酶首先在牛的肾脏中发现。

随后在动物、植物、真菌、酵母和细菌中均发现有此酶的存在。

作为重要的氧化剂：有学者提出，正是由于缺乏尿酸酶导致了一种选择优势，因为尿酸酶的缺乏导致了血清中尿酸含量增加，尿酸充当着生理活动中重要的抗氧化剂。

尿酸累积形成高尿酸血症进而出现痛风等系列疾病：尿囊素在体内具有良好的溶解性，不发生积累而直接排出体外。

以尿酸作为嘌呤代谢的终产物，体内嘌呤代谢紊乱可使尿酸水平异常升高而形成高尿酸血症，而尿酸及其盐类在血液中的低溶解度和易沉积性，使得高尿酸血症成为痛风等系列疾病和肿瘤治疗中出现急性肾衰竭的直接原因，根据痛风发生的生化机理，尿酸酶应是治疗该病的理想药物。

二、尿酸酶在临床治疗上的应用
痛风是长期嘌呤代谢障碍，血尿酸增高引起组织损伤的一组异质性疾病。

其特点是：高尿酸血症、特征性急性关节炎反复发作，关节滑液中可见尿酸钠结晶、有痛风石或肾尿酸结石。

尿酸主要由细胞代谢分解的核酸和其它嘌呤类似物及食物中的嘌呤经酶的作用分解而来。

由于人体内缺乏有功能的尿酸酶，尿酸不能进一步分解，作为嘌呤代谢的终产物。

血液中尿酸的浓度取决于尿酸生成和排泄之间的平衡。

三、痛风的治疗方法的研究进展（即尿酸酶的应用的研究进展）
事实上，上世纪90年代，尿酸酶已作为治疗痛风的药物首先在欧洲上市，它能够在短时间内有效降低患者体内的尿酸水平，并克服了别嘌呤醇的副作用，但是作为一种外源性的蛋白质，存在着易被体内酶水解，稳定性低、血浆半衰期短等蛋白质药物的共同缺点，更严重的是它还存在着抗原性较强，易产生过敏反应或耐受期很短的问题，因此大大限制了其临床使用。

美国风湿病学会在2005年度会议上发布杜克大学研制的PEG和重组猪尿酸酶结合物经二期临床试验证明，可用于禁忌常规疗法或使用常规疗法无效的严重痛风患者,并取得了可喜的试验结果，于2006年进入三期临床试验阶段,预计PEG一uricase结合物将成为治疗痛风的新一代特效蛋白药物。

尿酸酶是治疗痛风的理想药物之一，尤其对于那些禁忌常规疗法或使用常规疗法无效的患者来说是唯一的特效药物。

对于痛风的治疗，一般使用排尿酸或抑制尿酸合成的药物，使血尿酸浓度维持在正常范围内。

排尿酸药有梭苯磺胺、苯澳酮和苯磺哇酮，通过抑制肾小管对尿酸重吸收，增加其排泄，从而降低血尿酸浓度。

抑制尿酸合成的药有别嘌呤醇，是黄嘌呤氧化酶的竞争性抑制剂，使得尿酸合成减少。

不过，别嘌呤醇使得黄嘌呤浓度上升。

事实上，黄嘌呤比尿酸的溶解度还要低，有些病人会发生黄嘌呤肾损伤和沉积。

因此，别嘌呤醇是有一定副作用的。

尿酸酶可将尿酸转化为远比尿酸易溶的尿囊素，是一种很有价值的治疗痛风和高尿酸血症的药物。

四、PEG修饰技术的简介和修饰尿酸酶的方法
利用聚乙二醇修饰技术对尿酸酶进行修饰是解决上述问题的有效途径之一。

聚乙二醇修饰是一种较为成熟的长效蛋白质药物开发技术，通过将活化的聚乙二醇分子连接到蛋白质分子表面上，从而改善蛋白质类药物的药代动力学性质，如: 抵抗蛋白酶水解的能力提高，免疫原性和免疫反应性降低，体内半衰期延长，血浆清除率降低等。

聚乙二醇是一种柔性的惰性分子，连接到蛋白质分子上不会改变蛋白质空间结构和生物学活性。

聚乙二醇是通过空间屏蔽效应影响蛋白质的理化性质从而改善蛋白质药物的药代动力学性质的。

蛋白质和肤类生物大分子聚乙二醇化后，溶解行为改善，稳定性增强，免疫原性和抗原性消除或降低，循环半衰期延长，药物动力学优化，因而在生物技术和生物医学中具有重要的应用前景，聚乙二醇化也逐渐发展成为一种平台技术。

五、PEG修饰如何改变尿酸酶的各类酶学性质
一方面，PEG修饰后PEG长链包裹于尿酸酶分子外形成了一个柔性PEG外层，这一外层约束了尿酸酶分子的亚基解离，亚基之间稳定聚合提高了尿酸酶与底物的亲和力。

另一方面，由于PEG的两亲性质使得尿酸分子更容易通过扩散作用进入底物结合位点，从而使尿酸酶与底物分子能够更加容易稳定的结合。

其次，PEG修饰改变了尿酸酶表面电荷分布，影响到尿酸酶与不同缓冲液中的金属离子的结合，从而使不同缓冲体系对于PEG尿酸酶的影响较小。

再者，PEG的修饰作用同时还可以提高尿酸酶的空间构象在不同离子强度的缓冲液中的稳定性。