《Frontiers in Endocrinology》：Gouty arthritis model: delving into disease pathways and uncovering possible therapeutic targets
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本综述系统整合痛风性关节炎（GA）代谢异常、单钠尿酸盐（MSU）晶体激活先天免疫、多种程序性细胞死亡（PCD）（如焦亡、NETosis、凋亡、坏死性凋亡、铁死亡）相互作用，并结合体内外实验模型优势提出“依研究病理环节精准选模”策略，为机制研究与药物开发提供框架。
Abstract
痛风性关节炎（GA）属代谢性关节病，核心为尿酸代谢紊乱→MSU晶体沉积→强烈炎症反应。全球患病率攀升加重疾病负担。本文全面梳理GA发病机制：尿酸代谢障碍、MSU诱导先天免疫激活、后续焦亡/NETosis/凋亡/坏死性凋亡/铁死亡等PCD协同作用；按疾病阶段评估体内外模型——外源MSU模型模拟急性发作、高尿酸血症模型还原代谢基础、复合模型贴近慢性病程；体外从单细胞到类器官补充机制与筛选平台。现有模型仍难完全复刻人类GA复杂性（代谢启动、组织层次、物种差异），未来需创新技术提升病理真实性，推动临床转化。
Introduction
GA是尿酸代谢紊乱致MSU晶体在关节及周围沉积引发的炎性关节病。全球患病率约0.1%~10%，因治疗不足加重公共卫生负担。临床用药分长期降尿酸（控制复发但需滴定）与急性抗炎（快速缓解但不消除尿酸负荷）。理想模型需模拟：嘌呤代谢失衡（尿酸产排失调）→MSU沉积→激活先天免疫（如NLRP3炎症小体）→触发PCD→炎症级联。既往研究多聚焦单一维度，本文系统性链接致病机制与建模策略，为GA研究提供连贯框架。
Pathogenesis of GA
尿酸与单钠尿酸盐晶体激活先天免疫系统
高尿酸血症是GA代谢基础而非等同GA。生理状态下尿酸是血浆抗氧化剂，清除活性氧（ROS）维持氧化平衡；超标后促NADPH/黄嘌呤氧化酶激活、线粒体功能障碍→过量ROS→硫氧还蛋白互作蛋白（TXNIP）脱离硫氧还蛋白（TRX）结合NLRP3→激活NLRP3炎症小体（内源性损伤相关分子模式DAMP），驱动全身炎症。尿酸过饱和形成MSU晶体（主要位于滑膜关节/肌腱/滑囊），直接激活先天免疫→释放白细胞介素-1β（IL-1β）→急性关节炎发作。
MSU作为DAMP被Toll样受体（TLR）等模式识别受体（PRR）识别→髓样分化因子88（MyD88）衔接→同时激活核因子κB（NF-κB）与丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）→转录上调NLRP3组分、前IL-1β（pro-IL-1β）、肿瘤坏死因子-α（TNF-α）等，奠定炎症爆发基础。
吞噬MSU晶体诱导溶酶体破裂、钾离子（K+）外流、线粒体ROS→NLRP3炎症小体组装→半胱天冬酶-1（caspase-1）激活→切割pro-IL-1β为成熟IL-1β→分泌至胞外引发强烈炎症。IL-1β与TNF-α通过旁分泌激活内皮细胞→释放白细胞介素-8（IL-8）→大量中性粒细胞募集至关节腔；中性粒细胞尝试吞噬晶体时释放ROS/蛋白酶加剧组织损伤。
MSU经NF-κB与Janus激酶/信号转导与转录激活因子（JAK/STAT）→释放白细胞介素-6（IL-6）放大炎细胞浸润。宿主负反馈通过核因子E2相关因子2（Nrf2）抗氧化通路、转化生长因子-β（TGF-β）、自然杀伤（NK）细胞限制过度炎症。慢性高尿酸血症下持续MSU沉积→线粒体损伤/ROS↑→腺苷酸活化蛋白激酶（AMPK）/unc-51样自噬激活激酶1（ULK1）介导线粒体自噬失效→NLRP3持续激活→促炎因子释放+炎症性PCD（焦亡，caspase-1依赖膜孔形成/炎因子释放），形成自我延续炎症循环。
程序性细胞死亡机制的炎症协同调控
PCD是基因精确调控的主动细胞死亡，维持机体稳态。GA中多种PCD构成复杂免疫网络：焦亡将MSU识别转化为强炎症；NETosis（中性粒细胞死亡）释放中性粒细胞胞外诱捕网（NETs）→限制晶体扩散但也放大多组织损伤；凋亡（非炎性沉默死亡）协调炎症消退；凋亡抑制→死亡受体信号转向坏死性凋亡→炎症放大；铁死亡（铁依赖脂质过氧化驱动）可能参与关节持续损伤。这些PCD相互作用决定GA炎症轨迹与结局。
Pyroptosis
焦亡由gasdermin（GSDM）家族（主为gasdermin D，GSDMD）介导：caspase切割GSDMD→N端片段（GSDMD-N）寡聚化→质膜成孔（10-20 nm）→渗透失衡→细胞肿胀破裂+大量炎因子释放。GA中上游信号为NLRP3炎症小体→caspase-1激活→双功能：①切割GSDMD成孔诱导焦亡；②转化IL-1β/IL-18前体为成熟形式，经GSDMD孔释放放大炎症。证据多来自细胞/动物研究，临床验证有限。
经典通路：MSU经NLRP3→caspase-1；非经典通路：人caspase-4/5（小鼠caspase-11）响应胞内脂多糖（LPS）→均汇聚于GSDMD切割。非经典通路可增强NLRP3信号放大IL-1β释放，在GA微环境中起辅助放大作用。焦亡细胞释放DAMP→促进中性粒细胞激活与NETosis→炎症持续。
The dual roles of NETosis
NETosis是中性粒细胞释放DNA/组蛋白/抗菌蛋白网状结构的特殊死亡。双重作用：NETs物理包裹MSU限制扩散、降解促炎介质抑炎；但释放大量组蛋白/髓过氧化物酶（MPO）等DAMP→放大巨噬细胞NLRP3激活与焦亡→恶性炎症循环。焦亡与NETosis互作：GSDMD膜孔激活中性粒细胞弹性蛋白酶（NE）→切割GSDMD促NETosis；NETs中基质金属蛋白酶-9（MMP-9）直接降解软骨基质→不可逆关节损伤。
Apoptosis
凋亡为免疫沉默死亡（外源性死亡受体/内源性线粒体通路→caspase-3激活→细胞皱缩/凋亡小体形成），吞噬细胞清除无炎症。GA中巨噬细胞及时凋亡终止促炎信号释放；凋亡细胞被吞噬→抑制IL-1β/IL-8/TNF-α，增加TGF-β1/前列腺素E2（PGE2）/血小板活化因子（PAF）→炎症消退。但MSU/焦亡/NETosis的强炎微环境破坏此保护：①损伤吞噬功能→凋亡细胞继发坏死→促炎；②抑制caspase-8→转向促炎性坏死性凋亡。
Necroptosis
坏死性凋亡是受体相互作用蛋白激酶1/3（RIPK1/RIPK3）→混合谱系激酶结构域样假激酶（MLKL）介导的调节性坏死。GA微环境抑制caspase-8时，肿瘤坏死因子受体1（TNFR1）等信号从凋亡转向坏死性凋亡→MLKL寡聚化→质膜透化→胞内容物释放→炎症加剧。可能与焦亡协同构成急性期超炎症细胞基础，解释持续炎症。
Ferroptosis
铁死亡是谷胱甘肽过氧化物酶4（GPX4）为中心的抗氧防御系统失活→脂质过氧化物累积的铁依赖PCD。GA间期持续氧化应激→谷胱甘肽显著耗竭→抑制GPX4活性→清除脂质过氧化物能力下降→铁死亡。铁死亡细胞释放脂质过氧化终产物等促炎信号→持续激活NLRP3炎症小体；与焦亡等协同→维持局部炎症、驱动滑膜纤维化/骨侵蚀，促进GA进展。
Experimental animal models of GA
理想模型需满足：①模拟代谢紊乱（药抑制尿酸排泄）；②关节内MSU晶体形成（免疫激活物理基础）；③复现NLRP3激活/IL-1β分泌/中性粒细胞浸润及PCD失调致持续炎症/组织破坏。
外源MSU晶体诱导模型：模拟急性炎症期
绕过代谢过程直接注射MSU，聚焦急性先天免疫，是研究急性发作机制的经典工具。但主要为淋巴细胞浸润（不同于人急性期中粒细胞为主），且有机械损伤致创伤性炎症风险。
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足垫注射：小鼠后足足垫皮下/肌层注射MSU→典型中性粒细胞浸润/水肿，操作简单适高通量抗炎药筛选。
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气囊注射：大鼠/小鼠背侧皮下注无菌空气/Freund不完全佐剂→3-7天形成气囊→注入MSU悬液→适用于痛风石形成/滑膜炎研究，但无骨侵蚀病理不适骨损伤研究。
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微创包埋技术：Xu等将MSU晶体直接嵌入大鼠关节腔（非悬液注射）→炎症持续>96 h、局部IL-1β/TNF-α高表达，解决传统模型晶体清除快问题。
高尿酸血症与内源晶体沉积模型：反映代谢启动与进展
通过干预尿酸代谢诱导内源性高尿酸血症，模拟GA代谢起始。给予尿酸酶（UOX）抑制剂（如氧嗪酸钾PO）或高嘌呤/高酵母饮食→抑制尿酸排泄/促进产生→建立高尿酸血症，但多缺典型炎症表现。PO+果糖+腺嘌呤组合→血清尿酸稳定升高+肾功能损害，更贴近人类代谢综合征背景高尿酸血症。
UOX敲除（UOX-KO）小鼠模拟人尿酸代谢缺陷，但高死亡率/严重肾损，关节内MSU积累致关节炎少见（可能肾损致死先于关节炎发生），应用受限。
复合模型：整合代谢异常与急性炎症
外源MSU刺激叠加高尿酸血症背景，同时模拟代谢紊乱与急性炎症。人类GA常与长期高尿酸血症/高脂饮食/酒精/代谢综合征相关，复合模型更近临床发病。常见构建：高脂饮食+MSU晶体注射。Li等加白酒/猪油/蜂蜜水→成功建立代谢异常+重度炎症模型；Lin等发现该模型有更重全身炎症+肠道菌群失调。但建模耗时>6周，尿酸水平/注射时机需精确控制，操作复杂限广泛应用。
突破性进展：Wang等长期低剂量腹腔注射PO+高脂饮食+微量乙酸足垫注射→首次实现动物关节MSU自然形成，观察到骨侵蚀/滑膜增生，为GA自然病程与药物研究提供理想平台。
不同物种应用与比较
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禽类（鸡/鹌鹑/鹅等）：缺乏功能性UOX，尿酸代谢与人高度相似，高钙/高蛋白饮食可自然诱导高尿酸血症/关节尿酸盐沉积，是研究长期代谢紊乱的理想模型；但成本高、尿酸波动大、生物差异大，且易发展内脏GA→高死亡率限应用。
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啮齿类（大鼠/小鼠/兔）：低成本/操作标准化，广泛用于外源MSU/高尿酸血症模型；但自身含UOX，需抑制UOX模拟人代谢缺陷。兔膝关注射MSU诱导炎症，病理模拟度更低、操作更复杂。
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其他：非人灵长类（如恒河猴）尿酸代谢同源但成本极高/品系难标准化；斑马鱼/树鼩因繁殖快/基因组相似用于高尿酸血症初步研究（如PO/黄嘌呤钠诱导），但GA模型需进一步验证；猪模型证实肠尿酸排泄途径；犬关注射MSU开创GA模型研究，因成本/伦理渐被啮齿类替代。各模型各有特点，提供多样工具但均有局限。
In vitro cellular models of GA
体外模型精确控制微环境，阐明分子/细胞机制，是高通量药物筛选关键平台，优势在于直接锁定MSU与特定细胞因果关系，但简化体系与体内复杂病理差异需谨慎考量。
单细胞培养系统
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单核-巨噬细胞模型（NLRP3激活/IL-1β释放/焦亡核心执行者）：
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原代：骨髓来源巨噬细胞（BMDMs）可高度模拟体内促炎状态/极化，但制备复杂；腹膜巨噬细胞（MPMs）从小鼠腹腔灌洗液获取，组织驻留丰富、响应快适短期研究，产量低限大规模用。Jiang等LPS预处理+MSU诱导MPMs模拟急性炎症做极化研究。
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永生系：小鼠RAW264.7凋亡相关斑点样蛋白（ASC）极低→经典NLRP3炎症小体组装能力有限，焦亡研究存争议，适初筛；小鼠巨噬样J774A.1生长稳、响应炎刺激，补充分析MSU诱导巨噬激活；人THP-1具人背景适人特异药物机制，但IL-1β等分泌弱，结论需原代验证（常用PMA+MSU建模）。
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中性粒细胞模型：人/小鼠外周血分离，MSU刺激快速诱导线粒体自噬/NET形成/促炎因子释放，是急性期/NETosis研究的理想短时工具。
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滑膜细胞模型：人/小鼠原代滑膜细胞/成纤维样滑膜细胞（FLS）系（如MH7A），直接反映MSU对关节组织损伤，适药物干预；但原代难获，细胞系或丢失体内特性。
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软骨细胞模型：兔/小鼠原代软骨细胞/人C28/I2软骨系，研究尿酸盐致软骨降解/自噬异常；原代生理相关性高，细胞系利标准化筛选（常用MSU或IL-1β/TNF-α组合诱导）。
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人脐静脉内皮细胞（HUVECs）：评估MSU对内皮炎损伤/药物保护，Pen等100 μg/mL MSU处理6 h建模，适GA血管并发症机制，但传代有限/难复现血管微环境。
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人间充质干细胞（HUC-MSCs）：在类风湿关节炎（RA）模型中显抗炎/免疫调节，通过巨噬M2极化、抑TNF-α/IL-6、促调节性T细胞（Treg）改善病理；其胞外囊泡经调控巨噬激活状态/抑炎介质在GA具同等疗效。
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人肾近曲小管上皮细胞（HK-2）：Meng等MSU刺激建痛风相关炎症模型；Hou等腺苷/黄嘌呤处理建高尿酸血症模型→快速实验周转/高通量，广泛用于高尿酸肾病机制初探与降尿酸药效评。
共培养系统
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巨噬-软骨共培养：直接验证IL-1β介导软骨分解轴，Jiang等LPS+MSU共刺激MPMs与鼠软骨做药理研究。
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巨噬-间充质干细胞（MSC）共培养：既适发病机制也验治疗策略，Rocha等脂肪来源MSCs（Ad-MSCs）+MSU刺激后与THP-1来源巨噬共培养建GA模型。
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中性粒细胞-滑膜成纤维共培养：MSU刺激中性粒细胞形成NETs→激活滑膜成纤维，研究NETosis放大/维持炎症作用。
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患者样本基复杂模型：提取急性GA患者外周血单个核细胞（PBMCs）与滑膜细胞5:1共培养48 h；Schorn等直接取患者多形核中性粒细胞（PMNs）加MSU建模，更好反映个体免疫特征。
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人滑液原代细胞模型：急性GA穿刺滑液离心获细胞群（60-90%中性粒+单核/巨噬）→天然共培养最接近关节腔炎微环境。
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类器官模型：三维培养模拟器官结构功能，整多细胞类型复现互作。Chen等骨关节炎滑膜类器官证MSU更易沉积于病变滑膜；Hou等肝类器官模拟细胞生长筛选抗高尿酸血症化合物，为GA研究提供新平台。
Conclusions and future perspectives
GA是多因素疾病，代谢失调+MSU沉积+先天免疫激活+多PCD（焦亡/NETosis/凋亡/坏死性凋亡/铁死亡）交互塑造炎症起止。现有模型极大推进机制研究：动物模型宏观复现炎细胞浸润/水肿/关节损伤/骨侵蚀，是药整体药效评价必要步骤，但物种代谢/免疫差异是根本限制（多数哺乳动物含UOX，无法自发持续性高尿酸血症需外源干预→引入非生理干扰）。复合模型更近疾病慢性进展，但复杂/时长/成本高限主流高通量应用；体外模型（RAW264.7/THP-1/BMDMs/共培养/类器官）可控性强，是机制研究与药物筛选关键，但过度简化难模拟关节微环境细胞互作。
未来方向：无模型能覆盖所有病理特征，应据研究主导生物过程匹配模型——外源MSU模型主复现急性发作；高尿酸血症模型偏代谢启动/肠-菌互作；复合模型适慢性进展/结构损伤；体外系统利靶点验证/高通量筛选。互补策略：按科学问题组合不同层级模型构建完整证据链。类器官整合多细胞类型，有望成为研究热点。理想GA模型需系统模拟核心通路：尿酸代谢乱→MSU沉积→先天免疫激活→PCD网络失调，通过多级高精度模型逼近人类GA病理本质，加速新疗法临床转化。
