聞海豐 宋春蒙 石豪妍 溫嬋 秦瑾 馮忠軍★
三磷酸腺苷結(jié)合盒轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白G2基因單核苷酸多態(tài)性與痛風(fēng)發(fā)病的相關(guān)性
聞海豐1宋春蒙1石豪妍2溫嬋3秦瑾4馮忠軍1★
尿酸代謝異常被看作是高尿酸血癥和痛風(fēng)的主要病因之一,尿酸鹽轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的功能異常是導(dǎo)致尿酸代謝異常的最主要原因,其影響了腎臟對尿酸的重吸收和排泄功能。近年來三磷酸腺苷結(jié)合盒轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白G2(ATP?binding cassette superfamily G member 2,ABCG2)作為最受關(guān)注的尿酸鹽轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白,得到國外國內(nèi)學(xué)者的較多研究報(bào)道。ABCG2定位在細(xì)胞膜,表達(dá)在近曲小管上皮細(xì)胞刷狀緣側(cè),可以轉(zhuǎn)運(yùn)尿酸。其功能性障礙阻礙了腎臟和腸道對尿酸的排泄,從而引起高尿酸血癥并引發(fā)痛風(fēng)。本文就ABCG2基因單核苷酸多態(tài)性與痛風(fēng)發(fā)病相關(guān)性的研究進(jìn)展作一綜述。
痛風(fēng);高尿酸血癥;尿酸鹽轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白;ABCG2
痛風(fēng)是一種單鈉尿酸鹽(monosodium urate monohydrate,MSU)結(jié)晶沉積引起的一組臨床癥候群,絕大多數(shù)見于30~40歲以上的男性,男性占95%,而女性多見于絕經(jīng)后,占5%[1]。一般認(rèn)為痛風(fēng)的前奏是高尿酸血癥(hyperuricemia,HUA),當(dāng)血尿酸濃度過高或酸性環(huán)境下,尿酸可析出結(jié)晶,沉積在骨關(guān)節(jié)、腎臟和皮下等組織,造成組織病理學(xué)改變,導(dǎo)致痛風(fēng)性關(guān)節(jié)炎、痛風(fēng)腎、痛風(fēng)石等。尿酸是嘌呤代謝的終產(chǎn)物,因此代謝紊亂是導(dǎo)致高尿酸血癥的直接原因。有研究表明尿酸排泄障礙是引起高尿酸血癥的主要原因,其中尿酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白作為嘌呤代謝過程中的重要環(huán)節(jié)和關(guān)鍵載體,它的表達(dá)異常和功能障礙是引起尿酸排泄障礙的主要原因[2]。尿酸鹽轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因單核苷酸多態(tài)性(single nucleotide polymorphism,SNP)是影響尿酸鹽轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白表達(dá)和功能的重要因素。近年來國內(nèi)外學(xué)者對痛風(fēng)及高尿酸血癥的發(fā)病機(jī)制和尿酸鹽轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白不斷的研究,特別對是三磷酸腺苷結(jié)合盒轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白G2(ATP?binding cassette superfamily G member 2,ABCG2)的研究不斷深入。本文對尿酸鹽轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白,特別是ABCG2基因多態(tài)性與痛風(fēng)發(fā)病相關(guān)性研究進(jìn)展做一個(gè)綜述。
臨床上僅有部分高尿酸血癥發(fā)展為痛風(fēng),痛風(fēng)的確切發(fā)病機(jī)制目前仍未明確,其臨床特點(diǎn)為高尿酸血癥,臨床上HUA患者發(fā)展為痛風(fēng)性關(guān)節(jié)炎的比例不足20%,而且個(gè)別痛風(fēng)患者發(fā)病時(shí)尿酸水平并沒有明顯升高,表明痛風(fēng)發(fā)病與高尿酸血癥并不能完全等同,高尿酸血癥僅是痛風(fēng)發(fā)病的基礎(chǔ)條件之一[3]。
目前普遍認(rèn)為引起痛風(fēng)發(fā)病的可能發(fā)病因素有遺傳因素、飲食因素和不良生活習(xí)慣、性別和年齡、疾病因素、藥物因素等。一般男性和絕經(jīng)后女性血尿酸>420 μmol/L(7.0 mg/dL),絕經(jīng)前女性>350 μmol/L(5.8 mg/dL)可診斷為高尿酸血癥。中老年男性如出現(xiàn)特征性關(guān)節(jié)炎表現(xiàn)、尿路結(jié)石或腎絞痛發(fā)作,伴有高尿酸血癥應(yīng)考慮痛風(fēng)。關(guān)節(jié)液穿刺或痛風(fēng)石活檢證實(shí)為尿酸鹽結(jié)晶可做診斷。
高尿酸血癥是痛風(fēng)發(fā)病的基礎(chǔ)條件之一,它的形成主要是由于尿酸代謝異常即尿酸生成增多和排泄減少引起的。尿酸作為嘌呤代謝的終產(chǎn)物,其中90%來源于內(nèi)源性途徑,由體內(nèi)氨基酸、核苷酸及其它小分子化合物合成,或由核酸分解代謝產(chǎn)生;10%來自于外源性途徑,從富含嘌呤或核蛋白的食物中由核苷酸分解而來。另外,尿酸排泄障礙也是引發(fā)高尿酸血癥的重要因素,其中體內(nèi)2/3的尿酸由腎排出,分4個(gè)經(jīng)典步驟,包括腎小球?yàn)V過,腎近曲小管重吸收,腎小管分泌及分泌后重吸收,最后僅有8%~12%的尿酸被排出體外[4]。腎小管上皮細(xì)胞頂端膜和基底膜上存在多個(gè)參與尿酸重吸收和分泌的轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白和離子通道,整個(gè)過程中只有腎小球?yàn)V過,不需要依賴于尿酸鹽轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白參與,其它環(huán)節(jié)均需要依賴腎小管上皮細(xì)胞分布的尿酸鹽轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的協(xié)助[6],腎臟近曲小管對尿酸的重吸收增加或分泌減少,是造成尿酸排泄減少的主要原因。當(dāng)由于各種原因?qū)е履蛩嶂匚辙D(zhuǎn)運(yùn)蛋白功能上調(diào)或尿酸排出轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白功能下調(diào)時(shí),通過腎臟排出的尿酸減少,血尿酸水平升高,導(dǎo)致一過性或持續(xù)性高尿酸血癥,從而引發(fā)痛風(fēng)。尿酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白主要分為尿酸重吸收轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白和尿酸排出轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白2大類,而ABCG2蛋白就屬于尿酸排出轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的一種。ABCG2蛋白也來源于ABC家族,是一種必須以同型二聚體為活化形式的半轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白,主要表達(dá)于近曲小管管腔膜側(cè)。Woodward等[5]研究證實(shí)ABCG2是具有離子泵功能的轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白,在腎小管中起到了分泌尿酸的重要作用,是調(diào)節(jié)體內(nèi)尿酸水平的一個(gè)重要尿酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白成分。
ABCG2是 ABC轉(zhuǎn)運(yùn)(ATP?bindingcassette transporter,ABC)超家族的成員,主要表達(dá)于近曲小管的管腔膜側(cè),ABCG2形成同型二聚體后即具備轉(zhuǎn)運(yùn)尿酸的活性[9]。ABCG2基因定位于人類染色體4q22?4q23,長67 171 bp,編碼655個(gè)氨基酸,相對分子量72 343。ABCG2蛋白具有5個(gè)橫跨膜螺旋結(jié)構(gòu)域和1個(gè)單獨(dú)的ATP結(jié)合域。對于ABCG2的早期研究主要集中在與腫瘤多重耐藥的相關(guān)性,其中有Doyle等[7]在乳腺癌細(xì)胞系MCF?7/Adrvp3000中發(fā)現(xiàn)ABCG2蛋白表達(dá);Bran?gi等[8]在抗米托蒽醌的結(jié)腸癌細(xì)胞株S1?M1?80中發(fā)現(xiàn)ABCG2蛋白表達(dá)。而近年來的研究又發(fā)現(xiàn)ABCG2蛋白在尿酸轉(zhuǎn)運(yùn)方面發(fā)揮重要作用[5]。
3.1 ABCG2基因的表達(dá)調(diào)控
ABCG2蛋白在人體的胎盤、咽、膀胱、腦、小腸和腎臟都有表達(dá)。通過對ABCG2基因在體內(nèi)轉(zhuǎn)錄和表達(dá)的研究[17]發(fā)現(xiàn):在ABCG2基因序列上游存在一個(gè)過氧化物酶體激活受體g(peroxisome pro?liferator?activated receptor g,PPARg)反應(yīng)元件,在ABCG2基因啟動(dòng)子區(qū)域存在2個(gè)順式作用元件,分別為雌激素反應(yīng)元件[11]和低氧反應(yīng)元件[12],這些基因表達(dá)調(diào)控結(jié)構(gòu)共同發(fā)揮作用,調(diào)控ABCG2基因的表達(dá)水平。
3.2 ABCG2基因多態(tài)性的研究進(jìn)展
對ABCG2的研究發(fā)現(xiàn),ABCG2在機(jī)體內(nèi)可能具有多種生物學(xué)功能:ABCG2可能參與了血腦屏障、胎盤屏障、血睪屏障等功能的實(shí)現(xiàn),參與體內(nèi)多處結(jié)構(gòu)對某些藥物的通過性調(diào)節(jié),影響藥代動(dòng)力學(xué),維持內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài);ABCG2還可能與某些疾病的易感性密切相關(guān)。最初對ABCG2轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的研究主要集中于其與腫瘤相關(guān)的范圍,研究發(fā)現(xiàn),ABCG2具有跨膜藥物泵的功能,影響某些抗腫瘤藥物的藥代動(dòng)力學(xué)[18]。ABCG2的高水平表達(dá),可促進(jìn)內(nèi)源性物質(zhì)和多種抗腫瘤藥物等的轉(zhuǎn)運(yùn),導(dǎo)致ABCG2跨膜藥物外排泵作用增強(qiáng),限制了腦、胎盤和睪丸等組織對藥物的攝取能力,同時(shí)也提高了肝細(xì)胞、腸上皮細(xì)胞、腎小管細(xì)胞等部位的藥物清除能力。近年來ABCG2作為主要存在于近曲小管的尿酸鹽轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白,引起了各國學(xué)者的關(guān)注和研究。最早,Woodward等[5]在表達(dá)了ABCG2蛋白的非洲爪蟾卵母細(xì)胞上計(jì)算累積的放射性尿酸清除率,發(fā)現(xiàn)細(xì)胞內(nèi)尿酸鹽含量顯著下降,證實(shí)了卵母細(xì)胞上表達(dá)的ABCG2蛋白能促進(jìn)尿酸排泄,降低細(xì)胞內(nèi)的尿酸水平。Matsuo等[19]發(fā)現(xiàn),161名痛風(fēng)患者中有80%的患者出現(xiàn)ABCG2基因變異,這可能是導(dǎo)致痛風(fēng)患者體內(nèi)尿酸排出水平下降,引起體內(nèi)尿酸水平升高的一個(gè)重要原因。研究發(fā)現(xiàn)存在ABCG2基因變異的患者發(fā)生痛風(fēng)的風(fēng)險(xiǎn)是一般人群的26倍[19]。另有多項(xiàng)對ABCG2的全基因組關(guān)聯(lián)研究證實(shí)ABCG2轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白與體內(nèi)血尿酸水平和痛風(fēng)發(fā)病率之間存在相關(guān)性[20?21]。然后,Huls等[22]利用免疫組化技術(shù),發(fā)現(xiàn)ABCG2蛋白在人體腎臟近端小管頂端刷狀緣膜處有高水平表達(dá),通過非洲爪蟾蜍實(shí)驗(yàn)證實(shí):ABCG2蛋白是一種具有轉(zhuǎn)運(yùn)尿酸功能的轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白。Hosomi等[23]通過氧嗪酸鉀構(gòu)建高尿酸血癥小鼠模型,通過實(shí)驗(yàn)計(jì)算高尿酸血癥小鼠模型體內(nèi)腎臟、腸道和肝臟等各部位的尿酸清除率,實(shí)驗(yàn)證實(shí)腎臟是尿酸排泄的主要器官,其次是腸道。研究還利用依克立達(dá)作為ABCG2轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白抑制劑,發(fā)現(xiàn)依克立達(dá)可以明顯降低腎臟和腸道的尿酸清除率,也間接印證了ABCG2蛋白具有尿酸轉(zhuǎn)運(yùn)功能。Ichida等[24]也以氧嗪酸鉀建立高尿酸血癥小鼠模型,證實(shí)了ABCG2轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白是一種ATP依賴轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白,實(shí)驗(yàn)中小鼠攝入ATP后,小鼠體內(nèi)ABCG2蛋白表達(dá)明顯上調(diào),與未被攝入ATP小鼠相比,體內(nèi)尿酸排泄量明顯增加。實(shí)驗(yàn)還對比了ABCG2基因敲除小鼠與攜帶ABCG2基因小鼠體內(nèi)的血尿酸水平,發(fā)現(xiàn)ABCG2基因敲除小鼠腸道尿酸清除率明顯低于攜帶ABCG2基因小鼠,ABCG2基因敲除小鼠體內(nèi)尿酸水平明顯高于攜帶ABCG2基因小鼠,該實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)一步證實(shí)ABCG2蛋白表達(dá)或功能障礙可引起體內(nèi)血尿酸水平升高。Phipps等[25]的研究也報(bào)告了ABCG2功能障礙會(huì)導(dǎo)致尿酸排出減少,進(jìn)而引發(fā)痛風(fēng)發(fā)病。最新研究發(fā)現(xiàn),ABCG2的基因多態(tài)性與痛風(fēng)發(fā)病關(guān)系密切,常見的基因變異有 Q141K、Q126X、V12M等[10,16,26],其中最常見的是Q141K變異[13],Q141K變異甚至與痛風(fēng)患者易感的帕金森發(fā)病也表現(xiàn)出顯著的相關(guān)性。
3.3 ABCG2的SNPs與尿酸代謝
目前研究認(rèn)為,ABCG2是影響體內(nèi)血尿酸水平的重要轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白[14?15],ABCG2的基因序列存在超過80個(gè)不同的單核苷酸多態(tài)性位點(diǎn),ABCG2的基因變異種類在所有尿酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白中最多最復(fù)雜,對血尿酸水平的影響最大,ABCG2基因SNPs變異可能會(huì)影響其蛋白表達(dá)水平、尿酸的轉(zhuǎn)運(yùn)效率,也可能影響許多藥物在體內(nèi)的藥代動(dòng)力學(xué)[22,27?28]。有研究報(bào)道ABCG2存在功能性和非功能性的變異體,ABCG2基因SNPs與體內(nèi)ABCG2尿酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的尿酸轉(zhuǎn)運(yùn)功能密切相關(guān)。Deh?ghan等[32]通過對ABCG2基因與血尿酸水平進(jìn)行相關(guān)性研究發(fā)現(xiàn),ABCG2基因第5個(gè)外顯子的421位點(diǎn)堿基會(huì)發(fā)生由C(胞嘧啶)到A(腺嘌呤)的改變,導(dǎo)致其編碼的141位氨基酸發(fā)生由谷氨酰胺轉(zhuǎn)變?yōu)橘嚢彼幔≦141K),以此發(fā)現(xiàn)了ABCG2的Q141K變異(又稱C421A)與高尿酸血癥和痛風(fēng)發(fā)生之間存在密切關(guān)聯(lián),ABCG2的Q141K變異是引起70%痛風(fēng)危險(xiǎn)的可能原因。Woodward等[5]采用全基因組關(guān)聯(lián)研究方法對14 783例實(shí)驗(yàn)對象進(jìn)行ABCG2的SNP分析發(fā)現(xiàn),Q141K突變與血尿酸水平密切相關(guān),ABCG2基因的Q141K變異導(dǎo)致尿酸排泄減少54%,導(dǎo)致尿酸水平升高,從而可能引發(fā)痛風(fēng),此種影響在男性之中表現(xiàn)更顯著,針對歐洲高加索人群,約有10%痛風(fēng)患者發(fā)病與ABCG2基因的Q141K變異有關(guān)。Huls等[22]研究也支持痛風(fēng)的發(fā)生和ABCG2基因的Q141K變異之間存在密切關(guān)聯(lián)。Mastsuo等[27]通過誘導(dǎo)變異ABCG2基因,成功得到ABCG2的V12M、Q126X、Q141K、G268R等多個(gè)突變基因型,對比發(fā)現(xiàn)ABCG2的Q141K突變型相比野生型轉(zhuǎn)運(yùn)尿酸的能力降低46%,ABCG2的Q126X、G268R基因突變型相比野生型變成了無功能型變異體,基本喪失轉(zhuǎn)運(yùn)尿酸能力。實(shí)驗(yàn)還檢測分析739名日本人的ABCG2基因,發(fā)現(xiàn)ABCG2突變型會(huì)導(dǎo)致人體內(nèi)尿酸排泄減少,導(dǎo)致血尿酸水平上升,引發(fā)高尿酸血癥和誘發(fā)痛風(fēng)。Maekawa等[29]研究發(fā)現(xiàn),ABCG2的SNP的等位基因在日本人群中出現(xiàn)頻率較高,其中Q141K發(fā)生率為31.9%,V12M為19.2%,Q126X為2.8%。根據(jù)哈代?溫伯格平衡定律計(jì)算出日本人群中有53.6%出現(xiàn)Q141K型突變,37.2%出現(xiàn)V12M型突變,5.5%出現(xiàn)Q126X型突變。Huls等[22]和Phipps[25]等研究報(bào)道:中國人群、新西蘭的高加索人群和環(huán)太平洋島國的人群中ABCG2的SNP位點(diǎn)Q141K與痛風(fēng)之間存在相關(guān)性。Nogu?chi等[30]對東亞人群、高加索人群和非洲人群ABCG2的SNPs的研究發(fā)現(xiàn),ABCG2的SNPs分布在不同人群中表現(xiàn)出顯著性差異,Q141K位點(diǎn)中A(腺嘌呤)等位基因頻率在中國人群中為29.0%~34.2%,日本人群為30.4%~35.5%,高加索人群為8.7%~11.9%,非洲人群中最為罕見,只有0.9%~5.3%。楊會(huì)勇等[31]對中國南方閩南人群ABCG2基因SNPs的研究顯示,閩南人群ABCG2的SNPs的改變與其痛風(fēng)發(fā)病之間存在明顯相關(guān)性。中國閩南人群的Q141K位點(diǎn)變異發(fā)生率在正常人中達(dá)到23.44%,而在痛風(fēng)患者中達(dá)到40%以上,研究認(rèn)為Q141K位點(diǎn)突變是導(dǎo)致中國南方閩南人高尿酸血癥和痛風(fēng)發(fā)生的顯著相關(guān)因素之一。李發(fā)貴等[32]對中國漢族人群的ABCG2基因Q141K位點(diǎn)研究顯示,中國漢族人群的ABCG2的Q141K位點(diǎn)基因型改變與痛風(fēng)發(fā)病之間存在明顯相關(guān)性。Jiri等[33]對中國漢族人群的研究也闡述了ABCG2基因SNPs與高尿酸血癥的發(fā)生之間存在相關(guān)性。多項(xiàng)研究表明ABCG2基因型的Q141K變異在亞洲人包括中國在內(nèi)發(fā)生率最高。然而相對于國外,我國對ABCG2基因SNPs位點(diǎn)與高尿酸血癥的相關(guān)研究明顯滯后,所涉及的SNP位點(diǎn)單一,研究對象總例數(shù)較少,研究對象的覆蓋范圍較小,均沒有很充分的闡明中國漢族人群ABCG2基因SNPs與高尿酸血癥和痛風(fēng)之間的關(guān)系,且由于痛風(fēng)是多因素疾病,所以在我國尚需要更多的、更充分的相關(guān)研究進(jìn)行補(bǔ)充。
高尿酸血癥和痛風(fēng)是一種至今病因并未明確的復(fù)雜疾病,疾病累及人體多個(gè)系統(tǒng)。尿酸的分泌和重吸收異常是高尿酸血癥的重要發(fā)病原因,尿酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白在尿酸代謝過程中起著至關(guān)重要的作用,ABCG2轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白是尿酸在腎臟和腸道內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)密切相關(guān)的轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白。研究發(fā)現(xiàn)ABCG2基因的SNP對機(jī)體尿酸代謝有重要意義,當(dāng)今國內(nèi)外普遍關(guān)注精準(zhǔn)醫(yī)療和個(gè)性化醫(yī)療的概念與對ABCG2的基因組學(xué)研究目的是根本一致的。對于ABCG2基因SNPs與高尿酸血癥關(guān)系的研究、ABCG2基因SNPs在不同人種間差異的研究、ABCG2基因SNPs與高尿酸血癥患者的性別和年齡之間關(guān)系的研究等都可能更進(jìn)一步揭示高尿酸血癥的病因?qū)W等問題,為高尿酸血癥和痛風(fēng)等疾病的預(yù)防、早期診斷和治療提供新的理論方法和治療手段。因此,我們還需對ABCG2基因所涉及SNPs位點(diǎn)做更多的相關(guān)研究補(bǔ)充,結(jié)合不斷發(fā)展的PCR技術(shù)和高通量基因測序技術(shù)等技術(shù)手段,增加研究對象覆蓋范圍,更進(jìn)一步完善ABCG2與痛風(fēng)在基因型上的具體相關(guān)性的研究。
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The correlation of ATP?binding cassette transporter G2 gene single nucleotide polymorphism and gout
WEN Haifeng1,SONG Chunmeng1,SHI Haoyan2,WEN Chan3,QIN Jin4,FENG Zhongjun1★
(1.Laboratory,the Third Hospital of Hebei Medical University,Shijiazhuang,Hebei,China,050051; 2.Laboratory,the First Hospital of Yongnian County,Handan,Hebei,China,057150;3.Infection Control Department,Children's Hospital of Hebei Province,Shijiazhuang,Hebei,China,050051;4.Infection Control Department,the Third Hospital of Hebei Medical University,Shijiazhuang,Hebei,China,050051)
Gout;Hyperuricemia;Urate transporters;ABCG2
河北省衛(wèi)生廳重點(diǎn)科技研究研究計(jì)劃(20150271)
1.河北醫(yī)科大學(xué)第三醫(yī)院檢驗(yàn)科,河北,石家莊050051 2.河北省永年縣第一醫(yī)院檢驗(yàn)科,河北,邯鄲057150 3.河北省兒童醫(yī)院感控科,河北,石家莊050051 4.河北醫(yī)科大學(xué)第三醫(yī)院感控科,河北,石家莊050051
★通訊作者:馮忠軍,E?mail:fz702@sina.com
[ABSTRECT] Abnormal uric acid metabolism is the main cause of hyperuricemia and gout.A variety of urate transporters affect the absorption and excretion of uric acid.In recent years,scholars have paid close attention to the ATP?binding cassette superfamily G member 2(ABCG2).ABCG2 is expressed on the cell membrane and in the brush border of the epithelial cells lining the proximal convoluted tubule and can transport uric acid.The functional obstacle hampering the kidney and intestine in the excretion of uric acid,causes high blood uric acid and gout.In this review,the research progress of the correlation between ABCG2 gene single nucleotide polymorphisms and the incidence of gout will be reviewed.