高尿酸血症是一种常见代谢性疾病,与各种疾病的发生发展密切相关。目前,常用于治疗高尿酸血症的临床药物具有一系列的副作用,如严重的皮肤不良反应、肝毒性和胃肠道疾病等。因此,寻找可以改善高尿酸血症的天然产物受到越来越多的关注。虾青素（Astaxanthin,ASX）是一种天然抗氧化剂,广泛分布于雨生红球藻、虾、蟹、鲑鱼等海洋生物中,具有抗炎、抗癌等多种生物活性,但其对高尿酸血症的作用尚未见报道。因此,本研究探究了虾青素改善小鼠急性高尿酸血症及其引起的肾脏损伤的作用,并研究其可能的机制。虾青素作为市场上最强大的类胡萝卜素之一,目前主要依赖化学合成和从雨生红球藻中天然提取获得。然而,通过化学合成而获得的虾青素具有生物安全问题,而藻类培养周期长、生产效率低。近年来,通过代谢工程改造微生物生产虾青素成为一个有效的替代方法。解脂耶氏酵母作为一种产油酵母,具备高产脂溶性良好的类胡萝卜素的潜力。本研究以产β-胡萝卜素的解脂耶氏酵母工程菌为底盘细胞,通过导入异源基因Crt W和Crt Z构建虾青素生产菌株。实验方法:1.虾青素改善小鼠急性高尿酸血症的作用研究:通过连续15天灌胃氧嗪酸钾和次黄嘌呤建立高尿酸血症小鼠模型。测定小鼠血清UA浓度及肝脏中XOD和ADA活性。用RT-PCR和Western blot检测肾脏中UA转运蛋白（OAT1、URAT1、ABCG2和GLUT9）的相对表达水平。用Western blot检测了回肠中ABCG2和GLUT9的相对表达水平。2.虾青素改善小鼠急性高尿酸血症肾损伤的作用研究:测定高尿酸血症小鼠的肾脏指数,并进行肾脏HE染色。检测小鼠血清中Cr和BUN的水平及肾脏中氧化应激指标和炎症因子水平。用Western blot检测肾脏中MAPK、NF-κB和NLRP3信号通路相关蛋白的相对表达水平。用免疫组化法进一步检测p-NF-κB和NLRP3在肾脏中的表达。3.产虾青素解脂耶氏酵母工程菌的构建:首先构建含有异源基因Pa Crt W、Pa Crt Z的整合模块,以产β-胡萝卜素的解脂耶氏酵母工程菌为底盘细胞,通过电转化导入异源基因表达模块,构建产虾青素解脂耶氏酵母工程菌,通过HPLC检测发酵产物。实验结果:1.本研究发现虾青素能使高尿酸血症小鼠血清中UA水平显著降低,并能通过降低肝脏中XOD和ADA的活性来抑制UA合成。虾青素通过下调肾脏中的URAT1和GLUT9的相对表达水平并上调OAT1和ABCG2的相对表达水平促进肾脏中UA的排泄。此外,虾青素能促进肠道中ABCG2的蛋白表达并抑制GLUT9的蛋白表达,从而促进UA在回肠中的排泄。2.虾青素能显著降低高尿酸血症小鼠的肾脏指数、血清中Cr和BUN水平,减轻了肾脏组织学损伤。虾青素还能显著降低肾脏中MDA水平,并显著增加抗氧化酶（CAT、SOD和GSH-Px）的活性。此外,虾青素降低了血清和肾脏中促炎因子（TNF-α、IL-6和IL-1β）的分泌。Western blot结果显示虾青素能通过抑制MAPK、NF-κB和NLRP3信号通路减轻高尿酸血症小鼠的肾脏损伤。此外,免疫组化结果显示虾青素能抑制p-NF-κB和NLRP3的表达。3.本研究构建了整合模块ku70 LHA-PTEFIN-Pa Crt W-TLIP1-PTEFIN-Pa Crt Z-TMIG1-ku70 RHA,并以产β-胡萝卜素的解脂耶氏酵母为底盘细胞,构建了产虾青素的工程菌Y101A01。将所得工程菌进行摇瓶发酵,HPLC检测结果表明发酵产物含有虾青素,其产量为12.41 mg/L。实验结论:虾青素通过调节肝脏中XOD和ADA的活性来减少UA合成,并通过调节肾脏和回肠中转运蛋白的表达来增加UA排泄,从而改善小鼠急性高尿酸血症。虾青素主要通过减轻肾脏的氧化应激及炎症反应,和调节MAPK、NF-κB和NLRP3信号通路来改善高尿酸血症小鼠的肾脏损伤。此外,利用合成生物技术构建了产虾青素的解脂耶氏酵母工程菌,虾青素产量为12.41 mg/L,为以后构建更高效的产虾青素工程菌奠定了基础。