NCADPKD中液体压力异常导致囊泡扩

撰文

张天野

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青波

呆板力是影响细胞成长、分裂经过的要害成分。人类肾脏大抵有一百万个肾单元，肾小管逐日重摄取L的水。但暂时尚无对于摄取经过中液体压力构成的呆板力的系统性协商，这主借使由于在实行经过中难以管束和调动液压，且缺少能够同时丈量跨上皮细胞流体通量和液压差的政策。对于肾小管形状改变的肾脏疾病，如常染色体显性多囊肾病(AutosomalDominantPolycysticKidneyDisease,ADPKD)，此中肾小管细胞构成囊肿并一直蔓延，肾小管细胞形状显然反常，其内液压必要产生了改变。但是，流体通量和液压差改变怎样启动肾小管细胞形状改变依然未知。来自JohnsHopkinsUniversity的SeanX.Sun讲解及其团队，对液压怎样影响肾小管细胞改变的经过举行协商切磋，关连效果于年4月，以"Kidneyepithelialcellsareactivemechano-biologicalfluidpumps"为题，发布在NatureCommunications上。

首先，做家为了举行液压关连剖析，开垦了一个微流体安设来协商肾小管上皮细胞的流体输送机制。该安设可同时丈量流过上皮的流体通量和上皮顶端与基底侧的液压，并可完结时刻活细胞成像。该安设的端口2和端口3的微毛细管离别丈量透过上皮的流体通量顶端和基底侧的压力，可探测10Pa领域的压力改变。（图1）

图1微流体安设

接下来，做家将MDCK-II细胞接种在微流体安设中，使细胞展现立方柱状形状，构成单层障蔽，液体可透过顶端侧向基底侧滚动。从顶端到基底侧的跨上皮流体通量(J)跟着透过上皮的静水压力梯度ΔP，即基底侧与顶端侧的压差(ΔP?=?Pbasal–?Papical)的增长而低落。J在ΔP=0（此时压力为零）时最大；J在ΔP为-Pa（此时为失速压力ΔP*)时最小，为零。哄骗J-ΔP弧线（PumpPerformanceCurve,PPC）来表征上皮的液泵性能。经过低落流体浸透压（OSMO），张望到PPC吹捧，证实细胞能自动调理，在低浸透压下增长流体通量。同时证实PPC是灵验的上皮液泵性能表征目标。（图2）

图2低浸透压时J-ΔP弧线（PPC）

在流体输送经过中，一个万分要害的卵白是钠钾泵，即Na+/K+ATP酶(NKA)。它负责定向转运Na+和K+，构成浸透梯度，协助液体输送。NKA在施加压力ΔP?=Pa（ΔP*）后在基底外侧的散布节减；别的，ΔP*时细胞表面涌现F-肌动卵白内陷（图3）。这证实细胞能够自动感知顶端-基底压力差并调理基底外侧的NKA定位，同时使细胞内陷。

图3压力增长后的细胞改变

接下来做家哄骗该安设探求正凡人肾细胞(NHK)和ADPKD患者的囊泡上皮细胞中流体改变。ADPKD中，ΔP*高于一般上皮细胞，托伐普坦医治后有所降落；增长顶端呆板力会致使J降落，ΔP*从-Pa变成Pa，流体方位改变。这些后果提醒ADPKD中，流体通量增长，托伐普坦医治只可到达必要水准的革新。并证实在患者ADPKD囊泡上皮细胞中，液体泵送方位回转，致使顶端侧压力吹捧；进一步，液压改变细胞形状，有助于囊泡的蔓延。

结尾，做家探测了压力改变带来的转录改变。做家在小鼠Pkd2KO细胞和患者囊泡上皮细胞中探测了10个介入调理摄取和浸透的水/离子通道卵白，觉察ΔP?=Pa时，一般细胞水/离子通道卵白编码基因的转录水准低落，独特是NKA。但是，ADPKD细胞对ΔP改变遗失反映；证实ADPKD后，上皮遗失压力传感手腕，致使囊泡不受管束地蔓延。（图4）

图4ADPKD中压力改变后水/离子通道卵白改变

综上，协商人员开垦了一个微流体安设，完结了同时丈量流体通量与上皮顶端-基底侧的液压差，证实肾小管上皮细胞是伶俐的呆板生物流体泵，在上皮细胞中（与流体滚动方位相悖）构成液压差。液压梯度增长会节减钠钾泵的散布。并在患者的ADPKD囊泡细胞中证实ADPKD后细胞的反向泵送效用。并经过肾细胞的转录组证实囊泡细胞的压力敏锐性失落。为液压差和肾脏上皮细胞的流体输送的机制，和ADPKD囊泡不受管束蔓延的机制供给新的见地。