碳酸氢根转运体NBCn2在肾脏酸碱平衡调控中的作用

It is of fundamental significance to maintain acid-base homeostasis in the body. The electroneutral sodium coupled HCO3- transporter NBCn2, encoded by SLC4A10 which belongs to the solute carrier family 4 (SLC4), plays critical roles in intracellular pH regulation as well as transepithelial HCO3- movement. In human, dysfunction of SLC4A10 is associated with multiple pathological conditions. By 5'-RACE and cDNA cloning, we have identified a series of novel NBCn2 variants. Our data indicate that SLC4A10 contains three distinct promoters in charge of expression of NBCn2 variants with different amino termini. One of these promoters is responsible for the specific expression of a type of NBCn2 in the kidney-the first demonstration that NBCn2 is expressed in the kidney. It is well known that HCO3- reabsorption by renal tubules plays an essentially important role maintaining global acid-base homeostasis in the body. In the present study, we will investigate the role of NBCn2 in acid-base transport in the kidney. First, using luciferase reporter assay, we will elucidate the cell-type specificity of different promoters of Slc4a10 in different model cell lines, as well as the response of these promoters to acid stimuli in cell culturte. Second, to understand the physiological role of NBCn2 in the kidney, we will examine, by immunocytochemistry, the cellular localization of NBCn2 proteins in renal tubules. Thirdly, we will examine the effect of acid-base stress, including metabolic acidosis, chronic hypoxia, on the expression of NBCn2 in rat kidney. Finally, we will investigate the effect of structural variations of NBCn2 variants on the HCO3- transport activities of the transporter. Our study will provide, from the gene, molecular, as well as system levels, critical insights into our understanding of the physiological as well as pathological roles of NBCn2 in the kidney.

钠离子偶联的HCO3-转运体NBCn2（简称n2）是一个重要的pH调控蛋白，与多种人类疾病有着密切关联。在前期研究中，我们发现编码n2的基因SLC4A10具有三个启动子，其中一个控制一类我们新发现的n2剪接异构体在肾脏中的特异表达。这也是首次阐明n2在肾脏中有表达！肾脏是极为重要的过滤与重吸收器官，肾脏碳酸氢根重吸收对于维持机体的酸碱稳态有很关键的作用。在此，我将对n2在肾脏酸碱平衡调控分子机制中的作用进行研究。研究内容主要包括：①通过报告基因研究n2的不同启动子在肾脏模式细胞HEK293等细胞系中的表达特异性及其对酸碱刺激的应答机制；②阐明n2在肾小管上皮细胞中的表达定位；③通过代谢性酸中毒等模型研究n2在肾脏中的作用；④通过电生理学技术研究n2异构体的离子转运活性。这些研究将对从基因、分子、系统水平了解n2在机体酸碱平衡调控机制中的作用及代谢性酸中毒的病理机制具有重要科学意义。

NBCn2是一个非常重要的钠离子碳酸氢钙转运体，参与细胞pH调控。NBCn2由Slc4a10基因编码，在中枢系统中具有非常丰富的表达，与神经元兴奋性的调控具有密切关系，与癫痫、智障、自闭症等疾病有密切关系。然而，在本项目之前，NBCn2在其他系统中的作用鲜有研究。. 我们发现肾脏中可表达三类NBCn2异构体：两类全长的MCDL-NBCn2和MEIK-NBCn2及一类Nt截短的MHAN-NBCn2。本项目的主要目标是NBCn2在肾脏中的生理学作用。.通过本项目的研究，我们在了解Slc4a10基因的结构与功能方面取得了一些新进展，发现Slc4a10有三个启动子，不同启动子的转录与表达具有高度组织特异性；发现了Slc4a10多个新的外显子，克隆了一系列新的NBCn2异构体。这些研究成果对深入了解NBCn2的表达调控机制及其结构与功能有重要意义。. 肾脏在机体酸碱平衡调控中起着极其重要的作用。通过蛋白印迹、免疫荧光技术，我们对不同NBCn2异构体在大鼠肾脏中的表达及组织分布进行了研究，发现MCDL-NBCn2主要分布在近端肾小管上皮细胞顶膜，而MEIK-NBCn2主要表达在髓绊升段粗支（mTAL）和内髓集合管基底侧膜。动物模型及数学动力学模拟等结果表明MCDL-NBCn2是近端肾小管一种新的HCO3–重吸收机制。. 我们的结果对传统的近端肾小管酸碱转运机制提出了重要的补充和修正。传统理论认为，近端肾小管HCO3–重吸收完全依赖于NHE3和V-ATPase介导的质子分泌，HCO3–与H+结合被中和为CO2，CO2被上皮细胞吸收。我们的发现表明近端肾小管可以通过NBCn2直接以离子的形式完成HCO3–重吸收。而且，我们发现NBCn2和NHE3在肾脏的HCO3–重吸收和H+分泌中具有不同的效率。我们的发现可以很好的解释代谢性酸中毒、代谢性碱中毒条件下肾脏NBCn2及NHE3表达水平的适应性表达。.我们的这些研究结果引起了较大的反响，论文发表后，Nature Review Nephrology专门进行了报道。我们的研究大大拓展了人们关于NBCn2生理学作用的认识，拓展了关于NBCn2的研究领域，对了解肾脏调控机体酸碱稳态的机制、机体水盐平衡调控机制及肾脏与高血压的关系等研究均有重要科学意义。