標題：The AE4 transporter mediates kidney acid-base sensing  

AE4 轉運蛋白介導腎臟酸堿感應

來源：Nature Communications 26 May 2023

  

摘要內容

 

本研究揭示了腎臟遠端腎單位中介細胞（intercalated cells, ICs）特異性表達的Na?依賴性Cl?/HCO??交換蛋白AE4（Slc4a9）在酸堿平衡調節中的核心作用。AE4缺失小鼠（Ae4?/?）在代謝性堿中毒或酸中毒條件下無法感知并糾正酸堿失衡，導致嚴重的酸堿紊亂。機制上，AE4缺失阻斷了Cl?/HCO??交換蛋白pendrin（Slc26a4）的適應性調節功能，進而損害HCO??的分泌或重吸收。該研究首次將AE4鑒定為腎臟感知酸堿狀態變化的關鍵元件。

 

研究目的

 

明確AE4在腎臟酸堿穩態中的生理功能，驗證其是否參與酸堿感應機制，并闡明其如何調控pendrin介導的HCO??分泌。

 

研究思路

模型構建：使用AE4基因敲除小鼠（Ae4?/?）與野生型（Ae4?/?）對照。  

 

干預設計：  

 

鹽耗竭（低鹽飲食）評估血容量調節功能。  

 

堿負荷（低鹽飲食 + NaHCO?飲水）誘導代謝性堿中毒。  

 

酸負荷（低鹽飲食 + NH?Cl飲水）誘導代謝性酸中毒。  

多層面檢測：  

 

分子水平：mRNA與蛋白表達（Western blot）。  

 

細胞水平：免疫熒光定位pendrin分布。  

 

功能水平：離體腎小管灌流測定pendrin活性、尿液HCO??分泌及血液/尿液生化分析。  

 

測量數據及研究意義

血漿電解質與酸堿指標（圖1d, 1e, 3a）  

 

數據：Ae4?/?小鼠在鹽耗竭后出現低氯性堿中毒（↓血漿[Cl?]、↑血漿[HCO??]）；酸負荷后酸中毒更嚴重（↓血pH、↑血漿[Cl?]）。  

 

意義：證明AE4缺失導致系統性酸堿失衡，提示其感應功能喪失。  

Pendrin表達與定位（圖2a–d, 3b–d）  

 

數據：堿負荷時，野生型pendrin mRNA/蛋白表達↑且膜轉位↑，而Ae4?/?無響應；酸負荷時，野生型pendrin表達↓且膜定位減少，Ae4?/?無變化。  

 

意義：AE4是pendrin響應酸堿狀態的關鍵調控因子。  

Pendrin活性與尿液HCO??分泌（圖2e–f）  

 

數據：離體腎小管灌流顯示，堿負荷后野生型pendrin活性↑，尿[HCO??]↑，Ae4?/?無變化。  

 

意義：AE4缺失直接損害pendrin功能，導致HCO??分泌障礙。  

尿液pH與可滴定酸（TA）（圖3e–f）  

 

數據：酸負荷后Ae4?/?尿液pH高于野生型，且TA排泄與血漿[HCO??]關系異常。  

 

意義：AE4缺失削弱酸化能力，提示pendrin抑制失敗導致HCO??持續丟失。  

 

丹麥Unisense電極測量數據的研究意義

 

測量方法（Methods: Urine analysis）  

使用Unisense pH-200微電極（精度0.001 pH單位）測定尿液pH（圖3e）。  

詳細意義：  

高靈敏度檢測：精準捕捉AE4?/?小鼠在酸負荷下尿液pH的細微變化（野生型尿pH顯著↓，Ae4?/?僅輕微↓），揭示其腎臟酸化功能缺陷。  

 

 

機制關聯：結合可滴定酸（TA）數據（圖3f），證明AE4缺失導致pendrin無法正常抑制，使腎臟在酸中毒時仍持續分泌HCO??（而非重吸收），加劇酸中毒。  

 

技術優勢：該電極的高分辨率為病理條件下（如腎小管酸中毒）的尿液酸化能力評估提供了可靠工具。  

 

結論

AE4是β型介細胞的基底側酸堿傳感器，通過調節HCO??內流控制pendrin表達與活性。  

 

堿中毒時，AE4促進HCO??內流→pendrin激活→HCO??分泌↑；酸中毒時則相反（圖4模型）。  

 

AE4缺失導致腎臟喪失酸堿感知能力，引發危及生命的酸堿紊亂，為相關疾病（如代謝性堿中毒/酸中毒）提供新治療靶點。