The choroid plexus sodium-bicarbonate cotransporter NBCe2 regulates mouse cerebrospinal fluid pH  

脈絡(luò)叢鈉-碳酸氫鹽共轉(zhuǎn)運(yùn)體NBCe2調(diào)節(jié)小鼠腦脊液pH  

來源：The Journal of Physiology, Volume 596, Issue 19, 2018, Pages 4709-4728

《生理學(xué)雜志》，第596卷第19期，2018年，第4709-4728頁

 

摘要  

摘要闡述了研究假設(shè)脈絡(luò)叢上皮（CPE）通過擠出酸堿當(dāng)量來調(diào)節(jié)腦脊液（CSF）pH，從而維持正常腦功能。研究通過確定電致性鈉-碳酸氫鹽共轉(zhuǎn)運(yùn)體NBCe2對CSF pH調(diào)節(jié)的貢獻(xiàn)來檢驗(yàn)這一假設(shè)。研究生成并驗(yàn)證了新型NBCe2（Slc4a5）敲除（KO）小鼠。與對照小鼠相比，NBCe2 KO小鼠CPE細(xì)胞在細(xì)胞內(nèi)堿化后的堿擠出率降低了77%。在高碳酸血癥誘導(dǎo)的酸中毒期間，NBCe2 KO小鼠和CPE靶向NBCe2 siRNA敲低小鼠的CSF pH恢復(fù)分別減少了約85%和90%。NBCe2 KO不影響基線呼吸頻率或潮氣量，且NBCe2 KO和野生型（WT）小鼠對5% CO2暴露的呼吸反應(yīng)相似。NBCe2 KO小鼠在藥理學(xué)或加熱誘導(dǎo)的癲癇發(fā)作發(fā)展中未受到保護(hù)?？傊ㄟ^證明NBCe2在高碳酸血癥誘導(dǎo)的酸中毒后對正常CSF pH恢復(fù)是必需的，研究確立了CPE參與CSF pH調(diào)節(jié)的概念。

 

研究目的  

研究目的是測試CPE介導(dǎo)的CSF pH調(diào)節(jié)的假設(shè)，通過確定NBCe2在酸中毒期間對CSF pH恢復(fù)的貢獻(xiàn)，探究其在腦酸堿平衡調(diào)節(jié)中的分子機(jī)制。

 

研究思路  

研究思路包括生成新型NBCe2敲除小鼠模型，使用Cre-Lox系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)靶向刪除（針對第13外顯子）。通過體外實(shí)驗(yàn)測量CPE細(xì)胞的細(xì)胞內(nèi)pH恢復(fù)速率（使用SNARF和BCECF熒光染料），評估堿擠出能力。通過體內(nèi)實(shí)驗(yàn)，使用丹麥Unisense電極連續(xù)記錄側(cè)腦室CSF pH，監(jiān)測高碳酸血癥（5% CO2吸入）誘導(dǎo)的酸中毒及恢復(fù)過程。采用siRNA敲低（KD）技術(shù)特異性靶向CPE的NBCe2表達(dá)以驗(yàn)證特異性。通過呼吸測量（氣壓法）和血液氣體分析評估全身呼吸反應(yīng)和酸堿狀態(tài)。通過藥理學(xué)（戊四氮）和熱誘導(dǎo)實(shí)驗(yàn)評估癲癇易感性。使用免疫印跡、免疫組化和qPCR驗(yàn)證蛋白表達(dá)和基因敲除效率。

 

測量的數(shù)據(jù)及研究意義  

1 堿擠出率數(shù)據(jù)：來自圖6，顯示NBCe2 KO小鼠CPE細(xì)胞在細(xì)胞內(nèi)堿化后堿擠出率降低77%。研究意義是直接證明NBCe2在CPE細(xì)胞堿擠出中的關(guān)鍵作用，支持其作為堿擠出器的功能。  

 

 

 

2 CSF pH恢復(fù)數(shù)據(jù)：來自圖7，顯示NBCe2 KO和KD小鼠在高碳酸血癥期間CSF pH恢復(fù)減少85-90%。研究意義是證實(shí)NBCe2在體內(nèi)酸中毒后CSF pH恢復(fù)中的必要性，揭示其在腦酸堿平衡中的核心作用。  

 

 

 

 

3 呼吸參數(shù)數(shù)據(jù)：來自圖7A-B，顯示NBCe2 KO小鼠基線呼吸和5% CO2暴露下的呼吸反應(yīng)與WT無差異。研究意義是排除全身呼吸代償差異對CSF pH結(jié)果的影響，突出NBCe2的局部作用。  

4 血液氣體數(shù)據(jù)，顯示NBCe2 KO小鼠動脈PCO2和標(biāo)準(zhǔn)HCO3-降低。研究意義表明KO小鼠存在代償性酸堿紊亂，反映長期NBCe2缺失的全身效應(yīng)。  

5 癲癇易感性數(shù)據(jù)：來自圖8，顯示NBCe2 KO小鼠在戊四氮或熱誘導(dǎo)癲癇中未受保護(hù)。研究意義是表明NBCe2缺失不改變癲癇閾值，提示其可能不直接參與癲癇相關(guān)的pH急變調(diào)節(jié)。  

 

6 蛋白表達(dá)和定位數(shù)據(jù)：來自圖3-5，顯示NBCe2 KO不影響其他關(guān)鍵轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白（如Na+,K+-ATPase、AQP1、NKCC1、AE2、Ncbe）的表達(dá)和定位。研究意義是確認(rèn)KO模型的特異性，表型非由其他蛋白紊亂引起。  

 

 

 

 

結(jié)論  

1 NBCe2是CPE細(xì)胞的主要堿擠出器，對細(xì)胞內(nèi)堿化后的堿擠出至關(guān)重要，缺失導(dǎo)致堿擠出率顯著降低。  

2 NBCe2是體內(nèi)高碳酸血癥誘導(dǎo)酸中毒后CSF pH恢復(fù)的必要因素，缺失使pH恢復(fù)大幅減少，證明CPE通過NBCe2調(diào)節(jié)CSF pH。  

3 NBCe2缺失不影響基線呼吸或?qū)Ω咛妓嵫Y的呼吸反應(yīng)，但導(dǎo)致代償性血液酸堿參數(shù)改變，表明其全身長期效應(yīng)。  

4 NBCe2缺失不提供抗癲癇保護(hù)，提示其在癲癇相關(guān)pH急變中可能非關(guān)鍵角色。  

 

使用丹麥Unisense電極測量數(shù)據(jù)的研究意義  

使用丹麥Unisense電極（如玻璃微電極和光學(xué)pH微傳感器）進(jìn)行CSF pH連續(xù)測量具有重要研究意義。該電極提供高精度、實(shí)時監(jiān)測（每2-3秒一個數(shù)據(jù)點(diǎn)），能可靠捕捉CSF pH的動態(tài)變化，如HCl注射或高碳酸血癥引起的快速pH變化（圖7C-D）。研究意義在于：首先，它允許直接、原位監(jiān)測腦室pH，避免了采樣干擾，真實(shí)反映生理?xiàng)l件下的pH調(diào)節(jié)過程；其次，高靈敏度能檢測微小pH變化（如0.01 pH單位），從而準(zhǔn)確量化恢復(fù)速率，揭示NBCe2缺失導(dǎo)致的恢復(fù)缺陷；最后，結(jié)合校準(zhǔn)技術(shù)（多點(diǎn)或單點(diǎn)校準(zhǔn)），電極數(shù)據(jù)確?？煽啃?，為體內(nèi)表型驗(yàn)證提供關(guān)鍵工具。這種技術(shù)增強(qiáng)了實(shí)驗(yàn)的時空分辨率，是理解腦酸堿平衡動態(tài)調(diào)節(jié)不可或缺的手段。