Na^+/HCO_3^-共转运体的电生理学原理

离子通道或离子转运体介导的离子跨膜运输是细胞中两种重要的离子跨膜运输方式。与离子通道介导的被动运输不同,离子转运体介导的离子跨膜转运是一种主动运输方式,具有多种独特的生物学特性。本文以Na^+/HCO_3^-共转运体(Na^+/HCO_3^-cotransporter,NBC)为例,对离子转运体的物理化学和电生理学基本原理及其特性进行分析与介绍。从本质上说,离子转运体是一种酶,本文首先从酶促反应的角度,对NBC介导的离子跨膜运输过程进行分析,介绍了离子转运体的化学计量比、表征离子转运效率的转换数及与此相关的离子转运体的运输通量等。本文进一步从热力学的角度对NBC介导Na^+和HCO_3^-跨膜运输的电生理学原理进行了较为详细的分析。通过热力学分析,本文阐释了NBC依据化学计量比决定其离子转运方向的原理。最后,本文对NBC化学计量比的实验测定和化学计量比的生理学意义,即NBC不同工作模式与其在特定组织中的具体生理学过程的关系,进行了讨论。

Na^+/HCO_3-共转运体NBCe1的生理及病理学作用

维持机体的酸碱稳态对各项生理活动的有序进行具有根本性的意义,酸碱紊乱会导致一系列疾病。碳酸氢根(HCO3-)是机体中最重要的酸碱缓冲离子。SLC4家族的HCO3-跨膜转运体是机体最主要的HCO3-跨膜运输载体之一,在细胞的pH调控以及上皮细胞中HCO3-的吸收或分泌过程中起着非常重要的作用。SLC4家族的NBCe1(SLC4A4)是一个生电型的Na+/HCO3-共转运体,在各种组织中有着非常广泛的表达,具有极其重要的生理学作用。在肾脏近端肾小管中,NBCe1负责80%以上的HCO3-的重吸收,对于维持机体全局的酸碱平衡极其重要。人类的SLC4A4突变常导致严重的近端肾小管性酸中毒,且常伴有侏儒症、偏头疼、白内障、青光眼以及牙齿釉质发育异常等。本文对最近十多年来有关NBCe1的结构-功能关系、功能调控机制、NBCe1的生理及病理学作用机理等方面的研究进展进行综述与分析。

近端肾小管碳酸氢根重吸收的分子机制及代谢性酸中毒

肾脏的HCO3-重吸收功能对于维持机体的酸碱平衡具有非常重要的意义,HCO3-重吸收障碍会导致代谢性酸中毒。近端肾小管是HCO3-重吸收最主要的部位,约80%的HCO3-在这里被回收至血液中。经过半个多世纪的研究,人们已经对近端肾小管跨上皮细胞的HCO3-转运过程的分子机制有了比较深入的了解。这个过程涉及到上皮细胞的顶端膜与基底侧膜一系列离子转运体的协同作用。在近端肾小管顶端膜,钠氢交换体NHE3和V型质子泵是介导HCO3-重吸收的两个重要途径。其中NHE3负责约50%,V型质子泵约30%,另外20%由其它途径介导。在基底侧膜,Na+/HCO3-共转运体NBCe1负责将HCO3-转运至组织间隙,完成跨上皮细胞运输过程。在本文中,我们梳理了过去半个世纪关于近端肾小管的HCO3-重吸收分子机制研究的历史脉络,重点阐述了最近十来年相关研究的最新进展,深入讨论近端肾小管上皮细胞中酸碱离子转运体的生理学及病理学作用,并就存在的问题进行探讨与展望。