腎臟對人體的穩(wěn)態(tài)調節(jié)至關重要。它能夠實現(xiàn)生理和調節(jié)功能，包括通過控制細胞外液量調節(jié)血壓，維持pH平衡，保持適當?shù)碾娊赓|平衡，激素的產(chǎn)生，廢物和外來生物的清除。
 

腎單位的腎近端小管 (PT) 包含近端小管細胞 (PTC)，這是一種負責活性蛋白運輸和腎臟重吸收功能的特殊細胞類型。腎近端小管是溶質重吸收、分泌的主要部位，同時，也是腎臟疾病（包括藥物引起的毒性）的起源地。
 

而二維細胞培養(yǎng)系統(tǒng)的人近端小管細胞（hptc）經(jīng)常被用來研究這些過程。但是，這些系統(tǒng)不能模擬濾液流量、流體剪切力（FSS）和功能之間的相互作用，這些功能對于理解腎臟疾病和藥物毒性至關重要。
 

今天所要分享的內容來自于《Scientific Reports 》期刊上名為《Three dimensional modeling of biologically relevant fluid shear stress in human renal tubule cells mimics in vivo transcriptional profiles. 》的一篇科學報告。文章主要是基于微流控芯片的3D模型中對人類RPTEC/TERT1 細胞（人近端小管樣上皮細胞）進行 RNA 測序，以確定轉錄組變化。
 

實驗測量了在三種不同流體剪切應力下處理該裝置中的細胞后的轉錄變化。觀察到 FSS 改變了 PTC 特異性基因的表達，并在全基因組關聯(lián)研究 (GWAS) 中改變了先前與腎臟疾病相關的基因的表達。
 

部分實驗結果
 

1.流體剪切應力影響人腎近端小管細胞的轉錄組譜
 

為了研究流體剪切應力 (FSS) 誘導的全局基因表達變化，實驗使用 RNA 測序來測量暴露于 0.1 dyn/cm2、0.25 dyn/cm2或 0.5 dyn/cm2 流體剪切應力24 小時后的的RPTEC/TERT1 細胞轉錄組譜。
 

該芯片由三個平行通道組成，允許以小管狀形狀進行三維生長。實驗將這些 FSS 條件中的每一個與在靜態(tài)條件下維護的同一芯片上的控制通道進行了比較。我們從這些細胞中分離出總 RNA 并進行了 RNA 測序。我們分析了 FSS 處理的樣品與靜態(tài)對照樣本，以闡明 FSS 改變的整體轉錄組譜。
 

2.流體剪切應力誘導相應基因的內吞過程和重吸收
 

實驗測量了生理 FSS 或靜態(tài)條件 24 小時后設備中人 RPTEC/TERT1 細胞的細胞白蛋白攝取。從流動中取出細胞并用 FITC 偶聯(lián)的白蛋白處理，并使用熒光顯微鏡測量攝取。
 

與靜態(tài)條件下生長的細胞相比，F(xiàn)SS下細胞對FITC偶聯(lián)白蛋白的攝取顯著增加。實驗觀察到的 FITC-白蛋白活性轉運的增加可能是由流動動力學機制引起的轉運增加所介導的。
 

3.異生物質外排轉運蛋白的表達隨流體剪切應力而變化
 

實驗使用熒光圖像分析來測量 FSS 暴露后外排轉運活動的變化。在生理流體剪切應力 (0.5 dyn/cm2) 下保持在靜態(tài)條件下的細胞中染料 Calcein-AM 和 CMFDA 的細胞積累。當轉運蛋白主動流出底物時，熒光的減少是轉運蛋白活性增加的量度。熒光底物積累的減少被量化并以圖形方式證明。
 

實驗結論
 

本研究展示了一種3D模型的實用性，用于模擬人腎近端小管細胞的體內功能。利用基因組學和功能分析表明，在3D流體設備中流體剪切應力下的細胞能夠具有關鍵的PTC功能，并顯示預期的PTC轉錄組譜，包括緊密連接的形成、藥物外流、離子和溶質運輸以及內吞作用。這是對RPTEC/TERT1細胞對FSS反應的首次轉錄組分析，不同的流速也表面可能與腎臟疾病有關的差異。
 

對腎功能和疾病的研究結果和正在進行的研究可以從更具生物學相關性的 PTC 模型中受益。這種新型體外模型為研究腎臟藥理學、腎臟藥物轉運和與人類腎臟生物學相關的毒性提供了一種有用的方法。
 

參考文獻：

[1]Ross Emily J,Gordon Emily R,Sothers Hanna,Darji Roshan,Baron Oakley,Haithcock Dustin,Prabhakarpandian Balabhaskar,Pant Kapil,Myers Richard M,Cooper Sara J,Cox Nancy J. Three dimensional modeling of biologically relevant fluid shear stress in human renal tubule cells mimics in vivo transcriptional profiles.[J]. Scientific reports,2021,11(1):
 

文章來源：http://www.naturethink.com/