人腎小管細(xì)胞中與生物相關(guān)的流體剪切應(yīng)力三維建模模擬體內(nèi)轉(zhuǎn)錄剖面

腎臟對(duì)人體的穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)至關(guān)重要。它能夠?qū)崿F(xiàn)生理和調(diào)節(jié)功能，包括通過控制細(xì)胞外液量調(diào)節(jié)血壓，維持pH平衡，保持適當(dāng)?shù)碾娊赓|(zhì)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(xì)胞 (PTC)，這是一種負(fù)責(zé)活性蛋白運(yùn)輸和腎臟重吸收功能的特殊細(xì)胞類型。腎近端小管是溶質(zhì)重吸收、分泌的主要部位，同時(shí)，也是腎臟疾�。ò�括藥物引起的毒性）的起源地。
 

而二維細(xì)胞培養(yǎng)系統(tǒng)的人近端小管細(xì)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(duì)于理解腎臟疾病和藥物毒性至關(guān)重要。
 

今天所要分享的內(nèi)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(xué)報(bào)告。文章主要是基于微流控芯片的3D模型中對(duì)人類RPTEC/TERT1 細(xì)胞（人近端小管樣上皮細(xì)胞）進(jìn)行 RNA 測(cè)序，以確定轉(zhuǎn)錄組變化。
 

實(shí)驗(yàn)測(cè)量了在三種不同流體剪切應(yīng)力下處理該裝置中的細(xì)胞后的轉(zhuǎn)錄變化。觀察到 FSS 改變了 PTC 特異性基因的表達(dá)，并在全基因組關(guān)聯(lián)研究 (GWAS) 中改變了先前與腎臟疾病相關(guān)的基因的表達(dá)。
 

部分實(shí)驗(yàn)結(jié)果
 

1.流體剪切應(yīng)力影響人腎近端小管細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄組譜
 

為了研究流體剪切應(yīng)力 (FSS) 誘導(dǎo)的全局基因表達(dá)變化，實(shí)驗(yàn)使用 RNA 測(cè)序來測(cè)量暴露于 0.1 dyn/cm2、0.25 dyn/cm2或 0.5 dyn/cm2 流體剪切應(yīng)力24 小時(shí)后的的RPTEC/TERT1 細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組譜。
 

該芯片由三個(gè)平行通道組成，允許以小管狀形狀進(jìn)行三維生長。實(shí)驗(yàn)將這些 FSS 條件中的每一個(gè)與在靜態(tài)條件下維護(hù)的同一芯片上的控制通道進(jìn)行了比較。我們從這些細(xì)胞中分離出總 RNA 并進(jìn)行了 RNA 測(cè)序。我們分析了 FSS 處理的樣品與靜態(tài)對(duì)照樣本，以闡明 FSS 改變的整體轉(zhuǎn)錄組譜。
 

2.流體剪切應(yīng)力誘導(dǎo)相應(yīng)基因的內(nèi)吞過程和重吸收
 

實(shí)驗(yàn)測(cè)量了生理 FSS 或靜態(tài)條件 24 小時(shí)后設(shè)備中人 RPTEC/TERT1 細(xì)胞的細(xì)胞白蛋白攝取。從流動(dòng)中取出細(xì)胞并用 FITC 偶聯(lián)的白蛋白處理，并使用熒光顯微鏡測(cè)量攝取。
 

與靜態(tài)條件下生長的細(xì)胞相比，F(xiàn)SS下細(xì)胞對(duì)FITC偶聯(lián)白蛋白的攝取顯著增加。實(shí)驗(yàn)觀察到的 FITC-白蛋白活性轉(zhuǎn)運(yùn)的增加可能是由流動(dòng)動(dòng)力學(xué)機(jī)制引起的轉(zhuǎn)運(yùn)增加所介導(dǎo)的。
 

3.異生物質(zhì)外排轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的表達(dá)隨流體剪切應(yīng)力而變化
 

實(shí)驗(yàn)使用熒光圖像分析來測(cè)量 FSS 暴露后外排轉(zhuǎn)運(yùn)活動(dòng)的變化。在生理流體剪切應(yīng)力 (0.5 dyn/cm2) 下保持在靜態(tài)條件下的細(xì)胞中染料 Calcein-AM 和 CMFDA 的細(xì)胞積累。當(dāng)轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白主動(dòng)流出底物時(shí)，熒光的減少是轉(zhuǎn)運(yùn)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(shí)驗(yàn)結(jié)論
 

本研究展示了一種3D模型的實(shí)用性，用于模擬人腎近端小管細(xì)胞的體內(nèi)功能。利用基因組學(xué)和功能分析表明，在3D流體設(shè)備中流體剪切應(yīng)力下的細(xì)胞能夠具有關(guān)鍵的PTC功能，并顯示預(yù)期的PTC轉(zhuǎn)錄組譜，包括緊密連接的形成、藥物外流、離子和溶質(zhì)運(yùn)輸以及內(nèi)吞作用。這是對(duì)RPTEC/TERT1細(xì)胞對(duì)FSS反應(yīng)的首次轉(zhuǎn)錄組分析，不同的流速也表面可能與腎臟疾病有關(guān)的差異。
 

對(duì)腎功能和疾病的研究結(jié)果和正在進(jìn)行的研究可以從更具生物學(xué)相關(guān)性的 PTC 模型中受益。這種新型體外模型為研究腎臟藥理學(xué)、腎臟藥物轉(zhuǎn)運(yùn)和與人類腎臟生物學(xué)相關(guān)的毒性提供了一種有用的方法。
 

參考文獻(xiàn)：

[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/