肾脏是人体重要的排泄器官，其主要功能是通过生成尿液以维持机体内环境稳态。在正常饮水情况下，人体肾小球每天滤过的液体总量达180升，滤过液的成分与血浆成分基本相同，称为原尿。原尿中约99%的水在肾单位肾小管和集合管中被重吸收。肾脏对水的重吸收取决于两大因素：一是肾单位肾小管和集合管上皮细胞对水的通透性，即水通道蛋白（AQP）在细胞膜上的表达量；二是促进水重吸收的动力，即肾脏髓质高渗浓度梯度的建立[1, 2]。尽管肾脏皮质部组织液与血浆渗透压（300 mOsm）相当，但髓质部渗透压随外髓、内髓和肾乳头逐渐升高，分别增加约2倍（600 mOsm）、3倍（900 mOsm）和4倍（1200 mOsm）。肾脏髓质高渗浓度梯度的存在使得位于肾脏髓质的细胞暴露于高渗应激环境中，所有细胞必须适应高渗环境并维持正常功能，以实现集合管上皮细胞对水和钠离子的重吸收实施精细的调控。业已明确，在高渗环境中细胞通过多种渗透压保护机制协同维持其在高渗应激下的生存。渗透压反应元件结合蛋白TonEBP、核因子-κB、核受体FXR、花生四烯酸环氧酶-2（COX-2）代谢产物等都参与了高渗环境下的细胞保护机制[3-6]。然而，高渗条件下肾脏髓质细胞存活及功能维持的确切机制仍有待进一步阐明。
2023年2月2日，澳门威斯人游戏网址医学与健康研究院的张晓燕教授和大连医科大学医学科学研究院的管又飞教授团队在国际知名杂志eLife上在线发表题为“Neutral amino acid transporter SLC38A2 protects renal medulla from hyperosmolarity-induced ferroptosis”的合作研究成果，该研究揭示了肾脏髓质集合管上皮细胞中性氨基酸转运体SLC38A2 (SNAT2)通过抑制细胞铁死亡促进高渗条件下髓质集合管细胞存活的新机制。
eLife刊发张晓燕教授和管又飞教授团队科研成果
首先，研究人员发现高渗条件下肾脏髓质集合管细胞(mIMCD3)出现典型的铁死亡形态特征，包括线粒体萎缩、嵴缺失断裂及细胞膜破坏等。为了证实铁死亡参与了高渗诱导的细胞损伤，分别用铁死亡抑制剂Lip-1和Fer-1预处理mIMCD3细胞，结果发现Lip-1和Fer-1可以剂量依赖性地逆转高渗条件下细胞活力的下降并抑制细胞内脂质ROS的堆积，而铁死亡激动剂Erastin和RSL3则促进高渗条件下细胞活力的下降并增加细胞内脂质ROS的堆积，证实铁死亡是高渗应激条件下肾脏髓质集合管细胞的主要死亡方式。
随后，通过高通量RNA-seq发现，高渗显著诱导氨基酸转运体SLC38A2（SNAT2）表达的增加。SLC38A2主要转运谷氨酸、甘氨酸、谷氨酰胺和半胱氨酸等。通过生物信息学及免疫组化技术分析，发现SLC38A2在小鼠肾脏髓质集合管细胞有高水平的表达，并被禁水处理进一步诱导。接着，构建了Slc38a2的基因敲除（Slc38a2-/-）小鼠，发现Slc38a2的基因缺陷可导致尿液浓缩功能得障碍和尿量显著的增多。与野生型小鼠相比，Slc38a2-/-小鼠禁水后肾脏髓质Fe2+、MDA、4-HNE和8-oxodG的水平明显增加，还原型GSH含量显著减少。这些结果表明，Slc38a2基因缺陷加剧了脱水状态下肾髓质细胞的铁死亡，Slc38a2可以通过抑制高渗条件下的铁死亡保护集合管上皮细胞，进而维持正常肾脏的尿液浓缩能力，从而保证机体水和电解质的平衡。
在机制研究中，研究人员发现NF-κB可以促进Slc38a2基因的转录，而SLC38A2表达及活性的增加可以逆转高渗对mTORC1活性的抑制，继而改善mTORC1活性抑制导致的脂质ROS水平增加和铁死亡的发生。因此，SLC38A2主要通过激活mTORC1通路抑制高渗诱导的铁死亡发生。
综上所述，该研究结果首次发现中性氨基酸转运体SLC38A2是尿液浓缩过程中肾脏髓质细胞的重要保护因子；该研究为阐明肾髓特殊组织结构、理化环境及细胞功能的关系提供了重要实验依据，也为多尿、尿崩症、肝肾综合征等水盐代谢紊乱疾病的治疗提供了新的思路。
大连医科大学博士生杜春秀（现为澳门威斯人游戏网址博士后）为论文第一作者，澳门威斯人游戏网址张晓燕教授与大连医科大学管又飞教授为本研究的共同通讯作者。
参考文献：
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论文链接：Neutral amino acid transporter SLC38A2 protects renal medulla from hyperosmolarity-induced ferroptosis
来源｜医学与健康研究院、科技处 编辑｜孟子楠 编审｜郭文君
