视黄酸诱导的前列腺素I2受体对于斑马鱼近端小管的发育是必需的

《Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Molecular and Cell Biology of Lipids》：Retinoic acid-inducible prostaglandin I 2 receptor is required for the development of proximal tubules in zebrafish

　　

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  IP受体在斑马鱼发育过程中表达于（未来）近端肾小管。
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  IP受体表达由视黄酸及其核受体诱导。
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  IP受体缺乏会损害斑马鱼的肾脏排泄功能。
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  前列环素I₂-IP受体对近端肾小管细胞分化至关重要。
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  前列环素I₂-IP受体有助于肾单位分节区的正常平衡。

引言

肾脏在排泄废物（尿液生成）、调节水和血容量（血压调节）、维持电解质（离子）平衡（酸碱平衡[pH]和渗透压调节）等方面发挥重要作用。在慢性肾脏病等肾脏疾病中，肾功能逐渐衰退，尤其是在终末期肾衰竭中，肾功能严重丧失，需要进行透析治疗或肾移植。然而，目前尚无能够再生丧失的肾组织或恢复肾功能的治愈性治疗方法，迫切需要开发旨在再生和修复受损肾组织以恢复肾功能的新疗法。再生医学领域已取得进展，利用干细胞和类器官（通过模拟发育过程产生），趋势已从"创造肾脏细胞"转向"重新创造发育过程以构建完整的肾脏组织"[1]。肾单位是肾脏的基本结构和功能单位，在发育阶段形成，由高度特化的区段组成，如肾小球和肾小管[2]、[3]。肾单位形成的机制已在多种物种中进行了研究，已知在物种间具有很大相似性[2]、[3]。然而，目前各个特化肾单位区段形成的机制（肾单位分节）尚未得到充分阐明。因此，新的发现被认为在再生医学等领域具有实用价值。

斑马鱼是一种小型鱼类，因其高繁殖能力、透明受精卵和胚胎、母体外快速发育，以及具有约70%的人类基因同源物[4]、[5]，常被用作发育研究的代表性模式生物。这些斑马鱼特性在药物候选物筛选（利用疾病和毒性模型）和毒性评估方面也具有优势[6]、[7]、[8]。此外，斑马鱼胚胎肾脏是研究肾单位分节的有用模型，因为其结构简单（在形态学观察等分析中具有优势），由一对肾单位组成，每个肾单位包括肾小球、近端肾小管、远端肾小管和原肾管[2]、[3]。近端肾小管和远端肾小管进一步分别分为近端曲管（PCT）和近端直管（PST），以及远端早段（DE）和远端晚段（DL）[2]、[3]。这些区段通过表达不同的转运蛋白和离子通道发挥不同的功能[9]、[10]。据报道，视黄酸（RA）对肾单位分节尤为重要，特别是在近端肾小管中，并对后续肾脏功能发挥作用[10]、[11]、[12]。RA来源于维生素A，参与包括肾脏在内的多种器官发育，并通过两种RA核受体发挥其作用，即视黄酸受体（RAR）和视黄醇X受体（RXR）[13]、[14]、[15]。抑制RA合酶会导致近端肾小管细胞分化受损、近端和远端肾小管之间比例失衡，如近端肾小管缩短和远端肾小管延长，以及肾脏功能异常[10]、[11]、[12]、[16]。在受精后约10小时（hpf）时，沿前后轴形成以未来近端肾小管附近为峰值的RA浓度梯度[17]。随后，指定为肾小管细胞的肾小管前体细胞出现，肾小管管腔结构形成，并至约24 hpf时完成肾单位分节[9]、[18]。然后，以RA依赖性方式，PST区域周围的肾小管前体细胞分化为近端肾小管细胞，以及多纤毛细胞，后者通过运动纤毛促进原尿运输[12]、[19]、[20]。向这些细胞的分化受Notch信号通路的拮抗性调控[21]、[22]。在肾单位区段进一步成熟后，肾小球滤过于受精后约2至3天开始[9]。

前列腺素（PG）是花生四烯酸代谢物，由以环氧合酶（COX）为限速酶的路径合成，被释放到细胞外，并通过邻近细胞质膜上的特异性G蛋白偶联受体发挥多种生理和病理作用[23]、[24]、[25]。吲哚美辛等非甾体抗炎药（NSAIDs）是COX的特异性抑制剂，通过抑制PG的产生发挥包括解热、镇痛和抗炎在内的治疗效果。PGI₂是一种代表性PG，由COX之后的PGI₂合酶（PGIS）合成[26]、[27]。PGI₂与PGI₂特异性Gs偶联受体即IP受体结合后，可发挥多种作用。然而，PGI₂-IP受体在发育中的作用仍未知。

为阐明PGI₂-IP受体在发育中的作用，我们使用具有单一IP受体的斑马鱼进行实验，类似于哺乳动物[28]、[29]。在此，我们报告了PGI₂-IP受体对斑马鱼近端肾小管发育是必需的。我们发现，在肾单位分节过程中，近端肾小管中IP受体的表达由RA通过其核受体诱导。反向遗传学和药理学分析表明，抑制PGI₂-IP受体会导致近端肾小管细胞和多纤毛细胞分化受损、近端和远端肾小管之间比例失衡，以及肾脏功能异常，这些与抑制RA合成对肾单位分节产生的效应相似。我们的数据表明，PGI₂-IP受体在RA信号下游的肾单位分节中发挥关键作用。

章节摘要

材料

本研究所使用的材料来源于以下供应商：BMS493、X531和伊前列素购自Cayman Chemical Company（密歇根州安娜堡）；N,N-二乙氨基肉桂醛（DEAB）、RA和吲哚美辛购自Sigma-Aldrich（密苏里州圣路易斯）。所有其他化学品均为试剂级的商业产品。

肾单位分节过程中近端肾小管中RA诱导的IP受体表达及肾单位进一步成熟

为调查PGI₂和IP受体在胚胎发生中是否发挥重要作用，我们利用全标本原位杂交分析了IP受体mRNA（ptgir）在斑马鱼发育各阶段的表达（图1A）。在18、24和48 hpf时，在斑马鱼躯干两侧检测到IP受体mRNA衍生的信号，表明IP受体在肾单位分节及区段进一步成熟过程中表达于肾脏。与信号相比

讨论

在肾单位分节中，形成了以未来近端肾小管区域为峰值的RA浓度梯度，RA负责近端肾小管细胞和多纤毛细胞的分化以及近端和远端肾小管之间的平衡命运决定。事实上，抑制RA合成会导致近端肾小管细胞和多纤毛细胞分化受损、近端和远端肾小管之间比例失衡（近端肾小管缩短和

CRediT作者贡献声明

Naoyuki Watanabe：撰写——初稿，可视化，验证，调查，形式分析，数据整理。Koichiro Kishimoto：验证，方法学，调查，形式分析，数据整理。Kyoshiro Tsuge：调查。Takuya Iwaana：验证，调查。Tomoaki Inazumi：监督。Atsuo Kawahara：方法学，调查。Yukihiko Sugimoto：监督，资助获取，概念设计。Soken Tsuchiya：撰写——审阅与编辑，撰写——初稿，

利益冲突声明

我们在此声明，所有作者均已批准投稿并声明无利益冲突，该手稿尚未发表，也未在任何语言中以任何形式全部或部分在其他地方考虑发表。

致谢

我们感谢T. Sugimoto、F. Momotomi、Y. Mori、A. Ojiro、S. Ma、R. Nakao、R. Yagyu、M. Noma、H. Makino、H. Sueyoshi和K. Seguchi提供的技术支持，感谢A. Popiel提供的宝贵建议，感谢K. Nakayama提供的建议及对稿件的审阅。本研究由JSPS KAKENHI基金号18H04886、24 K09815（授予S.T.）资助，由KUMAYAKU校友协会研究基金（授予S.T.）资助，以及由JST SPRING，基金号JPMJSP2127（授予N.W.）资助。

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