산-염기 평형장애나 전해질 불균형은 신요세관에서 HCO₃- 재흡수가 증가되거나 감소되는 것과 연관이 있다고 알려져 있다. 칼륨 제한시 대사성 알칼리증을 유발시킨다는 것은 연구자간에 일치하나 이와 관련된 Na+/H+ exchanger (NHE-3) 와 Na+/ HCO₃- cotransporter (NBC)에 대한 연구는 주로 기능적인 것에 국한되어 있고 또한 연구자 간에도 차이가 있다. 본 연구는 흰쥐 신장에서 칼륨 제한식이 시기에 따라 NHE-3와 NBC-1의 신장내 발현 및 분포의 변화를 Western 분석과 면역조직화학적 방법으로 관찰하였다. Western 분석 소견에서 NHE-3 단백은 83 KDa 정도이고 정상 식이군에서 상당량 발현되었으며 칼륨 제한 식이군에서 정상 식이군에 비해 유의한 증가를 보였다. NBC-1 단백은 110 KDa 정도이고 정상 식이군에 비해 칼륨 제한 식이군에서 증가하였으며 특히 칼륨 제한 식이 1주에서 유의한 증가를 보였다. 면역조직화학 소견에서 NHE-3 단백은 토리쪽세관 상피세포 중 S3 부위에서 강하게 발현되었고, S1, S2 부위에서는 중등도로 발현되었다. 면역반응성은 토리쪽 세관세포의 첨부세포막과 솔가장자리에서 관찰되었다. 칼륨 제한 식이군에서 면역반응 부위는 정상 식이군과 차이가 없었으나 면역반응성은 Western 분석 소견에서와 같이 현저히 증가하였다. NBC-1 단백은 토리쪽세관 S1, S2 부위에서는 강하게 발현되었으나, S3 부위에서는 발현되지 않았다. 면역반응성은 토리쪽세관세포의 기저외세포막에서 관찰되었다. 칼륨 제한 식이군에서 면역반응 부위는 정상 식이군과 차이가 없었으나 면역반응성은 Western 분석 소견에서와 같이 칼륨제한 식이 1주에서 현저히 증가하였다. 이상의 소견은 칼륨 제한시 신장 토리쪽세관에서 NHE-3와 NBC-1의 단백 발현 증가가 혈액내로 HCO₃- 의 재흡수를 항진시켜 대사성 알칼리증을 유지할 것으로 생각되었다.
A number of acid-base or electrolyte disorders are associated with decreased or increased HCO₃- reabsorption in the renal tubules. There has been a general agreement that potassium depletion induces and maintains metabolic alkalosis in rats. However, many researchers have approached such issue only from functional studies to investigate Na+/H+ exchanger (NHE-3) and Na+/HCO₃- cotransporter (NBC) activity which closely relates to potassium depletion. In addition the results obtained vary according to their researchers. Thus the present study was employed Western blot analysis and immunohistochemistry together, to examine the alterations of expression and distribution of NHE-3 and NBC-1 with reference to HCO₃- reabsorption in the kidneys of rats fed potassium free diets according to the periods. Western blot analysis demonstrated that NHE-3 protein, ~83 kDa at molecular mass, was abundantly expressed in normal group. All potassium-depleted groups showed significantly increased NHE-3 protein compared to normal group. NBC-1 protein, ~110 kDa at molecular mass, was moderately expressed in normal group. All potassium-depleted groups had much higher amounts of the protein than normal group. There was a highly increased amount of NBC-1 protein especially in K-depleted 1 week group. Immunohistochemistry showed positive immunoreactivity of NHE-3 in the apical membranes and brush borders of proximal renal tubule cells. Its reactivity was most prominent in the S3. S1 and S2 had moderate immunoreactivity. Potassium-depleted groups had an identical pattern of cellular labeling of NHE-3 protein compared with that of normal group. However the signal intensity of NHE-3 protein in potassium-depleted groups was much higher than that of normal group. Immunoreactivity of NBC-1 was observed exclusively in the basolateral plasma membranes of proximal tubule cells. There was a strong reactivity in the S1 and S2, whereas S3 did not show any reactivity. Potassium-deprived rats exhibited an identical pattern of cellular labeling of NBC-1 protein compared with that of normal rats. However, the signal intensity of NBC-1 protein was markedly increased in potassium-deprived rats. These results suggest that increased NHE-3 and NBC-1 expression resulted from potassium depletion in the renal proximal tubules, enhances HCO3- reabsorption and consequently maintains metabolic alkalosis.
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