人类睑板腺和结膜上皮细胞的离子和水转运模型
人类眼表离子与水分转运的模型研究
背景介绍
眼表（ocular surface）在人类生理和疾病中扮演着至关重要的角色，尤其是泪膜（tear film）的稳定性和成分对眼表健康有着直接影响。泪膜由三层组成：外层脂质层（由睑板腺分泌）、中间水样层（由泪腺分泌）和内侧黏液层（由结膜上皮细胞分泌）。泪膜的功能包括提供光滑的光学表面、清除异物以及抵御微生物入侵。眼表功能的异常或缺陷可能导致干眼症（dry eye）等疾病。然而，尽管眼表的重要性不言而喻，关于眼表上皮细胞中离子通道（ion channels）的表达、特性和调控机制的研究却相对匮乏。现有的研究大多依赖于大鼠、小鼠或兔子的动物模型，而关于人类眼表上皮细胞的研究则较为少见。
为了填补这一研究空白，来自法国Poitiers大学、Poitiers大学医院、ImageUP平台以及H4 Orphan Pharma的研究团队开展了一项研究，旨在探索人类结膜上皮细胞（hconec）和睑板腺上皮细胞（hmgec）中离子和水分转运的机制。该研究不仅生成了能够分泌黏液和脂质的人类上皮细胞，还通过Ussing chamber（尤斯室）和定量相位显微镜（quantitative phase microscopy）等技术，详细描述了这些细胞中离子通道和水分通道的表达与功能。
论文来源
该研究由Chloë Radji、Christine Barrault、Roxane Flausse、Nicolas Leveziel、Anne Cantereau、Catherine Bur、Gaëtan Terrasse和Frédéric Becq共同完成，于2025年1月28日发表在《American Journal of Physiology-Cell Physiology》上。研究得到了法国国家研究署（ANR）和新阿基坦大区的资助。
研究流程与结果
1. 人类结膜和睑板腺上皮细胞的生成与鉴定
研究团队首先从人类眼表组织中分离并培养了原代结膜上皮细胞（hconec）和睑板腺上皮细胞（hmgec）。通过免疫荧光染色，研究人员确认了这些细胞的表皮特性，排除了内皮细胞、成纤维细胞和肌成纤维细胞的污染。随后，研究人员通过ELISA实验和油红O染色（Oil Red O staining）分别验证了hconec能够分泌黏液蛋白Muc5AC，而hmgec则能够分泌脂质。这些结果表明，生成的上皮细胞模型能够模拟人类眼表上皮细胞的生理功能。
2. 离子通道的功能研究
为了研究这些细胞中的离子转运机制，研究人员将细胞培养在气液界面（air-liquid interface）条件下，并使用Ussing chamber记录了跨上皮短路电流（transepithelial short-circuit current, isc）。研究发现，在hconec和hmgec的顶膜（apical membrane）上存在多种离子通道，包括阿米洛利敏感的上皮钠通道（ENaC）、cAMP依赖的囊性纤维化跨膜传导调节因子（CFTR）、UTP依赖的TMEM16A以及Chromanol 293B敏感的KCNQ1钾通道。在基底膜（basolateral membrane）上，研究人员还发现了布美他尼敏感的Na-K-Cl共转运体（NKCC）和钡敏感的钾通道。
通过药理学实验，研究人员进一步验证了这些通道的功能。例如，阿米洛利（amiloride）能够抑制ENaC介导的钠电流，而Forskolin（一种cAMP激活剂）和VX-770（一种CFTR增强剂）能够激活CFTR介导的氯离子分泌。此外，UTP能够通过激活P2Y2受体和TMEM16A通道引发短暂的钙依赖的氯离子分泌。
3. 水分转运的研究
研究人员还通过定量相位显微镜（quantitative phase microscopy）测量了hconec和hmgec中的水分转运。研究发现，Forskolin能够通过cAMP途径刺激水分的内流，而氯化汞（HgCl2）则能够抑制这一过程。Western blot实验进一步证实了hconec和hmgec中表达了水通道蛋白AQP3和AQP5，表明cAMP依赖的水分转运主要通过这些水通道蛋白介导。
4. VIP对离子转运的调控
研究还发现，血管活性肠肽（vasoactive intestinal peptide, VIP）能够通过cAMP途径激活CFTR，从而刺激氯离子分泌。VIP的效应呈浓度依赖性，其EC50值在hconec和hmgec中分别为1 nM和8 nM。这一发现表明，VIP在眼表上皮细胞的离子和水分转运中可能发挥重要的生理作用。
结论与意义
该研究首次系统地描述了人类结膜和睑板腺上皮细胞中离子和水分转运的分子机制，提出了一个详细的转运模型。研究不仅填补了人类眼表上皮细胞离子通道研究的空白，还为理解泪液分泌和相关疾病的分子机制提供了重要的实验依据。这些发现可能为干眼症等眼表疾病的治疗提供新的靶点和策略。
研究亮点
- 人类原代细胞的生成：研究首次成功培养并鉴定了能够分泌黏液和脂质的人类结膜和睑板腺上皮细胞，为后续研究提供了可靠的模型。
- 离子通道的全面解析：研究详细描述了ENaC、CFTR、TMEM16A和KCNQ1等多种离子通道在眼表上皮细胞中的表达与功能。
- 水分转运的机制探索：通过定量相位显微镜，研究揭示了cAMP依赖的水分转运机制，并证实了AQP3和AQP5的关键作用。
- VIP的调控作用：研究发现VIP能够通过cAMP途径激活CFTR，为眼表上皮细胞的分泌调控提供了新的视角。
其他有价值的信息
研究团队还提供了实验数据的共享渠道，进一步增强了研究的透明性和可重复性。此外，研究中使用的定量相位显微镜技术为活细胞中水分转运的实时监测提供了新的方法，具有广泛的应用前景。
通过这项研究，我们不仅深入了解了人类眼表上皮细胞中离子和水分转运的分子机制，还为相关疾病的治疗提供了新的思路。未来，基于这些发现的研究有望为干眼症等眼表疾病的治疗带来突破性进展。