革命性ATP成像技术揭示肾细胞能量的产生

肾脏疾病在日本的患病率一直在上升，目前每8个成年人中就有1人患有肾脏疾病，但开发有效的治疗方法仍然是一项挑战。肾脏是人体能量最密集的器官之一。为了肾脏的功能，它们不断地产生和消耗大量的三磷酸腺苷(ATP)，这是一种人体用来储存和运输能量的化学物质。然而，由于缺乏合适的成像技术，人们对肾脏内ATP的动态变化(ATP生产和利用随时间的变化)知之甚少。

利用一种新开发的ATP成像系统，研究人员能够可视化各种肾细胞中ATP的数量，包括肾单位的深层部分，肾单位是肾脏内的功能单位。这提供了一个详细的看看能量是如何产生和消耗在肾脏的不同部分。这个新系统允许研究人员使用GO-ATeam2小鼠的肾脏切片实时研究ATP动力学，GO-ATeam2小鼠是研究人员最近开发的一种表达ATP生物传感器的转基因小鼠模型。

该研究的一个关键发现是在不同的肾元节段有不同的ATP合成途径。研究发现，近端小管高度依赖氧化磷酸化(OXPHOS)来产生ATP，而足细胞既依赖氧化磷酸化，也依赖葡萄糖转化。在特定片段中产生ATP表明，针对这些途径可能导致更有效的肾脏疾病治疗。

研究人员还使用他们的成像系统来研究疾病模型中的ATP动力学，包括缺血再灌注损伤和化疗引起的损伤。他们发现，在这些模型中，近端小管中的ATP水平受到了特别的影响，这突出了能量代谢在肾损伤中的重要性。

首席研究员Shigenori Yamamoto博士强调，在制定改善肾功能的治疗策略时，了解肾细胞之间复杂的相互作用非常重要。“实验技术允许随着时间的推移分析多种细胞功能，包括我们的新系统，将是一个强大的工具，”他指出。

研究小组计划进一步完善他们的成像技术，并将其用于研究各种肾损伤模型中的ATP动力学，包括与糖尿病、衰老和药物引起的损伤相关的模型。通过更好地了解在这些情况下ATP的产生是如何受到影响的，他们希望找到新的治疗靶点并改善肾脏疾病的治疗方法。

Yamamoto, S., Yamamoto, S., Takahashi, M., Mii, A., Okubo, A., Toriu, N., Nakagawa, S., Abe, T., Fukuma, S., Imamura, H., Yamamoto, M., & Yanagita, M. (2024). Visualization of Intracellular ATP Dynamics in Different Nephron Segments under Pathophysiological Conditions Using the Kidney Slice Culture System. Kidney International