電子中性Na輸送の障害とそれに伴うNHE3のダウンレギュレーションが下痢の発症に寄与していることを明らかにした

Impairment of electroneutral Na transport and associated downregulation of NHE3 contributes to the development of diarrhea following in vivo challenge with spp.

• Cole B Enns
• Brandon A Keith
• Nitin Challa
• John C S Harding
• Matthew E Loewen

抄録

実験的感染後の豚の下痢性疾患への影響を明らかにするために、大腸内のNa輸送に対するスピロケトーシスの影響を評価した。ウッシング室における電気的および電気中性Na吸収を，放射性標識Naフラックスおよび薬理学的阻害性試験により評価した．基底部の放射性標識Naフラックス実験では，粘膜から血清へのフラックス()が有意に障害されていることが明らかになった．アミロリドを介した上皮ナトリウムチャネルの阻害は、罹患豚の近位、先端、遠位の大腸セグメントにおける電気原性短絡電流（）を対照豚に比べて有意に減少させなかったことから、電気中性ナトリウム吸収の損失が下痢の発生に関与していることが示唆された。これらの所見は、近位、尖端、遠位の大腸セグメントにおけるNa/H交換体（NHE1、NHE2、およびNHE3）のmRNA発現の有意なダウンレギュレーションと、重要なNHE3アイソフォームのタンパク質発現の低下によって、さらに支持された。NHE3 mRNA発現の減少は、ヒトIL-1αがCaco-2細胞のNHE3 mRNA発現を変化させなかったため、宿主のサイトカイン反応に起因するものではないようである。しかし、全細胞溶解液は、Caco-2 細胞において NHE3 mRNA 発現を有意に抑制し、p38 リン酸化を有意に増加させた。以上の結果から、スピロチートが NHE3 の転写を阻害することにより、ブタの大腸における電子中性 Na の吸収が低下し、下痢性疾患を引き起こすという、スピロチートによる吸収不良性下痢のメカニズムが明らかになりました。本研究では、2 種類の感染性スピロケテ属菌による下痢症が、豚の大腸における Na/H exchanger 3（NHE3）を介した電子中性 Na 吸収障害の結果であることを明らかにしました。これらの知見は、NHE3のmRNAおよびタンパク質の減少は、宿主のサイトカイン反応の結果ではないことを示唆している。むしろ、これら2種の植物がNHE3の転写・翻訳を直接阻害し、下痢を発症させていると考えられた。

The effect of and spirochetosis on Na transport was assessed in the colon to determine its contribution to diarrheal disease in pigs following experimental infection. Electrogenic and electroneutral Na absorption was assessed in Ussing chambers by radiolabeled Na flux and pharmacological inhibitory studies. Basal radiolabeled Na flux experiments revealed that mucosal-to-serosal flux () was significantly impaired in and -diseased pigs. Inhibition of epithelial sodium channel via amiloride did not significantly reduce electrogenic short-circuit current () in the proximal, apex, and distal colonic segments of diseased pigs over control pigs, suggesting that a loss of electroneutral Na absorption is responsible for diarrheal development. These findings were further supported by significant downregulation of Na/H exchanger (NHE1, NHE2, and NHE3) mRNA expression in the proximal, apex, and distal colonic segments paired with decreased protein expression of the critical NHE3 isoform. The decrease in NHE3 mRNA expression appears not to be attributed to the host's cytokine response as human IL-1α did not modify NHE3 mRNA expression in Caco-2 cells. However, a whole cell lysate significantly downregulated NHE3 mRNA expression and significantly increased p38 phosphorylation in Caco-2 cells. Together these findings provide a likely mechanism for the spirochete-induced malabsorptive diarrhea, indicated by a decrease in electroneutral Na absorption in the porcine colon due to ability to inhibit NHE3 transcription, resulting in diarrheal disease. This research demonstrates that diarrheal disease caused by two infectious spirochete spp. is a result of impaired electroneutral Na absorption via Na/H exchanger 3 (NHE3) in the porcine colon. Our findings suggest that the decrease in NHE3 mRNA and protein is not likely a result of the host's cytokine response. Rather, it appears that these two spp. directly inhibit the transcription and translation of NHE3, resulting in the development of diarrhea.