先天性ナトリウム下痢症を模倣した誘導性腸管上皮細胞特異的NHE3ノックアウトマウスモデル

An inducible intestinal epithelial cell-specific NHE3 knockout mouse model mimicking congenital sodium diarrhea.

• Jianxiang Xue
• Linto Thomas
• Maryam Tahmasbi
• Alexandria Valdez
• Jessica A Dominguez Rieg
• Robert A Fenton
• Timo Rieg

抄録

ナトリウム-水素交換体アイソフォーム3（NHE3、SLC9A3）は消化管に豊富に発現しており、Na+や体液の吸収や酸塩基の恒常性維持に重要な役割を果たしていると考えられています。SLC9A3遺伝子の変異は、先天性ナトリウム下痢症（CSD）を引き起こす可能性がある。しかし、腸管NHE3の正確な役割の理解は、適切な動物モデルがないために大きく妨げられてきました。この問題を解決し、腸管 NHE3 の役割をよりよく理解するために、我々はタモキシフェン誘導性腸管上皮細胞特異的 NHE3 ノックアウトマウスモデル（NHE3IEC-KO）を作成しました。タモキシフェン投与前の NHE3IEC-KO の表現型及び血液パラメータは、対照マウスと比較して目立った変化は見られなかった。タモキシフェン投与後、NHE3IEC-KO マウスは腸内で検出不可能なレベルの NHE3 を有していた。NHE3IEC-KOマウスは、小腸、盲腸、結腸の腫れを伴った水様のアルカリ性の下痢を発症する。下痢が続くと水分摂取量が増える。3週間後、NHE3IEC-KOマウスは約25％の死亡率を示した。正常な条件下での酸塩基およびNa+の恒常性への腸NHE3の貢献は、代謝性アシドーシス、血中重炭酸塩レベルの低下、低ナトリウム血症および血漿アルドステロンレベルの急激な上昇に伴う高カリウム血症を有するNHE3IEC-KOマウスで明らかになる。これらの結果は、腸内NHE3が酸塩基、Na+および体積の恒常性に大きく寄与しており、腸内NHE3の欠乏は腸の構造的完全性に影響を及ぼすことを示している。このマウスモデルは、SLC9A3変異を持つCSD個体の表現型を模倣し、説明している。

The sodium-hydrogen exchanger isoform 3 (NHE3, SLC9A3) is abundantly expressed in the gastrointestinal tract and is proposed to play essential roles in Na+ and fluid absorption as well as acid-base homeostasis. Mutations in the SLC9A3 gene can cause congenital sodium diarrhea (CSD). However, understanding the precise role of intestinal NHE3 has been severely hampered due to the lack of a suitable animal model. To navigate this problem and better understand the role of intestinal NHE3, we generated a tamoxifen-inducible intestinal epithelial cell-specific NHE3 knockout mouse model (NHE3IEC-KO). Before tamoxifen administration, the phenotype and blood parameters of NHE3IEC-KO were unremarkable compared with control mice. After tamoxifen administration, NHE3IEC-KO mice have undetectable levels of NHE3 in the intestine. NHE3IEC-KO mice develop watery, alkaline diarrhea in combination with a swollen small intestine, cecum and colon. The persistent diarrhea results in higher fluid intake. After 3 weeks, NHE3IEC-KO mice show a ∼25% mortality rate. The contribution of intestinal NHE3 to acid-base and Na+ homeostasis under normal conditions becomes evident in NHE3IEC-KO mice that have metabolic acidosis, lower blood bicarbonate levels, hyponatremia and hyperkalemia associated with drastically elevated plasma aldosterone levels. These results demonstrate that intestinal NHE3 has a significant contribution to acid-base, Na+ and volume homeostasis, and lack of intestinal NHE3 has consequences on intestinal structural integrity. This mouse model mimics and explains the phenotype of individuals with CSD carrying SLC9A3 mutations.

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