Die Aktivierung des Vasopressin Type 1a Rezeptors in der Niere induziert die Harnsäuerung und moduliert den Säure-Basen Haushalt

Abstract

Vasopressin (VP) enables antidiuresis via activation of the vasopressin type 2 receptor (V2R) in the kidneys. The vasopressin type 1a receptor (V1aR) is also expressed in renal tissue, but its function receives little attention. V1aR signaling has been linked to the acid-base handling in collecting duct intercalated cells (ICs), although the underlying mechanisms remain elusive. In this study, we tested the hypothesis that V1aR activation in type A intercalated cells (A-ICs) of the collecting duct induces urinary H+ secretion, thereby promoting urinary acidification and net acid excretion (NAE). To study renal V1aR distribution, we generated an anti-V1aR antibody and verified its specificity using V1aR knockout tissue and V1aR-transfected cultured cells. Localization studies in mice, rats, and human tissue were performed using immunofluorescence and confocal microscopy, combined with 3D-structured illumination microscopy (3D-SIM). For functional studies in vivo, the V1aR-specific agonist, AO-4-67, was administered in VP-deficient Brattleboro rats and wild-type (C57BL/6J) mice (0.2, 2, or 10 µg/kg BW; 1 to 4h). The V1aR antagonist, CL 14-102, was used to evaluate V1aR effects in acidotic mice fed with NH4Cl in chow for three days. Urine was collected in metabolic cages or via a ureteral catheter, and plasma samples were obtained at the end of experiments. The in vivo studies were complemented by ex vivo experiments in isolated, microperfused mouse collecting ducts, and cultured inner medullary collecting duct cells. Localization of V1aR in mouse, rat, and human kidneys produced a basolateral signal in A-ICs and a perinuclear to subapical signal in type B intercalated cells of connecting tubules and collecting ducts throughout these species. Basolateral V1aR signal was further detected in macula densa cells of mouse but not of rat or human kidneys. The V1aR agonist significantly decreased the urinary pH in Brattleboro rats (pH 7.38 to 6.71 after 1-hour, P<0.01) and C57BL/6J mice (pH 7.18 to 6.78 after 20 minutes, P<0.05) and tripled the urinary net acid excretion in Brattleboro rats. In contrast, the administration of the V1aR-antagonist in acidotic mice induced no changes in urinary pH. Basolateral treatment of isolated perfused medullary collecting ducts with the V1aR agonist or VP increased intracellular Ca2+ levels in ICs and decreased luminal pH (pH -5% after 3 minutes, P<0.05) suggesting V1aR-dependent Ca2+ release and stimulation of proton secreting proteins. Basolateral treatment of inner medullary collecting duct cells with the V1aR agonist induced luminal translocation of vacuolar H+-ATPase (V-ATPase) in A-ICs (apical signal intensity +93%, P<0.001). In summary, our results show that V1aR activation contributes to urinary acidification via H+ secretion by A-ICs. Pharmacological targeting of V1aR may have clinical implications for disorders of renal acid-base handling, such as distal renal tubular acidosis.

Die antidiuretischen Effekte des Hormons Vasopressins (VP) werden durch Aktivierung des Vasopressin Typ 2 Rezeptors (V2R) in der Niere vermittelt. Der Vasopressin Typ 1a Rezeptor (V1aR) wird ebenfalls in der Niere exprimiert und hier in Verbindung mit der Aufrechterhaltung der Säure-Base Homöostase gebracht. Diese Funktion wurde jedoch bisher nur unzureichend charakterisiert. In der vorliegenden Arbeit haben wir daher die Hypothese untersucht, dass die Aktivierung des V1aR in den Typ A Schaltzellen des Sammelrohres der Niere die Säuresekretion in den Urin steigert. Für die Charakterisierung der renalen V1aR Verteilung wurde ein V1aR-Antikörper hergestellt und seine Spezifität validiert. Die Lokalisationsstudien in Gewebe von Mäusen, Ratten und humanen Proben wurden mit immunhistochemischen Verfahren durchgeführt und mit hochauflösenden mikroskopischen Verfahren ausgewertet. Im Rahmen der funktionellen Untersuchungen in vivo, wurde ein V1aR Agonist (A0-4-67) bei Vasopressin defizienten Brattleboro Ratten und normalen Mäusen verwendet (0.2, 2, or 10 µg/kg BW; 1 to 4h). Darüber hinaus wurde der V1aR Antagonist (CL-14-102) Mäusen im Rahmen einer experimentellen metabolischen Azidose verabreicht. Urin- und Plasmaproben wurden ausgewertet. Isolierte, mikroperfundierte Sammelrohre der Niere wurden hinsichtlich der luminalen Veränderungen des pH Wertes und kultivierte Zellen des inneren Marks der Niere bezüglich der Regulation der protonensezernierenden V-ATPase untersucht. In Geweben von Maus, Ratte und Mensch zeigte der V1aR ein basolaterales Signal in den Typ A und ein perinukleäres bis subapikales Signal in den Typ B Schaltzellen des Verbindungstubulus und des Sammelrohres aller drei Spezies. Die Applikation des V1aR Agonisten führte zur einer signifikanten Reduktion des pH-Wertes im Urin, sowohl in den Brattleboro Ratten (10 μg/kg Körpergewicht; pH 7.38 auf 6.71 nach 1 Stunde, P<0.01), als auch in Mäusen (2 μg/kg Körpergewicht; pH 7.18 auf 6.78 nach 20 Minuten, P<0.05). Dabei war die Netto-Säure-Sekretion im Urin der Brattleboro Ratten dreifach erhöht. Die basolaterale Stimulation von isolierten Sammelrohren des Nierenmarks mit dem V1aR Agonisten oder mit VP führte zu einem Anstieg des intrazellulären Calciums in den Schaltzellen sowie zu einem reduzierten pH-Wert im Lumen der Sammelrohre (pH -5% nach 3 Minuten, P<0.05). Diese Ergebnisse sprechen für eine über den V1aR vermittelte Calciumfreisetzung und Stimulation der Protonensekretion. In der Zellkultur von Sammelrohrzellen führte eine basolaterale Stimulation zur luminalen Translokation der V-ATPase in den Typ A Schaltzellen (apikale Signalintensität +93%, P<0.001). Zusammengefasst zeigen die Ergebnisse, dass die Aktivierung des V1aR zur Ansäuerung des Urins durch Stimulation der Protonensekretion in den Typ A Schaltzellen der Niere beiträgt. Zukünftig könnten daher V1aR Agonisten oder Antagonisten als Behandlungsoption bei Störungen des Säure-Basen Haushaltes in Betracht gezogen werden.