肾脏调节血液pH值的秘密

肾脏调节血液pH值的秘密

肾脏不仅是人体的重要排泄器官，还在调节血液pH值方面扮演着关键角色。通过排除体内多余的酸性物质和维持水盐平衡，肾脏帮助稳定血液的酸碱度，从而保护我们的身体健康。最近，山东大学齐鲁医学院副院长孙金鹏教授团队联合山东大学基础医学院易凡教授团队、四川大学华西医院邓成教授团队，在国际学术期刊《细胞》在线发表研究成果。该研究揭示了G蛋白偶联受体4（GPR4）在进化过程中如何适应周围环境和pH值（酸碱值），感知质子和调节酸碱平衡。研究发现了多种物种血液pH值与GPR4活性最佳pH值成正相关。同时，研究对质子（一种带正电的小粒子，溶液的酸碱值由其质子浓度定义）感知受体如何激活和传递提供了相关见解。

生物体可以通过感知、分析和响应内外环境的刺激，维持内稳态并适应复杂多变的外部环境。人类通过调节呼吸速率和肾脏功能，维持稳定的血液pH值，通常在7.32~7.42之间。为了满足日常能量需求，线粒体中的质子与碳酸氢盐缓冲系统相互作用，生成大量的二氧化碳。这些二氧化碳随后经过血液运输，最终通过呼吸排出或由肾脏排泄。这些过程由质子感知受体（如GPR4）精密调控，确保了生理pH值水平的稳定，进而保障了细胞功能的正常运作和整体健康。

在进化过程中，动物不断发展出适应其栖息地的生理机制，以应对不同环境中质子浓度的变化。但关于GPR4如何感知质子的分子机制，以及动物如何进化以适应不同环境中的质子浓度变化，至今仍不完全清楚。基于此，该研究从进化、功能和结构角度，阐释了不同物种GPR4在质子感知中的共同机制以及物种特异性的独特机制，进一步描述了特定的质子感知受体是如何进化以适应不同生物的不同生活方式。追溯GPR4的进化，可以发现它存在于哺乳动物、爬行动物、两栖类动物和鱼类中，但在鸟类中缺失。研究团队对不同的物种血液pH值进行了测量，并分析了不同脊椎动物物种中GPR4质子感知范围，例如非洲爪蟾GPR4经受了正选择压力，表现出最酸性的最优pH范围，这可能与其长期潜水能力及几乎完全水生的生活方式相关。研究发现GPR4的活性最佳pH值与不同物种的血液pH值范围呈正相关。这一研究为理解哺乳动物在各种环境中维持内稳态提供了新的理论支持，为研究呼吸系统疾病、代谢性酸中毒等提供了新的思路。

肾脏在调节血液pH值方面发挥着至关重要的作用。它通过排除体内多余的酸性物质和维持水盐平衡，帮助稳定血液的酸碱度，从而保护我们的身体健康。然而，当肾脏的pH值调节功能失灵时，可能会导致严重的健康问题。例如，慢性肾脏病（CKD）患者容易发生动脉粥样硬化（AS），这是一种常见的心血管并发症。近年来的研究表明，氧化应激（OS）在AS的形成和发展中起着至关重要的作用。氧化应激是指体内的抗氧化系统作为一种内部防御机制，在过量的氧化自由基如活性氧自由基（ROS）与这些自由基的不充分降解之间形成的一种不平衡状态。在生理状态下，细胞内部会产生少量的ROS，这些ROS在细胞信号传导过程起作用，并且通常能够被细胞内的抗氧化防御系统迅速还原。然而，在病理生理条件下，ROS的生成量会显著超过抗氧化防御系统的处理能力，进而造成细胞结构的损害甚至细胞死亡。ROS的致病机制主要分为两种类型：一种是直接氧化生物大分子，如膜脂、酶和结构蛋白等，导致细胞功能异常甚至死亡；另一种是氧化还原信号传导异常，如非生理性产生的氧化剂如过氧化氢（H2O2）浓度达到毒性水平时可使其第二信使功能失效。由于ROS的产生增加或抗氧化酶活性的降低、细胞内氧化还原稳态的破坏以及脂质、蛋白质或DNA片段的过氧化损伤而启动各种凋亡信号通路，从而导致各种危及生命的病理状况，如心血管疾病、呼吸系统疾病、类风湿性关节炎、神经系统疾病、肝肾疾病、生殖疾病和糖尿病等。

因此，了解肾脏调节血液pH值的机制，不仅有助于我们更好地认识人体的生理功能，还能为相关疾病的预防和治疗提供科学依据。为了保护肾脏健康，我们可以采取以下措施：保持均衡饮食、定期锻炼、喝足够的水、限制抗生素摄入量、监测血糖和血压、接受定期筛查、避免过度饮酒和吸烟、保持健康体重、谨慎使用草药补充剂以及保证充足睡眠。通过这些方法，我们可以降低患肾脏疾病的风险，维持肾脏的正常功能，从而保障整体健康。