NRK-52E 大鼠肾上皮细胞是源自正常大鼠肾脏近端肾小管的永生化上皮细胞系,由美国模式培养物集存库(ATCC)保藏(编号:CRL-1571)。该细胞系通过病毒转化(如 SV40 大 T 抗原)获得无限增殖能力,保留了近端肾小管上皮细胞的典型形态与部分功能特性,如极性生长、微绒毛形成及转运功能,是研究肾脏生理、病理及药物毒性的常用模型。其命名 “NRK” 源于 “Normal Rat Kidney” 的缩写,“52E” 为细胞克隆编号。
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形态与生长特性
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形态:贴壁生长,呈鹅卵石样铺路石状排列,融合时形成致密单层,细胞边界清晰,可见明显的微绒毛结构(电镜下)。
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增殖能力:倍增时间约 24-36 小时,传代至 20-30 代仍维持上皮细胞表型,但长期培养可能出现接触抑制减弱的趋势。
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培养体系
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培养基:经典配方为DMEM/F12(1:1 混合)培养基,添加 10% 胎牛血清(FBS)、1% 双抗(青霉素 / 链霉素),部分实验需诱导分化时可使用低血清(2%-5% FBS)或添加表皮生长因子(EGF)。
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培养环境:37℃、5% CO₂恒温培养箱,贴壁依赖型生长,传代时用 0.05% 胰酶 - EDTA 温和消化(约 1-2 分钟),避免过度消化破坏细胞极性。
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冻存与复苏:冻存液采用 90% FBS+10% DMSO,液氮保存;复苏时快速解冻(37℃水浴),离心后接种至含 15% FBS 的培养基中,24 小时内完成换液以去除死细胞。
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表型标志物
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上皮细胞特征:表达细胞角蛋白(CK18、CK19)、E - 钙粘蛋白(E-cadherin),免疫荧光染色呈阳性;紧密连接蛋白如 ZO-1、Occludin 在极性形成时富集于细胞连接处。
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肾小管功能标志物:碱性磷酸酶(ALP)、Na⁺/K⁺-ATP 酶活性可通过酶活检测验证;内吞功能可通过荧光标记葡聚糖(FITC-dextran)摄取实验评估。
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肾脏生理与转运机制研究
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物质转运模型:模拟近端肾小管对葡萄糖、氨基酸、离子(如 Na⁺、Cl⁻)的重吸收过程,通过跨膜电阻(TEER)测量评估细胞单层屏障功能,利用荧光探针(如 Fluo-3/AM)检测细胞内钙信号对转运的调控。
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水通道蛋白研究:探讨 AQP1 等水通道蛋白在细胞渗透压调节中的作用,通过细胞肿胀实验或同位素标记水转运实验定量分析。
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肾脏疾病与损伤模型
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急性肾损伤(AKI)模拟:使用顺铂、庆大霉素等肾毒xing药物处理细胞,诱导氧化应激(ROS 检测)、细胞凋亡(Annexin V/PI 染色)及炎症因子(如 IL-6、TNF-α)释放,研究肾小管上皮细胞损伤机制。
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纤维化与去分化研究:TGF-β1 刺激可诱导 NRK-52E 细胞向肌成纤维细胞转化(表达 α-SMA、波形蛋白 Vimentin),用于探究上皮 - 间质转化(EMT)在肾纤维化中的作用,常见实验包括 Western blot 检测 EMT 标志物、Transwell 迁移实验评估细胞运动能力。
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药物肾毒性评估
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体外毒性筛选:通过 MTT、CCK-8 等细胞活力 ***** 检测药物对 NRK-52E 细胞的半数抑制浓度(IC₅₀),结合乳酸脱氢酶(LDH)释放实验评估细胞膜损伤程度。
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代谢与转运体研究:利用 NRK-52E 细胞表达的有机阴离子转运体(OATs)、有机阳离子转运体(OCTs),研究药物在肾小管的分泌与重吸收机制,例如通过液相色谱 - 质谱(LC-MS)检测细胞内外药物浓度差。
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基因与信号通路研究
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炎症信号调控:探究 NF-κB、MAPK 等通路在肾脏炎症中的作用,通过 siRNA 敲降或抑制剂处理(如 PDTC 抑制 NF-κB),结合 ELISA 检测炎症因子分泌。
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表观遗传机制:研究 DNA 甲基化、组蛋白修饰对肾小管上皮细胞功能的影响,例如使用 5 - 氮杂胞苷(DNA 甲基化抑制剂)处理后,通过甲基化特异性 PCR 分析基因表达变化。
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细胞极性维持
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高密度培养(>80% 融合)可促进细胞形成紧密连接和极性,低血清培养(2% FBS)或添加氢化可的松(1μM)可增强上皮特征。实验前建议通过免疫荧光染色确认 ZO-1 等极性标志物的分布。
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污染监测与鉴定
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定期进行支原体检测(如 PCR 法),避免交叉污染;若用于体内实验,需通过 STR 分型确认细胞来源(ATCC 提供标准图谱)。
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实验设计要点
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不同刺激处理时需注意细胞密度:增殖实验建议接种密度为 5×10³-1×10⁴ cells / 孔(96 孔板),而极性或转运实验需达到完全融合(≥90%)以形成完整单层。
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类器官与 3D 培养
将 NRK-52E 细胞与间充质细胞(如大鼠肾成纤维细胞)共培养,结合 Matrigel 构建肾小管类器官,可模拟体内肾小管 - 间质相互作用,用于研究肾脏发育或损伤修复。
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单细胞测序与功能筛选
通过单细胞 RNA 测序(scRNA-seq)解析 NRK-52E 细胞在不同处理条件下的异质性,识别损伤或修复相关的细胞亚群,为靶向药物开发提供线索。
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CRISPR-Cas9 基因编辑
构建报告基因细胞株(如 E-cadherin-GFP)用于实时追踪细胞极性变化,或敲除特定转运体基因(如 OAT1)以研究药物排泄障碍的分子机制。
NRK-52E 细胞作为近端肾小管上皮的经典体外模型,凭借其稳定的上皮表型和可操作性,在肾脏疾病机制、药物毒性评估及再生医学领域发挥重要作用。研究者需根据实验目的精细调控细胞状态,结合多组学技术与新型培养体系,进一步拓展其在模拟体内微环境中的应用潜力。未来,随着器官芯片技术的发展,NRK-52E 细胞有望与血管内皮细胞、免疫细胞等共培养,构建更复杂的肾脏功能单元,推动精准医学与个性化治疗的研究。
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