Molecular Mechanism of Pancreatic and Salivary Gland Fluid and HCO<sub>3</sub><sup>−</sup>Secretion

Physiological Reviews - Tập 92 Số 1 - Trang 39-74 - 2012
Min Goo Lee1,2,3, Ehud Ohana1,2,3, Hyun Woo Park1,2,3, Dongki Yang1,2,3, Shmuel Muallem1,2,3
1Department of Pharmacology and Brain Korea 21 Project for Medical Science, Yonsei University College of Medicine, Seoul, Korea
2Department of Pharmacology and Brain Korea 21 Project for Medical Science, Yonsei University College of Medicine, Seoul, Korea; The Epithelial Signaling and Transport Section, Molecular Physiology and Therapeutics Branch, National Institute of Dental and Craniofacial Research, National Institutes of Health, Bethesda, Maryland; and Department of Physiology, Graduate School of Medicine, Gachon University of Medicine and Science, Incheon, Korea
3Department of Physiology, Graduate School of Medicine, Gachon University of Medicine and Science, Incheon, Korea

Tóm tắt

Fluid and HCO3−secretion is a vital function of all epithelia and is required for the survival of the tissue. Aberrant fluid and HCO3−secretion is associated with many epithelial diseases, such as cystic fibrosis, pancreatitis, Sjögren's syndrome, and other epithelial inflammatory and autoimmune diseases. Significant progress has been made over the last 20 years in our understanding of epithelial fluid and HCO3−secretion, in particular by secretory glands. Fluid and HCO3−secretion by secretory glands is a two-step process. Acinar cells secrete isotonic fluid in which the major salt is NaCl. Subsequently, the duct modifies the volume and electrolyte composition of the fluid to absorb the Cl−and secrete HCO3−. The relative volume secreted by acinar and duct cells and modification of electrolyte composition of the secreted fluids varies among secretory glands to meet their physiological functions. In the pancreas, acinar cells secrete a small amount of NaCl-rich fluid, while the duct absorbs the Cl−and secretes HCO3−and the bulk of the fluid in the pancreatic juice. Fluid secretion appears to be driven by active HCO3−secretion. In the salivary glands, acinar cells secrete the bulk of the fluid in the saliva that is driven by active Cl−secretion and contains high concentrations of Na+and Cl−. The salivary glands duct absorbs both the Na+and Cl−and secretes K+and HCO3−. In this review, we focus on the molecular mechanism of fluid and HCO3−secretion by the pancreas and salivary glands, to highlight the similarities of the fundamental mechanisms of acinar and duct cell functions, and to point out the differences to meet gland-specific secretions.

Từ khóa


Tài liệu tham khảo

10.1074/jbc.273.28.17689

10.4161/oxim.3.1.10095

10.1074/jbc.M011763200

10.1152/ajpgi.1997.273.1.G204

10.1111/j.1748-1716.2006.01558.x

10.1016/j.ceca.2008.03.001

10.1016/S0003-9969(02)00200-5

10.1242/jeb.029454

10.1016/j.surg.2004.01.018

10.1016/j.molcel.2006.05.017

10.1074/jbc.M210119200

10.1111/j.1471-4159.2009.05979.x

10.1073/pnas.0604607103

Argent B, 1994, Physiology of the Gastrointestinal Tract, 1473

Argent BE, 1997, Gastroenterol Hepatol, 3, 349

10.1146/annurev.ph.47.030185.002553

10.1085/jgp.108.1.35

10.1046/j.1439-0264.2000.00234.x

10.1113/jphysiol.1991.sp018523

10.1113/jphysiol.1990.sp018182

10.1113/jphysiol.1993.sp019915

10.1016/j.archoralbio.2005.10.004

10.1177/00220345870660S204

10.1016/j.bbamem.2005.11.006

10.1113/jphysiol.1902.sp000920

10.1007/BF00374496

10.1074/jbc.M409627200

10.1152/ajpcell.1999.276.4.C788

10.1039/B810471A

10.1152/physrev.00049.2009

10.1042/BSS2007c01

10.1038/361315a0

10.1097/01.mnh.0000174146.52915.5d

10.1002/9781444300123.ch4

10.1242/jeb.028563

10.1152/ajpcell.00360.2004

Brooks AM, 1970, Gastroenterology, 59, 85, 10.1016/S0016-5085(19)33807-7

10.1074/jbc.M106609200

10.1074/jbc.274.29.20561

10.1111/j.1748-1716.1987.tb08205.x

10.1113/jphysiol.1981.sp013673

10.1136/gut.52.7.1008

10.1126/science.1163518

Case R, 1993, The Pancreas: Biology, Pathobiology, and Disease, 301

10.1113/jphysiol.1980.sp013173

10.1113/jphysiol.1969.sp008759

10.1113/jphysiol.1979.sp012637

10.1177/10454411980090010301

10.1113/jphysiol.2009.183541

10.2152/jmi.56.192

10.1371/journal.pone.0016549

10.1152/ajpcell.1996.271.2.C469

10.1007/s002329900204

10.1016/j.cell.2010.11.029

10.1007/s002329900401

10.1016/S0005-2736(99)00011-5

10.1159/000055831

Chey WY, 1979, Gastroenterology, 77, 1268, 10.1016/0016-5085(79)90167-7

10.1007/BF01263096

10.1038/35014615

10.1172/JCI31992

10.1038/35065099

10.1097/01.mcg.0000155522.89005.bf

10.1056/NEJM199809033391002

10.1016/0003-9969(81)90017-0

10.1385/CBB:36:2-3:105

Cook DI, 1994, Physiology of the Gastrointestinal Tract, 2, 3, 1061

10.1097/00006676-199810000-00004

10.1073/pnas.88.20.9262

10.1152/ajpgi.00119.2009

10.1097/00006676-199707000-00012

10.1152/ajpcell.1991.261.6.C1063

10.1152/ajpgi.1997.272.1.G124

10.1159/000197476

10.1152/physrev.00035.2005

10.1152/ajpcell.1993.265.5.C1356

10.1113/jphysiol.2010.190769

10.1042/BJ20071324

10.1146/annurev.physiol.64.081501.155847

10.1073/pnas.94.7.3268

10.1016/j.bbamem.2006.01.022

10.1042/BJ20070361

10.1016/j.bbrc.2006.02.119

10.1002/bies.20772

10.1085/jgp.113.5.743

10.1073/pnas.95.12.7169

Domschke S, 1977, Scand J Gastroenterol, 12, 59, 10.1080/00365521.1977.12031112

Domschke S, 1976, Gastroenterology, 70, 533, 10.1016/S0016-5085(76)80491-X

10.1080/10606820213686

10.1113/jphysiol.2005.090399

10.1113/jphysiol.2007.135855

10.1152/physiol.00037.2007

10.1002/1097-0142(197607)38:1<273::AID-CNCR2820380141>3.0.CO;2-8

10.1152/ajpendo.1990.258.3.E436

10.1111/apa.1989.78.s363.41

Dyck WP, 1972, Gastroenterology, 62, 547, 10.1016/S0016-5085(72)80037-4

10.1152/ajpcell.1992.263.1.C176

10.1113/jphysiol.1996.sp021683

10.1074/jbc.274.41.29025

Evans RL, 2000, J Biol Chem, 275, 26720, 10.1016/S0021-9258(19)61435-3

10.1016/S0003-9969(96)00028-3

10.1152/ajpgi.1990.258.6.G951

10.1078/0171-9335-00264

10.1113/jphysiol.2004.061762

10.1038/nature04702

10.1152/ajpcell.00509.2002

10.1152/ajpcell.1990.259.6.C998

10.1126/science.2500708

Fuller CM, 2002, Calcium-Activated Chloride Channels

10.1007/s00441-002-0527-x

10.1126/science.1114110

10.1073/pnas.0808097105

10.1038/gt.2010.128

10.1124/jpet.105.084855

10.1124/mol.66.2.260

10.1074/jbc.M403779200

10.1053/j.gastro.2009.01.065

10.2152/jmi.56.302

10.1016/S0016-5085(89)80091-5

10.1074/jbc.271.27.16237

10.1113/jphysiol.2001.013453

10.1074/jbc.M707266200

10.1038/ncb0404-292

10.1016/0005-2736(90)90433-O

10.1007/BF01868636

10.1152/ajpcell.1989.257.2.C240

10.1152/ajpcell.1993.264.3.C591

10.1152/ajpcell.1990.259.5.C752

10.1152/ajpcell.1994.266.1.C213

10.1152/ajpgi.2001.281.5.G1301

10.1113/jphysiol.2003.042226

10.1111/j.1469-7793.2001.0597h.x

10.1113/jphysiol.2001.012956

10.1111/j.1748-1716.1986.tb08011.x

10.1113/jphysiol.1983.sp014866

10.1513/pats.2306011

10.1152/ajpgi.1984.246.5.G535

10.1146/annurev.physiol.62.1.515

10.1016/j.cll.2004.12.006

10.1007/BF00656997

10.1074/jbc.M509786200

10.1074/jbc.M110904200

10.1016/j.otc.2009.08.012

10.2152/jmi.56.395

10.1073/pnas.62.4.1129

10.1152/ajpcell.00283.2003

10.1007/s002329900054

10.1172/JCI30087

10.1074/jbc.M110.133066

10.1074/jbc.M805534200

10.1007/s004240050276

10.1074/jbc.274.45.31784

10.1152/ajpcell.00574.2002

10.1097/MPA.0b013e318164f8ff

10.1074/jbc.M110.103432

10.1126/science.37.950.389

10.1159/000070253

10.1074/jbc.M101128200

10.1152/physrev.00037.2007

10.1038/ng1196-316

10.1152/ajpgi.1987.252.2.G182

10.1016/0167-0115(84)90066-1

10.1111/j.1600-0854.2010.01138.x

10.1038/emm.2007.62

10.1097/MNH.0b013e32830dd580

10.1073/pnas.0911935106

10.1038/ncb1454

10.1007/BF00388304

Hug MJ, 2003, News Physiol Sci, 18, 38

10.1152/ajpgi.2001.280.4.G701

10.1006/bbrc.1999.1367

10.1111/j.1439-0264.2007.00774.x

10.1038/15440

10.1007/s004240050850

10.1152/ajplung.1997.272.4.L752

10.1111/j.1469-7793.1999.0551m.x

10.1113/jphysiol.2001.012490

10.1111/j.1469-7793.2000.00305.x

10.1111/j.1469-7793.1998.407bh.x

10.1113/jphysiol.1996.sp021582

10.1085/jgp.200810122

10.1085/jgp.20028631

10.1113/jphysiol.1996.sp021583

10.1006/bbrc.1998.8395

10.1152/ajpcell.00211.2005

10.1113/jphysiol.1977.sp011926

10.1034/j.1600-0773.2002.910610.x

10.1053/gast.2001.29557

10.1038/ng1762

10.1074/jbc.M202660200

10.1016/S0140-6736(68)92783-9

10.1016/j.jdent.2007.09.008

10.1073/pnas.0308434100

10.1146/annurev.physiol.70.113006.100651

10.1369/jhc.2008.951897

10.1038/348735a0

10.1016/0092-8674(93)90514-Q

10.1073/pnas.0608384104

10.1126/science.2570460

10.1146/annurev.physiol.62.1.493

10.1038/nrn1517

10.1074/jbc.M312871200

10.1074/jbc.M602496200

10.1074/jbc.M409162200

10.1053/j.gastro.2009.07.042

10.1073/pnas.1010334108

10.1113/jphysiol.1989.sp017877

10.1016/j.ceca.2006.08.009

10.1073/pnas.141241098

10.2152/jmi.56.318

10.1053/j.gastro.2010.01.001

10.1152/ajpgi.00198.2001

10.1093/emboj/cdf580

10.1038/ncb1115

10.1097/00006676-198711000-00009

10.1016/j.ejphar.2003.08.042

10.1074/jbc.M008760200

10.1210/en.2008-0546

10.1016/0005-2736(84)90301-8

10.1016/0005-2736(84)90376-6

Kunzelmann K, 2001, News Physiol Sci, 16, 167

10.1096/fj.04-2314fje

10.1016/j.ceca.2009.09.003

10.1152/physrev.1998.78.1.247

10.1111/j.1748-1716.1989.tb08743.x

10.1113/jphysiol.1990.sp018111

10.1111/j.1440-1681.2007.04844.x

10.1074/jbc.M809737200

10.1093/hmg/ddg243

10.1074/jbc.M610857200

10.1074/jbc.M109.055079

10.1172/JCI9207

10.1074/jbc.274.21.14670

10.1136/gut.2008.150961

10.1002/9781444300123.ch7

10.1074/jbc.274.6.3414

10.1074/jbc.272.25.15771

10.1074/jbc.272.25.15765

10.1074/jbc.M504966200

10.1074/jbc.M308306200

Lifson N, 1980, Gastroenterology, 79, 466, 10.1016/0016-5085(80)90371-6

10.1074/jbc.274.41.29510

10.1085/jgp.110.4.355

10.1016/j.cub.2005.05.055

10.1016/j.ceca.2010.04.002

10.1006/geno.2000.6355

10.1371/journal.pone.0002063

10.1083/jcb.200604015

10.1074/jbc.M008548200

10.1074/jbc.274.25.17684

10.1152/ajpcell.1999.277.2.C205

10.1016/j.cub.2009.07.072

10.1152/ajpcell.2001.280.1.C126

10.1074/jbc.274.29.20071

10.1177/35.12.2824600

10.1097/00006676-198908000-00013

10.1161/01.RES.56.6.773

Mangos JA, 1971, Am J Physiol, 221, 496, 10.1152/ajplegacy.1971.221.2.496

10.1152/ajpgi.1999.277.2.G487

10.1172/JCI115358

10.1146/annurev.physiol.69.040705.141319

10.1007/BF01297090

10.1007/BF02063234

10.1177/00220345870660S206

10.1016/0003-9969(85)90134-7

10.1038/305228a0

10.1085/jgp.200609520

10.1080/14756360410001704443

10.1007/BF02110113

10.1098/rstb.1974.0014

Melvin JE, 1988, J Biol Chem, 263, 19564, 10.1016/S0021-9258(19)77673-X

10.1074/jbc.274.32.22855

10.1146/annurev.physiol.67.041703.084745

10.1016/S0025-7125(05)70243-1

10.1111/j.1471-4159.2007.04825.x

10.1016/j.str.2004.04.014

10.1097/00006676-200208000-00008

10.2169/internalmedicine.38.938

10.1038/nrm3031

10.1152/ajpgi.1999.276.1.G185

Muallem S, 1990, J Biol Chem, 265, 12806, 10.1016/S0021-9258(19)38231-6

Muallem S, 1990, J Biol Chem, 265, 12813, 10.1016/S0021-9258(19)38232-8

10.1113/jphysiol.2010.187237

10.1007/s00232-005-0848-2

10.1053/j.gastro.2008.05.026

10.1074/jbc.M808597200

10.1152/ajpcell.00511.2007

10.1152/ajpregu.00591.2006

10.1053/j.gastro.2004.03.019

10.1074/jbc.M207199200

10.1152/ajpgi.00053.2008

Nathanson MH, 1994, J Biol Chem, 269, 4693, 10.1016/S0021-9258(17)37597-X

10.1152/ajpcell.00044.2002

10.1152/ajpgi.00158.2003

10.1152/ajpgi.1997.272.1.G172

10.1152/ajpgi.2001.280.5.G795

10.1097/00006676-199811000-00005

10.1172/JCI2539

10.1038/nrm729

10.1111/j.1749-6632.1999.tb09505.x

10.1152/physrev.00015.2002

Novak I, 2003, News Physiol Sci, 18, 12

10.1007/s11302-007-9087-6

10.1007/BF00581647

10.1007/BF00582376

10.1113/jphysiol.2010.190017

10.1007/BF00374178

10.1074/jbc.M110.136382

10.1007/BF00582647

10.1111/j.1440-1681.2009.05256.x

10.1016/S0016-5085(00)70372-6

10.1085/jgp.201010531

10.1113/jphysiol.2008.164863

10.1152/ajpcell.00117.2009

10.1083/jcb.102.3.967

10.1007/s00424-003-1110-3

10.1016/j.ceb.2007.06.001

10.1053/j.gastro.2004.05.002

10.1007/BF00384358

Pak BH, 1966, Am J Physiol, 210, 624, 10.1152/ajplegacy.1966.210.3.624

10.1111/j.1530-0277.2010.01408.x

10.1073/pnas.0905002106

10.1113/jphysiol.2002.034447

10.1053/j.gastro.2010.04.004

10.1007/s00232-001-0144-8

10.1152/ajpgi.1999.276.2.G470

10.1074/jbc.M201862200

Pavlov I .The Work of the Digestive Glands. Philadelphia, PA: Lippincott, 1910, p. 59–64.

10.1007/s00232-001-0190-2

10.1590/S0100-879X2009000100003

10.1152/ajpgi.1986.251.1.G1

10.1007/BF01920803

10.4067/S0716-97602004000400023

10.1016/0304-4157(82)90023-5

10.1113/jphysiol.1980.sp013409

10.1111/j.1748-1716.1967.tb03725.x

10.1146/annurev.physiol.70.113006.100618

10.1113/jphysiol.1977.sp011696

10.1038/ncpgasthep0837

10.1073/pnas.91.12.5340

Preshaw RM, 1966, Am J Physiol, 210, 629, 10.1152/ajplegacy.1966.210.3.629

10.1016/j.autneu.2006.10.006

10.1074/jbc.274.23.16569

10.1152/ajprenal.00252.2005

10.1085/jgp.116.6.825

10.1016/S0140-6736(08)61162-9

10.1038/85429

10.1152/ajpcell.00362.2010

10.1016/0016-5085(92)91195-A

10.1074/jbc.M109.078170

10.1007/s00424-005-0026-5

10.1038/46297

10.1038/nature01694

10.1007/s00232-008-9115-7

10.1242/jcs.029223

10.1126/science.2475911

Rios JD, 1999, Invest Ophthalmol Vis Sci, 40, 1102

Case RM, 1998, The Pancreas, 63

10.1016/j.ydbio.2008.06.009

10.1074/jbc.M603871200

10.1074/jbc.M109.068544

10.1113/jphysiol.2006.127498

10.1007/s00424-003-1180-2

10.1126/science.2772657

10.1152/physrev.1981.61.2.296

10.1083/jcb.200502019

10.2174/138945008785132367

10.1007/s00441-010-1089-y

Roussa E, 2010, Cell Tissue Res

10.1177/002215540104900406

10.1016/j.bbrc.2003.12.099

10.1152/ajpgi.1999.277.6.G1288

10.1007/s00418-002-0393-3

10.1177/002215549804600112

10.1046/j.1469-1809.2003.00028.x

10.1529/biophysj.108.134197

10.1016/j.regpep.2009.02.009

10.1053/j.gastro.2008.06.066

10.1002/ajmg.10461

10.1152/ajpcell.00166.2002

10.3109/00365527809179825

10.1053/j.gastro.2010.10.045

10.1152/physrev.1972.52.3.720

10.1016/j.cell.2008.09.003

10.1172/JCI1249

10.1016/j.freeradbiomed.2008.09.011

10.1113/jphysiol.1975.sp011149

10.1074/jbc.M313323200

10.1085/jgp.200509392

10.1113/jphysiol.2008.154468

10.1152/ajpgi.1988.255.1.G46

Sheng M, 2000, J Cell Sci, 113, 1851, 10.1242/jcs.113.11.1851

10.1074/jbc.M105203200

10.1007/s11894-008-0098-4

10.1073/pnas.0602250103

10.1074/jbc.273.31.19797

10.1152/ajpcell.1999.276.1.C16

10.1152/ajpcell.1999.277.6.C1100

10.1097/00001574-200309000-00001

10.1152/ajpgi.1987.253.2.G99

Sohma Y, 2000, J Membr Biol, 176, 77

10.1007/s002329900132

10.1152/ajpgi.00083.2003

10.1038/labinvest.3780221

10.1146/annurev.physiol.67.031103.153247

10.1152/ajpgi.90697.2008

10.1523/JNEUROSCI.5546-08.2009

10.1152/ajpgi.1988.254.6.G925

10.1074/jbc.M405561200

10.1007/BF02803768

10.1038/nature09583

10.1038/352628a0

Thaysen JH, 1954, Am J Physiol, 178, 155, 10.1152/ajplegacy.1954.178.1.155

10.1006/bbrc.1999.1484

10.1016/0092-8674(93)90513-P

10.1177/10454411990100020701

10.1111/j.1749-6632.1998.tb09633.x

10.1016/S0016-5085(98)70491-3

10.1002/(SICI)1097-0029(19970601)37:5/6<399::AID-JEMT4>3.0.CO;2-9

10.1074/jbc.M704339200

10.1111/j.1748-1716.1990.tb08876.x

10.1111/j.1748-1716.1991.tb09070.x

10.1111/j.1748-1716.1992.tb09292.x

Venglovecz V, 2010, Gut

10.1136/gut.2007.134361

10.1017/S1462399408000690

10.1152/ajprenal.2000.278.1.F13

10.1126/science.1127883

10.1016/0016-5085(95)90460-3

10.1006/geno.2000.6445

10.1074/jbc.M512511200

10.1016/S0014-5793(98)00402-5

10.1038/ncb1047

10.1038/sj.emboj.7601387

10.1152/ajpgi.00338.2001

10.1146/annurev.physiol.68.040104.131050

10.1136/gut.2008.167650

10.1097/00006676-200408000-00016

10.1097/MOG.0b013e32830b110c

10.1159/000201524

10.1152/physrev.00049.2006

10.1136/gut.2004.062786

10.1126/science.1062844

10.1007/s004240050586

10.1007/BF00373836

10.1007/BF00594167

10.1016/S0016-5085(99)70023-5

10.1016/j.ceca.2007.03.004

10.1074/jbc.M405517200

10.1152/ajprenal.00079.2002

10.1074/jbc.275.22.16795

10.1113/jphysiol.1996.sp021246

10.1113/jphysiol.2003.048827

10.1152/ajpgi.00389.2003

10.1074/jbc.M400274200

10.1016/j.bbrc.2006.11.151

Yang D, J Clin Invest

Yang D, 2010, Neurochem Res

Yang D, 2009, J Clin Invest, 119, 193

10.1038/nature07313

You CH, 1983, Gastroenterology, 85, 40, 10.1016/S0016-5085(83)80227-3

10.1177/00220345870660022401

10.1007/BF00586449

10.1038/ncb1590

10.1074/jbc.M108951200

10.1074/jbc.272.52.32956

10.1152/ajpcell.1997.273.2.C442

10.1016/j.molcel.2008.09.020

10.1073/pnas.0603161103

10.1085/jgp.106.6.1243

10.1085/jgp.106.6.1225

10.1085/jgp.104.1.57

10.1074/jbc.270.33.19599

10.1259/bjr/18237646

10.1093/emboj/20.11.2680

10.1146/annurev.ge.29.120195.004021

10.1096/fj.99-0509com

Thông tin
Thông tin xuất bản

Physiological Reviews

Tập 92 Số 1

39-74

Thông tin tác giả