23Naおよび31P磁気共鳴分光法により決定された超融合RIF-1腫瘍細胞における細胞内Na+、pHおよび生体エネルギー状態の熱誘発性変化

Heat-induced changes in intracellular Na+, pH and bioenergetic status in superfused RIF-1 tumour cells determined by 23Na and 31P magnetic resonance spectroscopy.

• A Babsky
• S K Hekmatyar
• T Gorski
• D S Nelson
• N Bansal

抄録

超融合放射線誘発線維肉腫-1（RIF-1）腫瘍細胞を用いて、細胞内Na+（Nai+）、生体エネルギー状態および細胞内pH（pHi）に対する超温熱の急性効果を、シフト試薬を用いた23Naおよび31P核磁気共鳴（NMR）分光法を用いて検討した。45℃で30分間のハイパーサーミアは、Naの50％の増加、pHiの0.42単位の減少、およびNTP/P(i)の40-45％の減少をもたらした。37℃でのハイパーサーミア後の過熱では、pHiとNTP/P(i)はベースライン値まで回復したが、Naは最初に減少し、加熱後60分後にハイパーサーミアレベルまで上昇した。42℃でのハイパーサーミアは、Nai+の15〜20％の増加のみを引き起こした。Na+/H+交換体の阻害剤である3μMの5-(N-エチル-N-イソプロピル)アミノリド(EIPA)の存在下では、45℃でのハイパーサーミア中のNai+の増加は減衰し、熱によるNai+の増加は主にNa+/H+抗ポーター活性の増加によるものであることが示唆された。また、EIPAはハイパーサーミア誘発性の酸性化を抑制しなかった。このことは、pHiがNa+/H+交換体以外のイオン交換機構によって制御されていることを示唆している。EIPAはRIF-1腫瘍細胞の熱感受性をわずかに増加させたが、細胞生存率およびクローニングアッセイで測定したところ、熱感受性は増加しなかった。ハイパーサーミアによって誘導されたNai+の不可逆的な増加は、膜貫通イオン勾配の変化がハイパーサーミアによって誘導された細胞損傷に重要な役割を果たしていることを示唆している。

The acute effects of hyperthermia on intracellular Na+ (Nai+), bioenergetic status and intracellular pH (pHi) were investigated in superfused Radiation Induced Fibrosarcoma-1 (RIF-1) tumour cells using shift-reagent-aided 23Na and 31P nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy. Hyperthermia at 45 degrees C for 30 min produced a 50% increase in Na, a 0.42 unit decrease in pHi and a 40-45% decrease in NTP/P(i). During post-hyperthermia superfusion at 37 degrees C, pHi and NTP/P(i) recovered to the baseline value, but Na initially decreased and then increased to the hyperthermic level 60 min after heating. Hyperthermia at 42 degrees C caused only a 15-20% increase in Nai+. In the presence of 3 microM 5-(N-ethyl-N-isopropyl)amiloride (EIPA), an inhibitor of the Na+/H+ exchanger, the increase in Nai+ during 45 degrees C hyperthermia was attenuated, suggesting that the heat-induced increase in Nai+ was mainly due to an increase in Na+/H+ anti-porter activity. EIPA did not prevent hyperthermia-induced acidification. This suggests that pHi is controlled by other ion exchange mechanisms in addition to the Na+/H+ exchanger. EIPA increased the thermo-sensitivity of the RIF-1 tumour cells only slightly as measured by cell viability and clonogenic assays. The hyperthermia-induced irreversible increase in Nai+ suggests that changes in transmembrane ion gradients play an important role in cell damage induced by hyperthermia.