エイの淡水適応を支える驚異の腎機能~脊椎動物の中でも屈指の尿排出能力~

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2025-08-21 東京大学,国立遺伝学研究所,岡山大学

東京大学・国立遺伝学研究所・岡山大学の共同研究グループは、アカエイが淡水へ移行する際、尿量を海水時の約90倍に増加させる驚異的な腎機能を持つことを発見しました。独自の非侵襲的採尿装置により、アカエイの単位時間あたりの尿量が脊椎動物の中でも突出して多いことを確認。さらに、腎臓での糸球体ろ過量(GFR)の約6.8倍の増加に加え、水チャネル遺伝子(アクアポリン)の発現抑制が水再吸収を抑えることで、大量の尿排出を可能にしていることが分かりました。特定のアクアポリンは逆に発現が増加し、NaClや尿素の再吸収を補強して浸透圧恒常性を維持。これらの結果は、魚類の環境適応や腎機能進化の理解を深めるとともに、ヒトの腎疾患研究への応用可能性も示唆します。

エイの淡水適応を支える驚異の腎機能~脊椎動物の中でも屈指の尿排出能力~
図1:海水から淡水への環境水変化に応答して、尿量が増加するしくみ

<関連情報>

広塩性赤エイにおける低浸透圧環境への適応のための広範な尿産生 Extensive urine production in euryhaline red stingray for adaptation to hypoosmotic environments

Naotaka Aburatani ∙ Wataru Takagi ∙ Marty Kwok-Shing Wong ∙ … ∙ Waichiro Godo ∙ Tatsuya Sakamoto ∙ Susumu Hyodo
iScience  Published:August 20, 2025
DOI:https://doi.org/10.1016/j.isci.2025.113274

Highlights

  • Our new device enables continuous urine sampling from a conscious red stingray
  • Red stingray can increase the urine volume by 87-fold in low salinity conditions
  • Urine output increases via enhanced glomerular filtration and reduced water reabsorption
  • Segment-specific aquaporin regulation contributes to diuresis and osmolyte retention

Summary

Maintaining water balance is a prerequisite for all organisms. Euryhaline elasmobranchs face the severest water-influx potential in fresh water (FW), as they retain high concentrations of urea even in hypotonic environments. To elucidate how they overcome this osmotic challenge, we assessed urine output in conscious euryhaline red stingrays (Hemitrygon akajei). Following acclimation to 5% diluted seawater, the stingrays increased urinary output by 87-fold—the greatest change observed in vertebrates—partly due to 6.8-fold increase in glomerular filtration rate (GFR). In the nephron, expressions of Aquaporin-1 (Aqp1), Aqp3, and Aqp15 were strongly downregulated in FW, indicating that tubular diuresis bridges the gap between GFR and final urine volume. Meanwhile, FW-acclimation upregulated Aqp1 and Aqp4 in the distinct bundle structure, which promotes urea reabsorption. Euryhaline elasmobranchs resolve the huge osmotic challenge of FW by excreting massive amounts of water and retaining osmolytes including urea through coordinated regulation of GFR and Aqp expressions.

生物化学工学
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