5 Regulation of Intracellular Anion Concentrations
Chloride regulation depends on coordination of several processes (Fig. 2)． ある種の塩化物リークチャネルは、一方通行の弁として作用することにより、細胞内の塩化物濃度を低下させることが示唆されている。 この考えは、ClC-2（遺伝子clcn2）のような塩化物チャネルは、細胞内に入る塩化物よりも細胞外に出る塩化物に対して透過性が高いという観察からきている35。整流と呼ばれるこの透過性の差にかかわらず、塩化物の流出方向は依然として塩化物駆動力に依存している。 つまり、塩化物の駆動力はほとんど常に反対方向なので、塩化物がClC-2を介して細胞外に出る機会はほとんどないのである。 この「バルブ」は不完全であるため、ClC-2 チャンネルは実際には塩化物を細胞内に漏出させてしまう36
チャンネルが塩化物を細胞外に出さないことから、塩化物を勾配に逆らって移動できる別のイオン輸送メカニズムが必要であることが明らかになった37。 交換体（アンチポーター）は、膜を隔てて反対方向に流れるイオン種の動きを結合することで、実質的に同じことを行う。 神経細胞における主な塩化物押出器は、カリウム・クロライド共輸送体2（KCC2）（遺伝子 slc12a5）である。 KCC2は、勾配を下って細胞外に流れ出るカリウムイオンを、塩化物におぶわせる。 塩化物とカリウムの化学量論が1:1であるため、この過程は電気的に中性である。 その代わり、KCC2はナトリウム-カリウムATPアーゼによって維持されるカリウム勾配に依存し、カリウムを細胞内に送り込むので、このプロセスは二次的に活性化されるのである。
ナトリウム-カリウム-塩化物-共輸送体1またはNKCC1（遺伝子slc12a2）は、神経細胞の塩化物恒常性に貢献するもう1つの重要な因子である。 NKCC1はナトリウム勾配を利用してカリウムと塩化物を細胞内に移動させ、その結果、細胞内の塩化物濃度を高くしている。 これはもちろん、KCC2が塩化物に影響を与えるのとは逆である。 したがって、NKCC1とKCC2の相対的な発現量が細胞内塩化物濃度を決定する。ただし、活性化されたGABAAやグリシンチャネルなど、さまざまな塩化物チャネルを介した塩化物負荷の影響は別である。 いくつかの点に注意する必要がある。 ラット脊髄後角では、Eanionは生後2週間程度で成熟値に達するが40、塩化物押出能力は生後3-4週間まで達しない41。つまり、若いニューロンでは塩化物負荷がKCC2を介した塩化物押出能力をより容易に上回ると考えられている。 第二に、一次求心性神経細胞では発達の切り替えが行われないため、NKCC1レベルが高いままとなり、細胞内の塩化物濃度が高くなる42,43。 第三に、NKCC1とKCC2は単一のニューロン内でも均一に発現していないため、ある区画（軸索初期セグメントなど）では細胞内塩化物が高く、他の区画（ソーマや樹状突起など）では細胞内塩化物が低くなる可能性があります。44,45 そして最後に、正常成人の KCC2 発現レベルが病的に変化することがあります (第 8 節)。
電気生理学的記録の実施方法についても言及しなければなりません。 ホールセル・パッチクランプ法では、パッチピペットを細胞膜に密着させた後、細胞膜を破裂させて細胞への電気的アクセスを確保する。 ピペット液は細胞内の自然濃度に近い塩化物濃度で設計されることが多いが、塩化物駆動力を高めるために（例えば、小さな抑制性シナプス後電流の検出を容易にするために）意図的に高い塩化物濃度にすることもある。 質問される内容によって、どちらのアプローチでも構わない。 しかし、いずれの場合も、細胞を透析することは、細胞内の塩化物をピペット液の塩化物濃度またはその近辺で実質的にクランプすることを意味し、細胞内の自然な塩化物濃度を測定するには明らかに不適切である。 この問題は、パーフォレーテッド・パッチ法を用いることで解決できます。46 とはいえ、細胞を透析することで、細胞内の塩化物濃度がピペット濃度と平衡するか、細胞がその押出機構により低いレベルを維持するかを判断し、押出能力をテストすることができます47, 48。さらに、電圧クランプでは、膜電位を急激に変化させ、任意に選んだ値で固定するので、非常に不自然な塩化物駆動力につながることがあります。 RattéとPrescottによって説明されたように、このような実験の詳細は誤解を避けるために慎重に検討されなければなりません。
すでに述べたように、重炭酸塩は活性化したGABAAおよびグリシン受容体を通して流出します。 細胞外空間における重炭酸塩の拡散が比較的制限されていないことから、重炭酸塩の流出が細胞外蓄積を引き起こす可能性は低いが、重炭酸塩の流出は細胞内の重炭酸レベルを枯渇させてpHの低下を引き起こす可能性がある。49。 しかし、細胞内の炭酸水素は、炭酸脱水酵素によって二酸化炭素と水が炭酸水素とプロトンに変換されることによって補充されるため、通常の条件下ではこの現象は起こらない傾向がある。 アセタゾラミドによる炭酸脱水酵素の阻害により、細胞内の重炭酸塩を減少させることができる（そしてその排出を抑制する）32が、これは実際、鎮痛作用を有する（セクション9）。 pHの調節には他の化学反応や輸送メカニズムが関与しており、重炭酸塩そのものが塩化物と交換されて細胞膜を通過することができる50
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