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la rigenerazione Epatica e fibrosi dopo che l’infiammazione

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Metabolica zonazione, farmaco-indotta lesione epatica acuta, e la rigenerazione

La funzionalità epatica unità si compone del lobulo epatico, che ha una vena centrale e esagonale o poligonale portale triadi costituito dalla vena porta, arteria epatica e biliare. La vena centrale è collegata alle triadi portale tramite sinusoidi che attraversano le placche epatiche., Sebbene tutti gli epatociti siano morfologicamente simili, le loro funzioni sono piuttosto diverse e determinate dalla loro posizione lungo l’asse porto-centrale dell’unità epatica funzionale, il lobulo epatico. Gli epatociti periportali sono specializzati per funzioni epatiche ossidative come la gluconeogenesi, l’ossidazione ß degli acidi grassi e la sintesi del colesterolo, mentre gli epatociti pericentrali sono più importanti per la glicolisi, la lipogenesi e la disintossicazione dei farmaci a base di citocromo P450. La zonazione metabolica è formata da un gradiente di segnalazione Wnt / ß-catenina ., Uno studio recente ha rivelato che i recettori LGR4/5 e i loro ligandi RSPO affini potenziano la segnalazione Wnt/ß-catenina e controllano la zonazione epatica .

Gli epatociti centrilobulari esprimono abbondantemente il citocromo P450s (Cyps), che metabolizzano l’alcol e varie epatotossine chimiche come paracetamolo, tetracloruro di carbonio (CCl4) e tioacetamide, per generare radicali liberi altamente reattivi che danneggiano gli epatociti. Una singola somministrazione di farmaci come CCl4 induce necrosi degli epatociti e disorganizzazione delle sinusoidi che circondano la vena centrale., La proliferazione degli epatociti inizia entro 24 h, picchi intorno a 48 h e termina di 72 h nei topi . Insieme alla proliferazione degli epatociti, il rimodellamento sinusoidale si verifica nell’area necrotica. Prima di queste risposte, gli epatociti danneggiati dai radicali liberi producono modelli molecolari associati al danno (smorzatori) per indurre l’infiammazione, con cui le cellule non parenchimali attivate contribuiscono alla rigenerazione. Il residente e le cellule infiammatorie reclutate dal midollo osseo svolgono un ruolo cruciale nella rigenerazione e nel rimodellamento dell’area danneggiata., La cellula di Kupffer attivata, un macrofago epatico residente, secerne l’interleuchina – 6 (IL-6) che induce direttamente l’espressione epatica di più geni associati a proteine di fase acuta, ciclo cellulare, redox e anti-apoptosi per facilitare la proliferazione degli epatociti rimanenti . HSCs e LSECs svolgono anche ruoli cruciali nella proliferazione di epatociti e rimodellamento sinusoidale dopo lesioni epatiche. Gli HSC stimolati dall’infiammazione contribuiscono all’inizio della rigenerazione epatica secernendo il fattore di crescita degli epatociti (HGF)., Inoltre, gli HSC attivati iniziano a produrre una matrice extracellulare (ECM) che include collageni per fissare l’architettura del tessuto danneggiato in modo simile al processo di guarigione delle ferite . L’ECM funge da impalcatura per la proliferazione degli epatociti e mantiene la stabilità meccanica nella regione danneggiata. Gli LSEC attivati dall’infiammazione acuta secernono anche HGF e Wnt2 per promuovere la rigenerazione del fegato ., Abbiamo riportato che Sema3e prodotto da epatociti danneggiati induce la contrazione di LSEC, che supporta l’attivazione di HSCs e l’infiltrazione di leucociti nell’area danneggiata . Dato che l’insulto del fegato è transitorio, queste cellule attivate dall’infiammazione saranno infine risolte, seguite dalla risoluzione di ECM e rivascolarizzazione. Pertanto, l’attivazione delle cellule non parenchimali nell’area lesa e la proliferazione degli epatociti non danneggiati devono essere ben orchestrate per ripristinare la massa originale, le funzioni e la struttura del fegato nell’infiammazione acuta.,

Danno epatico cronico e fibrosi

L’infiammazione cronica è una risposta immunitaria che persiste per mesi, in cui l’infiammazione e i processi di rimodellamento e riparazione dei tessuti si verificano simultaneamente. Può essere indotto da una serie di insulti diversi tra cui infezione da virus dell’epatite, eccessiva assunzione di alcol, reazioni autoimmuni, tossine e disturbi metabolici. Tuttavia, indipendentemente dall’eziologia, l’infiammazione cronica induce la fibrosi che alla fine porta alla cirrosi e al carcinoma epatocellulare., Nell’epatite cronica, gli HSC attivati diventano miofibroblasti e svolgono un ruolo dominante nella fibrosi producendo una grande quantità di collagene. Inoltre, la sovraregolazione di un inibitore tissutale delle metalloproteinasi-1 (TIMP-1) nel fegato fibrotico contribuisce alla deposizione di collagene inibendo la risoluzione di ECM. La produzione persistente di fattori di crescita per HSCs, citochine fibrogene e chemochine da parte di vari tipi di cellule epatiche sono coinvolte nella fibrogenesi nell’infiammazione cronica., Tra questi, TGF-ß prodotto dalle cellule immunitarie promuove direttamente la fibrogenesi inducendo la trascrizione del collagene di tipo I e III attraverso la via di segnalazione Smad . IL-1ß e il TNF-α non inducono l’attivazione dell’HSC, ma mediano la sopravvivenza degli HSC attivati e contribuiscono quindi alla fibrosi epatica . Un recente studio ha rivelato l’implicazione di IL-33, una citochina membro della famiglia IL-1 nella fibrosi epatica. IL-33 secreto dagli epatociti danneggiati stimola le cellule linfoidi innate di tipo 2 (ILC2) a produrre IL-13, che a sua volta promuove l’attivazione di HSC attraverso l’attivazione di STAT6 .,

Le chemochine svolgono anche un ruolo nella fibrosi epatica attraverso cellule non immunitarie e cellule immunitarie nel fegato. Due tipi di recettori per CXCL12 (chiamato anche SDF1), CXCR4 e CXCR7, regolano un equilibrio tra rigenerazione e fibrosi dopo danno epatico attraverso il cambiamento fenotipico della nicchia vascolare epatica ., CXCR4 e CXCR7 sono espressi in modo differenziale in LSEC a seconda della condizione del fegato danneggiato, e l’upregulation CXCR7 dopo la lesione acuta contribuisce alla rigenerazione epatica schierando fattori pro-rigenerativi come Wnt2 e HGF attraverso l’induzione del fattore di trascrizione Id1. Al contrario, la segnalazione FGFR1 costitutiva in LSEC sotto epatite cronica induce la predominanza di CXCR4 su CXCR7 aumentando l’espressione di CXCR4, portando a un passaggio dalla nicchia vascolare pro-rigenerativa al fenotipo pro-fibrotico accompagnato dalla proliferazione di HSC attivati., D’altra parte, CCL2, chiamato anche MCP-1 secreto dalla cellula di Kupffer e HSC, contribuisce al reclutamento di monociti CCR2+ Ly6C+ nel fegato. I macrofagi Ly6Chi reclutati sono pro-infiammatori e pro-fibrotici e producono IL-1ß, TNF-α, TGF-ß e PDGF per indurre la sopravvivenza, l’attivazione e la proliferazione dei miofibroblasti . Come tali, i macrofagi epatici contribuiscono alla fibrogenesi epatica, mentre svolgono un ruolo cruciale nella risoluzione di ECM ., È stato riportato che i macrofagi riparatori Ly6Clo presentano fenotipi pro-risoluzione con aumentata espressione di metalloproteinasi a matrice fibrinolitica (MMPs) inclusi MMP9 e MMP12, geni correlati alla fagocitosi e fattori di crescita . Pertanto, dopo l’infiammazione acuta, il passaggio fenotipico dei macrofagi pro-infiammatori ai macrofagi riparatori insieme alla scomparsa dei macrofagi pro-fibrotici svolge un ruolo importante nella rigenerazione epatica e nel riassorbimento dell’ECM., Thus, interactions among immune and non-immune cells in response to persistent inflammatory factors can be a fork toward hepatic regeneration or fibrosis in chronic hepatitis (Fig. 2).

Fig., 2

i cambiamenti Fenotipici di cellule non parenchimali associati con la rigenerazione del fegato o fibrosi dopo l’infortunio

Fegato cellule staminali/progenitrici e comparsa di reazione

Epatociti hanno una lunga durata di vita, e nuovi epatociti sono derivati da pre-esistente epatociti. Pertanto, a differenza delle cellule staminali intestinali, l’omeostasi epatica non sembra richiedere una popolazione di cellule staminali residenti., Inoltre, nella lesione epatica acuta, poiché gli epatociti residui proliferano per ripristinare le cellule perse, le cellule staminali non sono necessariamente necessarie. Tuttavia, nel danno epatico cronico, si è creduto che le cellule progenitrici epatiche (LPC) o le cellule ovali contribuiscano alla rigenerazione epatica. Fondamentalmente, gli LPC sono definiti come cellule bi-potenziali simili all’epatoblasto fetale, che possono differenziarsi sia dagli epatociti che dai BEC ., Le lesioni epatiche croniche spesso accompagnano la “reazione duttolare”, che è istologicamente caratterizzata come emergenza ectopica ed espansione delle cellule marker-positive del dotto biliare attorno alla vena porta. È stato a lungo postulato che la reazione duttolare rappresenta l’attivazione di LPC adulti che possono risiedere nell’albero biliare o nei canali di Hering, la struttura giunzionale che collega gli epatociti e i dotti biliari., Il concetto di LPC è stato un paradigma nella rigenerazione del fegato su lesioni croniche, e la maggior parte degli studi si sono concentrati su se e come LPC possono proliferare e differenziarsi per epatociti per ricostituire le funzioni perse del fegato. Considerando che gli LPC si espandono in caso di epatite cronica, gli LPC dovrebbero essere attivati in risposta all’infiammazione. In effetti, sono state riportate implicazioni di diverse citochine infiammatorie, come il fattore di necrosi tumorale (TNF)-alfa, l’interleuchina-6 e l’interferone-gamma, nella proliferazione di LPC ., Tra questi fattori, l’induttore DEBOLE di apoptosi correlato al TNF (TWEAK) e il fattore di crescita dei fibroblasti 7 (FGF7) sono di particolare interesse, in quanto sono in grado di indurre l’attivazione de novo di LPC senza insulti infiammatori, suggerendo che la cellula di origine per LPC è sensibile a questi segnali extracellulari . Anche altri fattori di crescita, come l’HGF e il FEG, sono stati implicati nella regolamentazione della proliferazione e/o della differenziazione dei PCL . Notch segnalazione è ben noto per svolgere un ruolo fondamentale nella differenziazione degli epatoblasti fetali in BECs . In linea con questa nozione, Boulter et al., ha riferito che Jagged 1, un ligando Notch espresso da miofibroblasti attivati, ha promosso la specifica di LPC a BECs durante la rigenerazione biliare . In particolare, macrofagi inghiottendo detriti epatociti espresso Wnt3a, che migliora canonica Wnt segnalazione e si oppone Notch segnalazione in LPC per promuovere la loro specifica per epatociti durante la rigenerazione epatica. Pertanto, gli LPC sono apparentemente una popolazione di cellule staminali / progenitrici “facoltative”che emerge intorno alla vena porta per la rigenerazione, a seconda del microambiente generato dall’infiammazione cronica.,

Una controversia sul ruolo di LPC nella rigenerazione

In netto contrasto con LPC intorno alla vena porta, Wang et al. identificato una popolazione di cellule proliferanti e auto-rinnovanti adiacenti alla vena centrale tracciando lineage utilizzando il gene Wnt-responsive Axin2 nei topi . Queste cellule pericentrali hanno espresso il marcatore progenitore epatico precoce Tbx3, sono diploidi e quindi differiscono dagli epatociti maturi, che sono per lo più poliploidi. Le cellule endoteliali della vena centrale adiacenti forniscono segnali Wnt che mantengono tali cellule pericentrali, costituendo così la nicchia., I discendenti delle cellule pericentrali si differenziano in epatociti poliploidi Tbx3-negativi e possono sostituire tutti gli epatociti lungo il lobulo epatico durante il rinnovamento omeostatico, sebbene il loro contributo alla riparazione epatica dopo l’infortunio rimanga sconosciuto. Tuttavia, uno studio più recente ha dimostrato che gli epatociti LGR4+ in tutto il lobulo contribuiscono all’omeostasi epatica senza dominanza zonale, contraddittoria con la cellula staminale pericentrale . Inoltre, Font-Burgada et al., ha dimostrato che ci sono un sottoinsieme di epatociti periportali, “epatociti ibridi”, che esprimono bassi livelli di Sox9 e alcuni geni arricchiti dal dotto biliare, ed è stato affermato che gli epatociti ibridi sono le cellule che mediano principalmente la riparazione delle lesioni epatiche .

Al contrario, molti studi recenti che impiegano approcci di tracciatura genetica in vivo hanno dimostrato che LPC e / o BEC preesistenti non contribuiscono o raramente a nuovi epatociti in modelli murini, sollevando così un dubbio sul concetto che gli LPC fungano da backup per la rigenerazione degli epatociti ., Questi risultati apparentemente contraddittori per quanto riguarda l’origine di nuovi epatociti nel danno epatico cronico possono essere dovuti alle differenze nei modelli di lesioni utilizzati. Se gli epatociti sani rimangono nel fegato ferito, proliferano per ripristinare le normali funzioni, ma gli LPC derivati dalle vie biliari possono dare origine a nuovi epatociti quando la maggior parte degli epatociti sono gravemente danneggiati. Ad esempio, la delezione genetica specifica degli epatociti della E3 ubiquitina ligasi Mdm2 ha indotto gli epatociti ad apoptosi, necrosi e senescenza in quelle cellule. In condizioni così gravi, gli LPC vengono attivati per ricostituire il fegato funzionale .,

Gli esperimenti di tracciatura del lignaggio hanno significativamente avanzato la nostra sottovalutazione su LPC e reazione ductulare, mentre la cellula di origine per LPC è ancora oggetto di un intenso dibattito. Utilizzando approcci di imaging di nuova costituzione per catturare la morfologia tridimensionale (3D) del tessuto in situ, abbiamo recentemente riportato che la reazione duttolare rappresenta essenzialmente i cambiamenti dinamici e adattativi delle cellule duttali che mantengono la struttura del tipo di condotto e la connessione con i dotti biliari portali ., Il tracciamento clonale ha inoltre rivelato l’eterogeneità dei BEC in termini di attività di proliferazione in vivo e che i BEC nella periferia proliferano in modo stocastico . Mentre resta da dimostrare se esiste una classe specifica di BEC che funziona come LPC producendo epatociti, va notato che le cellule BEC marker-positive che emergono nella lesione epatica cronica, che sono state considerate come LPC, sono collegate ai dotti biliari.

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