Сайт доктора медицинских наук, профессора

Гарбузенко Дмитрия Викторовича

& Garbuzenko Dmitry Victorovich, Doctor of Medicine, professor

Chirurgus mente prius et oculis agat, quam armata manu!
Змея
Главная
Resume
Список публикаций
Изобретения
Статьи
Лекции
Полезная информация
Врачебные советы





МЕХАНИЗМЫ КОМПЕНСАЦИИ СТРУКТУРЫ
И ФУНКЦИИ ПЕЧЕНИ ПРИ ЕЁ ПОВРЕЖДЕНИИ

И ИХ ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ

Гарбузенко Д.В. Механизмы компенсации структуры и функции печени
при её повреждении и их практическое значение
// Рос. журн. гастроэнтерол., гепатол., колопроктол. –
2008. - Т. XVIII, № 6. - С. 14-21.

При цитировании статьи ссылка на автора обязательна!

Известная феноменальная способность печени после повреждения любой этиологии регулировать свой рост и массу, а также поддерживать постоянство структуры и функции, связана с уникальными свойствами её паренхиматозных клеток - гепатоцитов. Считается, что при отсутствии стимуляции роста, гепатоциты в течение жизни делятся один или два раза. Однако, после повреждения либо удаления фрагмента печени запускается последовательный механизм, основными компонентами которого являются пролиферация, дифференцировка и миграция клеток, а также реструктуризация стромы и ангиогенез [26]. Факторы, продуцируемые как самой печенью, так и внепеченочными тканями, взаимодействуя между собой и со специфическими рецепторами клеточных мембран, регулируют этот компенсаторный механизм [24] (рис. 1).
Способность дифференцированных клеток печени к самоподдержке на протяжении всей жизни организма позволяет квалифицировать гепатоциты как унипотентную коммитированную популяцию стволовых клеток. Вместе с тем, доказано существование в печени и факультативных стволовых клеток, к которым относятся недифференцированные клетки, находящиеся в системе желчных протоков (клетки каналов Геринга). Их ближайшие потомки, овальные клетки, способны дать начало нескольким клеточным линиям, в том числе гепатоцитам и клеткам желчного эпителия [12]. Кроме того, в исследованиях in vitro была показана возможность развития гепатоцитов и овальных клеток из стволовых клеток костного мозга, которые функционально являются мультипотентными, способными к самовоспроизведению при симметричном делении и дающие начало клеткам-предшественникам при ассиметричном делении, но это должным образом не было идентифицировано in vivo [30]. Если самообновление является уникальным свойством стволовых клеток, то клетки-предшественники, которые являются их потомками, пролиферируют и дифференцируются в соматические популяции, но сами не сохраняются. Они могут иметь одно- или мультилинейный потенциал, но способны только к кратковременной перестройке ткани [45].
Несмотря на то, что печень взрослых животных содержит стволовые недифференцированные клетки, они не активируются ни при постнатальном росте, ни при регенерации после частичной гепатэктомии. В этих случаях нормальный рост осуществляется за счёт пролиферации зрелых, нередко очень высокоплоидных гепатоцитов. Только в случаях функциональной несостоятельности, когда гепатоциты утрачивают способность к размножению, рекрутируются клетки факультативного резерва печени [10].
Вопрос о причинах, инициирующих регенерационный каскад, до настоящего времени ещё окончательно не решён. Одна из теорий предполагает, что гемодинамическая перегрузка, которой подвергается остаток печени после её резекции, активирует индуцибельную синтазу оксида азота (iNOS) и циклооксигеназу 2, что приводит к повышенной продукции оксида азота (NO) и простагландинов [32]. При этом подчёркивается значение сохранения портального кровотока, постоянство которого поддерживается за счёт печёночного артериального буферного ответа [38].
NO и простагландины сенсибилизируют макрофаги печени к вторичным индукторам воспаления, прежде всего к эндотоксину грамотрицательной микрофлоры кишечника, уровень которого в сыворотке после резекции печени повышается. Это связано как с транслокацией бактерий из кишечника, обусловленное нарушением местного иммунитета, изменением состава флоры и повышением его проницаемости, так и с уменьшением абсолютного числа клеток Купффера и угнетением их функции [62].
Сенсибилизированные макрофаги вырабатывают фактор некроза опухолей a (TNF-a), который является многофункциональным цитокином, передающим сигналы через два типа рецепторов: TNFR-1 (p55) и TNFR-2 (p75). В печени он действует как медиатор острофазового ответа и обладает цитотоксическим действием при многих типах её повреждения. TNF-a, также как и и интелейкин-6 (IL-6), способствуют образованию в гепатоцитах реактивных видов кислорода (ROS) [21], избыток которых блокируется разнообразными механизмами, в частности окислением предназначенных для этой цели веществ типа глутатиона, что индуцирует пролиферацию и предотвращает апоптоз [46].
Сразу после частичной гепатэктоми повышается стимулированная TNF-a экспрессия большого количества генов немедленного раннего ответа. Первыми были идентифицированы протоонкогены c-fos, c-jun и c-myc. В настоящее время их насчитывается не ме-нее 70. Важную роль в немедленном раннем генном ответе играет тирозин фосфатаза [27].
Возникший после повреждения печени оксидативный стресс активирует факторы транскрипции, такие как NF-kappaB, STAT3, AP-1, Nrf2, C/EBPb, которые включаются в специфические места разнообразных генов и при взаимодействии между собой регулируют их трансактивацию. Следует отметить, что для стимуляции факторов транскрипции не требуется синтеза белка, и она зависит от механизма посттрансляции.
Первоначально идентифицированный в B лимфоцитах, NF-kappaB [англ. Nuclear factor for the kappa chain of B cells] обнаружен во многих клеточных популяциях, включая гепатоциты и непаренхиматозные элементы. В клетках печени он представлен гетеродимером, состоящим из двух белковый субъединиц, p65 (или relA) и p50, локализованных в цитоплазме. Из-за их связи с ингибитором IkB, NF-kappaB в этом состоянии неактивен. После освобождения от IkB гетеродимер p65/p50 перемещается к ядру клетки, где активирует гены, принимающие участие в воспалении, адгезии, регенерации и апоптозе. У крыс экспрессия NF-kappaB, индуцированная TNF-a, начинается быстро, в пределах 30 минут, и заканчивается через 4-5 часов [40].
Стимулированная IL-6 активация STAT3, одного из компонентов фактора транскрипции STAT [англ. Signal Transduction and Activators of Transcription], после частичной гепатэктомии у крыс идёт медленнее, чем NFkB. Для передачи сигнала IL-6 обычно использует рецептор gpl30, вызывая его димеризацию. Активированная внутриклеточная тирозин киназа фосфорилирует gp130 и создаёт место для связывания STAT3, который в ядре фосфорилируется, транслоцируется и регулирует экспрессию большого количества генов, вовлеченных в передачу информации, острофазовый ответ и пролиферацию [22]. STAT3 обнаруживается в печени через 1-2 часа после операции и сохраняет свою активность до 4-6 часов. В настоящее время идентифицировано семь генов STAT [57].
Вторая фаза процесса регенерации определяется как отсроченно ранний генный ответ. Важную роль в нём играет Bcl-X1 - главный антиапоптозный ген в печени. После частичной гепатэктомии у мышей он способствует увеличению мРНК до максимальных значений через 8 часов после операции. Возможно, что Bcl-X1 функционирует как антиоксидант, предотвращая повреждение клеток, вызванное ROS [58]. К генам клеточного цикла относятся p53, mdm2, p21, циклины и связанные с ними циклин-зависимые киназы (cdks). [13]. При этом циклины D-типа вместе с их киназами играют ключевую роль в регуляции G1 фазы. Так комплекс циклинD1/cdk4, чтобы преодолеть позднюю G1 рестрикционную точку клеточного цикла, фосфорилирует факторы E2F. Комплекс циклинЕ/cdk2 модули-рует переход G1 в S фазу, комплекс циклинА/cdk2 важен для инициации репликации ДНК в S фазу, а комплекс циклинB/cdk1 принимает участие в митозе. Активность всех киназ начинается через 13 часов и достигает максимального уровня к 24 часам после частичной гепатэктомии [34].
Однако сам по себе немедленный ранний и отсроченно ранний генный ответ во время регенерации печени не ведет к репликации ДНК. Для этого необходимы факторы роста, такие как гепатоцитарный (HGF), трансформирующий (TGF)-a, инсулиноподобные (IGF) 1, 2 , плацентарный (PlGF), эпидермальный (EGF), основной фактор роста фибробластов (bFGF), фактор роста сосудистого эндотелия (VEGF), фактор, активирующий тромбоциты (PAF) и т.д. HGF, взаимодействуя с другими факторами роста, является по-тенциальным стимулятором синтеза ДНК в гепатоцитах [56]. Он осуществляет свое действие посредством паракринного или эндокринного механизма. В противоположность ему вырабатываемый гепатоцитами TGF-a, связываясь с рецепторами EGF, оказывает на них аутокринное влияние [19]. ICF 1 и 2 представляют собой ярко выраженные митогены, играющие важную роль в росте и развитии организма. Наиболее изученный в настоящее время IGF 1 или соматомедин, после резекции печени вырабатывается в гепатоцитах и оказывает паракринное влияние на рецепторы непаренхиматозных клеток, способствуя их пролиферации [20]. Фактор роста соединительной ткани (CTGF), матриксный протеин, связываясь с фибронектином, играет важную роль в активации овальных клеток [47]. Пролиферация гепатоцитов практически сразу после резекции печени индуцирует синтез металлопротеиназ, преимущественно желатиназы В, достигая пика во время воспалительной реакции с уменьшением в фазу восстановления [14].
Таким образом, биосинтез белков нескольких функциональных классов, включая факторы транскрипции, роста и сигналпередающие протеины, начинается уже через 5-6 часов после частичной гепатэктомии (фаза G1). Спустя 10-12 часов после операции наблюдается усиленный синтез ДНК (фаза S), достигая максимума между 24 и 48 часам. При этом пик синтеза ДНК билиарного эпителия происходит через 36-48 часов, Купферовских и звездчатых клеток - через 48 часов и, наконец, эндотелиальных клеток синусоидов - через 96 часов после операции. Переход через фазы клеточного цикла модулируется взаимодействием между циклинами, циклин-зависимыми киназами и их ингибиторами. Через 7-10 дней после восстановления первоначальной массы печени регенерация прекращается.
По прошествии 72 часов, когда пролиферация гепатоцитов снижается, отдельные из них формируют бессосудистые скопления, представляющие собой широкие пластины, состоящие из 10-12 клеток. Инфильтрация их проникающими из микроциркуляторного русла эндотелиальными клетками-предшественниками, произведёнными стволовыми клетками костного мозга и дальнейшая пролиферация последних, а также увеличение синтеза протеаз, расщепление и повторный синтез внеклеточного матрикса с последующим образованием эндотелиальных трубочек приводит к восстановлению нормальной сосудистой структуры печени (рис. 2) [49]. Эндотелиальные клетки-предшественники мобилизуются в ответ на цитокиновую стимуляцию и ишемию. При этом их хемотаксис, миграцию, адгезию, дифференциацию и созревание в эндотелиальные клетки индуцируют тромбоциты [37]. Ведущими хемотаксическими и митогенными стимулами для эндотелиальных клеток служат ангиопоэтины, bFGF, PlGF, VEGF. Было показано, что большинство известных эндогенных протеинов, регулирующих ангиогенез, содержатся преимущественно в a гранулах тромбоцитов, где делятся на его позитивные и негативные регуляторы [25]. Считается, что VEGF является наиболее мощным ангиогенным фактором, увеличение продукции которого пролиферирующими гепатоцитами после частичной гепатэктомии коррелирует с повышенной экспрессией его рецепторов на поверхности эндотелиальных клеток, что индуцирует их пролиферацию [53]. Точная роль тромбоспондина-1, матриксного протеина, одного из пяти членов семейства тромбоспондиновых генов, противоречива, что может быть связано с разным уровнем его концентрации, типом и числом рецепторов, представленных в эндотелиальных клетках. Однако не исключается, что он является стимулятором ангиогенеза при повреждении печени [23].
Подводя итог вышесказанному, можно сказать, что ангиогенез является целостным процессом, включающим миграцию и деление эндотелиальных клеток, дегенерацию матрикса и рост сосудов, в который вовлечены циркулирующие или резидентные эндотелиальные клетки-предшественники, произведённые стволовыми клетками костного мозга. Он регулируется комплексным взаимодействием между различными ангиогенными фак-торами роста и воспалительными клетками. При этом, местно действующий хемокин SDF-1 (CXCL12) способствует проникновению эндотелиальных клеток-предшественников в ишемизированные ткани [54].
Таким образом, всё многообразие компенсаторных и приспособительных процессов в печени сводится к трём основным реакциям – регенерации, гипертрофии и перестройке тканей. Однако известно, что одной из причин структурных изменений в печени при циррозе является недостаточная репаративная регенерация. Кроме того, накопление фибриллобразующих коллагенов I, III и IV типов в пространстве Диссе приводит к его капилляризации и нарушению микроциркуляции печени, что способствует нарушению её функции и развитию портальной гипертензии [61]. Гипоксия, лежащая в основе прогрес-сирования фиброза, играет роль и в неоваскуляризации цирротически изменённой печени. Увеличение экспрессии TGF-b1 ведёт к инфильтрации тканей моноцитами-макрофагами и стимуляции выработки ангиогенных факторов роста и протеаз [33]. Под влиянием урокиназы происходит конверсия плазминогена в активный плазмин, который инициирует направленное разрушение белков базальной мембраны - фибронектина и ламинина [51]. Действуя на латентные матриксные металлопротеиназы и эластазу, он, и возможно сама урокиназа, обеспечивают последующую деградацию внеклеточного матрикса, что необходимо для миграции и инвазии эндотелиальных клеток. Кроме того, при их участии активируются практически все факторы роста, задействованные в ангиогенезе [6], что приводит к развитию микроциркуляторного сосудистого русла в паренхиме цирротически изменённой печени, способствуя улучшению перфузии синусоидов и уменьшению гипоксии гепатоцитов [31]. Однако при циррозе печени этот компенсаторный механизм часто неадекватен, что возможно связано с недостаточной выработкой VEGF [42].
Становится очевидным, что стимуляция регенерации и ангиогенеза может быть одним из способов лечения цирроза печени и его осложнений [36]. Для достижения последнего предложено несколько методов, среди которых наибольшее распространения получили использование рекомбинантных факторов роста, трансплантация фетальных гепато-цитов и стволовых клеток костного мозга, а также различные виды дозированного повреждения ткани печени.
В экспериментах на крысах с моделью цирроза печени было показано, что HGF за счёт индукции апоптоза и угнетения пролиферации миофибробластов печени, а также уменьшения выработки ими TGF-b1, оказывает на гепатоциты митогенный, антиапоптотический и противовоспалительный эффекты [43]. Использование низких доз IGF 1 способствует регенерации, редукции фиброза печени и, как следствие, улучшению её функции и выраженности портальной гипертензии [18]. Введение ангиопоэтина [44], также как гена bFGF [39] и VEGF [52] стимулирует развитие сосудов микроциркуляторного русла. Кроме того, VEGF ослабляет капилляризацию синусоидов и в результате увеличения количества фенестр и проницаемости печёночных эндотелиальных клеток улучшает обмен между гепатоцитами и синусоидальной кровью [63].
Эмбриональные стволовые клетки были впервые получены из мышиной бластоцисты в 1981 г. В недифференцированном состоянии они бесконечно пролиферируют и могут генерировать различные типы клеток, в том числе и гепатоциты [15]. Следует отметить, что фетальные клетки, выбранные для трансплантации, обладают очевидными преимуществами перед соматическими клетками взрослых доноров, т.к. имеют слабо экспрессированные комплексы главных антигенов гистосовместимости и способны вырабатывать уникальный комплекс цитокинов и факторов роста [7]. В настоящее время трансплантация фетальных гепатоцитов предлагается как альтернатива ортотопической пересадке печени. Она не только обеспечивает временное восстановление функции у ожидающих её пациентов, но и является терапией ряда метаболических расстройств и фулминантной печёночной недостаточности. Однако этот метод не оказывает стойкого терапевтического эффекта, в связи с чем, при циррозе печени применяется редко, хотя в ряде случаев позволяет улучшить функцию печени и таким образом увеличить продолжительность и качество жизни [55]. В эксперименте на мышах с моделью цирроза печени было показано, что трансплантированные предшественники эпителиальных клеток фетальной печени пролиферируют и дифференцируются как в гепатоциты, так и эпителиальные клетки желчных протоков с высокой способностью к репопуляции, способствуя восстановлению функции печени и снижению выраженности фиброза [67]. В целом, важно подчеркнуть, несмотря на то, что эмбриональные стволовые клетки в настоящее время представляют наилучшую in vitro модель для дифференциации гепатоцитов, этические ограничения и возможная малигнизация являются главными ограничениями их использования в клинической практике [60].
Sakaida et al. [50] сообщили, что трансплантированные стволовые клетки костного мозга за счёт увеличения экспрессии матриксных металлопротеиназ и разрушения коллагеновых волокон уменьшают фиброз печени. Это способствует улучшению выживаемости мышей с CCL4-индуцировапнным повреждением печени. Однако остаётся неясным, связаны ли данные изменения с непосредственным влиянием этих клеток. Применение гемопоэтических [48] и мезенхимальных [64] клеток-предшественников, произведённых стволовыми клетками костного мозга у животных с моделью цирроза печени, вызывает регрессию фиброза и стимулирует регенерацию печени, а введение в воротную вену эндотелиальных клеток-предшественников, за счёт выработки ими HGF, TGF-a, EGF и VEGF, уменьшает экспрессии коллагена I типа, фибронектина, TGF-b1, индуцирует пролиферацию гепатоцитов, реконструкцию синусоидов и редукцию фиброза печени, улучшая, таким образом, её функцию [59]. Теоретически преимуществ использования стволовых клеток костного мозга для стимуляции регенерации печени достаточно: простота получения, способность к пролиферации, эффективность in vitro трансфекции, использование аутологичных клеток. Однако, несмотря на первые многообещающие результаты, ключевыми вопросами их использования являются отсутствие тканевой специфичности и недоказанность достижения необходимого уровня печёночной репопуляции у экспериментальных животных [41].
Описаны и хорошо изучены методы, стимулирующие регенерацию печени за счёт дозированного повреждения её ткани, например, посредством резекции фрагмента [29], посегментарной микрорезекции [8], электрокоагуляции [11], криодеструкции [1], воздействия низкоинтенсивного [2] и высокоинтенсивного лазерного излучения [4]. Вместе с тем, было показано, что резекция цирротически изменённой печени у крыс, несмотря на стимуляцию мощного пролиферативного ответа в оставшейся её части, не приводит к полной нормализации клеточного состава паренхимы [9], что может быть связано с пониженной экспрессией циклинов, в частности, циклина D1. Кроме того, значительно уменьшенный уровень IL-6 делает менее выраженной активность факторов транскрипции (STAT3, AP-1, C/EBPb). Вдобавок, регенерация цирротически изменённой печени во многом зависит от запасов АТФ, а неадекватная респираторная функция митохондрий [65] способствует гипоксии гепатоцитов и уменьшению экспрессии HGF и его рецептора c-Met [33]. В этой патофизиологической ситуации дополнительной стимуляции митогенного эффекта можно достичь применением факторов роста и гормонов. Так, назначение EGF и инсулина крысам, перенёсшим резекцию цирротически изменённой печени, ускоряло синтез ДНК [28], а введение VEGF [16], также как трииодтиронина [17], играющего роль гормона роста, за счёт модуляции клеточного цикла генами немедленного раннего ответа ин-дуцировало ангиогенез и пролиферацию гепатоцитов. Аналогичным эффектом за счёт по-вышения экспрессии NF-kappaB (P65), VEGF и циклина D1 обладает и кардиотропин-1 [66].
При воздействии на печень крыс, изменённую по типу цирроза, высокоинтенсивного лазерного излучения инфракрасного диапазона (1064 и 805 нм) каскад последовательных реакций сателлитных клеток формируется немедленными эффектами – дегрануляцией тучных клеток, активацией тромбоцитов с образованием агрегатов и выбросом гранул и эффектами, развивающимися в процессе воспаления, - выраженной макрофагальной инфильтрацией, увеличением количества тучных клеток, пролиферацией и усилением синтетической активности фибробластов. Это сопровождается локальным повышением экспрессии bFGF, VEGF, усилением активности матриксных металлопротеиназ и протеаз системы плазмина, что создаёт необходимые условия для пролиферации и миграции эндотелиальных и гладкомышечных клеток сосудистой стенки, формирования новых сосудов и ремоделирования тканей в зонах лазерного воздействия [3].
Таким образом, знание механизмов компенсации структуры и функции печени имеет важное практическое значение для разработки способов коррекции различных патологических состояний. В частности, у больных циррозом применение методов воздействия на процессы регенерации печени целесообразно как для лечения самого заболевания и его осложнений, так и в качестве подготовки к ортотопической трансплантации печени [5].


Яндекс.Метрика