The hepatic sinusoid in aging: phenotypic changes and novel therapeutic approaches

• Autores: Raquel Maeso Diaz
• Directores de la Tesis: Jaume Bosch Genover (dir. tes.), Jordi García (codir. tes.)
• Lectura: En la Universitat de Barcelona ( España ) en 2020
• Idioma: español
• Tribunal Calificador de la Tesis: Jordi Bruix Tudó (presid.), Montserrat Mari Garcia (secret.), Jean-Pierre Dufour (voc.)
• Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Medicina e Investigación Traslacional por la Universidad de Barcelona
• Materias:
  • Ciencias de la vida
    • Biología celular
  • Ciencias médicas
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• Resumen

  • El hígado es un órgano central para el metabolismo, síntesis de moléculas y aclaramiento xenobiótico y endobiótico. El hígado es capaz de realizar todas estas funciones gracias al trabajo eficiente y coordinado de todas las células dentro del sistema microcirculatorio hepático. Aunque es bien conocido que los hepatocitos constituyen el principal tipo celular contribuyendo a las capacidades metabólicas y sintéticas del hígado, éstas dependen totalmente de un eficiente intercambio de substancias con el torrente sanguíneo y una adecuada comunicación con los otros tipos celulares. El segmento de la microcirculación donde se realiza este intercambio de substancias se denomina sinusoide hepático, lecho capilar especializado que consiste en una capa de células endoteliales sinusoidales hepáticas (LSEC), rodeadas por las células hepáticas estrelladas (HSC), conocidas por ser las almacenadoras de vitamina A, y flanqueadas por cuerdas de hepatocitos o células parenquimales. Otros tipos celulares asociados al sinusoide hepático son los macrófagos residentes también conocidos como células de Kupffer (KC), que se encuentran anclados en la parte luminal del endotelio y por tanto, expuestos al torrente sanguíneo. Finalmente, el estrecho espacio que separa las LSEC de los hepatocitos y donde se encuentran localizadas las HSC es conocido como espacio de Disse. Las HSCs y LSECs colaboran para regular el tono vascular produciendo y liberando cantidades equilibradas de moléculas vasoconstrictoras y vasodilatadoras. Cuando el hígado se enfrenta a un daño hepático, las LSEC capilarizan, es decir pierden sus fenestraciones, secretan lamina basal y se vuelven disfuncionales: vasoconstrictoras, pro inflamatorias y pro trombóticas. Los hepatocitos mueren de necroptosis, señal que estimula la activación de las HSC, las cuales se vuelven proliferativas, pro contráctiles y pro sintetizadoras de colágeno. Las KC polarizan hacia un estado pro inflamatorio. En consecuencia, hay un incremento en la deposición de matriz extracelular, que promueve un incremento del tono vascular y de la rigidez del hígado. Todos estos hechos distorsionan la arquitectura del hígado y generan una disfunción de la microcirculación hepática el cual se convierte en un ambiente pro trombótico pro contráctil y pro inflamatorio. Conjuntamente el componente arquitectural y dinámico promueven un incremento de la resistencia vascular intrahepática, el cual acabará induciendo el desarrollo de hipertensión portal. La población en los países desarrollados está envejeciendo debido al incremento en la esperanza de vida. Se espera que en el año 2030 el subgrupo de personas mayores de 65 años represente el 23% de la población. El ritmo de envejecimiento de las poblaciones tiene un alto impacto socioeconómico y sobre la salud de las sociedades. Por tanto, es de vital importancia estudiar las bases moleculares del envejecimiento para identificar posibles dianas terapéuticas y de intervención. El Prof. Popper en los años 50 examinó por primera vez el efecto del envejecimiento sobre este órgano y des de estos primeros estudios se han confirmado cambios en la estructura y función hepática asociados al envejecimiento. La mayoría de las alteraciones asociadas al envejecimiento han sido descritas en los hepatocitos, y, por tanto, el impacto del envejecimiento sobre las células de el sinusoide hepático i la función microcirculatoria es prácticamente desconocido. La enfermedad hepática crónica afecta 844 millones de personas a nivel mundial, y es, por tanto, un problema relevante con un alto impacto socioeconómico. El envejecimiento es el mayor factor de riesgo para el desarrollo de enfermedades hepáticas crónicas, es conocido por promover la progresión de la fibrosis, así como incrementar la prevalencia y severidad de la cirrosis y cáncer hepático. Además, el riesgo-beneficio de las intervenciones médicas puede verse afectada por el envejecimiento. Las estatinas son una potente estrategia terapéutica propuesta para tratar la enfermedad hepática crónica. Pero es totalmente desconocido como responden el grupo de pacientes ancianos al tratamiento. Así pues, a pesar del impacto del envejecimiento sobre la enfermedad hepática crónica, la mayoría de estudios preclínicos diseñados para entender la fisiopatología de estas enfermedades y explorar los efectos beneficiosos de las estatinas sobre la enfermedad hepática crónica, han sido diseñados en animales jóvenes, ignorando esta variable de alta relevancia. Considerando todo lo mencionado previamente y la importancia de mantener un fenotipo sinusoidal saludable para preservar la función hepática la presente tesis tiene como objetivo estudiar la función microvascular y el estatus molecular de las células del sinusoide hepático en diferentes modelos experimentales de envejecimiento. Nuestra primera hipotesis es que el envejecimiento es responsable de producir disfunción microvascular del sinusoide hepático debido a las desregulaciones de las células del sinusoide hepático. Con este objetivo en el estudio 1 se caracterizó el impacto del envejecimiento sobre el sinusoide hepático en la salud, analizando especialmente la función microvascular y el estatus molecular de las células que forman el sinusoide hepático. Los resultados del primer estudio demuestran que existe una leve disfunción del sistema vascular intrahepático. Ratas viejas sanas presentan un incremento moderado pero significativo de la presión portal como consecuencia del incremento de la resistencia vascular hepática, la cual comporta una reducción del flujo de perfusión hepàtico. Estudios anteriores ya demostraron que con el envejecimiento existe una reducción del flujo portal de entrada en humanos i roedores, aquí demostramos por primera vez desregulaciones asociadas con el envejecimiento a la microvasculatura hepática que son consecuencia de alteraciones en las células del sinusoide hepático. El envejecimiento se asocia con una moderada disfunción y daño a los hepatocitos tal y como nos sugiere las desregulaciones observadas en los marcadores de diferenciación (HNF4α, Slc22a1, Abcc2, and Abcc3). El endotelio hepático durante el envejecimiento se encuentra pseudocapilarizado y en un estado pro contráctil. Hay una menor expresión de la vía vasodilatadora NO-GMPc, un incremento de las moléculas inflamatorias (IL-6, TNF- α, ICAM1) i estrés oxidativo, así como una reducción significativa de marcadores funcionales (CD32b, Stab2) y angiocrinos (HGF, Wnt2). Les HSC aisladas de ratas ancianas presentan una activación espontánea como demuestran los incrementos en la expresión de diferentes marcadores de activación incluyendo α‐SMA, collagen1α1, collagen1α2, PDGFRβ, i p‐moesin. Además, el sinusoide hepático en el envejecimiento se encuentra en un estado pro-inflamatorio acompañado de altas acumulaciones de neutrófilos i macrófagos CD68 positivos, así como un incremento en la expresión de la citosina pro-inflamatoria IL-6. Finalmente, confirmamos que el efecto del envejecimiento en biopsias humanas, las cuales presentaban evidencias similares de disfunción sinusoidal y la mayoría de los cambios moleculares observados en el modelo animal. En conclusión, el envejecimiento se acompaña de desregulaciones significativas en el sinusoide hepático, en roedores y humanos, sugiriendo vulnerabilidad sinusoidal frente a un daño agudo o crónico. La enfermedad hepática crónica es un problema de salud pública relevante y el envejecimiento es el principal factor de riesgo para el desarrollo de estas enfermedades. Como ya he mencionado previamente, la enfermedad hepática crónica es mas prevalente y severa en la población anciana, que además se acompaña de un mayor riesgo de descompensación. La segunda hipótesis de la tesis fue que les alteraciones observadas en la microcirculación hepática durante el envejecimiento (Estudio 1) pueden tener consecuencias durante un daño hepático crónico. Por esto, en el estudio 2 se estudió el efecto de la cirrosis hepática sobre la microcirculación hepática y el fenotipo de las células del sinusoide hepático en un modelo de envejecimiento. En el estudio 2 también definimos y proponemos el tratamiento con estatinas para la subpoblación anciana y enfermedad hepática crónica con el objetivo de mejorar la función y microcirculación hepática promoviendo un envejecimiento saludable. El principal resultado del estudio 2 es que los animales ancianos desarrollan una forma mas severa de enfermedad hepática crónica, la cual se caracteriza por una función hepática reducida y un síndrome de hipertensión portal, fibrosis e inflamación exacerbada. A nivel microcirculatorio, demostramos que los animales ancianos con enfermedad hepática crónica presentan una presión portal significativamente mas elevada (+18%) respecto al grupo de animales jóvenes con cirrosis, como consecuencia de mayores incrementos en el flujo portal de entrada y de la resistencia vascular hepática. El análisis molecular nos reveló desregulaciones en el fenotipo de las principales células del hígado. Los hepatocitos procedentes de animales ancianos con enfermedad hepática crónica experimentan profundas desregulaciones en su fenotipo así como una muerte celular mas extensa, en comparación a los hepatocitos jóvenes de animales con enfermedad hepática crónica. El sinusoide hepático de las ratas envejecidas con enfermedad hepática crónica se encuentra mas capilarizado. Células endoteliales sinusoidales aisladas de ratas con enfermedad hepática crónica presentan reducciones en la vía del óxido nítrico, depleción de los mediadores angiocrinos y una reducción de la porosidad i frecuencia de fenestras. Los animales con cirrosis presentan una exacerbada fibrosis y una sobre-activación de las células hepáticas estrelladas y macrófagos. Por tanto, creemos que la deterioración de la microcirculación hepática observada con el envejecimiento es consecuencia de la disfunción de las células del sinusoide hepático. El perfil de expresión génica de los hígados con cirrosis de pacientes ancianos es significativamente divergente de la observada en pacientes jóvenes. En este estudio observamos que la administración de simvastatina durante dos semanas en ratas cirróticas ancianas mejora de manera significativa la disfunción microvascular e hipertensión portal, se acompaña de mejoras hemodinámicas sistémicas y en la función hepática así como disminución de la fibrosis. Los mecanismos subyacentes que explican los efectos beneficiosos globales de este compuesto revelan una reducción de la severidad de las principales células del sinusoide hepático. En conclusión, proponemos que utilizar modelos animales mas cercanos para investigar la fisiopatología de la enfermedad hepática crónica para poder desarrollar buenas estrategias terapéuticas. Además, nuestro estudio recomienda el uso de la simvastatina para el tratamiento de la enfermedad hepàtica crónica, incluyendo el subgrupo de pacientes de edad avanzada.