resumen
La regeneración hepática es un proceso de regeneración tisular altamente organizado y es la reacción más importante del hígado a la lesión. El proceso general de regeneración hepática incluye tres fases: Fase de cebado, fase proliferativa y fase de terminación. El paso inicial tiene como objetivo inducir a los hepatocitos a ser sensibles a los factores de crecimiento con la ayuda de algunas citocinas, incluyendo TNF-α e IL-6. La fase de proliferación promueve que los hepatocitos vuelvan a entrar en G1 con la estimulación de los factores de crecimiento., Mientras que durante la etapa de terminación, los hepatocitos dejarán de proliferar para mantener la masa y la función hepáticas normales. A excepción de las vías mediadas por citocinas y factores de crecimiento que intervienen en la regulación de la regeneración hepática, surgen nuevas sustancias y tecnologías para influir en el proceso regenerativo. Aquí, revisamos moléculas de señalización novedosas e importantes involucradas en el proceso de regeneración hepática para proporcionar una señal para futuras investigaciones.
1., Introducción
el hígado, compuesto por células parenquimatosas-hepatocitos-y no parenquimatosas, incluyendo células endoteliales, células de Kupffer, linfocitos y células estrelladas, tiene una capacidad única para regular con precisión su crecimiento y masa, lo que es particularmente notable ya que los hepatocitos son células estables y rara vez se dividen en el estado normal, ya que son quiescentes en la fase G0 del ciclo celular . Sin embargo, su capacidad proliferativa se inicia en el caso de pérdida de tejido hepático. Hay dos modelos regenerativos diferentes., La hepatectomía parcial (se extirpan dos tercios del hígado) inicia una respuesta única, durante la cual los hepatocitos diploides restantes entran en el ciclo celular para compensar la pérdida de tejido hepático, tomando aproximadamente una semana . Otro patrón del modelo regenerativo se establece por insulto, como las toxinas y la infección viral, durante el cual todos los hepatocitos se dañan y las células ovales se consideran como células madre potentes para diferenciarse en hepatocitos y células biliares. Ambos de los dos patrones de regeneración hepática estarán involucrados en la revisión.,
Los hallazgos de las últimas décadas han revelado que la regeneración hepática es una red compleja regulada por varios factores de crecimiento y citocinas expresadas en el sitio de la lesión o migradas al hígado a través del sistema circulatorio., En resumen, el proceso regenerativo incluye tres pasos críticos: en primer lugar, los hepatocitos quiescentes pasan de G0 a G1 del ciclo celular cuando se enfrentan a múltiples estimulaciones (la fase de cebado); en segundo lugar, con la ayuda de mitógenos, los hepatocitos avanzan más allá del punto de restricción a la fase G1 y luego a la mitosis (la fase de proliferación); y en último lugar, las células terminan la proliferación bajo el control de factores negativos (la fase de terminación), como el factor de crecimiento transformador beta (TGF-β) y activina (Figura 1)., En estas tres fases, varias citocinas o factores de crecimiento exhiben un papel fundamental a través de vías de señalización celular de múltiples efectos biológicos. Aquí, nos esforzamos por resumir algunas moléculas de señalización clásicas y novedosas que participan en el proceso.
2., La fase de cebado: las moléculas primarias factor de Necrosis tumoral-α (TNF-α) e il-6
la inflamación es una respuesta biológica compleja y se caracteriza por el reclutamiento, la proliferación y la activación de una serie de células inflamatorias y células inmunitarias, y tiene como objetivo aliviar las infecciones, eliminar las células dañadas e iniciar la reparación y regeneración de tejidos . La inflamación pasa por todo el proceso de daño hepático y promueve la regeneración del hígado lesionado. La regeneración inducida por la inflamación se desencadena principalmente por citoquinas y factores de crecimiento liberados de las células inflamatorias., Las citocinas proinflamatorias más estudiadas son el TNF-α y la IL-6.
se sabe que las células de Kupffer producen un grupo de citocinas y mediadores inmunomoduladores que tienen efectos estimulantes e inhibitorios sobre la lesión hepática. Los macrófagos hepáticos son la principal fuente de TNF-α e IL-6 a través de la vía de señalización NF-kB desencadenada por la señalización del factor lipopolisacárido derivado del intestino (LPS)/receptor tipo Toll4 (TLR4) o por C3A y C5a, componentes del sistema del complemento (Figura 2). Preparan los hepatocitos para volver a entrar en el ciclo celular en la primera etapa., La pérdida de TNF-α o de IL-6 podría retrasar la regeneración hepática . TLR4 reconoce su ligando LPS y luego recluta y activa el factor de diferenciación mieloide 88 (MyD88), activando la transducción de señales aguas abajo para promover la liberación de factores proinflamatorios. En vista de C3 y C5, parte de la respuesta inmune innata que trabaja en el proceso de daño hepático para luchar con múltiples patógenos, ejercen sus efectos sobre la proliferación de hepatocitos mediante la activación de los péptidos bioactivos C3a y C5a con la estimulación de LPS (Figura 2)., C3a no solo media las señales a la C5A aguas abajo, sino que también afecta la proliferación de hepatocitos de una manera independiente de C5 . Ratones deficientes de C3 o C5 mostraron deterioro de la regeneración hepática ., Un inhibidor del complemento, CR2-CD59, dirigido al sitio de activación del complemento e inhibiendo especialmente el complejo de ataque de membrana (MAC), se utilizó para estudiar el equilibrio dependiente del complemento entre el daño hepático y la regeneración y los resultados mostraron que CR2-CD59 no solo no tiene efecto sobre la producción de C3a y C5a, sino que mejora la regeneración hepática y mejora notablemente la supervivencia a largo plazo, en parte debido al aumento del nivel de TNF-α e IL-6 hepáticos a través de la activación de STAT3 y Akt .,
la IL-6 es una citocina pleiotrópica y se secreta durante condiciones inflamatorias tras la estimulación del LPS de forma dependiente/independiente del TNF-α (Figura 2). En respuesta al daño hepático, la IL-6 media la respuesta en fase aguda e induce tanto las funciones citoprotectoras como las mitogénicas., Las vías de señalización inducidas por IL-6 son críticas para el inicio temprano, así como para la progresión y el mantenimiento del proceso regenerativo . Convencionalmente, la IL-6 se une al receptor de interleucina-6 (IL-6R) y el complejo IL-6/IL-6R inicia un coreceptor, glicoproteína (gp) 130, lo que conduce a la activación de JAk/STAT, MAPK y PI3K/AKT . STAT3 es capaz de regular la expresión de los supresores de señalización de citoquinas (SOCS), un importante regulador negativo de la señalización de citoquinas, lo que lleva a la regulación a la baja de las señales gp130 ., Sorprendentemente, la IL-6 o la IL-6R sola no tiene afinidad con la gp130 y solo cuando se forma el complejo IL-6/IL-6R, se produciría interacción con la gp130.
aunque gp130 está presente en casi todas las células, la IL-6R solo se expresa en tipos celulares limitados, por ejemplo, hepatocitos; por lo tanto, parece que el efecto de la IL-6 está restringido a estas células. Sin embargo, se encontró una forma soluble de IL-6R (sIL-6R) que todavía podría unirse a la IL-6 para desencadenar señales intracelulares, siendo llamada IL-6 trans-señalización ., SIL – 6R se genera principalmente por la escisión proteolítica del receptor unido a la membrana o por el empalme alternativo del exón codificador del dominio transmembrana . El evento de trans-señalización de IL-6 no solo podría ocurrir en células cortas de IL-6R, sino que también afecta a los hepatocitos que expresan IL-6R para prolongar la fosforilación STAT3 y mejora el efecto de la IL-6 en la regeneración hepática . El bloqueo de la trans-señalización de IL-6 deterioraría el daño hepático inducido por CCL4 ., Se ha especulado que sIL-6R y sgp130, una forma soluble de gp130, pueden constituir un tampón en la sangre y una vez secretada, IL-6 se unirá a SIL-6R y luego el complejo IL-6/SIL-6R se unirá a sgp130 con una alta afinidad. Solo cuando la concentración de IL-6 es muy alta, excediendo el nivel de sIL-6R, la IL-6 podría unirse a la IL-6R unida a la membrana .
cabe destacar que investigaciones recientes encontraron que gp130, independiente del efector gp130 STAT3, inicia la activación de Yap y Notch, controlando el crecimiento y regeneración tisular en células epiteliales intestinales tras lesión de la mucosa ., Además, la sobreexpresión de YAP se ha encontrado en varios tumores sólidos y los niveles elevados de YAP contribuyen al crecimiento tumoral. La inducción mediada por YAP de Jag-1 fue capaz de activar la señalización Notch en CHC y hepatocitos de ratón . El papel de esta nueva señalización en la lesión hepática, la reparación y la regeneración aún no se ha trazado.
3. La fase de proliferación: mitógenos completos y mitógenos auxiliares
la fase de proliferación, también llamada segunda fase o fase de progresión, convierte las células de la fase G1 a la mitosis., Las moléculas involucradas en la segunda fase se separaron principalmente en dos grupos, es decir, mitógenos completos y mitógenos auxiliares (Tabla 1). El primero se refiere a estos factores mitogénicos tanto en hepatocitos de cultivo primario como en experimentos con animales, incluidos el factor de crecimiento de hepatocitos (HGF), el factor de crecimiento transformador (TGF) α, el factor de crecimiento epidérmico (EGF), el EGF de unión a heparina (HB – EGF) y su receptor común EGFR. Podrían activar respuestas genéticas secundarias o retardadas para estimular la síntesis de ADN y la proliferación celular., Estos últimos, aunque no son mitogénicos en los hepatocitos, pueden contribuir al proceso regenerativo parcialmente al aumentar o acelerar los efectos de los mitógenos completos.
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3.1., Mitógenos completos
Los mitógenos completos exhiben efectos hepatotróficos directos, que se define que podrían conducir la síntesis de ADN en medios libres de suero in vitro y causar agrandamiento del hígado cuando se inyecta in vivo. HGF y ligandos de EGFR, incluyendo EGF, TGF-α y HB-EGF, actuando como los principales mitógenos completos para los hepatocitos, podrían provocar la proliferación de hepatocitos principalmente a través de la señalización Ras-MAPK Y LA VÍA DE SEÑALIZACIÓN PI3K/AKT al unirse a los receptores correspondientes, c-met y EGFR (Figura 3). Basado en la investigación realizada por Huh et al., , ratones knockout del gen c-met mostró hipersensibilidad a la apoptosis mediada por Fas y puede retardar el desarrollo del hígado después de la lesión. La condición similar también se observó cuando el EGFR se suprimió silenciando ARN .
3.2., Mitógenos auxiliares
Las plaquetas de la sangre, no solo funcionan en el sistema hematológico, en realidad cumplen un papel más amplio en la salud y las enfermedades . Las plaquetas pueden formar parte del sistema inmunitario innato y también combatir infecciones, como bacterias, virus y microorganismos. Los mediadores proporcionados por las plaquetas no solo reclutan leucocitos para el sitio de la lesión vascular y la inflamación, sino que también ayudan en la reparación y regeneración de los tejidos., Siendo reclutado a los sinusoides después de PHx y moléculas de liberación, tales como HGF, VEGF, insulina-como factor de crecimiento-1 (IGF-1), y serotonina, las plaquetas se describen como un factor positivo involucrado en la regeneración del hígado . Los pacientes con 70% de PHx mejorarían la capacidad regenerativa del hígado si se les proporcionara plasma rico en plaquetas . Por el contrario, la administración de anticuerpos antiplaquetarios deprimiría la regeneración hepática ., Sin embargo, esto no significa que la administración de concentrados plaquetarios y agonistas de los receptores de trombopoyetina pueda ser ampliamente utilizada en operaciones clínicas para apoyar la regeneración hepática y aliviar los resultados de pacientes con insuficiencia hepática o síndrome de tamaño pequeño debido a los efectos adversos gravemente indeseables provocados por la estrategia, por ejemplo, trombosis venosa o de la vena porta, o incluso lesión pulmonar aguda mortal relacionada con la transfusión . Por lo tanto, se necesitan más trabajos para determinar sus efectos beneficiosos y minimizar los posibles efectos secundarios al mismo tiempo.
3.3., Proteínas wnt
los ligandos Wnt son glicoproteínas secretadas y son producidas principalmente por el compartimiento celular hepático no parenquimatoso, especialmente las células de Kupffer y las células endoteliales . Son beneficiosos y necesarios para la regeneración del hígado. Wnts puede activar el efector principal aguas abajo, β-catenina, e iniciar la clásica cascada de señalización Wnt / β-catenina y finalmente expresar genes diana, como c-myc y cyclinD1 . Aparte de las proteínas wnt, La β-catenina también puede ser estimulada a través de una forma no wnt, es decir, señalización independiente de wnt., La β-catenina forma el puente entre la cola citoplasmática de la E-cadherina y el citoesqueleto de actina, a través del cual la β-catenina puede actuar como mediador de la señalización de la tirosina quinasa . En la membrana, La β-catenina podría ser fosforilada en los residuos de tirosina 654 y 670 por diferentes quinasas, incluyendo c-met, EGFR y otras, que inducen la disociación de β-catenina de E-cadherina, y posteriormente, la β-catenina se trasloca al núcleo para controlar la expresión de los genes diana (Figura 3)., Aunque tanto la señalización clásica de Wnt/β-catenina como la señalización independiente de wnt son ventajosas para el proceso regenerativo, el papel positivo de la primera es más notable. Cuando se eliminó de LRP5 / 6, coreceptor de las proteínas wnt, los ratones mostraron una señalización Wnt/β-catenina clásica deteriorada y un proceso regenerativo retardado después de PHx a pesar de que las vías no wnt permanecieron intactas .
3.4. Exosomas
Además de las hormonas, las citocinas y los factores de crecimiento que contribuyen a la regeneración hepática, los exosomas también mejoran el proceso regenerativo., Los exosomas son nanovesículas encerradas en membrana que poseen una variedad de propiedades fisiológicas y funcionan como vesículas importantes involucradas en la comunicación intercelular . Los exosomas son liberados por varios tipos de células y llevan señales activas a las células objetivo dentro de áreas adyacentes y remotas. Recientemente, se informó que los exosomas derivados de hepatocitos mejoran la regeneración hepática debido a la producción de esfingosina-1-fosfato intracelular (S1P) . S1P es indispensable para la proliferación inducida por exosomas de hepatocitos., Solo los exosomas derivados de hepatocitos, no otras células hepáticas, contienen ceramidasa neutra y esfingosina quinasa 2 (SK2) necesarias para la síntesis de S1P. Los exosomas se fusionan y entregan maquinaria sintética para atacar el hepatocito. Y dentro del hepatocito objetivo, se produce esfingosina-1-fosfato (S1P) para promover la proliferación celular. Además, el número de exosomas derivados de hepatocitos aumentó después de la lesión hepática., Del mismo modo , los exosomas derivados de MSC ejercen efectos hepatoprotectores y alivian la lesión hepática inducida por medicamentos mediante la activación de respuestas proliferativas y regenerativas, subrayando el tremendo potencial de las terapias basadas en exosomas para la enfermedad hepática.
4. Terminación de la regeneración hepática
cuando se haya restablecido la relación masa hepática/masa corporal normal del 2,5%, se interrumpirá la regeneración hepática. Sin embargo, los mecanismos de control de la apoptosis hepatocítica para corregir un exceso de respuesta regenerativa no han sido bien investigados., Hasta ahora, los factores antiproliferativos más conocidos son el factor de crecimiento transformador beta (TGF-β) y los miembros relacionados de la familia TGF-β .
4.1. Vías mediadas por TGF-β
TGF-β, especialmente TGF-β1, frena la regeneración hepática y actúa como inductor de la apoptosis celular in vitro e in vivo, siendo activo en la fase G1 del ciclo celular . TGF-β1 ejerce su función principalmente a través de la unión a sus receptores tipo I receptor (TßRI) y tipo II receptor (TßRII) para codificar la expresión de proteínas relacionadas., Considerando que, los investigadores recientemente han demostrado la falta de regulación del gen TGF-β en la etapa de terminación y concluyeron que la señalización intacta por TGF-β puede no ser necesaria para la fase de terminación de la regeneración hepática . También encontraron que algunos genes se regularon al alza en la regulación de terminación y pueden tener un efecto negativo potencial en el ciclo celular y la promoción de la apoptosis celular, como el gen de la proteína del dedo de zinc (ZNF490) y el gen de la proteína 11 que contiene el dominio de reclutamiento de caspasa (CARD11)., Por lo tanto, se necesitan más detalles para verificar y elucidar las moléculas que participaron en la fase de terminación y la señalización que involucraron.
además de las células hepáticas, el TGF-β1 también se sintetiza en los tejidos extrahepáticos, incluidas las plaquetas y el bazo . El bazo, conocido como un órgano inmune, Secretaría TGF-β1 para terminar la regeneración del hígado. La esplenectomía aumentó significativamente el número de células proliferantes 48 h después del PHx ., Recientemente, se demostró que el bazo no solo aumenta el TGF-ß1 y su receptor TßRII, sino que también regula a la baja el HGF y su receptor c-met para exhibir efectos inhibitorios del crecimiento en la proliferación celular, lo que indica que el bazo podría influir de forma remota y regular la regeneración hepática .
4.2. Otros miembros relevantes de la familia TGF-β
otros miembros de la familia TGF-β, principalmente activinas y proteínas morfogenéticas óseas (BMPs), se revelaron implicados en numerosos procesos biológicos, incluida la regeneración hepática., La activina a, un subtipo de activina, aumenta en 12 h en respuesta a la hepatectomía parcial y se considera un regulador negativo de la regeneración hepática e induce la detención del crecimiento de hepatocitos y la apoptosis in vitro e in vivo . La administración de la folistatina antagonista de la activina A aumentó la síntesis de ADN y prolongó la proliferación de hepatocitos . Aparte del efecto inhibitorio sobre la síntesis de ADN, la activina A también afecta significativamente la producción de fibronectina, componente de la matriz extracelular (ECM) que es esencial para la regeneración hepática ., Con respecto a BMP, a diferencia de TGF-β1 y activina a, es bastante complicado. Las BMP principales se unen a sus receptores principalmente para fosforilar Smad1/5/8 en lugar de Smad2/3 para ejercer efectos represivos sobre la regeneración hepática . Sin embargo, diferentes subunidades de BMPs exhiben efectos diferentes o incluso reversos, por ejemplo, BMP7 que promueve la proliferación de hepatocitos, mientras que BMP4 reprime la proliferación en la línea celular de hepatoma Huh7 . Una posible razón principal puede ser que BMP7 y BMP4 actúan a través de vías de efectos opuestos ., Por lo tanto, las funciones exactas de otros BMPs en el proceso de regeneración hepática siguen siendo indeterminadas.
5. Las perspectivas futuras en los campos de la regeneración hepática
a pesar de haber sido investigados durante tantos años, los mecanismos reales de la regeneración hepática todavía son oscuros y lejos de su aplicación práctica para resolver la enfermedad hepática clínica., Sin embargo, la situación embarazosa se ve considerablemente mejorada por la aparición de nuevas tecnologías-terapia de trasplante celular y bioingeniería hepática—destinadas a aliviar el dilema causado por la insuficiente regeneración hepática o la escasez de donantes de hígado, y se están convirtiendo en puntos calientes en el campo de la investigación. El trasplante celular, principalmente referido a células madre o células progenitoras, ha sido ampliamente estudiado en la regeneración hepática debido al potencial de diferenciación en hepatocitos ., Los estudios han demostrado que las células madre mesenquimales (MSC), las células progenitoras fetales y las células madre embrionarias podrían mejorar la lesión hepática en cierta medida. Sin embargo, la fuente de células trasplantadas y la habitabilidad y el rechazo inmune después del trasplante pueden limitar la aplicación de la terapia celular en las operaciones clínicas. Considerando que la bioingeniería hepática, es decir, andamios hepáticos de matriz tridimensional, se notificó por primera vez en 2010 e incluye dos partes: descelularización y recelularización ., Un andamio hepático descelularizado (DLS) se caracteriza por retener el sistema de vasculatura intacto y una fina red de matriz, proporcionando un ambiente necesario similar a un hígado normal para que las células crezcan, proliferen y se diferencien . Después de eso, el DLS sería repoblado con células humanas funcionales, principalmente células progenitoras autólogas del hígado. Además, la perfusión del andamio hepático recelularizado con moléculas positivas para la regeneración o diferenciación celular, por ejemplo, el factor estimulante de colonias de granulocitos (G-CSF), puede facilitar la regeneración hepática ., En conjunto, la terapia celular, junto con la bioingeniería hepática, Puede ser un nuevo camino para el desarrollo de la regeneración hepática.
6. Conclusiones
a pesar de haber sido estudiada durante tantos años, la pasión y la energía por la regeneración hepática nunca se desvanecen, ya que las demandas para ella son urgentes desde el pasado hasta ahora debido al trasplante hepático o la insuficiencia hepática u otras enfermedades hepáticas en etapa terminal. Es una red multifactorial y multitrayecto, y los mecanismos exactos se entienden de forma incompleta., Aunque la aparición de las nuevas tecnologías abre nuestros pensamientos y horizontes y, junto con los resultados previos de las investigaciones, puede acercarnos a la aplicación clínica, todavía tenemos un largo camino por recorrer, ya que siempre operamos estudios en animales y las conclusiones que deducimos no pudieron aplicarse directamente a los humanos debido a las diferencias de especies.,:
conflictos de intereses
Los autores no tienen ningún conflicto de intereses financieros.
agradecimientos
Este trabajo fue apoyado por el programa de apoyo de Ciencia y Tecnología de la Provincia de Sichuan, China (no. 2015SZ0049 y no. 2016SZ0042).