Hepatische Sinusoide bei Leberschäden, Entzündungen und Fibrosen: Neue pathophysiologische Erkenntnisse

Während Entzündungen, die zu Leberfibrose führen, im Detail untersucht wurden, können andere Prozesse als die bekannten kanonischen Entzündungswege zur Leberfibrogenese beitragen, wie z intrasinusoidale Thrombose in der Pathogenese der kongestiven Hepatopathie. Darüber hinaus haben neuere Studien neue Wege der interzellulären Kommunikation jenseits des Konzepts von Chemokinen und Wachstumsfaktoren wie den aus Zellen gewonnenen extrazellulären Vesikeln aufgedeckt, die zusätzlich Verletzungen mit Entzündungen bei alkoholischer Hepatitis in Verbindung bringen können.

Rolle der hepatischen Sinusoide bei der Pathogenese der kongestiven Hepatopathie

Chronische Leberverstopfung, bekannt als kongestive Hepatopathie, führt zu Leberfibrose und tritt hauptsächlich bei rechtsseitiger Herzinsuffizienz auf . Andere mögliche Ursachen für einen gestörten lebervenösen Abfluss sind das Budd-Chiari-Syndrom oder das Langzeitüberleben nach erfolgreicher Fontan-Operation . Bei letzterem führt ein verringerter Herzindex zusammen mit einem erhöhten rechtsatrialen Druck (als zentralvenöse Hypertonie bezeichnet), der sich aus der direkten Anheftung des rechten Vorhofs an die Lungenarterie ergibt, zu Leberschäden und Fibrose . Ein Drittel dieser Patienten zeigt Hepatomegalie und abnormale Leberfunktionstests . Nach 11,5 Jahren, mehr als ein Viertel vorhanden mit Leberzirrhose . Die meisten Patienten mit chronischer Leberverstopfung bleiben jedoch asymptomatisch und entwickeln spät im Krankheitsverlauf eine beeinträchtigte Leberfunktion . Laborbefunde sind hauptsächlich erhöhte Parameter der Cholestase . Obwohl die kongestive Hepatopathie seit Jahren anerkannt ist und aufgrund der hohen Prävalenz chronischer Herzinsuffizienz und des verbesserten Überlebens von Patienten mit komplexen angeborenen Herzfehlern nach Operationen stetig zugenommen hat, ist über ihre Pathogenese wenig bekannt. Hypothesen wurden aus retrospektiven menschlichen Ex-vivo-Leberproben generiert, die eine variable Verteilung der Parenchymfibrose zeigten, die mit einer fibrösen Obliteration von Leber- und Pfortadervenen korrelierte . Das allgemein akzeptierte Konzept der parenchymalen Extinktion betrachtete die kongestive Fibrose als Reaktion auf Hypoxie, Druck und hepatozelluläre Nekrose . Dieses Konzept wurde in den letzten Jahren durch intrahepatische Venenthrombosen erweitert. Es wurde angenommen, dass der Grad der Thrombose den Grad der Nekrose und die konsekutive Fibrogenese auslöst . Von besonderem Interesse schien die Fibrose bei der kongestiven Hepatopathie nicht auf eine Entzündung zurückzuführen zu sein, da in Leberproben von Patienten, die sich dem Fontan-Verfahren unterzogen hatten, keine entzündlichen Infiltrate gefunden wurden . Bisher wurden diese Konzepte aufgrund des Fehlens eines adäquaten Tiermodells nicht experimentell getestet. Dennoch Beweise für die Rolle der Thrombose in der Leberfibrogenese hat in den letzten Jahren zugenommen. Während der Besitz von Faktor-V-Leiden-Mutationen sich als Risikofaktor für ein schnelles Fortschreiten der Fibrose bei HCV erwiesen hat , verhinderten niedermolekulares Heparin und Warfarin die durch Tetrachlorkohlenstoff verursachte Leberfibrogenese bei der Ratte . Darüber hinaus wurde der Einfluss des Faktor-V-Leiden-Polymorphismus auf das Fortschreiten der Fibrose experimentell bestätigt .

Simonetto et al. jetzt haben sie ein Mausmodell entwickelt, bei dem sie chirurgisch eine Obstruktion des hepatischen venösen Abflusses erzeugten, indem sie die suprahepatische abdominale Vena cava inferior (pIVCL) teilweise ligierten, um ihren Durchmesser um 70% zu reduzieren . Histologische Veränderungen mit zentrilobulärer Nekrose, vaskulärer Extravasation und sinusoidaler Dilatation sowie Immunfärbung für α-SMA und Kollagen (mit einer zentrilobulären und perisinusoidalen Verteilung) stimmten mit denen in überein menschliche Leberverstopfung. Darüber hinaus gab es keine Anzeichen einer Entzündung, die an der kongestiven Fibrogenese beteiligt war, während eine signifikante Entzündung in Bezug auf Histologie und Expression von proinflammatorischen Zytokinen in murinen zirrhotischen Modellen mit Gallengangligatur beobachtet wurde. Mit diesem Modell haben Simonetto et al. konnte zeigen, dass sowohl Fibrin als auch mechanischer Gefäßstamm die Fibronektin-Fibrillen-Assemblierung durch HSC stimulierten und die Rolle von Thrombin bei der HSC-Aktivierung bestätigten. Bemerkenswert ist, dass ein 6-wöchiger Kurs von oralem Warfarin nicht nur die Milz- und Lebermasse verringerte, sondern auch das intrahepatische Fibrin, α-SMA (als Marker für die HSC-Aktivierung) und schließlich die Fibrose, was die Rolle der intrahepatischen Thrombose bei der Fibrogenese weiter unterstützte . Diese Ergebnisse erweitern das Konzept der hepatischen Sinusoide in frühen Stadien der Leberfibrose. Darüber hinaus ermöglicht die Entwicklung dieses Mausmodells für die kongestive Hepatopathie experimentelle Untersuchungen, die sich hauptsächlich auf die Rolle der intrasinusoidalen Thrombose und Dilatation sowie der Antikoagulation mit traditionellen und neueren oralen Antikoagulanzien als potenzielle therapeutische Option in der Leberfibrogenese konzentrieren.

Exosome signaling as a new form of SEC/HSC crosstalk

Exosomen und ihre Rolle für die physiologische Sekretion von Proteinen wie die Eliminierung von Transferrinrezeptoren durch Retikulozyten wurden vor mehr als zwei Jahrzehnten identifiziert . In den letzten Jahren wurden Exosomen jedoch zunehmend als neue Art der interzellulären Kommunikation erkannt, indem sie den Protein- und Lipidaustausch zwischen exosomenproduzierenden Zellen und Zielzellen fördern . Exosomen sind extrazelluläre membranumhüllte Vesikel, die in multivesikulären Körpern (MVB) hergestellt und durch Fusion von MVB mit der Plasmamembran in den extrazellulären Raum oder in biologische Flüssigkeiten freigesetzt werden . Sie zeichnen sich durch folgende Kriterien aus: Durchmesser von 40-100 nm, Dichte von 1,13–1,19 g / ml, becher- oder entleerte fußballförmige Morphologie und ein Sediment bei 100.000 × g. Sie enthalten gängige Markerproteine wie Tetraspanine (z. B. CD 9, CD 10 oder CD 26), Endosomen-assoziierte Proteine (Alix, TSG101), zytoplasmatische Hitzeschockproteine und — am wichtigsten für die Zell–Zell—Interaktion – Zelltyp-spezifische Proteine und Nukleinsäuren . Mehr als 40.000 Proteine, 7500 RNA und 1100 Lipidmoleküle wurden aus mehr als 286 exosomalen Studien identifiziert . Die Exosomensignalisierung scheint durch Interaktion über unbekannte Rezeptoren auf Zielzellen, die nachgeschaltete Signalisierung induzieren, oder durch direkte Fusion der Exosomenmembran mit der Zielzellmembran, die ihren Inhalt in die Zelle abgibt, gefördert zu werden . Verschiedene Zellen in verschiedenen Organen und Geweben wurden als exosomenproduzierende oder Zielzellen identifiziert . In der Leber sind dies Leberepithelien (Hepatozyten, Cholangiozyten), natürliche Killer-T-Zellen, HSC und SEC . Von Interesse ist, dass Leberzellen auch Ziele für Exosomen sind, die aus anderen Organen wie dem Darm stammen . Das aktuelle Wissen über die Rolle von Exosomen bei Lebererkrankungen wurde bereits von Masyuk et al. , die die Beteiligung von Exosomen an HCC, HCV und Leberentzündungen und ihre mögliche Rolle als frühe diagnostische und prognostische Marker aus dem Urin oder Blut überprüften. Hier heben wir die Rolle der Exosomensignalisierung beim HSC-SEC-Übersprechen hervor. Es ist bekannt, dass Hedgehog-Liganden während der Embryogenese Downstream-Pfade in Endothelzellen durch Exosomen aktivieren . In einer aktuellen Studie haben Witek et al. zeigte, dass diese Hedgehog-Liganden eine wichtige Rolle beim HSC-SEC-Crosstalk und der Angiogenese über exosomenangereicherte Mikropartikel spielen. PDGF-behandelte HSC und Cholangiozyten setzen Exosomen mit Hedgehog-Liganden frei, die Hedgehog-abhängige Veränderungen in SEC mit Hochregulation mehrerer Gene induzieren, die zu einem angiogenen Phänotyp führen. Bemerkenswert ist, dass die Gallengangligatur bei Mäusen auch die Freisetzung solcher Exosomen erhöhte, was weitere Hinweise auf eine Schlüsselrolle extrazellulärer Vesikel bei der Leberfibrogenese unterstützt . Während HSC über Exosomen mit SEC kommunizieren, scheint das gleiche umgekehrt zu gelten. In: Wang et al. veröffentlichte eine Studie, die zeigt, dass SEC-abgeleitete Exosomen, die SK1 enthalten, die HSC-Signalisierung und -Migration durch Fibronektin-Integrin-abhängige Exosom-Adhärenz und Dynamin-2-abhängige Exosom-Internalisierung regulieren. Genauer gesagt wurde gezeigt, dass SK1 ein von SEC abgeleitetes Exosomenprotein ist, das durch FGF-2 aktiviert wird, von dem bekannt ist, dass es für die Freisetzung von Exosomen bei Leberfibrose wichtig ist. Exosomen, die SK1 überexprimierten, enthielten mehr S1P, einen chemotaktischen HSC-Faktor, und führten über AKT-Aktivierung in der Zielzelle zur HSC-Migration. Es wurde gezeigt, dass Adhäsion und Endozytose durch Fibronektin (auf Exosomen) –Integrin (auf HSC) -Interaktion bzw. Dynamin-2 vermittelt werden . Dabei haben Wang et al. sie hoben nicht nur die mögliche Rolle von Exosomen beim HSC-SEC-Crosstalk und bei der Leberfibrogenese hervor, sondern fügten auch wichtige Erkenntnisse darüber hinzu, wie diese Vesikel mit ihren Zielzellen interagieren können. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Exosomen, die seit Jahren untersucht werden, als neues Mittel des SEC-HSC-Übersprechens in der Pathophysiologie der Leberfibrose gelten und daher potenzielle Ziele für zukünftige Therapien darstellen (Abb. 2).

Von Verletzungen zu Entzündungen bei alkoholischer Hepatitis

Alkoholische Hepatitis (AH) als schwere Form der alkoholischen Lebererkrankung (ALD) mit hoher Mortalität aufgrund von Leber- oder Nierenversagen, bakterieller Infektion oder portaler Hypertension kann in jedem Stadium der ALD auftreten . Obwohl ALD und AH signifikant zur leberbedingten Morbidität und Mortalität beitragen, Pathomechanismen bleiben immer noch schwer fassbar . Dennoch gibt es mehrere Konzepte für Ethanol-induzierte Leberschäden: während Ethanol eine direkte Wirkung auf Hepatozyten hat, was zu Apoptose durch Erzeugung von Acetaldehyd (über ADH) und ROS-Akkumulation (über erhöhten Metabolismus durch CYP2E1) führt, kann es auch durch indirekte Mechanismen wirken. Übermäßiger Alkoholkonsum stört die Darmepithelbarriere und führt zu einer Veränderung der Darmflora. Eine erhöhte Darmpermeabilität und Dysbiose führt zu einer höheren LPS-Bindung an TLR-4-Rezeptoren auf Leberzellen (wie HSC, SEC und Hepatozyten), die dann wie oben beschrieben Leberschäden und Entzündungen induziert . Obwohl die neutrophile Infiltration das vorherrschende histologische Merkmal bei AH ist und aus der Hepatozytendegeneration resultiert, gibt es zunehmend Hinweise auf die Rolle von leberresidenten Makrophagen, den sogenannten Kupffer-Zellen, die bei AH sowohl durch eine Hepatozytenverletzung als auch durch den LPS-Signalweg aktiviert werden . Bemerkenswert ist, dass die Entzündungsreaktion der Kupffer-Zellen dem Ausmaß der Verletzung und Fibrose entspricht . Hier untersuchen wir zwei neuartige Pathomechanismen, die an der interzellulären Kommunikation beteiligt sind, die zu AH führt: Mikrovesikel und High-Mortality-Group Box 1 (HMGB1). Während Exosomen aus MVB stammen und an der Plasmamembran durch Fusion von Exosom- und MVB-Membranen freigesetzt werden, fallen Mikrovesikel (MV) direkt aus der Plasmamembran ab . Sie haben eine Größe von 0,1-1 µm, enthalten zelluläre Verbindungen wie Lipide, Proteine, RNA und microRNA und fungieren als Vektor zwischen MV-produzierenden Zellen und ihren Zielzellen . MV werden zunehmend als Mittel der interzellulären Kommunikation anerkannt. Darüber hinaus haben zahlreiche Studien ihre Rolle bei Lebererkrankungen mit erhöhten MV-Spiegeln, MV-Bildung und verminderter MV-Clearance aufgedeckt . Während MV zur Kommunikation zwischen Tumorzellen und zwischen Tumorzellen und ihrer Umgebung beizutragen scheinen, scheinen sie bei der Fibrose eine Doppelfunktion zu haben: Auf der einen Seite fördern sie die Fibrinolyse, indem sie die Expression von MMP verstärken, auf der anderen Seite fördern sie die Fibrose durch erhöhte Angiogenese . In einer kürzlich durchgeführten Studie wurden MV nun als wichtiger Pathomechanismus bei frühen Ethanol-induzierten Schäden und als neuartige Form des Übersprechens zwischen Hepatozyten und leberresidenten Makrophagen identifiziert. Verma et al. konnte zeigen, dass Ethanol über die Aktivierung des pro-apoptotischen Proteins Caspase 3 zur Freisetzung von MV aus Hepatozyten führt. Es wurde ferner gezeigt, dass diese SUBSTANZEN die Makrophagenaktivierung durch den CD40—Liganden — ein Mitglied der TNF-Familie – stimulieren und entzündliche Zytokine induzieren, die zu Leberentzündungen führen .Die Aktivierung der TLR-4-Downstream-Signalisierung, die zu einer sterilen Entzündung führt, wird durch endogene Zellprodukte wie die sogenannten Danger-Associated Molecular Patterns (DAMPs) gefördert . HGMB1 ist ein Protein, das aus dem Kern verletzter Zellen freigesetzt wird und als Aktivator von TLR-4 (als LPS oder DAMPs) mit einer Rolle bei ischämischen Leberschäden und Virushepatitis wirkt . In einer aktuellen Studie haben Seo et al. konnte zeigen, dass HMGB1 aus dem Kern von Ethanol-verletzten Hepatozyten transloziert, was zu höheren intrazellulären Spiegeln führt und letztendlich zu einer erhöhten Migration von HSC und SEC führt . Damit verbinden sie direkt den ersten Treffer der Ethanol-induzierten Leberschädigung mit den beiden Hauptakteuren in den frühen Schritten der Leberfibrogenese. Bemerkenswert ist, dass die Rekrutierung von HSC und SEC durch den HMGB1-Antikörper bzw. die siRNA blockiert werden könnte, was neue Ideen für zukünftige Therapien fördert.