ACTUALITATI IN IMBATRANIREA FICATULUI

Date de biologie celulara si moleculara

Ficatul mamiferelor a facut, de-a lungul timpului, subiectul unor evaluari calitative si cantitative, legate in special de structura si functiile hepatocitelor, in diferite etape ontogenetice, cum sunt: dezvoltarea, maturarea si imbatranirea, care duc la acumularea unei multitudini de date, multe contradictorii, dar si destule in acord, care permit un consens referitor la unii parametri, cel putin la modelul de sobolan „inbred”. Astfel, se constata o crestere in volum a hepatocitelor la animalele batrane, fapt care se reflecta si asupra compartimentelor si organitelor celulare. S-a observat o crestere a indicelui de celule binucleate si, implicit, o crestere a poliploidiei. Unele organite sufera modificari relative de volum si de arie, ceea ce se coreleaza cu alterarea functionala. Volumul si densitatea compartimentului lizozomal se maresc, ducand la cresterea activitatii unor hidrolaze. In forme diferite, sufera decline e  marcat cu varsta reticulul endoplasmatic neted si microzomii hepatici, precum si activitatea unor enzime microzoma le, printre care mentionam monooxigenazele si glucozo-6-fosfataza. La subiectii umani, in cadrul procesului de senescenta apar celule binucleate. Dupa varsta de 70 de ani se constata hipertrofie celulara si poliploidie. Printre acestea se - gasesc celule „dark” degenerate, probabil produse in cadrul ciclului degenerare/regenerare al parenchimului hepatic. Imbatranirea este insotita de o crestere dramatica a poliploidiei (Sigal S.H. si colab., 1999). Poliploidia constituie o strategie generala a cresterii celulare, o alternativa la imposibilitatea de a sustine diviziunea celulara. Semnificatia biologica a poliploidiei hepatice este neclara. Acest proces este considerat  e unii autori ca fiind un mechanism evolutiv de adaptare, reflectand un grad de diferentiere hepatocelulara ireversibila, adaptat sa scada riscul de deteriorare genomica, la care ficatul este expus permanent. Giorgadze S. si colaboratorii (2004) sustin influenta in procesul de imbatranire, distributia ADN-ului in cadrul ciclului celular, creste susceptibilitatea hepatocitelor la apoptoza si inhiba capacitatea de proliferare a celulelor hepatice. Cercetari effectuate asupra celulelor Kupffer au evidentiat faptul ca odata cu imbatranirea, functia acestora de fagocitoza se diminueaza. Cauza principala responsabila de aceasta o constituie modificarea sistemului citoscheletic. Celulele Kupffer reprezinta aproximativ 30% din celulele hepatice neparenchimatoase si constituie cea mai mare rezerva de macrofage rezidente din organism. Au un rol esential in eliminarea substantelor straine dincirculatia sistemica. Alterarea functiilor celulelor Kupffer ste legata de susceptibilitatea crescuta a varstnicului la infectii si cancer (Vrba J., 2002). Cercetari efectuate asupra mitocondriilor indica faptul ca atat numarul, cat si marimea acestora descresc cu varsta in ficatul de sobolan. Procesele de fosforilare, ca si turnoverul proteic sunt reduse in ficatul batran. In mod similar, si reticulul endoplasmaticse diminueaza la animalele  batrane. Desi datele privind relatia dintre senescenta si peroxizomii hepatici sunt putine, exista totusi studii in care se demonstreaza existenta unor diferente intre  activitatea acestora la animale tinere si batrane. S-a observat ca, la animalele batrane, peroxizomii sunt mai numerosi si de talie mai mica. De asemenea, la sobolanii batrani, scade continutul de catalaza si de acyl-CoA oxidaza, iar continutul de thiolaza si urat-oxidaza  creste. Acest dezechilibru, care se produce intre activitatea catalazelor si cea a oxidazelor, ar putea duce la aparitia stresului oxidativ, fapt ce ar putea determina si efecte hepato-carcinogene la animalele batrane. Studii efectuate de Youssef J. (1999) au evidentiat, la nivel hepatic, producerea unui declin cu circa 40% al activitatii catalazei hepatice la sobolanii in varsta de 100 de saptamani, fata de  cei in varsta de 4 saptamani. Cel mai mare declin s-a inregistrat la grupa de varsta 50 si 100 de saptamani. Conform altor studii, se pare ca transcriptia genei catalazei descreste cu 60% intre varsta de 6 si 29 de luni. Analiza cantitativa si de cinetica (rata de sinteza si de degradare a proteinelor) a scos in evidenta o descrestere, la nivelul ficatului de sobolan batran, a sintezei catalazei, fara modificari semnificative ale ratei de degradare. Procesul de senescenta interfereaza cu capacitatea peroxizomilor de a raspunde prin proliferare la actiunea unor substante chimice. Factorii responsabili de declinul activitatii enzimelor peroxizomale si scaderea raspunsului proliferativ la substante chimice, la animalele batrane nu se cunosc. La nivelul ficatulului animalelor varstnice au fost semnalate defecte in transcriptia si translatia anumitor mesageri, ceea ce poate fi consecinta deficientei unor receptori sau a unor cai de semnalizare. Date relativ recente arata o diminuare in exprimarea receptorului ARNm nuclear pentru hormonul tiroidian cu 50% la ficatul sobolanilor Wistar de 24 de luni, comparativ cu al acelora de 6 luni. Modificari similare s-au constatat si la receptorii ARNm pentru acidul retinoic. Alaturi de modificarile in densitatea si afinitatea receptorilor, procesul de imbatranire produce si  modificari la nivelul cailor de transductie a mesajelor celulare, acestea ducand la alterarea exprimarii genetice, cu afectarea ulterioara a functiilor celulare. S-a formulat ipoteza ca descresterea afinitatii receptorilor in ficatul animalelor batrane se datoreaza schimbarilor in ciclul fosforilare/defosforilare care ar avea loc la aceste animale. Importanta fiziologica a peroxizomilor atat la animale, cat si la om este evidentiata de faptul ca absenta lor sau disfunctionalitati in activitatea uneia sau mai multor enzime peroxizomale este fatala. Studii efectuate pe ficatul uman par sa arate ca peroxizomii expusi la chimicale ce induc proliferarea la animale nu o induc si la om, nu pot fi trase concluzii. Totusi, date relativ recente demonstreaza ca semnalele de transductie intracelulare legate de peroxizomi au si efecte extraperoxisomale. Exemple ale acestor efecte includ: diferentierea adipocitelor, reglarea homeostaziei glucozei, inhibarea activarii macrofagelor si monocitelor si chiar a angiogenezei. Se impun studii aprofundate in ceea ce priveste potentialele efecte ale substantelor chimice ce induc proliferarea peroxizomilor, cunoscand faptul ca persoanele varstnice sunt mai vulnerabile la acestea. Inhibarea prin diverse metode a activitatii enzimelor peroxizomale conduce la moartea animalelor, fapt care sugereaza o legatura stransa intre metabolismul peroxizomilor, imbatranire si patologie. Intrucat in peroxizomi sunt metabolizate lanturile foarte lungi de acizi grasi, peroxizomii joaca un rol important in mentinerea functiilor membranei celulare prin pastrarea balantei acizilor grasi. Declinul catabolismului peroxisomal in senescenta reprezinta un potential mecanism prin care aceste organite sunt implicate in acest proces. Sunt studii care arata ca in cadrul procesului de imbatranire are loc o crestere a raportului colesterol/fosfolipide in membranele microzomale si mitocondriale din ficatul de sobolan. Modificarile induse de varsta in compozitia fosfolipidelor din membrana se reflecta si printr-o crestere in activitatea Na si KATP- azelor, ca si a continutului intracelular de potasiu (Nagy I.,2003). Impactul procesului de imbatranire asupra matrixului extracelular, asupra factorilor de crestere, citokinelor ca si asupra celulelor nonparenchimatice esteimportant in intelegerea relatiei existente intre acesta si metabolismul peroxizomilor. Toti acesti factori joaca un rol important in diviziunea celulara a celulei hepatice. Regenerarea hepatica si imbatranirea Organele si tesuturile differentiate ale mamiferelor sunt considerate, in general, neproliferative (sau cu proliferare limitat). Hepatocitul este o exceptie bine cunoscuta, care poate suferi mai multe serii de diviziuni pentru a inlocui parenchimul pierdut (Shafritz D.A.,. Dabeva M.D.,2002). Ficatul prezinta o remarcabila putere de regenerare, proprietate unica printre organelle „solide” ale mamiferelor si, in acelasi timp, o extraordinara capacitate de a-si adapta volumul la organismul-gazda. La numai o saptamana de la hepatectomie partiala (2/3 din masa hepatica), acesta revine la marimea  initiala.Exista o crestere compensatory a ficatului ramas, fapt care duce la restaurarea masei celulare initiale (Fausto N., 2000). Experimentele de transplant efectuate de la babuin la om au aratat ca ficatul, la scurt timp, ajunge la dimensiunile ficatului uman. Atunci cand ficatul a fost transplantat de la un caine mare la unul mic, acesta a pierdut din masa celulara, dobandind dimensiuni asemanatoare celui existent la cainii de talie mica. Mai mult, hepatocitele sau fragmentele de ficat transplantate in arii extrahepatice raman in stare de latenta (quiescent cells), dar incep sa prolifereze dupa hepatectomia partiala a gazdei. Marimea finala a ficatului pare a fi strans controlata de cea a organismului (exista un raport strans intre ficat si greutatea corporala), dar mecanismul care regleaza masa hepatica nu este cunoscut. Hepatectomia partiala conduce la proliferarea tuturor populatiilor celulare ale ficatului, hepatocite, celule epiteliale biliare, celule endoteliale. Sinteza de AND se initiaza in aceste cellule la 10-12 ore de la hepatectomie si inceteaza dupa aproximativ trei zile. Proliferarea incepe in regiunea periportala si inainteaza spre centrii lobulilor. Celulele endoteliale se dezvolta in celule fenestrate, tipice pentru sinusoide. Hepatocitele par a avea o capacitate nelimitata de proliferare, regenerarea totala fiind obtinuta chiar dupa 12 hepatectomii succesive. Concluzia care rezulta din cele de mai sus este ca hepatocitele nu sunt celule terminale diferentiate. Aceasta pledeaza pentru existenta in ficat a numeroase celule stem, ceea ce are o deosebita importanta atat teoretica, dar si practica. Reducerea, cu varsta, a potentialului regenerativ ar putea contribui la scaderea recuperarii dupa hepatectomie partiala sau hepatita in forma severa, asa cum s-a observat clinic la pacientii varstnici, dar si experimental la animalele batrane. In mod similar, transplantul de la donatori batrani da rezultate inferioare. Ficatul batran are o capacitate redusa de regenerare. Regenerarea hepatica dupa hepatectomie partiala este incetinita la sobolanii batrani, chiar dupa administrare de hormone  (cortizol, tiroxina). Intr-adevar, cresterea compensatorie in volum, in timp ce puterea regenerative este limitata, ar accelera pierderea  celulara, ceea ce duce la un ciclu vicios de distrugere celulara si hipertrofie compensatorie. Dupa unii autori, la sobolanii batrani, capacitatea de regenerare hepatica ramane intacta, scazand numai rata regenerararii.  Studii recente (Alpi E., Magni M.V., 2003) au aratat ca prezenta colesterolului este necesara in faza precoce G1 a multiplicarii celulare si, implicit, in regenerarea hepatica. Mecanismele regenerarii sunt putin cunoscute. Unele cauze sunt, in mod cert, si extrahepatice, incluzand scaderea EGF (Factor epidermal de crestere) si transformarea factorului de crestere alpha. La varstnic, hepatocitele par mai putin apte sa raspunda la actiunea factorilor de crestere hepatotropi (EGF). Unele studii au relevat o scadere a receptorilor EGF si a capacitatii acestora de legare a EGF. Capacitatea de regenerare intarziata a ficatului la varstnic in cazul rezectiei hepatice duce la o rata crescuta a mortalitatii, mai mare la cei peste 60 de ani. Morbiditatea si mortalitatea postoperatorii sunt datorate, in general, complicatiilor chirurgicale extrahepatice. N

Bibliografie

1. Dhahbi, J.M. & Spindler, S.R. (2003) Agingof the Liver, In: Biology ofAging and its Modulation:Aging of the Organs and Systems, Aspinall, R. (Ed.), Kluwer Academic Publisher, The Netherlands.

2. Ronald J. Sokol (2002), Liver Cell Injury and Fibrosis, Journal of Pediatric Gastroenterology and Nutrition, 35:S7–S10

3. Victoria C. Cogger, Alessandra Warren, Robin Fraser, Meng Ngu, Allan J McLean and David G, Le Couteur (2004) Preliminary analysis of the sinusoidal endothelium and space of Disse in ageing Papio hamadrayas, Comparative Hepatology , 3 (Suppl 1):S26

4. Mc.Lean A.J., Cogger V.C., Chong G.c.,Warren A, Markus A.M., Dahlstrom J.e. Le Couteur D.G. (2003), Age –related pseudocapillarization of human liver, 200 (1); 112-117.

5. Sigal, Samuel H., Pankaj Rajvanshi,Giridhar R.Gorla, Rana P. Sokhi, Romil Saxena, David R. Gebhard, Jr., LolaM. Reid, and Sanjeev Gupta.(1999) Partial hepatectomyinduced polyploidy attenuates hepatocyte replication and activates cell aging events, Am. J. Physiol. 276 (Gastrointest.Liver Physiol. 39): G1260–G1272.

6. Tetsuji Nagata and Hongjun Ma (2003) Electron microscopic radioautographic study on the macromolecular synthesis in binucleate hepatocytes of aging mouse, Annals of microscopy, vol 3,54-69.

7. Sophio Giorgadze, Rususdan Rukhadze, The Changes In Cell Cycle Of Rat Hepatocytes During Aging (2004),Annals of Biomedical research and education, april/june, vol. 4, 2.

8. Jung-Hwan Yoon, Gregory J. Gores (2002) Death receptor-mediated apoptosis and the liver, Journal of Hepatology 37, 400–410.

9. David A. Shafritz, Mariana D. Dabeva, (2002) Liver stem cells and model systems for liver repopulation, Journal of Hepatology, 36, 552–564.

10. Le Couteur DG, Fraser R, Cogger VC, (2002) McLean AJ. Hepatic pseudocapillarisation and atherosclerosis in aging. Lancet.; 359:1612-1615.

11. Vrba J., Martin Modrianský (2002), Oxidative burst of Kupffer cells; target for liver injury treatement, Biomed. Papers 146 (2), 15–20

12. Jihan Youssef and Mostafa Badr (1999), Biology of Senescent Liver Peroxisomes: Role in Hepatocellular Aging and Disease, Environ Health Perspect 107:791-797

13. Maurizio Parola, Gaia Robino,(2001) Oxidative stress-related molecules and liver fibrosis, Journal of Hepatology, 35, 297-306.