Человеческая печень — единственный крупный орган, который может почти полностью восстанавливаться даже после тяжелых повреждений. Но при алкогольной болезни печени этот процесс иногда нарушается, даже если человек совсем не употребляет спиртное.
Согласно новому исследованию, хроническое воспаление способно влиять на внутриклеточный процесс, и тогда клетки попадают в так называемый «регенеративный тупик», не в силах закончить восстановление ткани. О том, каким образом алкоголь воздействует на естественное восстановление печени и почему это открытие может помочь созданию новых способов терапии, рассказывается в материале «Известий».
Причины остановки восстановления печениРезультаты работы размещены в журнале Science Daily. Исследование касается алкоголь-ассоциированной болезни печени — одной из главных причин смерти при патологиях данного органа на планете. Как подсчитали ученые, с ней связано около 3 млн смертей за год.
Ауинаш Калсотра — руководитель исследования, профессор биохимии Иллинойсского университета
Мы знали, что у пациентов с алкогольным гепатитом и циррозом печени прекращается ее функционирование и регенерация, даже если пациент прекратил употребление алкоголя, но мы не знали почему.
Как отмечает ученый, при тяжелой недостаточности печени единственным методом спасения больного обычно становится трансплантация. Поэтому понимание того, почему орган перестает восстанавливаться без внешнего вмешательства, способно дать новые перспективы для терапии.
Механизм восстановления печени после поврежденийРегенеративная способность представляет собой одну из самых удивительных черт печени. В сравнении с большинством органов человека она способна возместить потерянный объем даже после сильных повреждений или хирургического иссечения фрагмента ткани. Благодаря этому печень длительное время способна выполнять свои задачи даже при больших нагрузках.
По словам исследователей, в норме зрелые гепатоциты не просто приступают к делению. Сначала они на время меняют свою специализацию и принимают облик, схожий с клетками-предшественниками на ранних стадиях развития. Подобные клетки интенсивно размножаются и восполняют потерянную ткань. Когда регенерация заканчивается, они снова становятся зрелыми клетками печени и выполняют свои обязанности.
Научная группа занимается изучением этого механизма на протяжении нескольких лет. В более ранних трудах специалисты продемонстрировали, что в процессе восстановления печени клетки временно изменяют генетическую программу и задействуют иной набор генов. Это и натолкнуло их на мысль выяснить, что случается при алкогольной болезни печени и по какой причине этот процесс неожиданно прерывается.
В новом исследовании ученые сопоставили здоровые образцы печени с тканями больных алкогольным гепатитом и циррозом. Анализ продемонстрировал, что клетки действительно стараются войти в режим восстановления, но на определенном этапе этот процесс останавливается.
«Регенеративный тупик» клетокСопоставление здоровой печеночной ткани с образцами пациентов, страдавших алкогольным гепатитом и циррозом, выявило неожиданную закономерность. Оказалось, что поврежденные клетки предпринимают попытку запустить восстановление: они начинают возвращаться в регенеративное состояние. Однако довести этот переход до конца им не удается. Вместо этого клетки фактически «застревают» в промежуточном положении — они теряют свойства полноценных зрелых клеток, но не достигают стадии клеток-предшественников, способных активно делиться и восстанавливать ткань.
Так складывается некий порочный круг. Клетки в промежуточном состоянии уже неспособны нормально работать как печеночные. Поэтому вся нагрузка приходится на здоровые клетки, которые тоже стараются перейти в режим регенерации. Однако со временем и они попадают в аналогичную ловушку. В итоге доля функционально активных клеток падает, а восстановление органа практически полностью прекращается.
Аспиранты Иллинойсского университета и соавторы исследования Уллас Чембажи и Сушант Бангр
Они не являются ни функциональными взрослыми клетками, ни пролиферативными клетками-предшественниками. Поскольку они не функционируют, на оставшиеся клетки оказывается дополнительное давление. Поэтому они пытаются регенерировать, и в итоге все они оказываются в этом непродуктивном квази-прогениторном состоянии, что и вызывает печеночную недостаточность.
С целью выяснить, что препятствует завершению восстановления, исследователи обратились к процессу РНК-сплайсинга — этапу, когда клетка подвергает молекулы РНК редактированию перед синтезом белков. Оказалось, что при алкогольной болезни печени подобный механизм сбивается сразу в тысячах генов, вследствие чего значительная часть белков функционирует неверно либо вообще теряет способность исполнять свои задачи.
Хроническое воспаление мешает работе клеток печениДальнейшие исследования показали, что одной из ключевых причин таких нарушений является нехватка белка ESRP2. В обычных условиях он связывается с РНК и способствует правильной сборке генетических инструкций для последующего синтеза белков. Однако в клетках пораженной печени уровень ESRP2 оказался заметно пониженным.
Последствия оказались значительно глубже, чем ожидали специалисты. Даже когда клетка продолжала производить нужное количество белков, значительная их часть оказывалась не в том клеточном отделе, где они должны действовать. К примеру, регенеративные белки задерживались в цитоплазме, вместо того чтобы направиться в ядро и управлять активностью генов.
Ауинаш Калсотра
Белки работают только в строго определенном месте клетки — это определяется последовательностями внутри белка, которые перемещают его в конкретное место. Мы обнаружили, что последовательности, определяющие их местоположение, были нарушены. Количество РНК и белка было одинаковым, но белок находился не в том месте, где должен функционировать. Из-за нарушения сплайсинга ключевые белки, необходимые для продуктивной регенерации печени, застревали в цитоплазме, тогда как им нужно находиться в ядре.
Ученым удалось установить и причину снижения уровня ESRP2. Когда алкоголь перерабатывается, ткани печени повреждаются, и в орган устремляются иммунные клетки вместе с другими клетками микроокружения. Они выделяют множество воспалительных молекул и факторов роста, которые угнетают образование и активность ESRP2. Авторы работы полагают, что именно хроническое воспаление запускает цепочку событий, приводящих к нарушению регенерации печени.
Для проверки гипотезы исследователи воздействовали на клетки печени молекулой, которая блокирует рецептор одного из воспалительных факторов. В результате уровень ESRP2 вернулся к норме, а РНК-сплайсинг снова стал проходить гораздо корректнее. Это позволяет считать данный сигнальный путь возможной мишенью для будущих препаратов.
Как открытие повлияет на лечениеПо мнению авторов, полученные данные могут найти применение в нескольких областях. С одной стороны, некорректно обработанные молекулы РНК могут послужить биомаркерами для выявления тяжелых форм алкогольной болезни печени или контроля за развитием болезни. С другой стороны, вместо регенерации уже разрушенной ткани будущие терапевтические подходы могут быть сфокусированы на подавлении воспалительных сигналов, не позволяющих печени завершить естественное восстановление.
Чтобы подтвердить полученные результаты, специалисты также провели эксперименты на мышах с отсутствующим геном, отвечающим за синтез ESRP2. У животных наблюдались те же сбои в регенерации печени, что и у больных с тяжелым алкогольным гепатитом. Это стало подтверждением того, что нехватка белка действительно существенна для развития патологии.
Ауинаш Калсотра
Я надеюсь, что эти результаты станут отправной точкой для будущих клинических исследований. Мы можем использовать неправильно обработанные молекулы РНК как диагностические маркеры или разработать методы лечения, уменьшающие воспаление. Если нам удастся исправить нарушения сплайсинга, возможно, мы сможем улучшить восстановление и вернуть поврежденной печени способность к регенерации.
На данный момент исследование проведено на образцах тканей человека, клеточных культурах и экспериментальных моделях, поэтому для внедрения новых методов терапии потребуются дополнительные изыскания. Тем не менее исследователи подчеркивают, что впервые удалось детально объяснить, почему у части пациентов печень перестает восстанавливаться даже при полном отказе от алкоголя, а также выявить конкретную молекулярную мишень, воздействие на которую в перспективе способно вернуть органу естественную регенерацию.