PUNTO DE VISTA

Células estrelladas hepáticas y hepatopatía alcohólica

Hepatic stellate cells and alcoholic liver disease

M. Vera y N. Nieto

Departamento de Medicina. División de Enfermedades Hepáticas. Facultad de Medicina Mount Sinai. New York, EE.UU.

Financiado por el proyecto del US Public Health Service 1RO1 DK 069286-1A1, otorgada por el National Institute of Diabetes and Digestive and Kidney Diseases (a.N.N.).

Dirección para correspondencia

RESUMEN

La fibrosis hepática es un importante problema de salud en todo el mundo para el que no hay tratamiento efectivo. Se han realizado muchas investigaciones para comprender los mecanismos moleculares que son responsables del desarrollo de la fibrosis hepática. Las células estrelladas activadas son el principal tipo celular responsable de la producción de colágeno I, la proteína clave implicada en el desarrollo de la fibrosis hepática. Se desarrolla en excesivos depósitos de colágeno I junto con un deterioro del remodelado de la matriz extracelular. Tras un estímulo fibrogénico, las células estrelladas se transforman en células activadas productoras de colágeno de tipo I. Son numerosos los cambios de expresión génica que se asocian a la activación de las células estrelladas, incluida la inducción de varias cascadas de señalización celular, lo que ayuda a conservar el fenotipo activado y a controlar el estado fibrogénico y proliferativo de la célula. La activación de las células estrelladas está mediada por factores que liberan los hepatocitos y las células de Kupffer al producir especies de oxígeno reactivas, óxido nítrico, citoquinas, factores de crecimiento y metabolitos de la ciclooxigenasa y la lipooxigenasa, que inducen efectos paracrinos esenciales en el medio hepático. Inhibir la activación y proliferación de las células estrelladas, y la producción de matriz extracelular (es decir, de colágeno de tipo I) es un paso crucial para poder prevenir en la fibrogénesis hepática.

Palabras clave: Células estrelladas hepáticas. Colágeno I. Hepatopatía alcohólica. Fibrosis. Especies reactivas de oxígeno.

Hepatopatía alcohólica

La fibrosis hepática es la consecuencia común a lesiones hepáticas crónicas de muchas etiologías (1). El abuso crónico de alcohol es el principal motivo de que aparezca fibrosis hepática y finalmente cirrosis, una de las principales causas de muerte en todo el mundo (1,2). La fibrosis se caracteriza por una acumulación excesiva de proteínas de matriz extracelular (MEC) con una degradación muy escasa (1,2). La fibrosis avanzada rompe la arquitectura normal del hígado, aumenta la presión portal y deteriora la comunicación intercelular (3). En humanos, los depósitos de colágeno de tipo I se encuentran normalmente en la zona pericentral y perisinusoidal del hígado (2,4,5).

Antes de que comience el proceso firogénico, el hígado suele volverse esteatótico y desarrolla esteatohepatitis (6). Muchos de los efectos tóxicos del alcohol en el hígado se han relacionado con su metabolismo, ya que origina productos tóxicos e induce un estado de estrés oxidativo (por activación de la CYP2E1, deterioro de la función mitocondrial y reducción de los depósitos de glutatión) (7-10). Sólo alrededor del 2-10% del etanol que se absorbe en el tubo digestivo se elimina por el riñón y el pulmón; el resto experimenta metabolismo hepático (8).

Una de las principales rutas metabólicas del etanol es la alcohol-deshidrogenasa (ADH) (8). La ADH cataliza la oxidación del etanol a acetaldehído, proceso en el que se transfiere hidrógeno del etanol al cofactor nicotinamida-adenina-dinucleótido (NAD⁺), que pasa entonces a su forma reducida (NADH) (8). El acetaldehído se reduce después a acetato, la mayor parte del cual se secreta al torrente circulatorio (8). Varios de los efectos hepáticos y metabólicos del etanol pueden atribuirse a la reacción redox (aumento del cociente NADH/NAD⁺) que tiene lugar al oxidarse el etanol (8,9).

Aunque la mayor parte del etanol se oxida por la ADH cuando los niveles de alcohol son bajos, el CYP2E1, una forma inducible por etanol del compartimento microsomal de los hepatocitos y las células de Kupffer, desempeña un papel más importante en la oxidación del etanol cuando este se encuentra en concentraciones altas (consumo excesivo) o se bebe de forma crónica (alcoholismo crónico) (8-15). El CYP2E1 oxida el etanol dando lugar a muchos productos tóxicos, como acetaldehído, radicales 1-hidroxietilo y otras especies reactivas de oxígeno (ERO), como el radical superóxido (O₂^.-), el peróxido de hidrógeno (H₂O₂) y el radical hidroxilo (OH^.), además de productos finales de la peroxidación lipídica malondialdehído (MDA) y 4-hidroxinonenal (4-HNE) (12,15). Existe un interés considerable por el papel que desempeñan el estrés oxidativo y la generación de ERO en el mecanismo por el que el etanol resulta hepatotóxico (13).

Entre los efectos nocivos del alcohol están: a) el daño a las mitocondrias, con la subsiguiente disminución de los niveles de ATP (16,17); b) la alteración de la fluidez de las membranas al interactuar con sus fosfolípidos o proteínas (18,19); c) la malnutrición (20); d) la hipoxia en la zona pericentral del acino hepático, al consumirse oxígeno para poder detoxificar el etanol mediante la oxidación (7); e) la alteración de la producción de citoquinas (p. ej., TNFa y TGFb) (21,22); f) la inducción de "goteras" intestinales, con translocación de la endotoxina derivada de bacterias (LPS), la consiguiente activación de las células de Kupffer y la liberación de otros mediadores solubles y ERO (23,24); y g) el deterioro de la defensa antioxidante (17,25). Todos estos efectos potencian la lesión hepática y contribuyen de una forma u otra a la activación de las células estrelladas (CEH).

Activación de células estrelladas

El hígado normal tiene un componente epitelial (hepatocitos), un revestimiento endotelial (células endoteliales), macrófagos tisulares (células de Kupffer), células natural killer (NK) y células mesenquimatosas perivasculares, las CEH, que constituyen las células fibrogénicas fundamentales (26). Los elementos celulares del hígado se organizan en el sinusoide, separando mediante el espacio subendotelial de Disse el epitelio del endotelio sinusoidal. En el hígado normal, este espacio contiene una matriz no electrodensa, parecida a la membrana basal, que es esencial para mantener la función diferenciada de todas las células hepáticas (27). Cuando el hígado se vuelve fibrótico, el contenido total de colágenos y componentes no colagenosos aumenta, lo que se acompaña de un cambio en el tipo de MEC del espacio subendotelial, que pasa de ser una matriz poco densa, similar a la membrana basal, a ser una matriz de tipo intersticial que contiene colágenos formadores de fibras (principalmente colágenos I y III) (26). La activación de las CEH es un elemento clave para el excesivo depósito de MEC (27,28).

En condiciones fisiológicas, las CEH comprenden alrededor del 15% del número total de células hepáticas (28,29). Su principal función es el almacenamiento y la homeostasis de la vitamina A y otros retinoides, que se almacenan como gotas lipídicas citoplasmáticas en forma de ésteres de retinilo (29,30). Las CEH regulan el flujo sanguíneo sinusoidal y producen apolipoproteínas, prostaglandinas, factores de crecimiento y citokinas, todas las cuales contribuyen a la homeostasis de la MEC (29,30). La síntesis y la degradación de la MEC hepática normal es esencial para la integridad del espacio de Disse y para la comunicación intra- e intercelular entre células vecinas (29,30).

Después de un estímulo fibrogénico, las CEH experimentan un complejo proceso de activación en el que dejan de ser quiescentes y se transforman en células activadas parecidas a miofibroblastos (8,26). Como consecuencia sufren cambios fenotípicos: se ensanchan, con agrandamiento nuclear y celular, estiramiento citoplasmático, elongación de las prolongaciones para establecer contacto entre células, y pérdida de las gotas lipídicas (26,29,31). Al activarse, las CEH aumentan la expresión de actina de músculo liso a (a-sma) y de colágeno de tipo I (26-29,31), proliferan y migran al lugar de la lesión, donde se acumula MEC y se produce cicatrización (26).

El fenómeno de activación de las CEH tiene lugar como una secuencia de sucesos bien interrelacionados (26,28-31). Los primeros pasos comprenden cambios rápidos de la expresión génica asociados a eventos transcripcionales (p. ej., elevación al alza de COL1A1 y COL1A2) e inducción de genes tempranos inmediatos, que hacen que las células respondan a las citocinas y demás estímulos locales de origen paracrino o autocrino (26). Los pasos posteriores incorporan los sucesos celulares que amplifican el fenotipo activado potenciando la expresión de citokinas y la reactividad (26).

La perpetuación de la activación de las CEH conlleva respuestas fenotípicas fundamentales mediadas por una mayor producción de citokinas y remodelación de la MEC. Estas respuestas fenotípicas son:

1. Proliferación. El aumento de la cantidad de CEH en el hígado lesionado se produce, al menos en parte, en respuesta a factores de crecimiento locales, la mayoría de los cuales señalizan a través de receptores tirosina-quinasas (32,33). Entre estos factores, el factor de crecimiento derivado de plaquetas (PDGF) y el TGFb son los mejor estudiados y los más potentes (34,35).

2. Contractilidad. Mecanismo importante que justifica la mayor resistencia portal en la lesión hepática. El estímulo contráctil clave dirigido las CEH es la endotelina 1 (ET-1), probablemente de origen autocrino (36).

3. Fibrogénesis. La elevación en la síntesis de colágeno de tipo I es una de las respuestas moleculares más llamativas de las CEH frente a la lesión y está regulada a nivel transcripcional y traduccional (37-40).

4. Degradación de la matriz. Los cambios de la actividad proteolítica de la matriz conducen a la remodelación de la MEC en la lesión hepática, acelerando la activación de las CEH (37). Hay una familia de metaloproteinasas de la matriz (MMP) que contribuye a la degradación, bien patológica o bien restauradora, de la matriz (37,41,42). Las MMP pueden activarse mediante escisión proteolítica (43) o inhibirse por su unión a inhibidores específicos conocidos como inhibidores tisulares de las metaloproteinasas (TIMP) (43). Las MMP-2, MMP-3, MMP-9 y MT-MMP1 intervienen en la degradación de la MEC subendotelial normal, que es sustituida por colágenos formadores de fibras capaces de estimular el crecimiento de las CEH (44-46). Además, la expresión de TIMP-1 en las CEH activadas inhibe la MMP-1, la principal metaloproteinasa responsable de la degradación del colágeno de tipo I (46,47). La expresión mantenida de TIMP-1 hace que la respuesta fibrogénica prolifere (48,49). Las MMP y las TIMP son sensibles a las ERO, las especies reactivas de nitrógeno, las citocinas y los factores de crecimiento (44-46,48,49).

5. Quimiotaxis de las CEH. La migración dirigida de las CEH activadas potencia su acumulación en las áreas lesionadas (34,50). El PDGF y la proteína quimiotáctica monocitaria (MCP-1) son factores quimioatrayentes hacia las células activadas, pero no hacia las quiescentes (34,51).

6. Retinoides. La pérdida intracelular de vitamina A es muy notable durante la activación de las CEH (52), aunque sigue sin saberse si esto es necesario para que las CEH se activen y cuáles son los retinoides que podrían acelerar o prevenir la activación in vivo (52). Los retinoides podrían estar directamente relacionados con la fibrogénesis, ya que estimulan la activación del TGFb1 latente, aumentando así su actividad fibrogénica (53).

7. Liberación de citoquinas. La mayor producción y actividad de las citoquinas es crítica para poder perpetuar la activación de las CEH (22,50). La MEC constituye también un reservorio importante de factores de crecimiento, incluidos el TGFb1, el PDGF, el VEGF, el factor de crecimiento fibroblástico (FGF), el factor de crecimiento hepatocitario (HGF) y el factor activador de plaquetas (PAF) (22,32,50). Finalmente, las CEH liberan también quimioatrayentes neutrofílicos y monocitarios capaces de amplificar la inflamación en caso de lesión hepática, como el factor estimulante de colonias (CSF), la proteína quimiotáctica monocitaria 1 (MCP-1), la interleukina 6 y el quimioatrayente neutrofílico inducido por citokinas/IL-8 (CINC) (54-57). También se han detectado citokinas antifibrogénicas producidas por las CEH, en concreto la IL-10 (58) y el TNFa (59).

Alcohol y fibrosis hepática

La lesión hepática crónica por alcohol produce fibrosis, con la consiguiente ruptura de la arquitectura del hígado, y deterioro del metabolismo hepático (15,60). La intercomunicación entre células parenquimatosas y no parenquimatosas, y la producción excesiva de componentes de la MEC son rasgos fundamentales de la aparición de la lesión hepática y la fibrosis (38,40). Factores solubles como las citokinas, las quimiokinas y las ERO son mediadores candidatos a la inducción de la respuesta fibrogénica (26,32,40,61). Las especies reactivas de nitrógeno también pueden intervenir. El inicio de la activación de las CEH se debe principalmente a la estimulación paracrina por parte de los hepatocitos/las células de los conductos biliares lesionados, las células inflamatorias, los macrófagos activados y los neutrófilos, o a los primeros cambios de la composición de la MEC (26,32,40). La perpetuación se debe a una estimulación autocrina y paracrina, así como al remodelado acelerado de la MEC (26,32,40).

-Efecto paracrino de los hepatocitos. El metabolismo del alcohol por la vía del CYP2E1 conduce a la producción de ERO y de productos finales de la peroxidación lipídica (62). El acetaldehído, las ERO y los ácidos grasos poliinsaturados de cadena larga pueden activar las CEH de manera paracrina (62-65). El acetaldehído induce COL1A1 y COL1A2 a través de un mecanismo dependiente del TGFb (63,64). El TGFb se considera la más potente de las citokinas profibrogénicas (35,66). Suprime la proliferación hepatocitaria, estimula la activación de las CEH, promueve la producción de MEC y media la apoptosis de los hepatocitos (3,35,53,67-69). Las ERO y los productos de la peroxidación lipídica MDA y 4-HNE pueden incrementar la producción de colágeno de tipo I en las CEH (70-76). Las ERO modulan también la unión de los factores de transcripción (p. ej., c-Jun/AP1, NFkB, Sp1 y Smads), que modulan la transactivación de COL1A1 y COL1A2 en las CEH (27,40,77-79).

Como se dijo anteriormente, el alcohol modifica el estado celular redox al alterar la relación NAD⁺/NADH y NADP⁺/NADPH, eleva el ácido láctico y aumenta la angiotensina II, una potente citokina profibrogénica (2,80). Por último, los ésteres de etilo de los ácidos grasos activan las CEH quiescentes por medio de una ruta dependiente de la proteína-kinasa activada por mitógenos (MAPK) (81).

-Efecto paracrino de las células de Kupffer. El etanol deteriora la permeabilidad del tubo digestivo, lo que conduce al sobrecrecimiento de bacterias gram negativas (82-85). La endotoxina o lipopolisacárido (LPS), uno de los componentes de la pared de las bacterias gram negativas, se transloca de la luz intestinal a la circulación portal, desencadenando la activación de las células de Kupffer (82-85). El influjo de las células de Kupffer coincide con la aparición de marcadores de la activación de las CEH (p. ej., PDGFRb y a-sma) (86). Las células de Kupffer pueden estimular la síntesis de matriz, la proliferación celular y la liberación de retinoides por las CEH a través de las acciones de citokinas y especies reactivas (57). También pueden influir en las CEH mediante la secreción de MMP-9, ya que esta puede activar el TGFb1 latente, estimulando así la síntesis de colágeno de tipo I por las CEH (87). Por último, las células de Kupffer generan ERO por la vía de la NADPH-oxidasa (88), de la xantina-oxidasa (89), de la mitocondria (89) o posiblemente del CYP2E1 (90), lo que a su vez puede potenciar la activación de las CEH y la síntesis de colágeno I (13,91). Estos efectos se potencian al tratar con etanol, debiendo tenerse en cuenta el papel de los ácidos grasos poliinsaturados como componentes críticos que fomentan la lesión en varios modelos in vitro e in vivo de administración de etanol (85,92). Las células de Kupffer producen también óxido nítrico (NO), que puede contrarrestar los efectos estimulantes de las ERO al reducir la proliferación de las CEH, la contractilidad y la producción de colágeno I; sin embargo, el NO puede también reaccionar con el O₂^.- para generar peroxinitrito (ONOO^-), cuyos posibles efectos sobre la producción de colágeno I por las CEH se desconocen y merecería la pena explorar. El TNFa actúa como antifibrogénico, reprimiento a los promotores de COL1A1 y COL1A2 tanto en humanos como en roedores (40,59,93).

-Efecto paracrino de las células endoteliales de los sinusoides. La lesión de las células endoteliales de los sinusoides por las ERO y el acetaldehído estimula la producción de ciertas isoformas de la fibronectina, como la leptina, capaces de activar las CEH (94). Es más, las células endoteliales dañadas convierten el TGFb1 latente en su forma activa (22,95). Además, las células endoteliales de los sinusoides aumentan la expresión del factor de crecimiento del endotelio vascular (VEGF) en respuesta a la lesión (96). El VEGF se une a sus receptores en las CEH y promueve su activación, potenciando la expresión de procolágeno de tipo I (96).

-Efecto paracrino y autocrino de las CEH. Las CEH activadas secretan quimiokinas inflamatorias -p. ej., TNFa, TGFb, IL6 y PDGF- que regulan el colágeno de tipo I a nivel de la transcripción y la traducción (28,33,40,50,97). Las CEH activadas secretan también angiotensina II, que ejerce efectos fibrogénicos por la vía de la NADPH-oxidasa (41,42). Las CEH son las grandes reguladoras de la remodelación de la MEC. La familia de metaloproteinasas de la matriz (MMP) contribuye a la degradación patológica o restauradora de dicha matriz (41,42). Estas enzimas se agrupan en cinco categorías según su especificidad de sustrato: colagenasas intersticiales (MMP-1, -8, -13), gelatinasas (MMP-2, -9), estromelisinas (MMP-3, -7, -10, -11), metaloproteinasas de tipo membrana (MMP-14 o MT1-MMP, -15, -16, -17, -24, -25) y metaloelastasa (MMP-12) (41,42). Las metaloproteinasas pueden activarse por escisión proteolítica o inhibirse por la unión a inhibidores específicos conocidos con el nombre de inhibidores tisulares de las metaloproteinasas (TIMP) (45). El término degradación "patológica' de la matriz hepática hace referencia a la ruptura precoz de la matriz subendotelial normal, que tiene lugar por la acción de cuatro enzimas: la MMP-2 y la MMP-9, que degradan el colágeno de tipo IV; la MT1-MMP, que activa la MMP-2 latente, y la MMP-3, que degrada los proteoglicanos y las glucoproteínas, y activa también las colagenasas latentes (43). La falta de degradación de la matriz extracelular es una de las razones principales de que la fibrosis progrese hacia la cirrosis (7). En humanos, la MMP-1 (en roedores, la MMP-13) es la principal proteasa que degrada el colágeno de tipo I, la principal proteína colagenosa en la fibrosis hepática (98). Alternativamente, es posible que otras enzimas, como la MT1-MMP y la MMP-2, tengan actividad de colagenasa intersticial (98). Más importante aún es que la fibrosis progresiva se asocia con elevaciones pronunciadas de TIMP-1 y TIMP-2 (44,46), lo que conduce a un descenso neto de la actividad proteasa y, por tanto, de la acumulación de matriz. Las CEH son la fuente principal de estos inhibidores (44,46).

-Papel de la inmunidad innata. El consumo de alcohol media en la supresión de la inmunidad innata, ya que disminuye la actividad de las células NK y su número (99,100). El sistema inmunitario del hígado está compuesto de células de Kupffer, células NK, células NK-T e interferón alfa y gamma (IFNa y IFNg). Las células NK puden matar a las CEH activadas, mientras que el IFNa y el IFNg bloquean la señalización del TGF-b1 y la activación de las CEH (101,102).

Reversión y tratamiento

Corrientes de pensamiento actuales pero también cuestionables sugieren que podría revertirse la fibrosis induciendo la apoptosis o necrosis de las CEH activadas, o menos probablemente transformando las CEH activadas en un fenotipo más quiescente.

-Apoptosis de las CEH activadas. La resolución espontána de la fibrosis experimental se asocia con la eliminación de los miofibroblastos a-sma-positivos productores de colágeno de tipo I (CEH activadas y fibroblastos portales transdiferenciados) (103). La eliminación de las CEH se ha atribuido a la inducción de apoptosis (103). La apoptosis de los miofibroblastos se asocia a una menor expresión de TIMP1, que protege a las CEH activadas de la apoptosis, y a un aumento de la actividad de la MMP-1 en el hígado (103).

-Transdiferenciación inversa de las CEH activadas hacia un fenotipo quiescente. Un planteamiento teórico para revertir la fibrosis es la transdiferenciación de las CEH activadas hacia un fenotipo más quiescente. Las CEH quiescentes están llenas de vitamina A y triglicéridos, que desaparecen en las CEH activadas (26,28). La regulación transcripcional adipogénica/lipogénica que confieren PPAR, LXR y SREBP-1c es necesaria para mantener el fenotipo quiescente y almacenador de grasa de las CEH (104). La expresión de estos factores de transcripción se pierde en las CEH activadas (104). Por otra parte, el tratamiento de las CEH activadas con un cóctel de diferenciación adipocitaria o la expresión ectópica de PPARg o SREBP-1c produce el cambio hacia el fenotipo quiescente (105-107).

El tratamiento más eficiente de las hepatopatías alcohólicas suele ser la suspensión del agente productor, es decir, del alcohol. Aunque la fibrosis hepática es reversible, la cirrosis, la consecuencia terminal de la fibrosis, es generalmente irreversible. Así, los esfuerzos por comprender la fibrosis se centran fundamentalmente en los sucesos que conducen a la acumulación inicial de matriz extracelular (p. ej., el colágeno I) con la esperanza de encontrar dianas terapéuticas para poder frenar su progresión o contribuir a su resolución. La inhibición de la activación y proliferación de las CEH, y de la mayor producción de MEC constituye un paso crucial para poder intervenir en la fibrogénesis hepática.

Dirección para correspondencia:
Natalia Nieto.
Department of Medicine.
Division of Lier Diseases.
Mount Sinai School of Medicine.
Box 1123. 1425 Madison Avenue.
Room 11-76.
New York 10029. USA.
Fax: 1-212-849-2574.
e-mail: natalia.nieto@mssm.edu

Recibido: 06-09-06.
Aceptado: 06-09-06.

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