Печень фильтрует кровь, удаляя или нейтрализуя опасные компоненты: бактерии, токсины, канцерогены. Вирусные и бактериальные инфекции, токсичные вещества и травмы убивают клетки печени – гепатоциты, которые выполняют фильтрующие функции.

Однако печень – самовосстанавливающийся орган. После травм происходит компенсаторная регенерация печени – размножение гепатоцитов. Таким образом, размер печени поддерживается пропорциональным размеру тела, чтобы сохранить жизнедеятельность и гомеостаз всего организма.

Повторяющиеся повреждения печени и последующая компенсаторная регенерация способствуют развитию рака. Гепатоцеллюлярная карцинома – наиболее распространенный тип рака печени.

Тайваньские ученые исследовали влияние интерферона I типа (ИФН-I) на регенерацию печени, размножение гепатоцитов и на развитие гепатоцеллюлярной карциномы.

Специалисты анализировали реакции на различные травмы печени двух групп мышей:

  • Первая группа мышей – обычные мыши дикого типа.

  • Вторая группа мышей – генно-модифицированные мыши. Клетки этих мышей способны только производить ИФН-I. Но реагировать на этот интерферон клетки не могут – у них отсутствует нужный клеточный рецептор. Таким образом, у генно-модифицированных мышей второй группы нарушена часть врожденного иммунитета, ответственная за передачу сигналов системы интерферона.

Результаты исследования

Ученые установили, что при травмах печени, когда нет вирусной инфекции, фоновый уровень интерферона I типа может способствовать развитию гепатоцеллюлярной карциномы. Механизм основан на способности ИФН-I стимулировать компенсаторное размножение гепатоцитов и регулировать метаболизм липидов и глюкозы.

Интерферон I типа усиливает развитие рака печени

Специалисты вводили мышам канцероген диэтилнитрозамин, вызывающий гепатоцеллюлярную карциному от одной инъекции. Это вещество вызывает легкое повреждение печени и последующую компенсаторную регенерацию.

В результате у каждой мыши дикого типа в печени развилось около 20 опухолей. Чтобы увеличить выработку интерферона I типа и его воздействие на опухоль, ученые с помощью аденовирусного вектора вводили мышам белок вируса гепатита С. В итоге у четырехнедельных мышей дикого типа ускорилось развитие гепатоцеллюлярной карциномы.

У генно-модифицированных мышей с отсутствующим рецептором интерферона I типа ситуация была заметно лучше. Опухоли развились у 70% мышей. Среднее количество опухолей у одной мыши было около 6. Сами опухоли были меньшего размера, чем у мышей дикого типа.

Микроскопический анализ печени, в которой есть опухоль, выявил у мышей дикого типа большее количество липидных вакуолей, чем у генно-модифицированных мышей.

Результат эксперимента представлен на рисунке:

А — схема эксперимента: двухнедельным мышам вводили диэтилнитрозамин (DEN), а в возрасте 8 месяцев изучали состояние печени.

B — процент мышей с опухолями, количество опухолей, размер опухолей. WT — мыши дикого типа, Ifnar -/- – генно-модифицированные мыши.

C — фотографии печени мышей, пораженной опухолями. Масштаб — 5 мм.

D — окрашенные срезы тканей печени с опухолями, масштаб — 100 мкм. На графике показано среднее количество липидных вакуолей.

E — иммунное окрашивание срезов тканей для определения активности белка FOXO, регулирующего метаболизм липидов, глюкозы, клеточный цикл и запрограммированную гибель клеток. ИФН-I косвенно подавляет активность FOXO. На графике видно, что в опухолевых узелках генно-модицифицированных мышей активность FOXO выше, чем у мышей дикого типа. Масштаб — 50 мкм.

Ученые отмечают: эти результаты показывают, что подавление передачи сигналов интерферона I типа замедляет развитие гепатоцеллюлярной карциномы.

Блокирование сигналов интерферона I типа задерживает размножение гепатоцитов

Для оценки роли ИФН-I в регенерации печени ученые удаляли подопытным мышам две трети печени и наблюдали за процессом ее восстановления. Обычно пик размножения гепатоцитов происходит между 36 и 48 часами после резекции печени, а целиком орган восстанавливается на 7 день после операции.

Специалисты обнаружили, что у мышей дикого типа гепатоциты активно размножались через 48 часов после резекции. На 7 день после операции печень этих мышей практически закончила восстановление, за исключением нескольких клеток, которые продолжали делиться.

Обратная картина наблюдалась у генно-модифицированных мышей с нарушенной передачей сигналов ИФН-I. Через 48 часов после операции процесс размножения гепатоцитов шел значительно медленнее, чем у мышей дикого типа. На 7 день печень генно-модифицированных мышей все еще продолжала расти, поскольку не достигла необходимого организму размера.

Ученые отмечают: эти данные показывают, что передача сигналов интерферона I типа стимулирует процессы регенерации печени.

Интерферон I типа улучшает метаболизм липидов и их накопление в печени во время регенерации

После резекции печени происходят изменения метаболизма липидов, чтобы инициировать процесс регенерации. В процессе восстановления происходит кратковременное накопление липидных капель и повышается уровень глюкозы. Интерферон I типа регулирует эти метаболические изменения. Накопление липидных капель, возможно, используется организмом в качестве энергетического ресурса для восстановления печени.

Чтобы уточнить роль ИФН-I в восстановлении печени, ученые анализировали наличие липидных капель у мышей, которым провели резекцию.

У мышей дикого типа через 24 часа после операции наблюдалось большое количество крупных липидных капель. Однако у генно-модифицированных мышей были только маленькие липидные капли. На рисунке F (масштаб 20 мкм) окрашены липидные капли и хорошо видна разница между мышами дикого типа и генно-модифицированными мышами, у которых нарушена передача сигналов интерферона I типа:

Затем ученые проанализировали активность мембранного белка ADRP, который стабилизирует структуру липидных капель. Специалисты выяснили, что через 24 часа после резекции печени активность ADRP у мышей дикого типа была значительно выше, чем у генно-модифицированных мышей.

Ученые предполагают, что передача сигналов интерферона I типа участвует в регуляции метаболизма липидов во время регенерации печени.

Интерферон I типа регулирует гомеостаз глюкозы в процессе восстановления печени

После резекции печени происходят изменения метаболизма глюкозы. Кратковременный низкий уровень глюкозы так же, как и накопление липидов, инициирует процесс регенерации органа.

После удаления двух третей печени у мышей дикого типа наблюдался пониженный уровень глюкозы в крови (гипогликемия). В течение 24 часов после операции уровень глюкозы вернулся к норме. Натощак средний уровень глюкозы в крови был 110 мг/дл.

У генно-модифицированных мышей средний уровень глюкозы после резекции был значительно выше — 140 мг/дл. Причем в течение 24 часов после операции он снизился примерно в 2 раза, а потом сохранялся на низком уровне.

Затем ученые исследовали влияние инсулина на ускорение восстановления печени у генно-модифицированных мышей. Через 2 часа после операции специалисты вводили мышам инсулин в количестве 0,75 Ед/кг. После этого кинетика глюкозы генно-модифицированных мышей, получивших инсулин, стала такой же, как у мышей дикого типа. После инъекции инсулина также значительно увеличилось количество размножающихся гепатоцитов.

Продолжая исследовать факторы, влияющие на уровень глюкозы после резекции печени, ученые вводили генно-модифицированным мышам липидную добавку — 20%-ую эмульсию интралипида (соевое масло, 100 мг/кг). Добавка повысила уровень глюкозы в крови и усилила процесс регенерации печени.

На рисунке представлены результаты этого эксперимента:

А — уровень глюкозы натощак у мышей дикого типа (WT) и генно-модифицированных мышей с нарушенной передачей сигнала интерферона I типа (Ifnar -/-).

В — уровень глюкозы в крови после резекции печени.

С — срезы печени, показывающие размножающиеся гепатоциты, масштаб — 20 мкм. На графике показаны уровни гепатоцитов у разных типов мышей.

D — уровень глюкозы у генно-модифицированных мышей после липидной добавки (красный график).

E — срезы печени, показывающие, что у генно-модифицированных мышей усилилась регенерация печени после липидной добавки. Масштаб — 20 мкм.

Ученые отмечают, что кратковременная гипогликемия может стимулировать накопление липидных капель в печени для поддержания гомеостаза глюкозы. Также специалисты предполагают, что передача сигналов интерферона I типа регулирует гомеостаз глюкозы для своевременной регенерации печени.

Выводы

Интерферон I типа играет важную роль в размножении гепатоцитов и регенерации печени при травмах. Передача сигналов ИФН-I способствует своевременному восстановлению печени, регулирует метаболизм липидов и глюкозы. Однако ИФН-I также способствует развитию рака печени – гепатоцеллюлярной карциномы. Для ученых пока остается неясным механизм взаимосвязи между кратковременной гипогликемией, накоплением липидных капель и регенерацией печени после травм.

Источник

Type I Interferon Signaling Accelerates Liver Regeneration by Metabolic Modulation in Noninfectious Conditions