A dinâmica transitória do nicho de macrófagos hepáticos durante a lesão hepática aguda torna o organismo susceptível a infecções sistêmicas
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Universidade Federal de Minas Gerais
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Tese de doutorado
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Resumo
As células de Kupffer são o principal componente imune do fígado, apresentado um posicionamento estratégico no interior nos capilares sinosóides fenestrados, o que permite um íntimo contato tanto com o sangue circulante quanto com o parênquima hepático. Essas células desempenham importantes funções, incluindo o metabolismo de ferro, a remoção de restos celulares e a eliminação de produtos derivados da microbiota e patógenos da circulação. Além disso, em processos inflamatórios, são responsáveis por limitar a lesão hepática e promover a resolução da inflamação. Uma diversidade de agentes pode causar processos inflamatórios no fígado, sendo a intoxicação por acetaminofeno uma das principais causas da lesão hepática aguda, que pode, em último caso, evoluir para uma falência hepática e levar o indivíduo à morte. Nesse caso, a inflamação hepática gerada afeta diretamente as células de Kupffer. Como consequência, a remoção de moléculas e microrganismos circulantes pode ficar prejudicada, causando uma janela de susceptibilidade a infecções sistêmicas, que são, justamente, responsáveis por boa parte da mortalidade dos pacientes que apresentam esse quadro. Visto a gravidade do problema, procuramos, nesse trabalho, entender a dinâmica das células de Kupffer na lesão hepática aguda induzida por sobredose de acetaminofeno. Observamos que nas fases iniciais, 12 e 24 horas após indução da lesão, há uma redução massiva na população de células de Kupffer nas áreas de necrose, decorrente da apoptose dessas células, o que promove abertura de um importante nicho. Em sequência, monócitos pró-inflamatórios infiltram o tecido, posicionando-se nas áreas de ausência de células de Kupffer. Ainda nessa fase aguda, observamos que o fígado é incapaz de remover as bactérias da circulação, tanto pela redução na população das células de Kupffer quanto pelo prejuízo funcional das células remanescentes. Além disso, os monócitos que infiltram no tecido também podem contribuir para esse fenótipo, uma vez que apresentam algumas vias de sinalização importantes para controle de patógenos suprimidas. Seguindo a cinética da lesão, os monócitos passam de pró-inflamatórios para um perfil pró-resolutivo 72 horas após a sobredose de acetaminofeno. Nesse fase, também são encontrados aglomerados de células de Kupffer em proliferação próximo às áreas de lesão, sugerindo que tanto as células remanescentes em multiplicação quanto os monócitos infiltrantes ocupam o nicho disponível. Esse período é acompanhado de uma recuperação da capacidade hepática de controle bacteriano, indicando que o retorno adequado do nicho das células de Kupffer é essencial para controle de quadros infecciosos durante a lesão hepática aguda. Assim, visando acelerar esse processo, empregamos a terapia celular com macrófagos derivados de medula óssea. Os macrófagos administrados alcançam o fígado, onde são responsáveis por promover a redução das áreas de necrose, a mudança no perfil dos monócitos já na fase aguda da lesão e aumento da capacidade hepática de remover bactérias da circulação. Em conjunto, nossos dados sugerem que a alteração no nicho ocupado pelas células de Kupffer pode explicar a susceptibilidade a infecções sistêmicas e que sua modulação através da terapia celular constitui uma abordagem terapêutica interessante para melhorar o quadro na lesão hepática aguda.
Abstract
Kupffer cells are the primary liver resident immune cell responsible for
metabolic and immune functions in the organ as they are strategically positioned
inside the liver sinusoid with intimate contact with the blood. In the absence of
these cells, the liver injury outcome is worsened. For instance, during acute liver
injury promoted by acetaminophen overdose, they are responsible for limiting the
damage and promoting the resolution of inflammation. In addition,
acetaminophen overdose is responsible for the majority of acute liver failure
cases that can evolve to fatal outcomes, which are usually driven by an
uncontrolled inflammatory response that leads to organ disfunction. The
dysfunction also affects the Kupffer cells, for instance, there is a massive
reduction in the Kupffer cell population along with impairment of their functioning
during tissue damage. As a consequence, during acute liver injury, clearance of
dangerous self/non-self-molecules and pathogens might be significantly
impaired. This disruption in the tissue-resident macrophage's niche may lead to
a window of susceptibility to systemic infections, which represents a significant
cause of mortality in acute liver failure patients. Besides that, the knowledge
about Kupffer cell niche disruption and susceptibility to systemic infections are
not fully understood. Here, we sought to define the dynamic of tissue-resident
macrophage niche using a mice model for acute liver injury induced by
acetaminophen overdose. During the acute phase, a massive reduction of
Kupffer cells occurs in the necrotic areas opening the niche for infiltration of other
cells. The Kupffer cell death was followed by a significant infiltration of
inflammatory monocytes in the same region, transiently occupying the niche at
the peak of inflammation. Following the acute liver injury kinetics, as the injury
starts to resolve, there is a transition in the monocyte subset from proinflammatory to a pro-resolutive phenotype. Moreover, the remaining Kupffer
cells were observed forming replicating cell clusters closer to areas devoid of
Kupffer cells. So, the niche is occupied by dual input of proliferating Kupffer cells
and monocytes. However, mice were still susceptible to infections despite the
monocytic infiltration and the remaining Kupffer cells in the liver. The systemic
infections were not blocked in the acute stage due to inefficient internalization
and the elimination of circulating bacteria by the professional phagocytes. That
stands out as a necessity to restore the niche in terms of functioning. Thus, cell
therapy with bone marrow-derived macrophages (BMDM) was used as a relevant
approach to occupy the niche opened after Kupffer cell demise with mature
macrophages. BMDM rapidly reach the organ and are precisely positioned within
necrotic areas, eliciting the reduction in necrotic areas and earlier transition to a
resolutive environment. Likewise, the liver firewall function was restored after the
cell therapy, as the BMDM-treated mice presented an improved bacterial removal
from blood. Expanding our understanding of the dynamics of the Kupffer cell
niche during liver inflammation is vital for the development of new therapeutic
approaches such as cell therapy with bone marrow-derived macrophages.
Therefore, we showed that the disruption in the Kupffer cell niche and its
functioning during acute liver injury is a key element for secondary infections. We
propose that the modulation of the macrophage niche is a promising therapeutic
strategy for liver injuries that promote Kupffer Cell depletion.
Assunto
Biologia celular, Macrófagos do fígado, Doença Hepática Induzida por Substâncias e Drogas, Inflamação, Terapia Baseada em Transplante de Células e Tecidos
Palavras-chave
Células de Kupffer, Nicho de macrófagos, Lesão hepática aguda, Inflamação, Infecção sistêmica, Terapia celular