Células Hepáticas: Estructura, Microanatomía, Función y Cooperación En La Salud y Enfermedades

hígado

Controlan muchas de las funciones clave en el hígado, así como su respuesta a las lesiones.

Hay 4 tipos básicos de células que residen en el hígado:

  • El hepatocito.
  • La celda de almacenamiento de grasa estrellada.
  • La célula de kupffer.
  • La célula endotelial hepática.

El desafío con las células hepáticas es que se sienten solitarias muy rápido, lo que las hace muy temperamentales cuando están fuera del cuerpo.

Cuando se sacan las células del hígado del cuerpo. Las células mueren inmediatamente y la función se pierde en un orden de horas.

Los investigadores postulan que pueden usar células hepáticas para crear nuevos hígados para más de 16,000 pacientes en la lista de trasplantes de hígado, desarrollar vacunas para la hepatitis C y la malaria y crear mejores pruebas de toxicidad para nuevos medicamentos, si tan solo estas células hepáticas cooperaran.

Hepatocito

Un hepatocito (también llamados células parenquimatosas) es una célula del tejido parenquimatoso principal del hígado. Los hepatocitos constituyen el 70-85% de la masa citoplásmica del hígado y participan en la síntesis de proteínas, colesterol, sales biliares, fibrinógeno, fosfolípidos y glicoproteínas.

Estas células están involucradas en:

  • Son grandes células epiteliales poliédricas, con grandes núcleos centrales redondos (2 o más).
  • Agrupados en placas interconectadas que están dispuestas en miles de pequeños lóbulos poliédricos.
  • Almacenar glucosa en forma de glucógeno, también vitamina b12, ácido fólico y hierro.
  • Participar en la facturación y el transporte de lípidos.
  • Sintetizar algunas de las proteínas del plasma (albúmina, α y β globulinas, protrombina, fibrinógeno).
  • Metabolizar/desintoxicar la grasa.
  • Participar en la rotación de las hormonas esteroides.
  • Regula el nivel de colesterol, síntesis de colesterol, sales biliares y fosfolípidos
  • Secreta bilis (hasta 1 litro por día).
  • Síntesis de proteínas.
  • Almacenamiento de proteínas.
  • Transformación de carbohidratos.
  • Desintoxicación, modificación y excreción de sustancias exógenas y endógenas.
  • Inicio de la formación y secreción de bilis.

Estructura

El hepatocito típico es cúbico con lados de 20-30 μm (en comparación, un cabello humano tiene un diámetro de 17 a 180 μm). El volumen típico de un hepatocito es 3.4 x 10-9 cm3.

El retículo endoplásmico liso es abundante en los hepatocitos, mientras que la mayoría de las células del cuerpo tienen cantidades pequeñas.

Microanatomía

Los hepatocitos muestran un citoplasma eosinofílico que refleja numerosas mitocondrias y punteado basófilo debido a grandes cantidades de retículo endoplásmico rugoso y ribosomas libres.

También se observan gránulos de lipofuscina marrón (con el aumento de la edad) junto con áreas irregulares de citoplasma no teñidas; estos corresponden a reservas de glucógeno y lípidos citoplasmáticos durante la preparación histológica. La vida promedio del hepatocito es de 5 meses; ellos son capaces de regenerarse.

Los núcleos de los hepatocitos son redondos con cromatina dispersa y nucléolos prominentes.

La anisoroarieosis (o variación en el tamaño de los núcleos) es común y, a menudo, refleja tetraploidía y otros grados de poliploidía, una característica normal del 30-40% de los hepatocitos en el hígado humano adulto. Las células binucleadas también son comunes.

Los hepatocitos se organizan en placas separadas por canales vasculares (sinusoides), una disposición soportada por una red de reticulina (colágeno tipo III).

Las placas de hepatocitos tienen un grosor de una célula en los mamíferos y dos en el pollo. Los sinusoides muestran un revestimiento de células endoteliales discontinuo y fenestrado.

Las células endoteliales no tienen membrana basal y están separadas de los hepatocitos por el espacio de Disse, que drena la linfa hacia los vasos linfáticos del tracto portal.

Las células de Kupffer están dispersas entre las células endoteliales; son parte del sistema reticuloendotelial y de los eritrocitos consumidos por fagocitosis.

Las células de Stellate almacenan vitamina A y producen matriz extracelular y colágeno; también se distribuyen entre las células endoteliales, pero son difíciles de visualizar mediante microscopía óptica.

Función

Síntesis de proteínas:

El hepatocito es una célula en el cuerpo que fabrica albúmina sérica, fibrinógeno y el grupo de factores de coagulación protrombina (excepto los factores 3 y 4).

Es el sitio principal para la síntesis de lipoproteínas, ceruloplasmina, transferrina, complemento y glicoproteínas. Los hepatocitos fabrican sus propias proteínas estructurales y enzimas intracelulares.

La síntesis de proteínas se realiza mediante el retículo endoplásmico rugoso (RER), y tanto el retículo endoplásmico rugoso como el liso participan en la secreción de las proteínas formadas.

El retículo endoplasmático (RE) está implicado en la conjugación de proteínas con restos de lípidos y carbohidratos sintetizados por, o modificados dentro de, los hepatocitos.

Metabolismo de los carbohidratos:

El hígado forma ácidos grasos a partir de carbohidratos y sintetiza triglicéridos a partir de ácidos grasos y glicerol. Los hepatocitos también sintetizan apoproteínas con las que luego ensamblan y exportan lipoproteínas (VLDL, HDL).

El hígado también es el sitio principal en el cuerpo para la gluconeogénesis, la formación de carbohidratos a partir de precursores como alanina, glicerol y oxaloacetato.

Metabolismo lipídico:

El hígado recibe muchos lípidos de la circulación sistémica y metaboliza los restos de quilomicrones. También sintetiza el colesterol del acetato y sintetiza aún más las sales biliares. El hígado es el único sitio de formación de sales biliares.

Desintoxicación:

Los hepatocitos tienen la capacidad de metabolizar, desintoxicar e inactivar compuestos exógenos como fármacos (metabolismo de fármacos) e insecticidas y compuestos endógenos como esteroides.

El drenaje de la sangre venosa intestinal al hígado requiere una desintoxicación eficiente de sustancias absorbidas diversas para mantener la homeostasis y proteger al cuerpo contra las toxinas ingeridas.

Una de las funciones desintoxicantes de los hepatocitos es modificar el amoníaco en urea para su excreción. El orgánulo más abundante en las células hepáticas es el retículo endoplásmico liso.

Uso en investigación:

Los hepatocitos primarios se usan comúnmente en la investigación de biología celular y biofarmacéutica. Los sistemas modelo in vitro basados ​​en hepatocitos han sido de gran ayuda para comprender mejor el papel de los hepatocitos en los procesos fisiológicos del hígado (patho).

Además, la industria farmacéutica ha dependido en gran medida del uso de hepatocitos en suspensión o cultivo para explorar los mecanismos del metabolismo de los fármacos e incluso predecir el metabolismo de los fármacos en vivo.

Para estos fines, los hepatocitos se suelen aislar de hígado de animal o humano entero o de tejido hepático mediante digestión con colagenasa, que es un proceso de dos pasos.

En el primer paso, el hígado se coloca en una solución isotónica, en la que se elimina calcio para romper las uniones de células-cerradas mediante el uso de un agente quelante de calcio.

A continuación, se agrega una solución que contiene colagenasa para separar los hepatocitos del estroma hepático. Este proceso crea una suspensión de hepatocitos, que pueden sembrarse en placas de múltiples pocillos y cultivarse durante muchos días o incluso semanas.

Para obtener resultados óptimos, las placas de cultivo deben recubrirse primero con una matriz extracelular (por ejemplo, colágeno, Matrigel) para promover la unión de los hepatocitos (típicamente dentro de 1 a 3 horas después de la siembra) y el mantenimiento del fenotipo hepático.

Además, y la superposición con una capa adicional de matriz extracelular se realiza a menudo para establecer un cultivo sándwich de hepatocitos. La aplicación de una configuración de sándwich permite un mantenimiento prolongado de los hepatocitos en cultivo.

Los hepatocitos recién aislados que no se usan inmediatamente pueden criopreservarse y almacenarse. No proliferan en la cultura. Los hepatocitos son intensamente sensibles al daño durante los ciclos de crioconservación, incluidos los procesos de congelación y descongelación.

Incluso después de la adición de crioprotectores clásicos aún se produce daño mientras se crioconserva. Sin embargo, los protocolos recientes de crioconservación y resucitación apoyan la aplicación de hepatocitos criopreservados para la mayoría de las aplicaciones biofarmacéuticas.

En otras palabras, los hepatocitos aseguran que nuestra sangre se coagula por lo que no nos desangramos hasta la muerte, que la comunicación celular es óptima y que somos capaces de transportar las grasas en el torrente sanguíneo.

Otras funciones de los hepatocitos incluyen la transformación de carbohidratos (de alanina, glicerol y oxaloacetato), almacenamiento de proteínas, inicio de la formación y secreción de bilis y urea, y desintoxicación y excreción de sustancias.

Células de almacenamiento de grasa estrellada hepática

Piensa en las células estrelladas hepáticas como el ejército de reserva del hígado. La mayoría de las veces, este 5 a 8 por ciento de las células del hígado simplemente se sientan en un estado inactivo, almacenando vitamina A y varios receptores importantes.

Los investigadores creen que las células estrelladas hepáticas desempeñan un papel clave en la liberación del tejido cicatricial del colágeno y favorecen la cicatrización del hígado.

  • Residen muy cerca del hepatocito (en el espacio perisinusoidal, no en el lumen).
  • Almacenar aproximadamente el 80% del suministro de vitamina a del cuerpo y una variedad de otros lípidos (en condiciones normales).
  • En condiciones de lesión hepática, las células estrelladas activadas responden en gran medida a factores pro-fibrogénicos, como el factor de crecimiento transformante β (TGF-ß).
  • Proliferar en respuesta a factores como el factor de crecimiento derivado de plaquetas.

Células Kupffer

En cierto modo, las células de kupffer son como guardaespaldas y asesinos de los hepatocitos, protegiéndolos de los invasores y los desechos celulares.

  • Macrófagos estrellados especializados.
  • Adherirse al endotelio sinusoidal (en el lumen de la sinusoide), principalmente cerca de las áreas del portal (= tríadas portales).
  • Limpiar la sangre de los patógenos bacterianos ingeridos que pueden ingresar a la sangre portal desde el intestino.
  • Eliminar los eritrocitos envejecidos y el hemo libre para su reutilización.
  • Actuar como células presentadoras de antígenos en inmunidad adaptativa.
  • Citoquinas y quimiocinas secretas que reclutan y expanden la población de otras células proinflamatorias en el hígado.

Células endoteliales sinusoidales

Otro tipo de célula hepática son las células endoteliales. Dado que no tienen membranas ajustadas, estas células actúan como «carroñeros» de las células cercanas, recogiendo y circulando hepatocitos en la sangre por ejemplo.

También son los principales responsables del transporte de glóbulos blancos y otros materiales de la sangre al hígado y para aumentar la tolerancia del sistema inmunitario al hígado.

Pueden absorber ligandos, que sirven como marcadores biológicos y aglutinantes de fármacos. Cuando se estimulan, las células endoteliales secretan citocinas, que es una forma de señal de comunicación celular.

  • Células endoteliales de hígado.
  • Forma la pared de los vasos sanguíneos (sinusoides) que transportan sangre por todo el hígado.
  • Forman una sola capa con espacios entre cada celda conocida como fenestra.
  • Son ricas en enzimas lisosomales necesarias para degradar el material endocitado.

Cooperación de células hepáticas en salud y enfermedad

El lóbulo hepático está formado por células parenquimatosas, es decir, hepatocitos y células no parenquimatosas.

A diferencia de los hepatocitos que ocupan casi el 80% del volumen total del hígado y realizan la mayoría de las numerosas funciones hepáticas, se localizan las células hepáticas no parenquimatosas, que contribuyen solo en un 6,5% al ​​volumen hepático, pero un 40% al número total de células hepáticas. en el compartimento sinusoidal del tejido.

Las paredes de la sinusoide hepática están revestidas por tres tipos de células diferentes: células endoteliales sinusoidales (CES), células de Kupffer (CK) y células estrelladas hepáticas (CEH, anteriormente conocidas como células que almacenan grasa, lipocitos, células perisinusoidales o células ricas en vitamina A).

Además, los linfocitos intrahepáticos (LIH), que incluyen células de hoyo, es decir, células asesinas naturales específicas del hígado, están a menudo presentes en la luz sinusoidal.

Se ha reconocido cada vez más que tanto en condiciones normales como patológicas, muchas funciones de los hepatocitos están reguladas por sustancias liberadas de células vecinas no parenquimatosas.

Las células endoteliales sinusoidales hepáticas constituyen el revestimiento o pared de la sinusoide hepática.

Realizan una importante función de filtración debido a la presencia de pequeñas fenestraciones que permiten la difusión libre de muchas sustancias, pero no de partículas del tamaño de quilomicrones, entre la sangre y la superficie de los hepatocitos.

Las células endoteliales sinusoidales muestran una gran capacidad endocítica para muchos ligandos, incluidas glicoproteínas, componentes de la matriz extracelular (MEC, como hialuronato, fragmentos de colágeno, fibronectina o proteoglicano sulfato de condroitina), complejos inmunes, transferrina y ceruloplasmina.

Las células endoteliales sinusoidales pueden funcionar como células presentadoras de antígeno (CPA) en el contexto de la restricción de MHC-I y de MHC-II con el desarrollo resultante de tolerancia de células T específica de antígeno.

También son activos en la secreción de citoquinas, eicosanoides (es decir, prostanoides y leucotrienos), endotelina-1, óxido nítrico y algunos componentes de la matriz extracelular.

Las células de Kupffer son macrófagos tisulares localizados intrasinusoidalmente con una capacidad endocítica y fagocítica pronunciada.

Están en contacto constante con materiales particulados derivados del intestino y productos bacterianos solubles, de modo que se puede anticipar un nivel subliminal de su activación en el hígado normal.

Los macrófagos hepáticos secretan potentes mediadores de la respuesta inflamatoria (especies de oxígeno reactivo, eicosanoides, óxido nítrico, monóxido de carbono, TNF-alfa y otras citoquinas) y controlan la fase temprana de la inflamación hepática, jugando un papel importante en la defensa inmune innata.

La alta exposición de las células de Kupffer a productos bacterianos, especialmente la endotoxina (lipopolisacárido, LPS), puede conducir a la producción intensiva de mediadores inflamatorios y, en última instancia, a una lesión hepática.

El desarrollo de métodos para el aislamiento y cultivo de los principales tipos de células hepáticas permitió demostrar que tanto las células no parenquimáticas como las parénquimales secretan decenas de mediadores que ejercen múltiples acciones paracrinas y autocrinas.

Los experimentos de cocultivo y los análisis de los efectos de los medios condicionados en cultivos de otro tipo de células hepáticas han permitido la identificación de muchas sustancias liberadas de células hepáticas no parenquimatosas que evidentemente regulan algunas funciones importantes de hepatocitos vecinos y no hepatocitos.

A los mediadores clave implicados en la comunicación intercelular en el hígado pertenecen prostanoides, óxido nítrico, endotelina-1, TNF-alfa, interleuquinas y quimiocinas, muchos factores de crecimiento (TGF-beta, PDGF, IGF-I, HGF) y reactivos especie de oxígeno (REO).

Paradójicamente, la cooperación de las células hepáticas se comprende mejor en algunas condiciones patológicas (es decir, en modelos experimentales de daño hepático) que en el hígado normal debido a la posibilidad de comparar el fenotipo celular en condiciones in vivo e in vitro con las funciones del órgano lesionado. .

La regulación del metabolismo de la vitamina A proporciona un ejemplo de la función fisiológica de la intercomunicación celular en el hígado normal.

La mayoría (hasta 80%) de la vitamina A corporal total se almacena en el hígado como ésteres de ácidos grasos de cadena larga de la retina, que actúa como la principal fuente de retinoides que utilizan todos los tejidos del cuerpo.

Los hepatocitos están directamente involucrados en la captación de sangre de los restos de quilomicrones y la síntesis de la proteína de unión al retinol que transfiere el retinol a otros tejidos. Sin embargo, más del 80% de los retinoides hepáticos se almacenan en gotas de lípidos de células estrelladas hepáticas.

Las células estrelladas hepáticas son capaces de absorber y liberar retinol dependiendo del estado del retinol del cuerpo. Se ha encontrado que la actividad de algunas enzimas principales del metabolismo de la vitamina A es muchas veces mayor por proteína en las células estrelladas que en los hepatocitos.

A pesar de los avances en la comprensión de los roles desempeñados por estos dos tipos de células en el metabolismo de los retinoides hepáticos, la forma en que los retinoides se mueven entre las células parenquimatosas, las estrelladas y el plasma sanguíneo no ha sido completamente elucidada.

El flujo sanguíneo sinusoidal está, en gran medida, regulado por células estrelladas hepáticas que pueden contraerse debido a la presencia de alfa-actina de músculo liso.

Las principales sustancias vasoactivas que afectan la constricción o la relajación de las células estrelladas hepáticas derivan tanto de fuentes distantes como de hepatocitos vecinos (monóxido de carbono, leucotrienos), células endoteliales (endotelina, óxido nítrico, prostaglandinas), células de Kupffer (prostaglandinas) y células estrelladas (endotelina).

La interferencia celular reflejada por la modulación ajustada de la contracción sinusoidal se altera en condiciones patológicas, como endotoxemia o fibrosis hepática, a través del exceso de síntesis de compuestos vasoreguladores y la participación de mediadores adicionales que actúan de forma paracrina.

El hígado es una fuente importante de algunos factores de crecimiento y proteínas de unión al factor de crecimiento. Aunque los hepatocitos sintetizan la mayor parte del factor de crecimiento similar a la insulina I (IGF-I), también otros tipos de células hepáticas no parenquimatosas pueden producir este péptido.

La expresión específica de células de proteínas de unión a IGF distintas observadas en el hígado de rata e hígado humano proporciona la regulación específica de la síntesis hepática de IGF-I no solo por la hormona de crecimiento, la insulina y el IGF-I, sino también por las citoquinas liberadas por Kupffer activado (IL-1, TNF-alfa, TGF-beta) o células estrelladas (TGF-alfa, TGF-beta).

Las células estrelladas hepáticas pueden afectar el recambio de los hepatocitos a través de la síntesis de señales potentes tanto positivas como negativas, como, respectivamente, el factor de crecimiento de hepatocitos o TGF-beta.

Además de las actividades típicas de los macrófagos, las células de Kupffer desempeñan un papel importante en la eliminación de los eritrocitos senescentes y dañados.

Los macrófagos hepáticos modulan las respuestas inmunes a través de presentación de antígenos, supresión de la activación de células T por células endoteliales sinusoidales presentadoras de antígeno mediante acciones paracrinas de IL-10, prostanoides y TNF-alfa y participación en el desarrollo de tolerancia oral a superantígenos bacterianos.

Además, durante la lesión hepática y la inflamación, las células de Kupffer secretan enzimas y citoquinas que pueden dañar los hepatocitos y son activas en la remodelación de la matriz extracelular. Las células estrelladas hepáticas están presentes en el espacio perisinusoidal.

Se caracterizan por la abundancia de gotitas de grasa intracitoplásmica y la presencia de procesos citoplasmáticos bien ramificados, que abarcan las células endoteliales y proporcionan focalmente un doble revestimiento para la sinusoide.

En el hígado normal, las células estrelladas hepáticas almacenan vitamina A, controlan el recambio de la matriz extracelular y regulan la contractilidad de los sinusoides.

El daño agudo a los hepatocitos activa la transformación de células estrelladas quiescentes en células de tipo miofibroblastos que desempeñan un papel clave en el desarrollo de la respuesta fibrótica inflamatoria.

Las células Pit representan una población asociada a hígado de linfocitos granulares grandes, es decir, células asesinas naturales. Matan espontáneamente una variedad de células tumorales en una forma sin restricción de MHC, y esta actividad antitumoral se puede potenciar mediante la secreción de interferón gamma.

Además de las células de hoyo, el hígado adulto contiene otras subpoblaciones de linfocitos tales como células T gamma delta, y células alfa beta T «convencionales» y «no convencionales», esta última contiene células T asesinas naturales específicas del hígado.

Aunque los hepatocitos parecen no producir TGF-beta, una citoquina pleiotrópica sintetizada y secretada en la forma latente por Kupffer y las células estrelladas, que puede contribuir a sus acciones en el hígado por la activación intracelular de latente TGF-beta, y la secreción de la biológicamente isoforma activa.

Muchos mediadores que llegan al hígado durante procesos inflamatorios, como endotoxinas, complejos inmunitarios, anafilatoxinas y Factor activador de plaquetas, aumentan la producción de glucosa en el hígado perfundido, pero no lo hacen en hepatocitos aislados, actuando indirectamente a través de las prostaglandinas liberadas de las células Kupffer.

En el hígado, las prostaglandinas sintetizadas a partir del ácido araquidónico, principalmente en células de Kupffer en respuesta a diversos estímulos inflamatorios, modulan el metabolismo de la glucosa hepática al aumentar la glucogenólisis en los hepatocitos adyacentes.

La liberación de glucosa a partir del glucógeno soporta la mayor demanda de combustible energético por las células inflamatorias tales como los leucocitos, y, además, permite rotación de la glucosa mejorada en las células endoteliales sinusoidales y células de Kupffer que es necesario para la defensa eficaz de estas células contra la invasión de microorganismos y el estrés oxidativo en el hígado.

Los leucotrienos, otro producto de oxidación del ácido araquidónico, tienen efectos vasoconstrictores, colestáticos y metabólicos en el hígado.

Una síntesis transcelular de cisteinil leucotrienos (LTC4, LTD4, y LTE4) funciona en el hígado: LTA4, un producto intermedio importante, se sintetiza en las células de Kupffer, tomada por los hepatocitos, se convirtió en la potente LTC4, y luego se libera en el espacio extracelular, actuando de forma paracrina en Kupffer y células endoteliales sinusoidales.

Por lo tanto, los hepatocitos son células diana por la acción de los eicosanoides y el sitio de su transformación y degradación, pero no pueden oxidar directamente el ácido araquidónico a los eicosanoides.