DOI: https://doi.org/10.1016/j.jhep.2024.07.034
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39173955
تاريخ النشر: 2024-08-22
المؤلف: Émilie Crouchet وآخرون
الموضوع الرئيسي: إيقاع الساعة البيولوجية والميلاتونين
نظرة عامة
تناقش هذه الفقرة استخراج الكريات الكروية من عينات كبد الإنسان لاستخدامها في تجارب خارج الجسم. تعمل هذه الكريات الكروية كنموذج لدراسة وظائف الكبد وآليات الأمراض في بيئة مختبرية محكومة. تؤكد الأبحاث على أهمية استخدام الأنسجة المشتقة من الإنسان لتعزيز الصلة وقابلية تطبيق النتائج التجريبية في سياق البيولوجيا البشرية. يتم تسليط الضوء على المنهجية لاستخراج الكريات الكروية وآثارها على الدراسات المستقبلية في أبحاث الكبد، مما يشير إلى تقدم كبير في مجال نمذجة الكبد خارج الجسم.
مقدمة
تسلط المقدمة الضوء على الدور الحاسم لإصابة الأنسجة المستمرة في بدء استجابة ليفية، خاصة في سياق تليف الكبد، وهو عامل مهم في الأمراض المزمنة للكبد (CLD) الناتجة عن أسباب متنوعة، بما في ذلك الإصابات الفيروسية، والكحولية، والتمثيل الغذائي. يعتبر تليف الكبد المتقدم سببًا رئيسيًا للوفيات المرتبطة بأمراض الكبد ويمكن أن يتطور إلى سرطان الخلايا الكبدية (HCC)، وهو مساهم رئيسي في الوفيات المرتبطة بالسرطان. على الرغم من الانتشار العالي لمرض الكبد الدهني المرتبط بالخلل الوظيفي الأيضي (MASLD) وتطوره إلى التهاب الكبد الدهني المرتبط بالخلل الوظيفي الأيضي (MASH)، وهما مساهمان مهمان في تليف الكبد على مستوى العالم، لا تزال الآليات الكامنة وراء تقدم CLD غير مفهومة جيدًا، مما يطرح تحديات لتطوير علاجات مضادة للتليف فعالة.
تعتبر مسببات تليف الكبد معقدة، حيث تشمل التفاعلات بين الخلايا الكبدية، والبلاعم، والليفية العضلية، مع تحديد مسار عامل النمو المحول-β (TGF-β) كلاعب رئيسي في التليف. ومع ذلك، فإن الآليات الجزيئية التي تعطل التعبير الجيني المنظم بواسطة TGF-β أثناء التليف ليست موضحة بالكامل. بالإضافة إلى ذلك، يتم الإشارة إلى الساعة البيولوجية (CC) في تنظيم وظائف الكبد المختلفة من خلال نظام تغذية راجعة نسخية وترجمية، مع وجود منظمات مركزية مثل BMAL1 وREV-ERBα/β. بينما تم ربط الاضطرابات في إيقاع الساعة البيولوجية بأمراض الكبد، لا يزال احتمال CC كمحرك وهدف علاجي لتليف الكبد غير مستكشف.
الطرق
في هذه الدراسة، تم عزل خلايا الكبد النجمية (HSCs) والخلايا الليفية العضلية (MFs) من فئران عمرها 8 أسابيع خضعت إما لنظام غذائي عادي أو لنظام غذائي عالي الدهون محدد بالأحماض الأمينية ناقص الكولين (CDA-HFD) لمدة 12 أسبوعًا. تم التضحية بالفئران في أوقات مختلفة من Zeitgeber (ZT0، ZT6، ZT12، ZT18) لتقييم تأثير اضطرابات الساعة البيولوجية (CC) على التعبير الجيني المتعلق بالتليف. تمت الموافقة على الإجراءات التجريبية أخلاقيًا، وتم إجراء تحليلات متنوعة، بما في ذلك ChIP-qPCR وتطبيع النسخ، لتقييم تغييرات التعبير الجيني في الفئران الضابطة وفئران knockout لبروتين Bmal1. شملت التحليلات الإحصائية اختبار T لطلاب غير المقترنين واختبار والد مع تصحيح بنجاميني-هوشبرغ، مما يشير إلى نتائج ذات دلالة إحصائية (p < 0.05). بالإضافة إلى ذلك، تم عزل الخلايا الكبدية البشرية الأولية (PHH) من أكباد غير مصابة ومعالجتها بالأحماض الدهنية الحرة (FFA) لدراسة تراكم الدهون وتعبير الجينات الليفية. أظهرت النتائج أن معالجة FFA غيرت تعبير الجينات CC وزادت من علامات التليف في كل من النماذج البشرية والفئران. من الجدير بالذكر أن knockout لبروتين Rev-Erbα/β في خلايا LX2 النجمية أدى إلى زيادة تعبير الجينات الليفية، والتي كانت قابلة للعكس بواسطة مثبط TGF-β SB505124. علاوة على ذلك، حسنت المعالجة بـ SR9009، وهو منبه لـ Rev-Erb، تليف الكبد والالتهاب في كل من نماذج الفئران والكريات الكبدية المستمدة من المرضى، مما يبرز آثارها العلاجية المحتملة ضد تليف الكبد.
النتائج
يقدم قسم “النتائج” نتائج الدراسة، مسلطًا الضوء على النتائج الرئيسية المستمدة من البيانات التجريبية. تكشف التحليلات عن ارتباطات كبيرة بين المتغيرات قيد البحث، مع مؤشرات إحصائية تشير إلى قيمة p أقل من 0.05، مما يشير إلى أن النتائج ذات دلالة إحصائية.
بالإضافة إلى ذلك، تظهر البيانات اتجاهًا واضحًا في الظواهر الملحوظة، مع تمثيلات رسومية توضح العلاقات بين المتغيرات. تدعم النتائج الفرضيات الأولية وتوفر رؤى حول الآليات الكامنة وراءها، مما يساهم في الفهم الأوسع للموضوع. قد يؤدي الاستكشاف الإضافي لهذه النتائج إلى تطبيقات محتملة في المجالات ذات الصلة.
المناقشة
تسلط قسم المناقشة من ورقة البحث الضوء على الدور المهم للساعة البيولوجية (CC) في تنظيم إشارة TGF-β داخل الكبد السليم واضطرابها في مرض الكبد المرتبط بالتمثيل الغذائي (MASH)، مما يساهم في تقدم تليف الكبد. توضح الدراسة أن CC تنظم التعبير الإيقاعي لجينات الهدف لـ TGF-β، مع نتائج من فئران knockout لبروتين Bmal1 (KO) وفئران KO محددة للخلايا الكبدية لـ Rev-Erbα/β تشير إلى أن تعطيل CC يؤدي إلى زيادة التعبير عن الجينات المحفزة للتليف. من المهم أن يستهدف العلاج الدوائي CC باستخدام الجزيء الصغير SR9009 يظهر وعدًا في تخفيف تليف الكبد من خلال تثبيط إشارة TGF-β، كما يتضح من تقليل ترسب الكولاجين وتعبير الجينات الليفية في كل من نماذج الفئران والكريات الكبدية المستمدة من المرضى.
علاوة على ذلك، تحدد الأبحاث تواصلًا بين خلايا الكبد وخلايا الكبد النجمية (HSC) CC، مما يشير إلى أن CC للخلايا الكبدية تؤثر على تعبير الجينات في HSC، ربما من خلال عوامل نسخ ومسارات إشارة متنوعة. تؤكد الدراسة على الإمكانات العلاجية لاستهداف CC في علاج تليف الكبد، مشددة على الحاجة إلى مزيد من التحقيقات السريرية للتحقق من هذه النتائج وتقييم سلامة المركبات المستهدفة لـ CC في المرضى. بشكل عام، توفر النتائج منظورًا جديدًا حول التفاعل بين البيولوجيا اليومية وتليف الكبد، مما يفتح آفاقًا لاستراتيجيات علاجية مبتكرة.
DOI: https://doi.org/10.1016/j.jhep.2024.07.034
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39173955
Publication Date: 2024-08-22
Author(s): Émilie Crouchet et al.
Primary Topic: Circadian rhythm and melatonin
Overview
The section discusses the extraction of spheroids from human liver samples for use in ex vivo experiments. These spheroids serve as a model to study liver functions and disease mechanisms in a controlled laboratory setting. The research emphasizes the importance of utilizing human-derived tissues to enhance the relevance and applicability of experimental findings in the context of human biology. The methodology for spheroid extraction and its implications for future studies in liver research are highlighted, indicating a significant advancement in the field of ex vivo liver modeling.
Introduction
The introduction highlights the critical role of persistent tissue injury in initiating a fibrotic response, particularly in the context of liver fibrosis, which is a significant factor in chronic liver disease (CLD) stemming from various etiologies, including viral, alcoholic, and metabolic injuries. Advanced liver fibrosis is a leading cause of mortality related to liver disease and can progress to hepatocellular carcinoma (HCC), a major contributor to cancer-related deaths. Despite the high prevalence of metabolic dysfunction-associated steatotic liver disease (MASLD) and its progression to metabolic dysfunction-associated steatohepatitis (MASH), which are significant contributors to liver fibrosis globally, the mechanisms underlying CLD progression remain poorly understood, posing challenges for the development of effective anti-fibrotic therapies.
The pathogenesis of liver fibrosis is complex, involving interactions among hepatocytes, macrophages, and myofibroblasts, with the transforming growth factor-β (TGF-β) pathway identified as a key player in fibrosis. However, the molecular mechanisms that disrupt TGF-β-regulated gene expression during fibrosis are not fully elucidated. Additionally, the circadian clock (CC) is implicated in regulating various liver functions through a transcriptional-translational feedback system, with central regulators such as BMAL1 and REV-ERBα/β. While disturbances in the circadian rhythm have been linked to liver diseases, the potential of the CC as a driver and therapeutic target for liver fibrosis remains unexplored.
Methods
In this study, mouse hepatic stellate cells (HSCs) and myofibroblasts (MFs) were isolated from 8-week-old mice subjected to either a standard chow diet or a choline-deficient, amino acid-defined high-fat diet (CDA-HFD) for 12 weeks. Mice were sacrificed at various Zeitgeber times (ZT0, ZT6, ZT12, ZT18) to assess the impact of circadian clock (CC) perturbations on gene expression related to fibrosis. The experimental procedures were ethically approved, and various analyses, including ChIP-qPCR and transcript normalization, were performed to evaluate gene expression changes in control and Bmal1 knockout mice. Statistical analyses included unpaired Student’s T-test and Wald test with Benjamini-Hochberg correction, indicating significant findings (p < 0.05). Additionally, primary human hepatocytes (PHH) were isolated from non-diseased livers and treated with free fatty acids (FFA) to study lipid accumulation and fibrotic gene expression. The results demonstrated that FFA treatment altered CC gene expression and increased fibrotic markers in both human and mouse models. Notably, the Rev-Erbα/β knockout in LX2 stellate cells led to enhanced fibrotic gene expression, which was reversible by the TGF-β inhibitor SB505124. Furthermore, treatment with SR9009, a Rev-Erb agonist, improved liver fibrosis and inflammation in both mouse models and patient-derived liver spheroids, highlighting its potential therapeutic effects against liver fibrosis.
Results
The “Results” section presents the findings of the study, highlighting key outcomes derived from the experimental data. The analysis reveals significant correlations between the variables under investigation, with statistical tests indicating a p-value of less than 0.05, suggesting that the results are statistically significant.
Additionally, the data demonstrates a clear trend in the observed phenomena, with graphical representations illustrating the relationships among the variables. The results support the initial hypotheses and provide insights into the underlying mechanisms at play, contributing to the broader understanding of the subject matter. Further exploration of these findings may lead to potential applications in relevant fields.
Discussion
The discussion section of the research paper highlights the significant role of the circadian clock (CC) in regulating TGF-β signaling within the healthy liver and its perturbation in metabolic-associated liver disease (MASH), which contributes to liver fibrosis progression. The study demonstrates that the CC orchestrates the rhythmic expression of TGF-β target genes, with findings from Bmal1 knockout (KO) and Rev-Erbα/β hepatocyte-specific KO mice indicating that disruption of the CC leads to increased expression of profibrotic genes. Importantly, pharmacological targeting of the CC using the small molecule SR9009 shows promise in mitigating liver fibrosis by inhibiting TGF-β signaling, as evidenced by reduced collagen deposition and fibrotic gene expression in both mouse models and patient-derived liver spheroids.
Furthermore, the research identifies a crosstalk between hepatocyte and hepatic stellate cell (HSC) CC oscillators, suggesting that the hepatocyte CC influences HSC gene expression, potentially through various transcription factors and signaling pathways. The study underscores the therapeutic potential of targeting the CC in liver fibrosis treatment, emphasizing the need for further clinical investigations to validate these findings and assess the safety of CC-targeting compounds in patients. Overall, the results provide a novel perspective on the interplay between circadian biology and liver fibrosis, opening avenues for innovative therapeutic strategies.