The hepatic sinusoid in aging: phenotypic changes and novel therapeutic approaches

Abstract

[eng] The socioeconomic and medical improvements of the last decades have led to a relevant increase in the median age of worldwide population. Although numerous studies described the impact of aging in different organs and the systemic vasculature, relatively little is known about liver function and hepatic microcirculatory status in the elderly. In this study, we aimed at characterizing the phenotype of the aged liver in a rat model of healthy aging, particularly focusing on the microcirculatory function and the molecular status of each hepatic cell type in the sinusoid. Moreover, major findings of the study were validated in young and aged human livers. Our results demonstrate that healthy aging is associated with hepatic and sinusoidal dysfunction, with elevated hepatic vascular resistance and increased portal pressure. Underlying mechanisms of such hemodynamic disturbances included typical molecular changes in the cells of the hepatic sinusoid and deterioration in hepatocyte function. In a specific manner, liver sinusoidal endothelial cells presented a dysfunctional phenotype with diminished vasodilators synthesis, hepatic macrophages exhibited a proinflammatory state, while hepatic stellate cells spontaneously displayed an activated profile. In an important way, major changes in sinusoidal markers were confirmed in livers from aged humans. In conclusion, our study demonstrates for the first time that aging is accompanied by significant liver sinusoidal deregulation suggesting enhanced sinusoidal vulnerability to chronic or acute injuries. Advanced chronic liver disease (aCLD) represents a major public health concern. aCLD is more prevalent and severe in the elderly, carrying a higher risk of decompensation. We aimed at understanding how aging may impact on the pathophysiology of aCLD in aged rats and humans and secondly, at evaluating simvastatin as a therapeutic option in aged animals. aCLD was induced in young (1 month) and old (16 months) rats. A subgroup of aCLD-old animals received simvastatin (5 mg/kg) or vehicle (PBS) for 15 days. Hepatic and systemic hemodynamic, liver cells phenotype and hepatic fibrosis were evaluated. Additionally, the gene expression signature of cirrhosis was evaluated in a cohort of young and aged cirrhotic patients. Aged animals developed a more severe form of aCLD. Portal hypertension and liver fibrosis were exacerbated as a consequence of profound deregulations in the phenotype of the main hepatic cells: hepatocytes presented more extensive cell-death and poorer function, LSEC were further capillarized, HSC over-activated and macrophage infiltration was significantly increased. The gene expression signature of cirrhosis significantly differed comparing young and aged patients, indicating alterations in sinusoidal-protective pathways and confirming the pre-clinical observations. Simvastatin administration for 15-day to aged cirrhotic rats improved the hepatic sinusoidal milieu, leading to significant amelioration in portal hypertension. This study provides evidence that aCLD pathobiology is different in aged individuals. As the median age of patients with aCLD is increasing, we propose a real-life pre-clinical model to develop more reliable therapeutic strategies. Simvastatin effects in this model further demonstrate its translational potential.

[cat] La població als països desenvolupats està envellint degut a l’increment en l’esperança de vida. Per tant, es de vital importància estudiar les bases moleculars de l’envelliment per identificar possibles dianes terapèutiques i d’intervenció. La majoria d’alteracions associades amb l’envelliment al fetge han estat descrites en els hepatòcits i per tant, l’efecte que té l’envelliment sobre les cèl·lules del sinusoide hepàtic i la funció microcirculatòria es gairebé desconegut. La malaltia hepàtica crònica afecta 844 milions de persones a nivell mundial, i l’envelliment es el major factor de risc pel seu desenvolupament. A més, el risc-benefici de les intervencions mèdiques a la sub-població vella es pot veure afectada per l’envelliment. Les estatines són una potent estratègia terapèutica proposada per tractar les malalties hepàtiques cròniques però es desconegut com responen el subgrup de pacients ancians. La present tesis té com a objectiu estudiar la funció microvascular i l’estatus molecular de les cèl·lules del sinusoide hepàtic en diferents models experimentals d’envelliment. A l’estudi 1 es va caracteritzar l’impacte de l’envelliment sobre el sinusoide hepàtic en la salut, analitzant especialment la funció microvascular i l’estatus molecular de les cèl·lules que formen el sinusoide hepàtic. Els resultats del primer estudi demostren que rates velles sanes presenten un increment moderat però significatiu de la pressió portal com a conseqüència de l’increment de la resistència vascular hepàtica, la qual comporta una reducció del flux de perfusió hepàtic. L’envelliment s’associa amb un moderada disfunció, un estat pro-inflamatori i dany hepatocitàri, l’endoteli es troba pseudocapil·laritzat i en un estat pro contràctil, les cèl·lules estrellades presenten una activació espontània. En conclusió, l’envelliment s’acompanya de desregulacions significatives en el sinusoide hepàtic, en rosegadors i humans, suggerint vulnerabilitat sinusoïdal en front a un dany agut o crònic. A l’estudi 2 es va estudiar l’efecte de la cirrosi hepàtica sobre la microcirculació hepàtica i el fenotip de les cèl·lules del sinusoide hepàtic en un model d’envelliment. A més, vam definir i proposar el tractament amb estatines per la sub població anciana amb malaltia hepàtica crònica. El principal resultat de l’estudi 2 es que els animals ancians desenvolupen una forma més severa de malaltia hepàtica crònica, la qual es caracteritza per una funció hepàtica pobre i una síndrome d’hipertensió portal, fibrosi i inflamació exacerbada. La deterioració de la microcirculació hepàtica observada amb l’envelliment es conseqüència de la disfunció de les cèl·lules del sinusoide hepàtic. El perfil d’expressió gènica dels fetges amb cirrosi de pacients vells es significativament divergent de l’observada en pacients joves. En aquest estudi observem que l’administració de simvastatina durant dues setmanes en rates cirròtiques ancianes millora de manera significativa la disfunció microvascular i hipertensió portal, acompanyat de millores hemodinàmiques sistèmiques i en la funció hepàtica així com disminució de la fibrosi. Com a conclusió del segon estudi proposem que utilitzar models animals més propers per investigar la fisiopatologia de la malaltia hepàtica crònica per poder desenvolupar bones estratègies terapèutiques. A més, el nostre estudi recomana l’ús de la simvastatina pel tractament de la malaltia hepàtica crònica, incloent el subgrup de pacients d’edat avançada.