Investigación revela por qué el hígado no se recupera tras dejar de beber alcohol

El uso excesivo de alcohol puede interferir con una de las habilidades más notables del hígado: su capacidad para repararse y reconstruirse tras una lesión. Una nueva investigación sugiere que el daño relacionado con el alcohol puede dejar a las células hepáticas atrapadas en un estado anormal, incapaces de funcionar normalmente o de completar el proceso de regeneración, incluso después de que una persona deja de beber.

Investigadores de la Universidad de Illinois Urbana-Champaign, Duke University y el Chan Zuckerberg Biohub Chicago encontraron que este limbo celular parece ser impulsado por la inflamación que interrumpe el empalme del ARN, un paso esencial que las células utilizan para convertir instrucciones genéticas en proteínas funcionales.

Los hallazgos, publicados en Nature Communications, podrían señalar nuevas formas de diagnosticar y tratar potencialmente la enfermedad hepática severa asociada al alcohol.

Por qué el hígado deja de repararse

El hígado es inusual entre los órganos humanos principales debido a su capacidad para regenerarse tras daños significativos o incluso tras una remoción parcial. En circunstancias normales, las células hepáticas sobrevivientes pueden cambiar temporalmente su identidad, multiplicarse y luego madurar nuevamente para restaurar el tejido perdido.

Sin embargo, esa capacidad puede fallar en la enfermedad hepática asociada al alcohol, que es la principal causa de mortalidad relacionada con el hígado en todo el mundo, vinculada a aproximadamente 3 millones de muertes cada año.

"Sabíamos que el hígado deja de funcionar y regenerarse en pacientes con hepatitis y cirrosis asociadas al alcohol, incluso cuando el paciente ha dejado de consumir alcohol, pero no sabíamos por qué", afirmó Auinash Kalsotra, profesor de bioquímica de la U. de I., quien co-dirigió el estudio junto a la profesora Anna Mae Diehl de la Escuela de Medicina de Duke. "La única opción de tratamiento que realmente salva vidas una vez que un paciente llega a la etapa de insuficiencia hepática en esas enfermedades es el trasplante. Pero si entendemos por qué estos hígados están fallando, tal vez podríamos intervenir".

Kalsotra y Diehl han pasado años estudiando los procesos moleculares que permiten al hígado reconstruirse. Su trabajo anterior mostró que las células hepáticas en regeneración reprograman temporalmente qué genes utilizan.

Para iniciar el proceso de reparación, las células hepáticas maduras retroceden a un estado progenitor similar al fetal. Las células progenitoras son menos especializadas y pueden dividirse y producir nuevo tejido. Tras multiplicarse, normalmente revierten ese proceso y se convierten nuevamente en células hepáticas maduras y plenamente funcionales.

Este descubrimiento llevó a los investigadores a preguntarse qué sale mal en este ciclo regenerativo en la enfermedad hepática asociada al alcohol.

Las células hepáticas quedan atrapadas en un limbo

El equipo comparó muestras de hígado sano con tejido hepático de personas con hepatitis o cirrosis asociadas al alcohol. Las muestras enfermas fueron obtenidas del Hospital de la Universidad Johns Hopkins a través de una iniciativa apoyada por el Instituto Nacional de Abuso de Alcohol y Alcoholismo, parte de los Institutos Nacionales de Salud.

Un patrón sorprendente emergió rápidamente.

Las células en los hígados enfermos habían comenzado a alejarse de su estado maduro y hacia el estado regenerativo, pero no pudieron completar la transición. En cambio, permanecieron atrapadas entre ambos.

"No son ni células adultas funcionales ni células progenitoras proliferativas. Dado que no están funcionando, se acumula más presión sobre las células restantes. Así que intentan regenerarse, y todas terminan en este estado cuasi-progenitor improductivo, y eso es lo que causa la insuficiencia hepática", explicaron los estudiantes graduados de la U. de I., Ullas Chembazhi y Sushant Bangru, co-primeros autores del estudio.

El resultado es un ciclo dañino. A medida que más células entran en este estado improductivo, quedan menos disponibles para llevar a cabo el trabajo normal del hígado. Las células saludables restantes enfrentan entonces mayores demandas y tratan de regenerarse, solo para arriesgarse a quedar atrapadas también.

El empalme del ARN emerge como un problema clave

Para entender qué impedía a las células completar la regeneración, los investigadores examinaron las proteínas producidas dentro de las células hepáticas, así como las moléculas de ARN que transportan instrucciones genéticas desde el ADN hasta la maquinaria celular que construye esas proteínas.

El ARN actúa como intermediario entre el código genético almacenado en el ADN y las proteínas que realizan la mayor parte del trabajo celular. Antes de que muchas moléculas de ARN puedan ser utilizadas, deben ser cortadas y unidas en un proceso conocido como empalme del ARN.

Este paso de edición es importante porque diferentes combinaciones de segmentos de ARN pueden producir proteínas con funciones diferentes o dirigirlas a diferentes ubicaciones dentro de una célula.

En lugar de simplemente medir las cantidades totales de ARN y proteína, como hacen muchos estudios, el equipo de Kalsotra utilizó secuenciación profunda de ARN y análisis computacionales para examinar cómo se estaban empalmando los fragmentos de ARN.

"Al comparar las muestras, vimos que el ARN estaba siendo mal empalmado en general en la enfermedad hepática asociada al alcohol, a través de miles de genes, y estaba afectando funciones importantes de las proteínas", dijo Kalsotra, quien también está afiliado al Carl R. Woese Institute for Genomic Biology en Illinois.

La magnitud del problema fue sustancial. El mal empalme apareció en miles de genes, potencialmente alterando cómo funcionan las proteínas importantes en las células hepáticas dañadas.

Una proteína faltante puede ayudar a explicar el daño

Los investigadores identificaron un posible impulsor de estos errores generalizados: bajos niveles de una proteína llamada ESRP2.

ESRP2 se une al ARN y ayuda a asegurar que se empalme correctamente. En las células hepáticas dañadas por alcohol, el equipo encontró que ESRP2 estaba deficiente.

Las consecuencias no se limitaron a si se producía una proteína. En muchos casos, los errores de ARN alteraron las instrucciones moleculares que indican a las proteínas dónde deben ir dentro de la célula.

"Las proteínas funcionan en un lugar muy específico dentro de la célula, y eso es dirigido por secuencias dentro de la proteína que llevan la proteína a ese lugar particular. Encontramos que, en muchos casos, la secuencia que dicta dónde se localiza la proteína dentro de una célula estaba mal empalmada. Por eso fue importante que realizáramos los múltiples análisis que hicimos", dijo Kalsotra, también miembro del Chan Zuckerberg Biohub Chicago. "Había la misma cantidad de ARN y proteína, pero la proteína no estaba en el lugar correcto para funcionar. Debido al mal empalme, proteínas clave necesarias para la regeneración hepática productiva se estaban quedando atrapadas en el citoplasma, cuando necesitaban estar en el núcleo".

El núcleo contiene el ADN de una célula y juega un papel central en la regulación de la actividad genética. El citoplasma es el área circundante donde ocurren muchos otros procesos celulares. Si las proteínas necesarias para la regeneración permanecen en el citoplasma en lugar de alcanzar el núcleo, pueden estar presentes en cantidades normales pero incapaces de realizar sus trabajos previstos.

Experimentos en ratones refuerzan el vínculo con ESRP2

Para probar si la pérdida de ESRP2 podría contribuir a la falla de regeneración, los investigadores estudiaron ratones que carecían del gen que produce la proteína.

Esos animales desarrollaron patrones de lesión hepática y falla de regeneración que se asemejaban a lo que los científicos observaron en personas con hepatitis avanzada asociada al alcohol.

Esto planteó otra pregunta importante: ¿por qué se redujo ESRP2 en primer lugar?

Los investigadores rastrearon el problema hasta la inflamación.

Cuando el hígado procesa el alcohol, puede dañar el tejido y atraer células inmunitarias y células de soporte hepático a las áreas afectadas. Según el estudio, esas células liberaron altos niveles de factores inflamatorios y factores de crecimiento.

Los investigadores encontraron que estas señales suprimen tanto la producción como la actividad de ESRP2.

Bloquear la inflamación restauró el empalme normal

El equipo luego probó si interrumpir una de esas señales inflamatorias podría revertir el problema.

En cultivos de laboratorio de células hepáticas, los investigadores utilizaron una molécula que bloquea el receptor para uno de los factores que promueven la inflamación. Después del tratamiento, los niveles de ESRP2 se recuperaron y el empalme del ARN se volvió más normal.

Ese resultado sugiere que la vía podría convertirse en un objetivo potencial de tratamiento. En lugar de intentar reemplazar directamente el tejido hepático dañado, las terapias futuras podrían intentar interrumpir las señales inflamatorias que impiden que las células completen la regeneración.

Los investigadores también ven usos diagnósticos potenciales. Las moléculas de ARN mal empalmadas podrían servir como marcadores biológicos que ayuden a identificar o monitorear la enfermedad hepática asociada al alcohol.

"Espero que estos hallazgos se conviertan en una plataforma para futuros estudios clínicos. Podemos usar estos ARN mal empalmados como marcadores diagnósticos o desarrollar tratamientos que puedan frenar la inflamación. Y si podemos corregir los defectos de empalme, tal vez podamos mejorar la recuperación y restaurar hígados dañados", concluyó Kalsotra.

Equipo de investigación y apoyo

El equipo de investigación también incluyó a estudiantes de bioquímica de la U. de I., Diptatanu Das y Subhashis Natua; estudiantes de pregrado de la U. de I., Katelyn Toohill, Ishita Purwar y Anuprova Bhowmik; Brandon Peiffer y Zhaoli Sun de la Escuela de Medicina de la Universidad Johns Hopkins; Aurelia Leona y Yogesh Goyal de la Universidad Northwestern y Rajesh Dutta de la Escuela de Medicina de Duke.

Este trabajo fue apoyado por los Institutos Nacionales de Salud, el Chan-Zuckerberg Biohub Chicago, el Duke Endowment y la Asociación de Distrofia Muscular. Los Institutos Nacionales de Salud apoyaron este trabajo a través de las subvenciones R01-AA010154, R01-HL126845, R21-HD104039, R01-AA010154, 5R01-DK077794, 1R56-DK1343340 y R24 AA025017.