S100A9 aggravates hepatic ischemia–reperfusion injury associated with hepatocyte CCL2 expression and macrophage recruitment

عندما يقوم الجراح بإيقاف تدفق الدم مؤقتاً إلى جزء من الكبد لإزالة ورم أو للتحضير لعملية زرع، يواجه العضو خطراً متناقضاً. ففي اللحظة التي يندفع فيها الدم مجدداً، يمكن أن يؤدي ذلك إلى عاصفة التهابية عنيفة ناتجة عن رد فعل ذاتي. وتحدث هذه الظاهرة، المعروفة باسم إصابة نقص التروية وإعادة التروية (ischemia-reperfusion injury)، لأن العودة المفاجئة للأكسجين والمواد المغذية توقظ الجهاز المناعي بطريقة تضر بالأنسجة التي كان من المفترض أن تنقذها. إذ تقوم خلايا الكبد، المجهدة بالفعل من نقص الدم، بإرسال إشارات لاستدعاء خلايا الدم البيضاء. وهذه الخلايا المناعية الواصلة، والتي تهدف في الأصل إلى تنظيف الضرر، غالباً ما تتسبب في ضرر أكبر، مما يؤدي إلى التورم، وموت الخلايا، وأحياناً فشل الأعضاء. إن فهم كيفية بدء هذا التفاعل المتسلسل وكيفية انتشاره أمر بالغ الأهمية لتحسين النتائج في جراحة الكبد وزراعة الأعضاء، ومع ذلك، ظلت المحفزات الجزيئية المحددة التي تحول إجراءً طبياً ضرورياً إلى حدث التهابي خطير مخفية إلى حد ما.

لقد تتبع باحثون في جامعة سنترال ساوث في الصين مساراً محدداً عبر هذه الفوضى، حيث حددوا بروتيناً رئيسياً يعمل كرسول خطير بين خلايا الكبد المصابة والجهاز المناعي. ومن خلال الجمع بين التحليل الحاسوبي المتقدم للبيانات الجينية والبروتينية مع التجارب على الفئران والخلايا البشرية، اكتشف الفريق أن بروتيناً يسمى S100A9 يلعب دوراً مركزياً في تفاقم تلف الكبد بعد استعادة تدفق الدم. ووجدوا أن هذا البروتين لا يكتفي بالجلوس بشكل سلبي في الأنسجة؛ بل يقوم بنشاط بتوجيه خلايا الكبد المجهدة لإطلاق إشارة كيميائية تعمل كمنارة تجذب المزيد من الخلايا المناعية، مما يخلق دورة من الإصابة يمكن وقفها من خلال علاج مستهدف.

بدأ التحقيق ببحث واسع عن الأدلة. فقد أخذ العلماء أنسجة كبد من فئران خضعت لإجراء يحاكي جراحة الكبد البشرية، حيث تم حجب 70 بالمائة من إمداد الدم للكبد لمدة ساعة واحدة قبل استعادته. وقارنوا هذه الأنسجة بأنسجة كبد من فئران خضعت لنفس الجراحة ولكن دون حجب تدفق الدم. وباستخدام أدوات تسلسل قوية، قرأوا التعليمات الجينية وقاسوا مستويات البروتين في كلتا المجموعتين. وقد سلطت هذه المقارنة الهائلة للبيانات الضوء على S100A9 كمتهم بارز؛ ففي الكبد المصاب، كانت مستويات هذا البروتين أعلى بكثير مما هي عليه في الكبد السليم، حيث ظهر باستمرار في الشفرة الجينية وفي البنى البروتينية الفعلية. ثم أكد الباحثون هذه النتيجة باستخدام تقنيات مختبرية قياسية، مظهرين أن البروتين كان وفيراً بالفعل في الأنسجة التالفة وكان مرتبطاً ارتباطاً وثيقاً بالخلايا المتعادلة (neutrophils)، وهي نوع من خلايا الدم البيضاء التي تندفع إلى موقع الإصابة في المراحل المبكرة من العملية.

ولإثبات أن S100A9 هو الذي يسبب الضرر فعلياً وليس مجرد عارض، اختبر الفريق استراتيجيتين مختلفتين لإيقافه. في النهج الأول، حقنوا الفئران بجسم مضاد متخصص مصمم لتحييد S100A9، مما أدى فعلياً إلى منع قدرته على العمل. وفي النهج الثاني، استخدموا فئراناً تم تعديلها وراثياً بحيث تفتقر تماماً إلى الجين الذي ينتج S100A9. وقد أسفرت كلتا الطريقتين عن نفس النتيجة المطمئنة: انخفض تلف الكبد بشكل كبير. أظهرت الفئران التي تلقت الجسم المضاد أو التي تفتقر إلى البروتين تورماً أقل، وعدد خلايا ميتة أقل، ومستويات أدنى من المواد الكيميائية الالتهابية الضارة في دمها مقارمة بفئران المجموعة الضابطة. وقد قدم هذا دليلاً قوياً على أن S100A9 هو محرك وظيفي للإصابة، وليس مجرد عرض لها.

انتقلت الدراسة بعد ذلك إلى المستوى الخلوي لفهم الآلية الكامنة وراء هذا الضرر. فقد عرض الباحثون خلايا كبد الفئران لظروف تحاكي نقص الأكسجين والجلوكوز المشاهد أثناء الجراحة، متبوعاً بعودة الظروف الطبيعية. وعندما أضافوا S100A9 إلى هذه الخلايا المجهدة، ماتت الخلايا بمعدل أعلى، مما أكد أن البروتين يزيد مباشرة من موت الخلايا. والأهم من ذلك، اكتشفوا ما كان البروتين يخبر الخلايا بفعله تالياً. فمن خلال تحليل النشاط الجيني للخلايا بعد التعرض لـ S100A9، وجدوا أن الخلايا بدأت في إنتاج كميات كبيرة من إشارة كيميائية تسمى CCL2. وتعمل هذه المادة كمنارة توجيه، مصممة خصيصاً لجذب الخلايا المناعية المعروفة باسم الخلايا البلعمية (macrophages).

تحقق الفريق من هذا الارتباط من خلال إظهار أنه عندما عولجت خلايا الكبد بـ S100A9، أصبحت السوائل المحيطة بها أكثر جاذبية للخلايا البلعمية، مما جذبها بقوة أكبر. وعلى العكس من ذلك، في الفئران التي تفتقر إلى S100A9، أنتجت أنسجة الكبد كمية أقل بكثير من هذه المنارة الكيميائية، وتراكم عدد أقل بكثير من الخلايا البلعمية في المنطقة المصابة. وقد كشف هذا عن سلسلة واضحة من الأحداث: الإصابة الأولية تحفز إطلاق S100A9، والذي يقوم بعد ذلك بإجبار الخلايا الكبدية الناجية على إنتاج CCL2، والذي بدوره يستدعي المزيد من الخلايا المناعية التي تسبب مزيداً من الضرر. كما نظر الباحثون في المرضى البشر الذين يخضعون لاستئصال جزئي للكبد؛ حيث قاموا بقياس مستويات S100A9 في عينات الدم المأخوذة قبل وبعد الجراحة، ووجدوا أن المستويات ارتفعت بشكل ملحوظ بعد الإجراء، مما يعكس التغييرات المشاهدة في الفئران. وهذا يشير إلى أن نفس العملية البيولوجية الملحوظة في المختبر تحدث في البشر.

وبينما تثبت الدراسة وجود صلة قوية بين S100A9 والمنارة الكيميائية CCL2 ووصول الخلايا المناعية الضارة، يشير المؤلفون إلى أنهم لم يثبتوا بعد أن منع هذا الرابط المحدد هو الطريقة الوحيدة لوقف الإصابة. ويقترحون أن S100A9 قد يعمل من خلال مسارات أخرى أيضاً، وأن الدور الدقيق للخلايا المتعادلة كمصدر رئيسي للبروتين لم يتضح تماماً بعد. ومع ذلك، فإن الأدلة قوية بما يكفي للإشارة إلى أن S100A9 هو لاعب رئيسي في العاصفة الالتهابية التي تلي جراحة الكبد. ومن خلال تحديد هذا البروتين والمسار الذي ينشطه، سلط الباحثون الضوء على هدف جديد محتمل للأدوية التي يمكنها تهدئة الاستجابة المناعية، وحماية الكبد خلال اللحظات الحرجة بعد استعادة تدفق الدم. لا يقدم هذا العمل علاجاً فورياً، ولكنه يوفر خارطة طريق واضحة لعائق خطير في عملية التعافي، مما يشير إلى الطريق نحو علاجات مستقبلية يمكن أن تجعل جراحة الكبد أكثر أماناً للمرضى.