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

Quando un chirurgo interrompe temporaneamente il flusso sanguigno a una parte del fegato per rimuovere un tumore o preparare un trapianto, l'organo affronta un pericolo paradossale. Nel momento in cui il sangue torna a scorrere, può innescare una violenta tempesta infiammatoria autoinflitta. Questo fenomeno, noto come lesione da ischemia-riperfusione, si verifica perché il ritorno improvviso di ossigeno e nutrienti risveglia il sistema immunitario in un modo che danneggia il tessuto stesso che dovrebbe salvare. Le cellule epatiche, già stressate dalla mancanza di sangue, rilasciano segnali che richiamano i globuli bianchi. Queste cellule immunitarie in arrivo, destinate a ripulire il danno, finiscono spesso per causare ulteriori danni, portando a gonfiore, morte cellulare e, talvolta, insufficienza d'organo. Comprendere esattamente come inizia questa reazione a catena e come si diffonde è fondamentale per migliorare gli esiti della chirurgia e del trapianto di fegato, eppure i trigger molecolari specifici che trasformano una necessaria procedura medica in un pericoloso evento infiammatorio sono rimasti in parte nascosti.

I ricercatori della Central South University in Cina hanno ora tracciato un percorso specifico attraverso questo caos, identificando una proteina chiave che funge da pericoloso messaggero tra le cellule epatiche ferite e il sistema immunitario. Combinando l'analisi informatica avanzata di dati genetici e proteici con esperimenti su topi e cellule umane, il team ha scoperto che una proteina chiamata S100A9 svolge un ruolo centrale nell'aggravare il danno epatico dopo il ripristino del flusso sanguigno. Hanno scoperto che questa proteina non resta passivamente nel tessuto; essa istruisce attivamente le cellule epatiche stressate a rilasciare un segnale chimico che recluta più cellule immunitarie, creando un ciclo di lesioni che potrebbe potenzialmente essere interrotto con trattamenti mirati.

L'indagine è iniziata con una ricerca ampia di indizi. Gli scienziati hanno prelevato tessuto epatico da topi sottoposti a una procedura che simula la chirurgia epatica umana, in cui il 70 percento dell'apporto di sangue al fegato è stato bloccato per un'ora prima di essere ripristinato. Hanno confrontato questo tessuto con il tessuto epatico di topi sottoposti alla stessa chirurgia ma senza il blocco del flusso sanguigno. Utilizzando potenti strumenti di sequenziamento, hanno letto le istruzioni genetiche e misurato i livelli proteici in entrambi i gruppi. Questo massiccio confronto di dati ha evidenziato S100A9 come un sospetto principale. Nei fegati lesionati, i livelli di questa proteina erano significativamente più alti rispetto a quelli dei fegati sani, apparendo costantemente sia nel codice genetico che nelle strutture proteiche reali. I ricercatori hanno poi confermato questo risultato utilizzando tecniche di laboratorio standard, dimostrando che la proteina era effettivamente abbondante nel tessuto danneggiato ed era strettamente associata ai neutrofili, un tipo di globulo bianco che si precipita sul sito dell'infortunio nelle prime fasi del processo.

Per dimostrare che S100A9 stesse effettivamente causando il danno piuttosto che essere solo un testimone passivo, il team ha testato due diverse strategie per fermarla. Nel primo approccio, hanno iniettato nei topi un anticorpo specializzato progettato per neutralizzare S100A9, bloccandone efficacementamente la capacità di funzionare. Nel secondo approccio, hanno utilizzato topi che erano stati ingegnerizzati geneticamente per privarli completamente del gene che produce S100A9. Entrambi i metodi hanno prodotto lo stesso risultato rassicurante: il danno epatico è stato significativamente ridotto. I topi che avevano ricevuto l'anticorpo bloccante o che erano privi della proteina mostravano meno gonfiore, meno cellule morte e livelli inferiori di sostanze chimiche infiammatorie dannose nel sangue rispetto ai topi di controllo. Ciò ha fornato una prova convincente del fatto che S100A9 è un motore funzionale della lesione, e non meramente un sintomo di essa.

Lo studio si è poi spostato a livello cellulare per comprendere il meccanismo alla base di questo danno. I ricercatori hanno esposto cellule epatiche di topo a una condizione che simula la mancanza di ossigeno e glucosio osservata durante la chirurgia, seguita da un ritorno alle condizioni normali. Quando hanno aggiunto S10^0A9 a queste cellule stressate, le cellule morivano a un tasso più elevato, confermando che la proteina aggrava direttamente la morte cellulare. Ancora più importante, hanno scoperto cosa stava dicendo la proteina alle cellule fare successivamente. Analizzando l'attività genetica delle cellule dopo l'esposizione a S100A9, hanno scoperto che le cellule iniziavano a produrre una grande quantità di un segnale chimico chiamato CCL2. Questa sostanza chimica agisce come un segnale di richiamo, specificamente progettato per attirare cellule immunitarie note come macrofagi.

Il team ha verificato questa connessione dimostrando che, quando le cellule epatiche venivano trattate con S100A9, il fluido che le circondava diventava molto più attraente per i macrofagi, attirandoli in modo più aggressivo. Al contrario, nei topi privi di S100A9, il tessuto epatico produceva molti meno di questi segnali chimici e significativamente meno macrofagi si accumulavano nell'area lesionata. Ciò ha rivelato una chiara catena di eventi: l'iniziale lesione innesca il rilascio di S100A9, che poi costringe le cellule sopravvissute a produrre CCL2, il quale a sua volta richiama più cellule immunitarie che causano ulteriore danno. I ricercatori hanno anche esaminato pazienti umani sottoposti a rimozione parziale del fegato. Hanno misurato i livelli di S100A9 nei campioni di sangue prelevati prima e dopo l'intervento e hanno trovato che i livelli aumentavano significativamente dopo la procedura, rispecchiando i cambiamenti osservati nei topi. Ciò suggerisce che lo stesso processo biologico osservato in laboratorio stia avvenendo anche negli esseri umani.

Sebbene lo studio stabilisca un forte legame tra S100A9, il segnale chimico CCL2 e l'arrivo delle cellule immunitarie dannose, gli autori sottolineano di non aver ancora dimostrato che il blocco di questo specifico collegamento sia l'unico modo per fermare la lesione. Suggeriscono che S100A9 possa agire anche attraverso altre vie, e che il ruolo esatto dei neutrofili come fonte primaria della proteina debba ancora essere pienamente chiarito. Tuttavia, le prove sono sufficientemente robuste da suggerire che S100A9 sia un attore principale nella tempesta infiammatoria che segue la chirurgia epatica. Identificando questa proteina e la via che attiva, i ricercatori hanno evidenziato un potenziale nuovo bersaglio per farmaci che potrebbero calmare la risposta immunitaria, proteggendo il fegato durante i momenti critici dopo il ripristino del flusso sanguigno. Questo lavoro non offre una cura immediata, ma fornisce una mappa chiara di un pericoloso ostacolo nel processo di recupero, indicando la strada verso futuri trattamenti che potrebbero rendere la chirurgia epatica più sicura per i pazienti.