Μελέτη του μηχανισμού της ηπατικής αναγέννησης σε ηπατεκτομηθέντα πειραματόζωα μετά από οξεία χορήγηση καδμίου: ο ρόλος του HSS

Abstract

Cadmium is a highly toxic element and a well known hepatotoxin. Parenteral administration of a soluble cadmium salt is a well established experimental toxicological model in rodents.Liver regeneration after acute cadmium administration followed by partial hepatectomy is a complex model involving toxicological, inflammatory and regenerative processes.This study was designed to follow up the liver regeneration process after acute cadmium administration and 60-70% partial hepatectomy in white male rats. We also evaluated the levels of biological activity of Hepatic Stimulator Substance (HSS) during the regenerative process.The experimental animals were randomly separated into the following groups:A) Rats that were administered normal saline intraperitoneally followed by 60-70% partial hepatectomy 24 hours later (group A).B) Rats that were administered cadmium chloride intraperitonealy at the dose of 2.5mg CdCl2/Kg of body weight followed by 60-70% partial hepatectomy 24 hours later (group B).The time course of liver regeneration was examined at 8 hour time intervals until 96 hours after partial hepatectomy. Liver thymidine Kinase (TK) enzymatic activity was used as an index for monitoring liver regeneration.The biological activity of HSS isolated from the livers of animals of both groups was evaluated by administration of the factor to 34% partially hepatectomized rats. HSS activity was estimated by the stimulation of hepatic DNA synthesis (measured by the rate of H3-thymidine incorporation to DNA) or by the changes caused in the hepatic TK acti vi ty.The biological activity of HSS in the livers of group A rats increased at 16 and 24 hours after partial hepatectomy (data based on the rate of H3- thymidine incorporation to hepatic DNA). The first increase of HSS biological activity at 16 hours after partial hepatectomy coincides with the Gi/S transition of hepatocytes in the cell cycle and that fact suggests participation of HSS in the genesis of the mitotic stimulus that drives hepatocytes toward S phase and also participation of HSS in the complicated plexus of growth factors that controls the specific cell cycle restriction point.HSS biological activity for all examined time points in the animals of both groups peaked at the time of maximal rate of DNA synthesis and that confirms the speculation that the factor acts in the S phase of the hepatocyte cell cycle.Cadmium pretreatment (group B) delayed the appearance of the first peak of liver regenerative process after partial hepatectomy which takes place at 24 hours in group A rats. HSS biological activity was also suppressed during the first 24 hours after partial hepatectomy in group B rats. The biological activity was recovered in group B and peaked at the time of maximal DNA synthesis which occurs at 48 hours after partial hepatectomy.Our findings suggest that the suppression of HSS biological activity and possibly of other growth factors by cadmium in the first 24 hours after partial hepatectomy is a potential way of action of this element on the hepatocyte cell cycle by inhibiting the Gi/S transition. The Gi/S transition is known to be under the control of growth factors and the Gi/S restriction point is considered one of the two major restriction points that the hepatocytes have to overcome in order to proliferate in the regenerating liver. Such an effect of cadmium can explain theoretically all the mentioned effects of this element on liver regeneration though this aspect needs to be further investigated.

Το κάδμιο αποτελεί ιδιαίτερα τοξικό στοιχείο και καλά γνωστή ηπατοτοξίνη. Η παρεντερική χορήγηση ενός διαλυτού άλατος καδμίου αποτελεί ένα καλά εδραιωμένο μοντέλο ηπατοτοξικότητας σε πειραματόζωα.Στην παρούσα εργασία μελετήθηκε η επίδραση του καδμίου στην χρονική εξέλιξη της ηπατικής αναγέννησης που προκαλείται από την ηπατοτοξική δράση του καδμίου και την (60-70%) μερική ηπατεκτομή σε λευκούς αρσενικούς επίμυς.Προκειμένου να μελετηθεί η επίδραση του καδμίου στην ηπατική αναγεννητική πορεία τα πειραματόζωα χωρίστηκαν στις ακόλουθες ομάδες:Α) Επίμυς στους οποίους χορηγήθηκε εφ' άπαξ δόση φυσιολογικού ορού ενδοπεριτοναϊκά και υποβλήθηκαν σε 60- 70% μερική ηπατεκτομή 24 ώρες αργότερα (ομάδα Α).Β) Επίμυς στους οποίους χορηγήθηκε εφ' άπαξ δόση καδμίου 2.5mg/Kg βάρους σώματος ενδοπεριτοναϊκά και υποβλήθηκαν σε 60-70% μερική ηπατεκτομή 24 ώρες αργότερα (ομάδα Β).Η εξέλιξη της ηπατικής αναγέννησης παρακολουθήθηκε σε μεσοδιαστήματα 8 ωρών μέχρι και τις 96 ώρες μετά την μερική ηπατεκτομή. Από τους δείκτες μέτρησης του ρυθμού της ηπατικής αναγέννησης χρησιμοποιήθηκε ο προσδιορισμός της ενζυμικής δραστικότητας της κινάσης της θυμιδίνης.Προκειμένου να διερευνηθεί ο ρόλος του Ηπατοδιεγερτικού Παράγοντα [HSS, HEPATIC STIMULATOR SUBSTANCE, ΗΠΑΤΙΚΗ ΔΙΕΓΕΡΤΙΚΗ ΟΥΣΙΑ] κατά την χρονική εξέλιξη της ηπατικής αναγέννησης και στις δύο ομάδες των επιμύων προσδιορίστηκαν επίσης τα επίπεδα βιολογικής τουδραστικότητας στις αντίστοιχες υποομάδες των πειραματοζώων των ομάδων Α και Β. Ο προσδιορισμός των επιπέδων βιολογικής δραστικότητας του HSS ήταν έμμεσος με απομόνωση του από το αναγεννόμενο ήπαρ των διαφόρων υποομάδων πειραματοζώων των ομάδων Α και Β και επαναχορήγηση του σε 34% ηπατεκτομηθέντες νεαρούς επίμυς στους οποίους προσδιορίστηκε ο ρυθμός της ηπατικής αναγέννησης με δείκτες την ενζυμική δραστικότητα της κινάσης της θυμιδίνης και την ενσωμάτωση Η3-θυμιδίνης στο ηπατικό DNA.Η βιολογική δραστικότητα του HSS στα φυσιολογικά ηπατεκτομήθεντα πειραματόζωα (ομάδα Α) παρουσίασε αύξηση στις 16 και 24 ώρες μετά την μερική ηπατεκτομή. Η αύξηση της βιολογικής δραστικότητας του HSS στις 16 ώρες συμπίπτει χρονικά με την μετάβαση των ηπατοκυττάρων από S φάση του κυτταρικού κύκλου γεγονός που την πιθανή συμμετοχή του παράγοντα στην μιτωτικού ερεθίσματος των αυξητικώντην Gì στην επισημαίνει γένεση τουπαραγόντων που ελέγχει κυτταρικού κύκλου.Η βιολογική δραστικότητα του HSS και στις δύο ομάδες πειραματόζωων ήταν μεγίστη κατά την φάση του μεγίστου ρυθμού ηπατικής αναγέννησης όπως προσδιορίστηκε από τη σύνθεση του ηπατικού DNA γεγονός που επιβεβαιώνει την άποψη ότ ι ο παράγοντας δρα κατά την S φάση του κυτταρικού κύκλου.Η χορήγηση καδμίου (ομάδα Β) κατέστειλε το πρώτο κύμα πολλαπλασιασμού των ηπατοκυττάρων που παρατηρείται στις 24 ώρες μετά την μερική ηπατεκτομή σε φυσιολογικά ηπατεκτομηθέντα πειραματόζωα (ομάδα Α) . Συνχρόνως στα πειραματόζωα που χορηγήθηκε κάδμιο η βιολογική δραστικότητα του HSS μειώθηκε δραστικά στις 24 πρώτες ώρες μετά την μερική ηπατεκτομή σε σχέση με την αντίστοιχη δραστικότητα που διαπιστώθηκε στα πειραματόζωα της ομάδας Α.Στα πειραματόζωα που χορηγήθηκε κάδμιο η βιολογική δραστικότητα του HSS επανήλθε και κορυφώθηκε κατά την φάση μέγιστης σύνθεσης του DNA που λαμβάνει χώρα στις 48 ώρες μετά την μερική ηπατεκτομή (ομάδα Β).Τα ευρήματα μας υποστηρίζουν ότι η καταστολή της βιολογικής δραστικότητας του HSS και πιθανώς και λοιπών αυξητικών παραγόντων από το κάδμιο στο πρώτο 24ώρο μετά την μερική ηπατεκτομή αποτελεί πιθανό μηχανισμό δράσης του ιόντος στον κυτταρικό κύκλο του ηπατοκυττάρου καθυστερώντας την Gi/S μετάβαση.Σήμερα είναι γνωστό ότι η Gi/S μετάβαση αποτελεί το πρώτο περιοριστικό σημείο του κυτταρικού κύκλου το οποίο πρέπει να υπερβούν τα ηπατοκύτταρα στο αναγεννόμενο ήπαρ προκειμένου να πολλαπλασιαστούν. Το συγκεκριμένο αυτό σημείο ελέγχου βρίσκεται υπό τον έλεγχο των αυξητικών παραγόντων η βιολογική δραστικότητα των οποίων αυξανόμενη οδηγεί τα ηπατοκύτταρα στην S φάση του κυτταρικού κύκλου. Η επίδραση του καδμίου στο συγκεκριμένο σημείο ελέγχου του κυτταρικού κύκλου μπορεί να συμβάλλει στην θεωρητική ερμηνεία του συνόλου των επιδράσεων του στην εξέλιξη της ηπατικής αναγέννησης. Είναι προφανές ότι η περαιτέρω διερεύνηση της συμμετοχής του Ηπατοδιεγερτικού Παράγοντα HSS στους μηχανισμούς της ηπατικής αναγέννησης που προκαλείται από οποιοδήποτε ερέθισμα που επιφέρει μείωση του ηπατικού παρεγχύματος (ιογενής, τοξική βλάβη ή χειρουργική εκτομή) θα συμβάλλει στην πληρέστερη κατανόηση του φαινομένου και στην αντιμετώπιση των ηπατοπαθειών στον άνθρωπο.