Высокий уровень аммиака в крови повреждает митохондрии клеток печени

Аммиак в организме в основном вырабатывается при метаболизме аминокислот. Если организм здоров, аммиак метаболизируется в печени циклом мочевины и ферментом глютаминсинтетазой. Но при циррозе и нарушении цикла мочевины развивается гипераммониемия, которая приводит к тяжелому осложнению — печеночной энцефалопатии. Недавно исследования показали, что аммиак — не только нейротоксин, он еще нарушает работу иммунной системы, индуцирует саркопению и активирует звездчатые клетки печени, тем самым ухудшая фиброз и портальную гипертензию. Существует предположение, что аммиак сам по себе гепатотоксичен, он может способствовать дальнейшему прогрессированию заболеваний печени. Однако доказательств этому не было. В новой работе международная группа исследователей использовала мышей с «чистой» гипераммониемией, то есть без заболевания печени, чтобы прояснить этот вопрос.

У здоровых мышей дикого типа вызывали гипераммониемию, добавляя в диету аминокислоты в течение 14 дней. Повреждение печени отслеживали по измерению уровня аланинаминотрансферазы (АЛТ), фиброзу печени и клеточной гибели. Действительно, при повышении уровня аммиака рос и уровень АЛТ. Если в последние четыре дня диеты мышам давали поглотитель аммиака орнитин фенилацетат, то уровень АЛТ падал. Авторы также продемонстрировали фиброз печени и гибель клеток этого органа (окрашивание TUNEL) под действием гипераммониемии. В печени под действием аммиака повышались уровни белков, вовлеченных в апоптоз и некроптоз (таких как RIPK1 и RIPK3).

Авторы давали мышам RIPK3KO и Casp8^Δhepa селективный ингибитор RIPK1 — RIPA-56. Также они проверили, как повлияет на здоровье печени ингибирование сигнального пути TLR4 с помощью TAK-242 или у мышей TLR4KO. TLR4 индуцирует не зависящий от RIPK1 некроптоз, к тому же гипераммониемия активирует TLR4 в эндотелиальных клетках мозга. Ингибитор TLR4 ТАК-242 и ингибитор RIPK1 RIPA-56 у мышей дикого типа на диете с высоким содержанием аминокислот снижали уровень АЛТ, подавляли фиброз и клеточную гибель, а также некоторые гены апоптоза и некроптоза.

У мышей RIPK3KO и Casp8^Δhepa/RIPK3KO на диете с высоким содержанием аминокислот уровень аммиака в крови был ниже, чем у мышей дикого типа, но незначительно. Уровни аммиака и АЛТ в группе Casp8^Δhepa были сопоставимы с таковыми в группе мышей дикого типа. Фиброгенез или гибель клеток не наблюдались в различных экспериментальных группах этой модели. У мышей TLR4KO на экспериментальной диете уровень аммиака в крови был ниже, чем у мышей дикого типа на этой диете, что снижало АЛТ и фиброз. Однако гибель клеток печени все равно происходила. Снижались уровни экспрессии некоторых генов апоптоза, но не всех.

Гипераммониемия подавляла образование мочевины в печени, но эффект нивелировали ингибиторы TLR4 и RIPK1. На диете с повышенным содержанием аминокислот у мышей дикого типа нарушалась регуляция метаболитов, ассоциированных с циклом мочевины и связанными циклами, а также с циклом Кребса и путем митохондриального β-окисления. Дерегуляция затрагивала основные ферменты цикла мочевины, которые находятся в митохондриях.

Также авторы изучили эффект антагониста TLR4 TAK-242 на двух клинически релевантных моделях гипераммониемии. В первой модели у крыс перевязывали желчные протоки, а затем вводили им липополисахарид Klebsiella pneumoniae. Это приводило к отказу множества органов с некроптозом гепатоцитов, опосредованным сигнальным путем TLR4. Профилактическое введение TAK-242 защищало клетки печени от гибели. Перевязка желчных протоков и липополисахарид повышали уровень аммиака в плазме, но уровень снижался под действием TAK-242.

Вторая модель (мыши OTC^spf-ash) воспроизводила патогенез дефицита фермента OTC (часть цикла мочевины) — достаточно распространенное нарушение у людей. На высокобелковой диете развивалась гипераммониемия. Мышам давали TAK-242 или фенилацетат натрия — стандартное лечение при дефиците OTC. TAK-242 (но не фенилацетат натрия) снижал уровень аммиака в крови.

При этом хлорид аммония не вызывал гибель гепатоцитов in vitro, но подавлял клеточное дыхание.

Таким образом, пагубное влияние гипераммониемии на печень связано с дисфункцией митохондрий и, по-видимому, зависит от TLR4, но точный механизм взаимодействия не ясен. Тем не менее, есть свидетельства того, что клетки печени можно защитить фармакологически.

Миниатюрная печень в глазу сообщает о состоянии большой печени