Complement system and alcoholic liver disease

Alcoholic liver disease (ALD) is a well recognized and growing health problem worldwide. ALD advances from fatty liver to inflammation, necrosis, fibrosis and cirrhosis. There is accumulating evidence that the innate immune system is involved in alcoholic liver injury. Within the innate and acquired immune systems, the complement system participates in inflammatory reactions and in the elimination of invading foreign, as well as endogenous apoptotic or injured cells. The present study aimed at evaluating the role of the complement system in the development of alcoholic liver injury. First, in order to study the effects of chronic ethanol intake on the complement system, the deposition of complement components in liver and the expression of liver genes associated with complement in animals with alcohol-induced liver injury were examined. It was demonstrated that chronic alcohol exposure leads to hepatic deposition of the complement components C1, C3, C8 and C9 in the livers of rats. Liver gene expression analysis showed that ethanol up-regulated the expression of transcripts for complement factors B, C1qA, C2, C3 and clusterin. In contrast, ethanol down-regulated the expression of the complement regulators factor H, C4bp and factor D and the terminal complement components C6, C8α and C9. Secondly, the role of the terminal complement pathway in the development of ALD was evaluated by using rats genetically deficient in the complement component C6 (C6-/-). It was found that chronic ethanol feeding induced more liver pathology (steatosis and inflammatory changes) in C6-/- rats than in wild type rats. The hepatic triacylglyceride content and plasma alanine aminotransferase activity increased in C6-/- rats, supporting the histopathological findings and elevation of the plasma pro-/anti-inflammatory TNF-/IL-10 ratio was also more marked in C6-/- rats. Third, the role of the alternative pathway in the development of alcoholic liver steatosis was characterized by using C3-/- mice. In C3-/- mice ethanol feeding tended to reduce steatosis and had no further effect on liver triacylglyceride, liver/body weight ratio nor on liver malondialdehyde level and serum alanine aminotransferase activity. In C3-/- mice alcohol-induced liver steatosis was reduced also after an acute alcohol challenge. In both wild type and C3-/- mice ethanol markedly reduced serum cholesterol and ApoA-I levels, phospholipid transfer protein activity and hepatic mRNA levels of fatty acid binding proteins and fatty acid -oxidation enzymes. In contrast, exclusively in C3-/- mice, ethanol treatment increased serum and liver adiponectin levels but down-regulated the expression of transcripts of lipogenic enzymes, adiponectin receptor 2 and adipose differentiation-related protein and up-regulated phospholipase D1. In conclusion, this study has demonstrated that the complement system is involved in the development of alcohol-induced liver injury. Chronic alcohol exposure causes local complement activation and induction of mRNA expression of classical and alternative pathway components in the liver. In contrast expression of the terminal pathway components and soluble regulators were decreased. A deficient terminal complement pathway predisposes to alcoholic liver damage and promotes a pro-inflammatory cytokine response. Complement component C3 contributes to the development of alcohol-induced fatty liver and its consequences by affecting regulatory and specific transcription factors of lipid homeostasis.

Alkoholin aiheuttamat sairaudet ovat tämänhetkisen terveydenhuollon keskeisimpiä ongelmia ja voimakkaasti lisääntymässä sekä Suomessa että muualla maailmassa. Alkoholimaksavaurio alkaa maksan rasvoittumisesta ja etenee maksakirroosiin. Rasvamaksa voi kehittyä myös ilman alkoholia ylipainoisilla, joiden osuus väestössä on kasvussa. Maksa rasvoittuu jo yhden viikonlopun rajun ryypiskelyn seurauksena, mutta tila on palautuva jollei alkoholin käyttöä jatketa. Maksakirroosi sen sijaan on palautumaton vaurio, johon kuitenkin vain 15-25% alkoholisteista sairastuu. Alkoholin lisäksi täytyy siis olla muita yksilöllisiä tekijöitä, jotka laukaisevat vaurion kehittymisen. Suurin osa näistä tekijöistä on tuntemattomia. Tämän tutkimuksen lähtökohtana oli oletus, että kehon puolustus- ja puhtaanpitojärjestelmien tehokkuus vaikuttaa alttiuteen saada alkoholin aiheuttama maksasairaus. Kehon komplementtijärjestelmä on keskeinen immuunijärjestelmän osa. Komplementin tehtäviin kuuluu yhdessä tulehdussolujen kanssa poistaa kehosta haitallisia rakenteita, kuten mikrobeja ja vaurioituneita kudosrakenteita, sekä aikaansaada tulehdusreaktio. Tutkimustyössä tutkittiin synnynnäisten komplementtipuutosten vaikutusta alkoholimaksavaurion kehittymiseen eläinmalleissa. Rotille, joilla oli komplementtitekijän C6 puutos, kehittyi vaikeampi maksasairaus ja enemmän tulehdusmuutoksia kuin kontrollirotille kuuden viikon alkoholialtistuksen ja rasvapitoisen ruoan jälkeen. Tämä viittaa siihen, että komplementin lopputien toiminta suojaa maksaa alkoholin aiheuttamilta kudosvaurioilta. Tämä voi liittyä siihen, että komplementin solutuhokompleksi mahdollisesti estää alkoholin vaurioittamasta suolesta päässeitä mikrobeja aiheuttamasta kudostuhoa. Komplementtijärjestelmällä ja rasva-ainemetabolialla on havaittu olevan yhteyksiä keskenään. Alkoholi aiheuttaa rasvapitoista ruokaa syöville hiirille rasvamaksavaurion ja sitä seuraavan tulehdusreaktion. Mikäli hiiriltä puuttui komplementin tekijä C3 ei maksaan kertynyt rasvaa eikä tulehdusmuutoksiakaan kehittynyt. Tämä merkittävä tulos osoittaa, että komplementti ja erityisesti sen tekijä C3 osallistuu alkoholin aiheuttaman tulehduksellisen maksavaurion kehittymiseen. C3-puutoksen vaikutus on näin eri suuntainen kuin tekijän C6 puutos. C3 tekijä ja sen aktivaatiotuotteet vaikuttavat rasvametaboliaan lisäten triglyseridien kertymistä kudoksiin ja aiheuttaen tulehdusreaktioita. Hiirimallitutkimus osoitti selvästi ja ensimmäistä kertaa maailmassa, että C3 on olennainen tekijä alkoholivälitteisen maksavaurion kehittymisessä. C3-puutoksen vaikutusta maksavaurioon ja rasva-aineenvaihduntaan tutkittiin laajemmin selvittämällä alkoholin aiheuttamia geeniluennan muutoksia C3-puutteisilla ja normaaleilla hiirillä. C3 tekijän todettiin lisäävän hiirillä rasva-aineenvaihdunnan entsyymien ja adiponektiinireseptori 2:n määriä maksassa, mutta vähentävän suojaavan adiponektiinin määrää sekä maksassa että seerumissa. Komplementtijärjestelmällä ja rasva-aineenvaihdunnalla on näin ollen merkittäviä vuorovaikutuksia keskenään. Etanoli vaikutti suoraan myös komplementtijärjestelmän toimintaan. Se lisäsi komplementin aktivaatioon tarvittavien klassisen ja oikotin aktivaatioreittien tekijöiden geeniluentaa, mutta vähensi säätelijämolekyylien ja loppupään tekijöiden geenien luentaa. Yhteisvaikutus on näin ollen tulehdusta voimistava. Geenianalyyseissä voitiin myös todeta etanolin lisäävän kahden proteiinin, SPARCin ja lipokaliini-2:n tuottoa. Tämä antaa aiheen tutkia näiden molekyylien käyttöä varhaisina merkkiaineina alkoholin aiheuttaman maksavaurion toteamisessa. Tehdyt tutkimukset ovat paljastaneet komplementtijärjestelmän osallistuvan keskeisesti alkoholimaksavaurion kehittymiseen. Muita päätuloksia ovat yhteyden toteaminen rasvametabolian ja komplementin välillä sekä mahdollisten uusien merkkiaineiden löytäminen alkoholivälitteisen maksavaurion toteamiseen.