Zrazik wątroby jest utworzony przez komórki miąższowe, tj. hepatocyty i komórki pozaparenchymalne. W przeciwieństwie do hepatocytów, które zajmują prawie 80% całkowitej objętości wątroby i pełnią większość licznych funkcji wątroby, komórki pozawątrobowe, które stanowią tylko 6,5% objętości wątroby, ale 40% całkowitej liczby komórek wątroby, zlokalizowane są w przedziale zatokowym tkanki. Ściany zatok wątrobowych są wyścielone przez trzy różne typy komórek: śródbłonek zatok (sinusoidal endothelial cells – SEC), komórki Kupffera (Kupffer cells – KC) i komórki gwiaździste wątroby (hepatic stellate cells – HSC, dawniej nazywane komórkami magazynującymi tłuszcz, komórkami Ito, lipocytami, komórkami perisinusoidalnymi lub komórkami bogatymi w witaminę A). Dodatkowo w świetle zatok często obecne są limfocyty wewnątrzwątrobowe (intrahepatic lymphocytes – IHL), w tym pit cells, czyli specyficzne dla wątroby komórki natural killer. Coraz częściej uważa się, że zarówno w warunkach prawidłowych, jak i patologicznych wiele funkcji hepatocytów jest regulowanych przez substancje uwalniane z sąsiednich komórek pozaparenchymalnych. Komórki śródbłonka zatok wątrobowych stanowią wyściółkę lub ścianę zatoki wątrobowej. Pełnią one ważną funkcję filtracyjną dzięki obecności małych fenestracji, które umożliwiają swobodną dyfuzję wielu substancji, ale nie cząstek wielkości chylomikronów, pomiędzy krwią a powierzchnią hepatocytów. SEC wykazują ogromną zdolność endocytarną dla wielu ligandów, w tym glikoprotein, składników macierzy zewnątrzkomórkowej (ECM; takich jak hialuronian, fragmenty kolagenu, fibronektyna czy proteoglikan siarczanu chondroityny), kompleksów immunologicznych, transferyny i ceruloplazminy. SEC mogą funkcjonować jako komórki prezentujące antygen (APC) zarówno w kontekście restrykcji MHC-I, jak i MHC-II, co prowadzi do rozwoju antygenowo-swoistej tolerancji limfocytów T. Są one również aktywne w wydzielaniu cytokin, eikozanoidów (tj. prostanoidów i leukotrienów), endoteliny-1, tlenku azotu i niektórych składników ECM. Komórki Kupffera są śródmiąższowo położonymi makrofagami tkankowymi o wyraźnej zdolności endocytarnej i fagocytarnej. Pozostają one w stałym kontakcie z cząsteczkami pochodzącymi z jelit i rozpuszczalnymi produktami bakteryjnymi, tak że można się spodziewać ich aktywacji na poziomie podprogowym w prawidłowej wątrobie. Makrofagi wątrobowe wydzielają silne mediatory odpowiedzi zapalnej (reaktywne formy tlenu, eikozanoidy, tlenek azotu, tlenek węgla, TNF-alfa i inne cytokiny) i w ten sposób kontrolują wczesną fazę zapalenia wątroby, odgrywając ważną rolę we wrodzonej obronie immunologicznej. Wysoka ekspozycja komórek Kupffera na produkty bakteryjne, zwłaszcza endotoksynę (lipopolisacharyd, LPS), może prowadzić do intensywnej produkcji mediatorów zapalenia, a w konsekwencji do uszkodzenia wątroby. Poza typowymi czynnościami makrofagów, komórki Kupffera odgrywają ważną rolę w usuwaniu starzejących się i uszkodzonych erytrocytów. Makrofagi wątrobowe modulują odpowiedź immunologiczną poprzez prezentację antygenów, hamowanie aktywacji limfocytów T przez prezentujące antygen komórki śródbłonka zatokowego poprzez parakrynne działanie IL-10, prostanoidów i TNF-alfa oraz udział w rozwoju doustnej tolerancji na superantygen bakteryjny. Ponadto, podczas uszkodzenia i zapalenia wątroby, komórki Kupffera wydzielają enzymy i cytokiny, które mogą uszkadzać hepatocyty, a także biorą udział w przebudowie macierzy pozakomórkowej. Komórki gwiaździste wątroby są obecne w przestrzeni okołowątrobowej. Charakteryzują się obfitością wewnątrzcytoplazmatycznych kropelek tłuszczu i obecnością dobrze rozgałęzionych wyrostków cytoplazmatycznych, które obejmują komórki śródbłonka i stanowią ogniskowo podwójną wyściółkę dla zatoki. W prawidłowej wątrobie HSC magazynują witaminę A, kontrolują obrót macierzy zewnątrzkomórkowej i regulują kurczliwość zatok. Ostre uszkodzenie hepatocytów aktywuje transformację quiescent stellate cells w komórki podobne do miofibroblastów, które odgrywają kluczową rolę w rozwoju zapalnej odpowiedzi włóknistej. Komórki Pit stanowią związaną z wątrobą populację dużych ziarnistych limfocytów, czyli komórek NK (natural killer). Zabijają one spontanicznie różne komórki nowotworowe w sposób nieograniczony przez MHC, a ta aktywność przeciwnowotworowa może być wzmocniona przez wydzielanie interferonu-gamma. Poza komórkami dołkowymi wątroba dorosłych zawiera inne subpopulacje limfocytów, takie jak komórki T gamma delta oraz zarówno „konwencjonalne”, jak i „niekonwencjonalne” komórki T alfa beta, przy czym te ostatnie zawierają specyficzne dla wątroby komórki T NK. Opracowanie metod izolacji i hodowli głównych typów komórek wątroby pozwoliło na wykazanie, że zarówno komórki pozaparenchymalne, jak i miąższowe wydzielają dziesiątki mediatorów, które wywierają liczne działania parakrynne i autokrynne. Eksperymenty ko-kulturowe oraz analiza wpływu mediów kondycjonowanych na hodowle innego typu komórek wątroby pozwoliły na identyfikację wielu substancji uwalnianych z pozawątrobowych komórek wątroby, które najwyraźniej regulują niektóre ważne funkcje sąsiednich hepatocytów i niehepatocytów. Do kluczowych mediatorów uczestniczących w komunikacji międzykomórkowej w wątrobie należą prostanoidy, tlenek azotu, endotelina-1, TNF-alfa, interleukiny i chemokiny, liczne czynniki wzrostu (TGF-beta, PDGF, IGF-I, HGF) oraz reaktywne formy tlenu (ROS). Paradoksalnie, współpraca komórek wątroby jest lepiej poznana w niektórych warunkach patologicznych (np. w eksperymentalnych modelach uszkodzenia wątroby) niż w prawidłowej wątrobie, ze względu na możliwość porównania fenotypu komórek w warunkach in vivo i in vitro z funkcjami uszkodzonego narządu. Regulacja metabolizmu witaminy A stanowi przykład fizjologicznej roli, jaką odgrywa komórkowy cross-talk w prawidłowej wątrobie. Większość (do 80%) całkowitej ilości witaminy A jest magazynowana w wątrobie w postaci długołańcuchowych estrów kwasów tłuszczowych retinalu, służąc jako główne źródło retinoidów, które są wykorzystywane przez wszystkie tkanki w organizmie. Hepatocyty są bezpośrednio zaangażowane w pobieranie z krwi pozostałości chylomikronów oraz w syntezę białka wiążącego retinol, które przenosi retinol do innych tkanek. Jednak ponad 80% retinoidów wątrobowych jest przechowywanych w kroplach lipidowych komórek gwiaździstych wątroby. HSC są zdolne zarówno do wychwytu, jak i uwalniania retinolu w zależności od statusu retinolu w organizmie. Stwierdzono, że aktywność niektórych głównych enzymów metabolizmu witaminy A jest wielokrotnie wyższa w przeliczeniu na białko w komórkach gwiaździstych niż w hepatocytach. Pomimo postępu w zrozumieniu roli, jaką odgrywają te dwa typy komórek w metabolizmie retinoidów w wątrobie, sposób, w jaki retinoidy przemieszczają się pomiędzy komórkami miąższowymi, komórkami gwiaździstymi i osoczem krwi nie został w pełni wyjaśniony. Sinusoidalny przepływ krwi jest w znacznym stopniu regulowany przez komórki gwiaździste wątroby, które mogą się kurczyć dzięki obecności alfa-aktyny mięśni gładkich. Główne substancje wazoaktywne, które wpływają na zwężenie lub rozkurcz HSC, pochodzą zarówno z odległych źródeł, jak i z sąsiednich hepatocytów (tlenek węgla, leukotrieny), komórek śródbłonka (endotelina, tlenek azotu, prostaglandyny), komórek Kupffera (prostaglandyny, NO) oraz samych komórek gwiaździstych (endotelina, NO). W warunkach patologicznych, takich jak endotoksemia czy włóknienie wątroby, dochodzi do zaburzenia wzajemnych powiązań między komórkami, czego wyrazem jest precyzyjna modulacja skurczu sinusoid, poprzez nadmierną syntezę związków wazoregulacyjnych i udział dodatkowych mediatorów działających w sposób parakrynny. Wątroba jest ważnym źródłem niektórych czynników wzrostu i białek wiążących czynniki wzrostu. Chociaż hepatocyty syntetyzują większość insulinopodobnego czynnika wzrostu I (IGF-I), również inne typy pozaparenchymalnych komórek wątroby mogą produkować ten peptyd. Specyficzna dla komórek ekspresja różnych białek wiążących IGF, obserwowana w wątrobie szczura i człowieka, stwarza możliwość specyficznej regulacji wątrobowej syntezy IGF-I nie tylko przez hormon wzrostu, insulinę i IGF-I, ale także przez cytokiny uwalniane z aktywowanych komórek Kupffera (IL-1, TNF-alfa, TGF-beta) lub komórek gwiaździstych (TGF-alfa, TGF-beta). Komórki gwiaździste wątroby mogą wpływać na obrót hepatocytów poprzez syntezę silnych sygnałów zarówno pozytywnych, jak i negatywnych, takich jak czynnik wzrostu hepatocytów lub TGF-beta. Chociaż hepatocyty wydają się nie produkować TGF-beta, plejotropowej cytokiny syntetyzowanej i wydzielanej w formie utajonej przez komórki Kupffera i komórki gwiaździste, mogą one przyczyniać się do jej działania w wątrobie poprzez wewnątrzkomórkową aktywację utajonego TGF-beta i wydzielanie aktywnej biologicznie izoformy. Wiele mediatorów docierających do wątroby podczas procesów zapalnych, takich jak endotoksyny, kompleksy immunologiczne, anafilatoksyny i PAF, zwiększa produkcję glukozy w perfuzji wątroby, ale nie czyni tego w izolowanych hepatocytach, działając pośrednio poprzez prostaglandyny uwalniane z komórek Kupffera. W wątrobie prostaglandyny, syntetyzowane z kwasu arachidonowego głównie w komórkach Kupffera w odpowiedzi na różne bodźce zapalne, modulują wątrobowy metabolizm glukozy poprzez nasilenie glikogenolizy w przylegających hepatocytach. Uwalnianie glukozy z glikogenu wspomaga zwiększone zapotrzebowanie na paliwo energetyczne przez komórki zapalne, takie jak leukocyty, a ponadto umożliwia zwiększony obrót glukozy w komórkach śródbłonka zatok i komórkach Kupffera, co jest niezbędne do skutecznej obrony tych komórek przed inwazyjnymi mikroorganizmami i stresem oksydacyjnym w wątrobie. Leukotrieny, kolejny produkt utleniania kwasu arachidonowego, mają działanie wazokonstrykcyjne, cholestatyczne i metaboliczne w wątrobie. W wątrobie odbywa się transkomórkowa synteza leukotrienów cysteinylowych (LTC4, LTD4 i LTE4): LTA4, ważny związek pośredni, jest syntetyzowany w komórkach Kupffera, pobierany przez hepatocyty, przekształcany w silnie działający LTC4, a następnie uwalniany do przestrzeni zewnątrzkomórkowej, działając w sposób parakrynny na komórki Kupffera i śródbłonka zatok. Tak więc hepatocyty są komórkami docelowymi dla działania eikozanoidów oraz miejscem ich transformacji i degradacji, ale nie mogą bezpośrednio utleniać kwasu arachidonowego do eikozanoidów. (STRESZCZENIE SKRÓCONE)

.