Polo sinusoidale del fegato:

Spazio di Disse: cellule stellate

Prof. Luigi Cuccurullo

Emerito di Anatomia Patologica dell'Università della Campania "Luigi Vanvitelli"

Lo spazio di Disse è uno spazio extracellulare delimitato per un lato dalla filiera degli endoteli dei sinusoidi e dall’altra dal muralium delle lamine epatocitarie. Esso si continua, ingolfandosi, negli spazi tracciati tra due epatociti contigui nelle zone in cui sono diastasati.
E’ privo di pareti proprie ed è occupato, in condizioni normali, dai microvilli  degli epatociti, da componenti della matrice extracellulare e da una popolazione cellulare residente: le cellule stellate.
Microvilli
I microvilli, presenti negli spazi di Disse, sono estroflessioni del citoplasma degli epatociti; sono variabili per numero e per morfologia, in quanto si modellano a seconda dello stato morfo-funzionale degli epatociti e delle condizioni strutturali dello spazio nel quale si aggettano.
Essi hanno una struttura semplificata in quanto sono costituiti dalla membrana plasmatica dell’epatocita racchiudente una quota di citosol più o meno denso,privo di organelli.
La loro presenza serve a potenziare le capacità di scambio di soluti e di molecole in senso bidirezionale dagli epatociti al torrente circolatorio e viceversa. Pertanto una loro valutazione morfologico-semiquantitativa, rappresenta un indice di lettura circa la entità di questi scambi e di conseguenza su lo stato  funzionale degli epatociti.
Matrice extracellulare (ECM)
Al microscopio elettronico,anche in condizioni normali, si evidenzia nello spazio di Disse anche la presenza di una sottile, delicata rete di filamenti; essa  rappresenta la struttura reticolare del fegato e fa parte della
matrice extracellulare (ECM= Extra Cellular Matrix).
L’ECM non è una struttura statica, inerte, ma ha una sua intrinseca dinamicità; essa si modifica, si modula sul piano qualitativo e quantitativo in risposta alle situazioni morfofunzionali dei tessuti e agli stimoli esterni. Questa sua plasticità è il dato più significativo atto a svolgere le sue funzioni in fisiologia e patologia per conservare gradi di omeostasi di tessuti e organi.
A livello dello spazio di Disse la ECM è di lieve densità ma può modificarsi a livello quantitativo e qualitativo in conseguenza di mutate funzioni epatiche (J. Pathol. 2003; 200: 504-515).
In situazioni di patologia, l’ECM di lieve densità viene gradualmente sostituita da una ECM ad alta densità con sintesi e accumulo di collagene fibrillare tipo I, III e la formazione di una membrana basale. (Ant. 1980; 21: 63-71) (Semin Liver Dis 1990; 10: 30-46).
Esiste una stretta interazione tra le strutture dell’ECM e le cellule residenti negli spazi di Disse ( le cellule stellate), le quali sono indicate come co-produttrici delle substrutture dell’ECM e delle sue modificazioni (Hepatology 1992; 15: 989-997).
L’interazione tra l’ECM e le cellule del fegato è bidirezionale. Queste producono ECM e contestualmente si modificano sul piano fenotipico  alla presenza della stessa.
Nel fegato fibrotico la quota di ECM può essere anche otto volte più alta del normale.                   .
Una’ECM ad alta densità si associa alla attivazione delle cellule stellate, alla scomparsa dei microvilli epatocitari e alla cancellazione delle finestre degli endoteli sinusoidali (J. Biol. Chem. 1989; 264: 10756-10762) (Best Pract. Res. Clin. Gastroenterol. 2011; 25: 195-206).
L’ECM negli spazi di Disse che hanno subìto un processo di fibrosi è costituito da fibrille collagene, proteoglicani, fibronectina,e proteine della membrana basale portatrici della capillarizzazione dei sinusoidi. (Clin. Liver Dis. 2008; 12: 759-767).
Cellule Stellate (CS)
Le cellule stellate (CS) sono periciti che avvolgono con i loro prolungamenti dendritici le lamine endoteliali dei sinusoidi del fegato
Tali elementi sono localizzati nello spazio di Disse e pertanto si trovano a diretto contatto tra le lamine degli epatociti e la barriera endoteliale dei sinusoidi (Journal of Hepatology 2004; 40: 1023-1028).
Queste CS si appalesano mediante due fenotipi, indicati con i termini di CS con aspetti quiescenti e CS con aspetti attivati; in diverse condizioni di patologia del fegato si innesca un complesso passaggio dal primo aspetto al secondo e nel corso di tale trasformazione è possibile individuare CS con aspetti intermedi transizionali.         
CS in stato quiescente hanno come dato caratterizzante, la presenza nel citoplasma di gocce lipidiche contenenti depositi di retinoidi e la esistenza di sottili prolungamenti citoplasmatici che si diramano nei percorsi dello spazio di Disse.
Le SC in stato di attivazione mostrano una morfologia differente in quanto appaiono prive di gocce lipidiche e di prolungamenti citoplasmatici ed evidenziano un citoplasma occupato da fibrille riunite in sottili fasci secondo l’asse maggiore della cellula oppure disperse nel citosol in modo apparentemente disordinato.
Il citoplasma di queste CS attivate contiene una quota di reticolo endoplasmico ben sviluppata con cisterne ectasiche e una quota di ergastoplasma con ricca componente di ribosomi. Mostrano un profilo nucleare eterocromatinico e nel citoplasma si ritrovano microfibrille (J.Hepatol.2013;50:98-104).
Queste cellule così attivate sintetizzano componenti della matrice extracellulare e in tal modo regolano a livello qualitativo e quantitativo le quote di ECM (Chem. Biol. 2011; 3: 225-231)  (Med Electron Microsc. 2004; 37: 3-15).
Esse regolano il turnover di ECM nello spazio di Disse mediante attività di secrezione e di degradazione mediante meccanismi enzimatici MMP e i loro inibitori tissutali TIMP ( Expert Rev Gastroenterol Hepatol. 2012; 1: 67-80).

 Le Cellule stellate producono proteine costituenti la membrana basale che rivestendole pareti esterne degli endoteli sinusoidali li trasforma in capillari (Clin.Liver Dis.2008;12:759-767) (Pflugers Arch.Eur.J.Physiol. 2013;465:775-778) (J.Hepatol.2017;14:397-411).
Le CS  attivate svolgono numerose funzioni e tra queste quelle più importanti possono essere qui di seguito ricordate:
Hanno la capacità di sintetizzare diversi tipi di filamenti  e acquisendo i caratteri morfofunzionali delle cellule mio-fibroblastiche manifestano caratteri contrattili e mediante questa componente partecipano alla regolazione del  tono dei sinusoidi (Compr.Physiol. 2013;3:1473-1492).
Hanno la capacità di regolare attività immunologica e modulare la tolleranza epatica. Esse, mediante molecole secrete nell’ambiente, stimolano la risposta di cellule flogistiche quali linfociti, linfociti natural killer, linfociti killer T. e nel corso di tali processi secernono citochine e chemochine  pro-infiammatorie, anti-infiammatorie  e fattori di crescita (J. Clin. Invest. 2005; 2: 209-218) (Nat.Rev.Gastroenterol. Hepatol. 2017;14:397-411).

 Le cellule CS producono molecole solubili pro-infiammatorie e hanno la capacità di promuovere anche risposte immunosoppressive. Così,per esempio, nelle epatiti virali svolgono un ruolo di immunoregolatori minimizzando gli effetti di tale immunosoppressione (Transplant Proc. 2012; 3: 725-729).

Esse svolgono un ruolo importante anche nei processi di fibrosi epatica mediante la secrezione di molecole fibrogeniche che stimolano i fibroblasti e i miofibroblasti a sintetizzare ECM e fibre collagene (Best.Pract.Res.Clin.Gastroenterol.2011;25:195-206) (World J. Gastroenterol. 2016; 22: 10512-22).

Le cellule stellate hanno una matrice di intrinseca plasticità in quanto possono passare dallo stato quiescente a quello di attivazione,e aver svolto le funzioni per le quali erano state attivate si ha un processo di disattivazione con il ritorno allo stato morfologico e funzionale di quiescenza.

Risultati

Le immagini di parenchima epatico qui di seguito presentate si riferiscono a casi con una struttura epatica sostanzialmente conservata, ove si riconoscono intatte le componenti del polo sinusoidale.
I capillari sinusoidali sono beanti; le cellule endoteliali sebbene siano rigonfie, sono quasi ovunque,indenni e in sede; lo spazio di Disse è ben disegnato ed è frequentemente molto ampio per la presenza di materiale amorfo, di fibrille e  di elementi residenti, quali le cellule stellate.

Fig.1
Queste cellule,nel loro fenotipo quiescente,si riconoscono agevolmente per la presenza nel citoplasma di numerose gocce lipidiche,quali depositi di molecole di vitamina A.

Fig.2

Reperti di microscopia elettronica

Le osservazioni qui di seguito riportate sono parziali e necessariamente limitate poiché non è possibile documentare mediante immagini di morfologia statica le innumerevoli variabilità morfologiche dello spazio di Disse.
Questo, delimitato da un lato dalla barriera endoteliale e dall’altra dalle lamine degli epatociti, subisce anche in condizioni morfo-fisiologiche normali frequenti variazioni di ampiezza con modulazioni della loro struttura indotte dagli stati metabolico-nutrizionali degli epatociti e dalle continue variazioni pressorie dei sinusoidi.
Abitualmente, questo spazio si slarga, ingolfandosi, in corrispondenza degli spazi repertabili tra due epatociti contigui e si continua nei solchi disegnati da  queste due cellule se sono tra loro diastasate.

Fig.3 Fig.4
Lo spazio di Disse subisce modificazioni strutturali in conseguenza di alterazioni degli epatociti o delle cellule endoteliali e di Kupffer o da ambedue questi elementi.
Nei casi in cui gli epatociti hanno il citosol rigonfio, si rileva la presenza nel corrispondente spazio di Disse la presenza di microvilli dismorfi, rigonfi,ipodensi.

Fig.5 Fig.6 Fig.7
Se la membrana plasmatica degli epatociti si frammenta o viene cancellata da processi regressivi, lo spazio di Disse corrispondente è occupato da molecole del citosol e da organelli epatocitari . Allorquando si manifesta un processo di necrosi epatocitaria si ha sovvertimento strutturale dell’area e cancellazione dei confini dello spazio di Disse  con il depositarsi di detriti cellulari e per l’arrivo di elementi della flogosi.

Fig.8 Fig.9 Fig.10
Se la barriera endoteliale in un’area focale si interrompe  per processi necrotico-regressivi, si rileva che  le strutture e i contenuti del corrispondente spazio di Disse si aprono nella cavità del capillare.

Fig.11 Fig.12
Lo spazio di Disse è coinvolto nel complesso processo di capillarizzazione delle pareti sinusoidali. Infatti si hanno profondi rimaneggiamenti della microarchitettura di tale spazio con cancellazione dei microvilli degli epatociti, progressiva neoformazione di fibrille tra loro addensate e comparsa di una membrana basale.
In tali casi lo spazio di Disse appare compatto per la presenza di strati sovrapposti di fibrille e per la presenza di mio-fibroblasti.

Fig.13Fig.14 Fig.15

Fig.16 Fig.16 part
Lo spazio di Disse ha una propria componente cellulare residente; essa rappresentata dalle cellule stellate che si presentano alle osservazioni microscopiche secondo due caratteri fenotipici:
Il primo di questi viene indicato con il termine di cellule stellate quiescenti. Queste hanno un corpo cellulare oblungo che si continua con numerosi sottili prolungamenti citoplasmatici.
Il corpo cellulare è occupato da un nucleo voluminoso, eterocromatinico e dal profilo dentellato; la quota citoplasmatica ha un citosol ipodenso, lasso nel quale si ritrovano gli abituali organelli citoplasmatici e in particolare quantità reticolo endoplasmico con cisterne dilatate.

Fig.17 Fig.18
I prolungamenti citoplasmatici che da esso si dipartono sono formati da citosol ipodenso contenente ribosomi e sono ricoperti  da una sottile membrana plasmatica.
La maggior parte di questo fenotipo è rappresentato da elementi contenenti nel citoplasma numerose gocce lipidiche e
per la esistenza di tali depositi tali elementi  sono frequentemente forniti di un ampio citoplasma occupato quasi per intero da gocce osmiofile prive di una propria membrana di contorno, ma raccolte direttamente nel citosol.

Fig.19 Fig.20

Fig.21 Fig.22
Il secondo fenotipo delle cellule stellate è dato da elementi fusati i quali hanno acquisito caratteri citoplasmatici dei mio-fibroblasti.
Infatti questi evidenziano nel citosol, accanto agli abituali organelli, la presenza di numerose fibrille isolate o riunite a fascetti ed orientate secondo l’asse maggiore del corpo cellulare.
Questi elementi si ritrovano a livello dei sinusoidi capillarizzati, in corrispondenza dei microfocolai di flogosi cronica del polo sinusoidale e sono presenti in modo attivo in focolai flogistici o regressivo-necrotici degli epatociti.
In questi focolai flogistici cronici o in quelli di tipo regressivo.necrotici le cellule stellate così modificate sono difficilmente distinguibili sul piano morfologico da altri elementi mesenchimali co-presenti.

Fig.23Fig.24 Fig.25

La loro identità può essere documentata solo attraverso la marcatura dell’actina alfa muscolo liscio (a-SMA) (Hepathol 2013; 59: 98-104).

COMMENTO

Lo spazio di Disse subisce continuamente modificazioni del profilo morfologico e dei contenuti; queste modificazioni sono indotte da alterazioni transitorie o permanenti del flusso ematico, dello stato morfofunzionale degli endoteli e di quello degli epatociti.
In patologia sono importanti le osservazioni morfologiche riguardanti l’assetto e le variazioni dei contenuti di tali spazi.
Queste osservazioni prendono in considerazione lo stato della matrice extracellulare (ECM), i microcilli degli epatociti e le cellule stellate.
La valutazione definitiva deve rispettare non solo i criteri dell’analisi dei suddetti componenti ma deve aprirsi anche a un giudizio di sintesi, tenendo presente che i singoli componenti interagisscono tra loro e reciprocamente si condizionano.
Così, l’ECM varia nella sua composizione e nella propria densità fino a perdere i caratteri abituali per trasformarsi in una stria fibrillare con membrana basale che occupa a tutto spessore lo spazio di Disse, svolgendo di fatto il ruolo di barriera tra il letto ematico e le lamine degli epatociti.
Anche i microvilli variano per numero e per morfologia (variazioni apprezzabili al microscopio elettronico.
Queste variazioni sono causate dallo stato morfofunzionale degli epatociti da cui derivano e dalle sub-strutture presenti nello spazio di Disse.
Infatti se questi sono occupati da fibrille addensate, i microvilli non sono repertabili e le superfici degli epatociti, divenute uniformemente lisce, sono schiacciate dalla  barriera neofibrillare.
Le modificazioni ultrastrutturali dei microvilli sono espressione dello stato del citosol degli epatociti corrispondenti; se il citosol è rigonfio, ipodenso, rarefatto, anche i microvilli acquisiscono i medesimi caratteri regressivi.
Se la membrana plasmatica degli epatociti è frammentata, la quota di microvilli corrispondenti ha subìto un processo di lisi.
Nei casi in cui il rivestimento endoteliale dei sinusoidi è zonalmente in lisi si osserva frequentemente uno stato di iperplasia dei microvilli che protrudono nel lume sinusoidale.
Le cellule stellate sono agevolmente riconoscibili al microscopio elettronico nel loro stato di quiescenza.
Sono ben documentatbili le loro sottili ramificazioni citoplasmatiche che avvolgono e supportano le filiere delle cellule endoteliali.
Ancora di più sono apprezzabili se il loro citosol è occupato, in modo parziale o in modo globale da gocce osmiofile contenenti retinoidi. In questa fase di accumulo questi elementi modificano la loro forma, divenendo spesso globosi con riduzione delle estroflessioni citoplasmatiche.
Questi elementi, se attivati, sono riconoscibili con maggiore difficoltà e il loro carattere citoplasmatico di identificazione è rappresentato dalla presenza di filamenti di actina muscolo liscio nel citosol.
Queste difficoltà si accrescono se questi elementi subiscono fenomeni regressivi o ancora sono commisti ad altri elementi pervenuti in loco in conseguenza di un processo di flogosi cronica.
Le cellule stellate, quiescenti o attivate, sono coinvolte da processi necrobiotici allorquando questi processi interessano l’intero polo sinusoidale per lesioni acute o croniche del parenchima epatico.
L’attivazione delle cellule stellate stimola la loro proliferazione e favorisce la fibrogenesi (Compr. Physiol 2013; 3: 1473-92) provocando modificazioni profonde del polo sinusoidale (World J. Gastroenterol 2016; 22: 10512-10522) (Med. Electron Microsc. 2004; 37: 3-15).
In seguito alla loro attivazione, mediante segnali extracellulari, si provoca l’arrivo di linfociti B, di macrofagi, di cellule naturali killer, di cellule naturali killer T.(Nat. Rev. Gastroenterol Hepatol 2017; 14: 397-411).
Questo processo di attivazione può essere indotto da un lungo elenco di lesioni del fegato; tra queste sono più frequenti le epatiti virali, i disordini autoimmunitari, le epatopatie da tossici e da farmaci, le steatoepatiti alcooliche e non alcooliche. (Best Pract Res Clin Gastroeneterol 2011; 25: 195-206).
Lo spazio di Disse con i suoi contenuti può essere travolto e cancellato nei processi di necrosi degli epatociti  con estensione all’intero polo sinusoidale,residuandone aggregati informi di materiale amorfo-granuloso .