Asmase Regulates autophagy and lysosomal membrane permeabilization and its inhibition prevents early stage nonalcoholic steatohepatitis

Background & Aims: Acid sphingomyelinase (ASMase) is activated in nonalcoholic steatohepatitis (NASH). However, ASMase's contribution to NASH is poorly understood and limited to hepatic steatosis and glucose metabolism. Here we examined ASMase's role in high fat diet (HFD)-induced NASH. Methods: Autophagy, endoplasmic reticulum (ER) stress and lysosomal membrane permeabilization (LMP) were determined in ASMase-/- mice fed HFD. The impact of pharmacological ASMase inhibition on NASH was analyzed in wild type mice fed HFD. Results: ASMase deficiency determined resistance to HFD or methionine and choline deficient diet-mediated hepatic steatosis. ASMase-/- mice were resistant to HFD-induced hepatic ER stress, but sensitive to tunicamycin-mediated ER stress and steatosis, indicating selectivity in the resistance of ASMase-/- mice to ER stress. Autophagic flux determined in the presence of rapamycin and/or chloroquine was lower in primary mouse hepatocytes (PMH) from ASMase-/- mice and accompanied by increased p62 levels, suggesting autophagic impairment. Moreover, autophagy suppression by chloroquine and brefeldinA caused ER stress in PMH from ASMase+/+ mice but not ASMase-/- mice. ASMase-/- PMH exhibited increased lysosomal cholesterol loading, decreased LMP and apoptosis resistance induced by O-methyl-serine dodecylamide hydrochloride or palmitic acid, effects that were reversed by decreasing cholesterol levels by the oxysterol 25-hydroxycholesterol. In vivo pharmacological ASMase inhibition by amitriptyline, a widely used tricyclic antidepressant, protected wild type mice against HFD- induced hepatic steatosis, fibrosis, and liver damage, effects indicative of early-stage NASH. Conclusions: These findings underscore a critical role for ASMase in diet-induced NASH and suggest the potential of amitriptyline as a treatment for patients with NASH

Rellevància del TNF i l’esfingomielinasa àcida en la fibrogènesi hepàtica

[cat]La fibrosi hepàtica és causada principalment per una deposició excessiva de matriu extracel•lular al fetge. El dany hepàtic activa el procés de transdiferenciació de les cèl•lules estrellades hepàtiques (CEH) les qual començaran a produir i secretar citocines profibrogèniques i col•lagen tipus 1 que formarà el característic teixit cicatritzant de la fibrosi (Bataller & Brenner 2005). L’objectiu del primer projecte va ser elucidar el paper del TNF en el procés d’activació de les CEH i el seu rol en la fibrogènesi i investigar si hi havia una contribució similar dels dos receptors. Els nostres estudis van determinar que el TNF participa en la fibrogènesi hepàtica induint l’expressió de la MMP-9 i el TIMP-1 en les CEH a través del TNFR1. A més, vam establir una dependència de la senyalització via TNF-R1 per induir canvis en la remodelació de la matriu extracel•lular durant els inicis del procés fibrogènic. Tots junts, els nostres resultats apunten al TNF no només com a promotor del dany hepatocel•lular, si no també com a factor pro-fibrogènic en el fetge. D’aquesta manera, focalitzar com a diana el TNF o més específicament el TNF-R1 podria representar un benefici en quan a la preservació de la integritat hepatocel•lular i millorar la prevenció de la proliferació sostinguda de les CEH millorant així l’impacte de la fibrosi hepàtica (Tarrats 2011). La malaltia de Niemann-Pick (NPD) tipus A és una malaltia rara de l’emmagatzement lisosomal causada por una marcada reducció de l’activitat de l’esfingomielinasa àcida (ASMase). Els pacients amb aquesta malaltia mostren una pèrdua quasi total de la activitat d’aquest enzim patint en conseqüència una degeneració neurològica i afectació hepàtica que redueix la seva esperança de vida al voltant dels 3 anys (Schuchman 2009). En resultats previs en el nostre laboratori (Moles et al 2009) havíem observat que les catepsines B i D (CtsB/D) mitjançaven l’activació de les CEH i la fibrosi hepàtica. D’aquesta manera el nostre objectiu va ser investigar l’estudi de la relació de l’ASMase amb les CtsB/D i la implicació d’aquestes en la NPD tipus A. Els nostres resultats preliminars indicaren que l’ASMase estava per sobre la CtsB/D i que era capaç de regular-ne el processat i senyalització (Moles et al 2010). Així doncs ens vam centrar en l’expressió i processat de les CtsB/D en les CEH de ratolins sense activitat ASMase (ASMase KO), model experimental de la NPD tipus A, i el seu paper en la fibrosi hepàtica. En aquests estudis vam desemmascarar un nou rol de la ASMase en el dany hepàtic i la fibrogènesi, ja que mentre una reducció de l’activitat ASMase protegeix davant la fibrogènesi hepàtica, una ablació total d’aquesta activitat indueix una sobre-expressió compensatòria de la CtsB que condueix a una susceptibilitat de l’organisme a una fibrosi exacerbada. Aquests resultats doncs, mostren un nou rol de l’axis ASMase-CtsB en la malaltia de Niemann-Pick i apunta a la CtsB com a possible diana terapèutica per aquesta malaltia, en particular per la afectació hepàtica que aquests pacients pateixen (Moles-Tarrats et al 2012).[eng]Hepatic fibrosis is primarily caused for an excess of matrix deposition. Liver injury from different aetiologies activates the transdifferentiation process of the hepatic stellate cells (HSC) and from that moment they start producing pro-fibrogenic cytokines and collagen type 1 that will form the characteristic scar tissue of liver fibrosis (Bataller & Brenner 20005). TNF is one of the main inflammation mediators and it had been related with almost all hepatic diseases but the specific contribution to the fibrotic process of TNF and its receptors is still controversial. The aim was to elucidate the role of TNF on the activation process of HSC and fibrogenesis, and whether its two receptors contribute equally to this induction. In this context we use primary culture of HSC from wild type, TNF-R1 knockout, TNF-R2 knockout and TNF-R1-R2 double knockout mice, and the fibrogenic model of Bile Duct Ligation (BDL) to study the impact of TNF signaling and its potential direct contribution to liver fibrosis. Our observations point to TNF not only as an inducer of hepatocellular damage, but also as a pro-fibrogenic factor in the liver. Thus, targeting TNF or its receptor TNFR1, could be of benefit toward preserving hepatocellular integrity and prevent HSC proliferation and liver fibrosis (Tarrats et al 2011). My research also focuses on the study of the implication of cathepsins B/D (CtsB/D) in Niemann-Pick disease (NPD) type A, a rare lysosomal storage disease caused by a marked reduced of Acid Sphingomyelinase (ASMase) activity. NPD type A patients exhibit almost a total loss of ASMase activity and suffer neurological degeneration and liver disease that reduces their lifespan to about 3 years of age (Schuchman 2009). We had seen that that ASMase was upstream of the signalling regulating the processing of CtsB/D (Moles et al 2010) and our aim was to investigate the expression and processing of CtsB/D in HSC from ASMase-null mice (animal model for NPD) and their role in liver fibrosis. Collectively, our results point to a new role for ASMase-CtsB axis in NPD and suggest CtsB as a possible therapeutic target to NPD, particularly for the fibrosis and liver disease phenotype of the disease (Moles-Tarrats et al 2012)