Изолированные гепатоциты сохраняют большинство функционально-метаболических показателей, характерных для печени in situ. Необходимо, однако, остановиться на двух принципиальных моментах, касающихся использования гепатоцитарной модели in vitro.
Хотя в результате центрифугирования первичной суспензии происходит достаточно полное разделение паренхиматозных клеток от непаренхиматозных, следует учитывать возможность присутствия в конечной, достаточно гомогенной суспензии гепатоцитов небольших примесей, которые могут привносить особенности своего метаболизма и влиять на показатели обмена основной популяции.
Изолированные гепатоциты сохраняют два основных функционально-метаболических свойства интактной печени: глюконеогенез и образование желчных кислот. В связи с этим в них содержится существенно больше цитозольных ферментов углеводного обмена, нежели в непаренхиматозных клетках. Специфическими маркерными ферментами гепатоцитов являются глюко-6-фосфатаза (обнаружена только в гепатоцитах) и пируваткарбоксилаза (98% от содержания в других клетках). Непаренхиматозные клетки практически не обладают способностью к глюконеогенезу. Специфичным только для гепатоцитов является чувствительность к глюкагону, который инициирует глюконеогенез и гликолиз. Это свойство отсутствует у непаренхиматозных клеток. Под влиянием глюкагона в гепатоцитах происходит активация двух ферментов: серин-пируватаминотрансферазы и тирозин-кетоглутараттрансаминазы, чего не наблюдается в непаренхиматозных клетках.
В гепатоцитах содержится 98,8% митохондрий всей печени. Благодаря этому они характеризуются существенно более высокой (на порядок) активностью ряда митохондриальных ферментов, например глутаматдегидрогеназы и сукцинатдегидрогеназы, но примерно одинаковой с непаренхиматозными клетками относительной цитохромоксидазной активностью.
Непаренхиматозные клетки в отличие от гепатоцитов обладают высокой активностью глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы и существенно более высоким отношением глюкозо-6-фосфатдегидрогеназа/сукцинатдегидрогеназа, что свидетельствует о преобладании в них активности глицеро-6-фосфатной челночной системы, транспортирующей восстановительные эквиваленты из цитозоля в митохондрии, в то время как в паренхиматозных клетках эту функцию выполняет малат-аспартатный шунт.
Пероксисомы обнаружены только в паренхиматозных клетках. В связи с этим каталазная активность связывается преимущественно с гепатоцитами (85% всей каталазной активности печени).
Хотя эндоплазматический ретикулум занимает в гепатоцитаз примерно такой же объем, как в непаренхиматозных клетках, он выполняет в них две специфические функции: в нем реализуется последнее звено синтеза глюкозы (с помощью фермента глюкозо-6-фосфатазы) и с ним связаны реакции биотрансформации веществ. В непаренхиматозных клетках оба эти процесса, по-видимому, играют несущественную роль: в них найдены лишь следовые количества цитохрома Р-450, реакции ацетилирования, видимо, вообще отсутствуют, бензпиренгидролазная активность также очень низка.
В то же время лизосомальный аппарат, хотя и имеется в гепатоцитах, однако он связывается преимущественно с функцией непаренхиматозных клеток. Лизосомальный объем последних в 9 раз больше, чем в паренхиматозных клетках, а активность лизосомальных ферментов в непаренхиматозных клетках, как правило, существенно выше, чем в паренхиматозных. Обладая более активным гидролитическими ферментами, непаренхиматозные клетки могут влиять на показатели интенсивности деградации изучаемых метаболитов, например, гидролитическое расщепление сульфатов, белков и липидов. В гепатоцитах более активны лишь лизосомальные ферменты, ответственные за катаболическое расщепление углеводных остатков гликопротеидов и гликолипидов.
Различия в активности ферментных систем двух клеточных популяций могут приводить к ошибочным выводам при анализе метаболических свойств плохо очищенной суспензии клеток печени.
Не менее важен вопрос о гетерогенности гепатоцитов различных зон печени. Гепатоциты из околопортальных (афферентных) и околовенозных (эфферентных) зон печеночных долей также отличаются метаболическими свойствами и субклеточной структурой. Это связано с системой кровотока, обусловливающей различную аэрацию этих зон (наличие градиента кислорода в направлении от околопортальной к околовенозной части) и неодинаковое снабжение гормонами, а также спецификой автономной иннервации. Благодаря этому в околопортальной зоне локализованы гепатоциты с более сильно выраженным аэробным окислительным метаболизмом. Для них характерно окисление жирных кислот, катаболизм аминокислот, глюконеогенез, синтез мочевины из аминокислот, секреция желчных кислот. В околовенозной области в гепатоцитах преобладает гликолиз, липонеогенез, уреогенез из аммиака. В паренхиматозных клетках этой области происходит преимущественно биотрансформация эндогенных и чужеродных соединений. Поэтому околопортальные гепатоциты богаты глюкозо-6-фосфатом, фруктозо-1,6-дифосфатом и высокоактивной фосфоенол-пируваткиназой, в то время как околовенозные гепатоциты содержат больше глюкокиназы и пируваткиназы, необходимых для обеспечения гликолиза. Имеются также данные, что гепатоциты околопортальной области могут выделять глюкозу, а гепатоциты околовенозной — утилизировать ее. Глюкагон активирует глюконеогенез в околопортальной области и гликолиз в околовенозной. Инсулин влияет только на ферментативную активность гликолитических ферментов околовенозных клеток.
Зональная гетерогенность — явление динамичное. Она может модифицироваться в зависимости от функционального состояния клетки. Так, например, во время голодания увеличивается область с гепатоцитами, в которых преобладает глюконеогенез за счет соответствующего уменьшения количества клеток, обладающих гликолитической функцией. В период регенерации после частичной гепатэктомии, наоборот, в околопортальной зоне относительно усиливаются гликолитические процессы. То же самое имеет место в околовенозной области при снижении аэрации печени.
Функция гепатоцитов и разделение на зональность существенно меняются при переходе от эмбрионального к постнатальному периоду. Глюкоза крови матери является главным гликолитическим субстратом до рождения. Поэтому в гепатоцитах плода преобладает гликолиз и нет разделения на метаболические зоны. После рождения основными энергетическими субстратами становятся жиры и белки материнского молока, и в гепатоцитах различных областей активируется глюконеогенез. Через 2 недели постнатального развития по мере включения в пищу углеводов в паренхиме печени появляется разделение на функционально-метаболические зоны и в гепатоцитах преобладает либо гликолиз, либо глюконеогенез.
В настоящее время существуют методы зонального разделения гепатоцитов по их метаболическим свойствам. Различные фракции таких клеток используются дифференциально в зависимости от задач экспериментатора.
