• sarcopenia
• cirrhosis
• cirrosi
• alcoholic liver disease
• extracellular vescicles
• epatopatia alcolica
• vescicole extracellulari
• esosomi
• exosomes
• microRNA

La perdita di massa e di forza muscolare, definita come sarcopenia, è una condizione molto frequente nei pazienti affetti da epatopatia alcolica (ALD).
La patogenesi della sarcopenia è multifattoriale e deriva soprattutto da uno sbilanciamento tra i processi di sintesi e di degradazione delle proteine. Il meccanismo che sottende l’insorgenza della sarcopenia in condizioni di ALD non è ancora del tutto chiaro, in quanto non sono ancora stati identificati i mediatori dell’asse muscolo-fegato.
Dato il ruolo emergente delle vescicole extracellulari (EVs) nel mediare la comunicazione intercellulare e la stretta connessione metabolica tra fegato e muscolo, abbiamo ipotizzato che gli esosomi rilasciati in circolo dal fegato in condizioni di cirrosi potrebbero veicolare verso il muscolo scheletrico molecole, in particolare miRNA, capaci di indurre e/o contribuire all’insorgenza della sarcopenia.
Per verificare questa ipotesi e valutare direttamente se, in condizioni di epatopatia, gli esosomi circolanti possono interferire con il differenziamento muscolare, abbiamo usato un modello sperimentale in vitro in cui cellule primarie muscolari scheletriche umane sono state trattate con gli esosomi isolati dal plasma di pazienti affetti da cirrosi ad eziologia alcolica. Analisi preliminari hanno dimostrato che gli esosomi sono internalizzati efficientemente dalle cellule muscolari e che le EVs isolate dal plasma dei pazienti cirrotici interferiscono con il processo di differenziamento muscolare. Inoltre, l’analisi dell’espressione dei miRNA negli esosomi isolati dal plasma dei pazienti cirrotici ha mostrato un’up-regolazione di molti miRNA coinvolti sia nella patologia epatica sia nella patologia muscolare rispetto all’espressione dei miRNA negli esosomi isolati dai soggetti sani.
Per comprendere più a fondo il meccanismo in esame è stato necessario mettere a punto un modello di epatopatia alcolica. Analisi preliminari condotte per verificare se il trattamento a base di alcol potesse determinare un modello rilevante di ALD, hanno dimostrato che i topi sottoposti a dieta alcolica mostrano una compromissione epatica e muscolare. Inoltre, l’analisi dei miRNA esosomiali plasmatici ed epatici ha rivelato che gli esosomi epatici dei topi sottoposti a dieta alcolica mostrano un pattern d’espressione dei miRNA simile a quella degli esosomi isolati dal plasma dei pazienti cirrotici. Questo suggerisce che gli esosomi isolati dal plasma potrebbero avere un’origine epatica.
L’obiettivo principale di questa tesi è lo studio del ruolo delle EVs nella comunicazione tra fegato e muscolo e nell’induzione del fenotipo sarcopenico nei pazienti affetti da cirrosi. Comprendere tale processo potrebbe introdurre nuovi approcci terapeutici e nuovi biomarker non invasivi per valutare l’insorgenza e la progressione della sarcopenia indotta dall’ALD.

A loss of muscle mass and strength, referred as sarcopenia, is a condition highly prevalent in patients with alcoholic liver disease (ALD).
Pathogenesis of sarcopenia is multifactorial and it mainly results from an imbalance between protein synthesis and degradation. However the mechanisms underlying sarcopenia in ALD are still not completely understood, since the mediators of the liver-muscle axis have not yet been identified.
Given the emerging role of extracellular vesicles (EVs) in mediating cell-to-cell communication and the close metabolic interplay between muscle and liver, we hypothesized that exosomes, released in circulation from cirrhotic liver, could vehicle to skeletal muscle molecules, especially miRNA, able to trigger or contribute to sarcopenia.
To verify this hypothesis and to directly evaluate whether, in liver disease, circulating exosomes can interfere with muscle differentiation, we used an experimental in vitro model, in which exosomes, isolated from plasma samples of cirrhotic patients, are exposed to primary human skeletal muscle cells. Preliminary analyses demonstrated that exosomes are efficiently internalized by muscle cells and that EVs derived from cirrhotic patients interfere with muscle differentiation, compared to exosomes isolated from healthy subjects. Moreover, analyses of miRNA expression in exosomes isolated from plasma of cirrhotic patients showed an up-regulation of many miRNAs involved both in the hepatic and muscle pathology compared to the miRNA expression in exosomes isolated from healthy subjects.
For a greater understanding of these mechanisms, we needed to establish a murine model of ALD. Preliminary analyses, aimed to verify whether alcoholic treatment of mice provides a clinically relevant model of ALD, suggested the development of both liver disease and muscle atrophy in EtOH-fed mice. Moreover, analyses of miRNA expression, in both serum and liver exosomes, revealed that hepatic exosomes of EtOH mice show similar expression pattern to that of exosomes isolated from plasma samples of cirrhotic patients. This suggests that the exosomes isolated from plasma samples could have a hepatic origin.
The main objective of this thesis is the investigation about the role of the EVs in the communication between liver and muscle and in the induction of the sarcopenic phenotype in cirrhotic patients. Understanding this process would provide new therapeutical approaches and could introduce new non-invasive biomarker analysis to evaluate the establishment and the progression of sarcopenia induced by ALD.