La encefalopatía hepática (EH) es un síndrome neuropsiquiátrico complejo que resulta de la insuficiencia hepática. La insuficiencia hepática induce hiperamonemia e inflamación periférica dando lugar a neuroinflamación con activación de microglía y astrocitos y aumento de los niveles de citocinas proinflamatorias. La neuroinflamación altera la neurotransmisión, lo que lleva a un deterioro cognitivo y motor. Las ratas con hiperamonemia crónica reproducen los déficits cognitivos y motores que presentan los pacientes con encefalopatía hepática mínima (EMH). Tanto en pacientes como en modelos animales, el cerebelo parece ser la primera área del cerebro afectada en las primeras etapas de MHE. El objetivo principal de esta tesis fue identificar los mecanismos moleculares y vías de transducción de señales por los cuales la hiperamonemia crónica induce neuroinflamación y cómo ésta altera la neurotransmisión en el cerebelo de ratas hiperamonémicas sin fallo hepático. En el primer capítulo mostramos que la neurotransmisión glicinérgica modula la neuroinflamación. En ratas hiperamonémicas, la neurotransmisión glicinérgica mejorada conduce a una expresión de membrana reducida de ADAM17, lo que resulta en una mayor expresión en membrana y activación de TNFR1, de la vía asociada y de NF-κB. Esto conduce a una mayor expresión en las neuronas de Purkinje de TNFα, IL-1b, HMGB1 y glutaminasa. Esta neurotransmisión alterada conduce a la falta de coordinación motora. La reducción de la activación de los receptores de glicina con estricnina o GMPc extracelular normaliza la vía anterior en ratas hiperamonémicas. En el segundo capítulo, mostramos que la hiperamonemia sostenida (pero no a corto plazo) induce la expresión de TNFα en las neuronas de Purkinje, lo que se debería a la activación de TNFR1 por el TNFα producido en la glía que induciría la translocación nuclear de NF-κB y la transcripción del ARNm de TNFα. La inducción de TNFα en las neuronas de Purkinje alteraría su función y contribuiría a la alteración de la neurotransmisión y el deterioro neurológico. El TNFα también se induce en las neuronas de Purkinje de pacientes fallecidos con cirrosis hepática, lo que contribuiría a la pérdida de células de Purkinje en estos pacientes. En el tercer capítulo, mostramos que la hiperamonemia crónica mejora la activación de S1PR2 al aumentar su expresión en membrana. Esto conduce a un aumento de los niveles de CCL2, especialmente en las neuronas de Purkinje. CCL2 liberado por las neuronas activa CCR2 en la microglía, lo que lleva a la activación de la microglía y al aumento de la expresión en membrana de P2X4R y el contenido de BDNF, que activa TrkB en las neuronas de Purkinje, lo que lleva a una mayor expresión en membrana de KCC2. Esto, a su vez, altera la neurotransmisión tanto GABAérgica como glicinérgica, que es responsable de la incoordinación motora en ratas hiperamonémicas. En conclusión, mostramos que el bloqueo del receptor de glicina o el uso de antagonistas de R7050 o S1PR2 tienen efectos beneficiosos para reducir la activación glial y la neuroinflamación y mejorar la neurotransmisión inhibitoria en el cerebelo y incoordinación motora en hiperamonemia crónica y, probablemente, en pacientes con cirrosis hepática y EHM.

Hepatic encephalopathy (HE) is a complex neuropsychiatric syndrome that results from liver failure. Liver failure induces hyperammonemia and peripheral inflammation leading to neuroinflammation with activation of microglía and astrocytes and increased levels of pro-inflammatory cytokines. Neuroinflammation alters neurotransmission, leading to cognitive and motor impairment. Rats with chronic hyperammonemia reproduce the cognitive and motor deficits exhibited by patients with minimal hepatic encephalopathy (MHE). In both patients and animal models, the cerebellum appears to be the first area of the brain affected at early stages of MHE. The main objective of this thesis was to identify molecular mechanisms and signal transduction pathways by which chronic hyperammonemia induces neuroinflammation and how this alters neurotransmission in the cerebellum of hyperammonemic rats without liver failure. In the first chapter, we show that glycinergic neurotransmission modulates neuroinflammation. In hyperammonemic rats, enhanced glycinergic neurotransmission leads to reduced membrane expression of ADAM17, resulting in increased surface expression and activation of TNFR1, of the associated pathway and of NF-κB. This leads to increased expression in Purkinje neurons of TNFα, IL-1b, HMGB1 and glutaminase. This altered neurotransmission leads to motor incoordination. Reducing glycine receptors activation with strychnine or extracellular cGMP normalizes the above pathway in hyperammonemic rats. In the second chapter, we show that sustained (but not short term) hyperammonemia induces TNFα expression in Purkinje neurons, which would be due to TNFR1 activation by TNFα produced in glia which would induce nuclear translocation of NF-κB and TNFα mRNA transcription. Induction of TNFα in Purkinje neurons would alter their function and contribute to altered neurotransmission and neurological impairment. TNFα is also induced in Purkinje neurons of patients died with liver cirrhosis, which would contribute to the loss of Purkinje cells in these patients. In the third chapter, we show that chronic hyperammonemia enhances the activation of S1PR2 by increasing its membrane surface expression. This leads to increased CCL2 levels, especially in Purkinje neurons. CCL2 released by neurons activates CCR2 in microglia, leading to microglia activation and increased membrane expression of P2X4R and content of BDNF, which activates TrkB in Purkinje neurons, leading to increased membrane expression of KCC2. This in turn enhances both GABAergic and glycinergic neurotransmission, which is responsible for motor incoordination in hyperammonemic rats. In conclusion we show that blocking glycine receptor or using R7050 or S1PR2 antagonists have beneficial effects to reduce glial activation and neuroinflammation and improve inhibitory neurotransmission in cerebellum and motor incoordination in chronic hyperammonemia and, likely, in patients with liver cirrhosis and MHE.