Wymiana bilirubiny

Bilirubina jest końcowym produktem rozpadu hemu. Większość (80-85%) bilirubiny powstaje z hemoglobiny, a tylko niewielka część powstaje z innych białek zawierających hem, takich jak cytochrom P450. Bilirubina powstaje w komórkach układu siateczkowo-śródbłonkowego. Około 300 mg bilirubiny powstaje dziennie.

Konwersja hemu do bilirubiny obejmuje mikrosomalny enzym hemoksygenazę, który do swojej funkcji potrzebuje tlenu i NADPH. Pierścień porfirynowy jest rozszczepiany selektywnie w grupie metanowej w pozycji a. Atom węgla w mostku a-metanowym jest utleniany do tlenku węgla, a zamiast mostka powstają dwa podwójne wiązania z cząsteczkami tlenu pochodzącymi z zewnątrz. Powstały liniowy tetrapirol jest strukturalnie IX-alfa-biliwerdyną. Następnie jest przekształcany przez reduktazę biliwerdyny, enzym cytozolowy, w IX-alfa-bilirubinę. Liniowy tetrapirol o tej strukturze powinien być rozpuszczalny w wodzie, podczas gdy bilirubina jest substancją rozpuszczalną w tłuszczach. Rozpuszczalność w lipidach jest determinowana przez strukturę IX-alfa-bilirubiny - obecność 6 stabilnych wewnątrzcząsteczkowych wiązań wodorowych. Wiązania te mogą zostać zerwane przez alkohol w reakcji diazowej (van den Bergh), w której nieskoniugowana (pośrednia) bilirubina zostaje przekształcona w sprzężoną (bezpośrednią). In vivo stabilne wiązania wodorowe są zrywane przez estryfikację kwasem glukuronowym.

Około 20% krążącej bilirubiny pochodzi ze źródeł innych niż hem dojrzałych czerwonych krwinek. Niewielka ilość pochodzi z niedojrzałych komórek śledziony i szpiku kostnego. Ilość ta wzrasta wraz z hemolizą. Pozostała część powstaje w wątrobie z białek zawierających hem, takich jak mioglobina, cytochromy i inne nieokreślone źródła. Ta frakcja jest zwiększona w niedokrwistości złośliwej, uroporfirynie erytropoetycznej i zespole Criglera-Najjara.

Transport i koniugacja bilirubiny w wątrobie

Nieskoniugowana bilirubina w osoczu jest ściśle związana z albuminą. Tylko bardzo mała część bilirubiny jest dializowalna, ale może się zwiększyć pod wpływem substancji, które konkurują z bilirubiną o wiązanie z albuminą (np. kwasy tłuszczowe lub aniony organiczne). Ma to duże znaczenie u noworodków, u których szereg leków (np. sulfonamidy i salicylany) może ułatwiać dyfuzję bilirubiny do mózgu, a tym samym przyczyniać się do rozwoju kernicterus.

Wątroba wydziela wiele anionów organicznych, w tym kwasy tłuszczowe, kwasy żółciowe i inne składniki żółci nie będące kwasami żółciowymi, takie jak bilirubina (pomimo ścisłego wiązania z albuminą). Badania wykazały, że bilirubina jest oddzielana od albuminy w zatokach i dyfunduje przez warstwę wodną na powierzchni hepatocytu. Poprzednie sugestie, że receptory albuminy są obecne, nie zostały potwierdzone. Bilirubina jest transportowana przez błonę plazmatyczną do hepatocytu przez białka transportowe, takie jak białko transportujące aniony organiczne i/lub przez mechanizm przerzutnika. Wychwyt bilirubiny jest wysoce wydajny ze względu na jej szybki metabolizm w wątrobie poprzez glukuronidację i wydzielanie do żółci oraz ze względu na obecność cytozolowych białek wiążących, takich jak ligandyny (glutation-8-transferaza).

Nieskoniugowana bilirubina jest substancją niepolarną (rozpuszczalną w tłuszczach). W reakcji koniugacji jest przekształcana w substancję polarną (rozpuszczalną w wodzie) i dlatego może być wydalana do żółci. Reakcja ta zachodzi przy pomocy mikrosomalnego enzymu urydynodifosforanoglukuronylotransferazy (UDPGT), który przekształca nieskoniugowaną bilirubinę w sprzężoną mono- i diglukuronidową bilirubinę. UPGT jest jedną z kilku izoform enzymu, które zapewniają koniugację endogennych metabolitów, hormonów i neuroprzekaźników.

Gen UDPHT bilirubiny znajduje się na drugiej parze chromosomów. Struktura genu jest złożona. We wszystkich izoformach UDPHT eksony 2-5 na końcu 3' DNA genu są stałymi składnikami. Do ekspresji genu konieczne jest zaangażowanie jednego z pierwszych kilku eksonów. Tak więc do powstania izoenzymów bilirubina-UDFHT 1*1 i 1*2 konieczne jest zaangażowanie odpowiednio eksonów 1A i ID. Izoenzym 1*1 uczestniczy w koniugacji prawie całej bilirubiny, a izoenzym 1*2 uczestniczy prawie lub wcale. Pozostałe eksony (IF i 1G) kodują izoformy fenol-UDFHT. Tak więc wybór jednej z sekwencji eksonu 1 determinuje specyficzność substratową i właściwości enzymów.

Dalsza ekspresja UDFGT 1*1 zależy również od regionu promotora na końcu 5' związanego z każdym z pierwszych eksonów. Region promotora zawiera sekwencję TATAA.

Szczegóły struktury genu są istotne dla zrozumienia patogenezy niesprzężonej hiperbilirubinemii (zespołu Gilberta i Criglera-Najjara), która występuje, gdy w wątrobie brakuje enzymów odpowiedzialnych za koniugację lub jest ich mniej.

Aktywność UDFGT w żółtaczce wątrobowokomórkowej utrzymuje się na wystarczającym poziomie, a nawet wzrasta w cholestazie. U noworodków aktywność UDFGT jest niska.

U ludzi bilirubina występuje głównie w żółci jako diglukuronid. Konwersja bilirubiny do monoglukuronidu i diglukuronidu zachodzi w tym samym mikrosomalnym systemie glukuronylotransferazy. Gdy występuje przeciążenie bilirubiną, takie jak podczas hemolizy, powstaje głównie monoglukuronid, a gdy podaż bilirubiny spada lub indukowany jest enzym, zawartość diglukuronidu wzrasta.

Najważniejsze jest łączenie się z kwasem glukuronowym, ale niewielka ilość bilirubiny wiąże się również z siarczanami, ksylozą i glukozą; procesy te nasilają się w cholestazie.

W późnych stadiach żółtaczki cholestatycznej lub wątrobowokomórkowej, pomimo wysokiej zawartości bilirubiny w osoczu, bilirubina nie jest wykrywana w moczu. Najwyraźniej powodem tego jest powstawanie bilirubiny typu III, monokonjugowanej, która jest kowalencyjnie związana z albuminą. Nie jest filtrowana w kłębuszkach nerkowych i dlatego nie pojawia się w moczu. Zmniejsza to praktyczne znaczenie testów stosowanych do określania zawartości bilirubiny w moczu.

Wydalanie bilirubiny do kanalików odbywa się za pośrednictwem rodziny wielospecyficznych białek transportujących aniony organiczne zależnych od ATP. Szybkość transportu bilirubiny z osocza do żółci jest określana przez etap wydalania glukuronidu bilirubiny.

Kwasy żółciowe są transportowane do żółci przez inne białko transportowe. Obecność różnych mechanizmów transportu bilirubiny i kwasów żółciowych można zilustrować przykładem zespołu Dubina-Johnsona, w którym wydalanie bilirubiny sprzężonej jest upośledzone, ale normalne wydalanie kwasów żółciowych jest zachowane. Większość bilirubiny sprzężonej w żółci znajduje się w mieszanych micelach zawierających cholesterol, fosfolipidy i kwasy żółciowe. Znaczenie aparatu Golgiego i mikrofilamentów cytoszkieletu hepatocytów dla wewnątrzkomórkowego transportu bilirubiny sprzężonej nie zostało jeszcze ustalone.

Diglukuronid bilirubiny, który znajduje się w żółci, jest rozpuszczalny w wodzie (cząsteczka polarna), więc nie jest wchłaniany w jelicie cienkim. W jelicie grubym sprzężona bilirubina jest hydrolizowana przez bakteryjne b-glukuronidazy, tworząc urobilinogeny. W bakteryjnym zapaleniu dróg żółciowych część diglukuronidu bilirubiny jest hydrolizowana w przewodach żółciowych, a następnie wytrącana jest bilirubina. Proces ten może mieć znaczenie dla powstawania kamieni żółciowych z bilirubiny.

Urobilinogen, mający niepolarną cząsteczkę, jest dobrze wchłaniany w jelicie cienkim i w minimalnych ilościach w jelicie grubym. Niewielka ilość urobilinogenu, która jest normalnie wchłaniana, jest ponownie wydalana przez wątrobę i nerki (krążenie jelitowo-wątrobowe). Gdy funkcja hepatocytów jest upośledzona, wątrobowe ponowne wydalanie urobilinogenu jest upośledzone, a wydalanie przez nerki wzrasta. Ten mechanizm wyjaśnia urobilinogenurię w alkoholowej chorobie wątroby, gorączce, niewydolności serca i we wczesnych stadiach wirusowego zapalenia wątroby.