Bilirubīna apmaiņa

Bilirubīns ir hēma sadalīšanās gala produkts. Lielākā daļa (80–85%) bilirubīna veidojas no hemoglobīna, un tikai neliela daļa no citiem hēmu saturošiem proteīniem, piemēram, citohroma P450. Bilirubīns veidojas retikuloendoteliālās sistēmas šūnās. Dienā veidojas aptuveni 300 mg bilirubīna.

Hēma pārvēršanā par bilirubīnu ir iesaistīts mikrosomu enzīms hēma oksigenāze, kurai tā funkcijai nepieciešams skābeklis un NADPH. Porfirīna gredzens tiek selektīvi šķelts pie metāna grupas a pozīcijā. Oglekļa atoms a-metāna tiltā tiek oksidēts par oglekļa monoksīdu, un tilta vietā veidojas divas dubultsaites ar skābekļa molekulām, kas nāk no ārpuses. Iegūtais lineārais tetrapirols strukturāli ir IX-alfa-biliverdīns. Pēc tam biliverdīna reduktāze, citozola enzīms, to pārvērš par IX-alfa-bilirubīnu. Šīs struktūras lineārajam tetrapirolam jābūt ūdenī šķīstošam, savukārt bilirubīns ir taukos šķīstoša viela. Lipīdu šķīdību nosaka IX-alfa-bilirubīna struktūra - 6 stabilu intramolekulāru ūdeņraža saišu klātbūtne. Šīs saites var pārraut spirts diazo reakcijā (van den Bergs), kurā nekonjugēts (netiešais) bilirubīns tiek pārvērsts par konjugētu (tiešu). In vivo stabilās ūdeņraža saites tiek pārrautas, esterificējot ar glikuronskābi.

Apmēram 20% cirkulējošā bilirubīna rodas no citiem avotiem, nevis nobriedušu sarkano asins šūnu hēma. Neliels daudzums nāk no nenobriedušām liesas un kaulu smadzeņu šūnām. Šis daudzums palielinās hemolīzes laikā. Pārējais daudzums veidojas aknās no hēmu saturošiem proteīniem, piemēram, mioglobīna, citohromiem un citiem nenoteiktiem avotiem. Šī frakcija ir palielināta perniciozas anēmijas, eritropoētiskā uroporfirīna un Kriglera-Nadžara sindroma gadījumā.

Bilirubīna transportēšana un konjugācija aknās

Nekonjugēts bilirubīns plazmā ir cieši saistīts ar albumīnu. Tikai ļoti neliela bilirubīna daļa ir dializējama, bet tā līmenis var palielināties tādu vielu ietekmē, kas konkurē ar bilirubīnu par saistīšanos ar albumīnu (piemēram, taukskābes vai organiskie anjoni). Tas ir svarīgi jaundzimušajiem, kuriem vairākas zāles (piemēram, sulfonamīdi un salicilāti) var veicināt bilirubīna difūziju smadzenēs un tādējādi veicināt kernikterusa attīstību.

Aknas izdala daudz organisko anjonu, tostarp taukskābes, žultsskābes un citus žults ne-žultsskābju komponentus, piemēram, bilirubīnu (neskatoties uz tā ciešo saistību ar albumīnu). Pētījumi liecina, ka bilirubīns tiek atdalīts no albumīna sinusoīdos un difundējas caur ūdens slāni uz hepatocītu virsmas. Iepriekšējie pieņēmumi par albumīna receptoru klātbūtni nav apstiprināti. Bilirubīns tiek transportēts caur plazmas membrānu hepatocītos ar transporta proteīnu, piemēram, organisko anjonu transporta proteīnu, un/vai ar flip-flop mehānismu. Bilirubīna uzņemšana ir ļoti efektīva, pateicoties tā ātrajam metabolismam aknās, izmantojot glikuronidāciju un sekrēciju žultī, un citozola saistošo proteīnu, piemēram, ligandu (glutationa-8-transferāzes), klātbūtnei.

Nekonjugēts bilirubīns ir nepolāra (taukos šķīstoša) viela. Konjugācijas reakcijā tas tiek pārveidots par polāru (ūdenī šķīstošu vielu) un tāpēc var tikt izvadīts žultī. Šī reakcija notiek ar mikrosomālā enzīma uridīna difosfāta glikuroniltransferāzes (UDPGT) palīdzību, kas nekonjugētu bilirubīnu pārvērš par konjugētu mono- un diglikuronīda bilirubīnu. UPGT ir viena no vairākām enzīma izoformām, kas nodrošina endogēno metabolītu, hormonu un neirotransmiteru konjugāciju.

Bilirubīna UDPHT gēns atrodas uz 2. hromosomu pāra. Gēna struktūra ir sarežģīta. Visās UDPHT izoformās gēna DNS 3' galā esošie eksoni 2-5 ir nemainīgi komponenti. Gēna ekspresijai nepieciešama viena no pirmajiem vairākiem eksoniem iesaistīšanās. Tādējādi bilirubīna-UDFHT izoenzīmu 1*1 un 1*2 veidošanai nepieciešama attiecīgi 1A un ID eksonu iesaistīšanās. Izoenzīms 1*1 piedalās gandrīz visa bilirubīna konjugācijā, bet izoenzīms 1*2 piedalās gandrīz vai nepiedalās nemaz. Citi eksoni (IF un 1G) kodē fenola-UDFHT izoformas. Tādējādi vienas no 1. eksona sekvencēm izvēle nosaka enzīmu substrāta specifiskumu un īpašības.

Turpmāka UDFGT 1*1 ekspresija ir atkarīga arī no promotera reģiona 5' galā, kas saistīts ar katru no pirmajiem eksoniem. Promotera reģions satur secību TATAA.

Gēnu struktūras detaļas ir svarīgas, lai izprastu nekonjugētas hiperbilirubinēmijas (Gilberta un Kriglera-Nadžara sindromu) patogenēzi, kad aknās ir samazināts vai vispār nav enzīmu, kas atbild par konjugāciju.

UDFGT aktivitāte hepatocelulārās dzeltes gadījumā saglabājas pietiekamā līmenī un holestāzes gadījumā pat palielinās. Jaundzimušajiem UDFGT aktivitāte ir zema.

Cilvēkiem bilirubīns žultī galvenokārt ir diglikuronīda veidā. Bilirubīna pārvēršana par monoglikuronīdu un diglikuronīdu notiek vienā un tajā pašā mikrosomu glikuroniltransferāzes sistēmā. Ja ir bilirubīna pārslodze, piemēram, hemolīzes laikā, galvenokārt veidojas monoglikuronīds, un, kad bilirubīna piegāde samazinās vai enzīms tiek inducēts, diglikuronīda saturs palielinās.

Vissvarīgākā ir konjugācija ar glikuronskābi, bet neliels daudzums bilirubīna tiek konjugēts ar sulfātiem, ksilozi un glikozi; šie procesi holestāzes gadījumā tiek pastiprināti.

Vēlīnās holestātiskās vai hepatocelulārās dzeltes stadijās, neskatoties uz augsto bilirubīna līmeni plazmā, bilirubīns urīnā netiek konstatēts. Acīmredzot, iemesls tam ir III tipa bilirubīna, monokonjugēta, veidošanās, kas kovalenti saistās ar albumīnu. Tas netiek filtrēts glomerulos un tāpēc neparādās urīnā. Tas samazina bilirubīna satura noteikšanai urīnā izmantoto testu praktisko nozīmi.

Bilirubīna ekskrēcija kanāliņos notiek, izmantojot ATP atkarīgu multispecifisku organisko anjonu transporta proteīnu saimi. Bilirubīna transporta ātrumu no plazmas uz žulti nosaka bilirubīna glikuronīda ekskrēcijas solis.

Žultsskābes žultī tiek transportētas ar atšķirīgu transporta proteīnu. Dažādu bilirubīna un žultsskābju transporta mehānismu klātbūtni var ilustrēt ar Dabina-Džonsona sindroma piemēru, kurā konjugētā bilirubīna izdalīšanās ir traucēta, bet žultsskābju izdalīšanās ir saglabāta. Lielākā daļa konjugētā bilirubīna žultī atrodas jauktās micellās, kas satur holesterīnu, fosfolipīdus un žultsskābes. Goldži aparāta un hepatocītu citoskeleta mikrofilamentu nozīme konjugētā bilirubīna intracelulārajai transportēšanai vēl nav noteikta.

Bilirubīna diglikuronīds, kas atrodams žultī, ir ūdenī šķīstošs (polāra molekula), tāpēc tas netiek absorbēts tievajās zarnās. Resnajā zarnā konjugēto bilirubīnu hidrolizē baktēriju b-glikuronidāzes, veidojot urobilinogēnus. Bakteriāla holangīta gadījumā daļa bilirubīna diglikuronīda tiek hidrolizēta žultsvados, kam seko bilirubīna nogulsnēšanās. Šim procesam var būt nozīme bilirubīna žultsakmeņu veidošanā.

Urobilinogēns, kam ir nepolāra molekula, labi uzsūcas tievajās zarnās un minimālā daudzumā resnajā zarnā. Neliels daudzums urobilinogēna, kas parasti uzsūcas, tiek atkārtoti izvadīts caur aknām un nierēm (enterohepatiskā cirkulācija). Ja hepatocītu funkcija ir traucēta, urobilinogēna atkārtota izvadīšana caur aknām ir traucēta un nieru ekskrēcija palielinās. Šis mehānisms izskaidro urobilinogēnūriju alkohola izraisītas aknu slimības, drudža, sirds mazspējas un vīrusu hepatīta agrīnās stadijās.