Izmenjava bilirubina

Bilirubin je končni produkt razgradnje hema. Večina (80–85 %) bilirubina nastane iz hemoglobina, le majhen del pa iz drugih beljakovin, ki vsebujejo hem, kot je citokrom P450. Bilirubin nastaja v celicah retikuloendotelijskega sistema. Dnevno nastane približno 300 mg bilirubina.

Pretvorba hema v bilirubin poteka z mikrosomskim encimom hem oksigenazo, ki za svoje delovanje potrebuje kisik in NADPH. Porfirinski obroč se selektivno cepi na metanski skupini v položaju a. Atom ogljika v a-metanskem mostu se oksidira v ogljikov monoksid in namesto mostu nastaneta dve dvojni vezi z molekulami kisika, ki prihajajo od zunaj. Nastali linearni tetrapirol je strukturno IX-alfa-biliverdin. Nato ga biliverdin reduktaza, citosolni encim, pretvori v IX-alfa-bilirubin. Linearni tetrapirol te strukture bi moral biti topen v vodi, medtem ko je bilirubin snov, topna v maščobi. Topnost lipidov je določena s strukturo IX-alfa-bilirubina – prisotnostjo 6 stabilnih intramolekularnih vodikovih vezi. Te vezi lahko alkohol prekine v diazo reakciji (van den Bergh), pri kateri se nekonjugirani (indirektni) bilirubin pretvori v konjugiranega (direktnega). In vivo se stabilne vodikove vezi prekinejo z esterifikacijo z glukuronsko kislino.

Približno 20 % bilirubina v krvnem obtoku izvira iz drugih virov, ne le iz hema zrelih rdečih krvničk. Majhna količina izvira iz nezrelih celic vranice in kostnega mozga. Ta količina se poveča s hemolizo. Preostanek se tvori v jetrih iz beljakovin, ki vsebujejo hem, kot so mioglobin, citokromi in drugi nedoločeni viri. Ta delež se poveča pri perniciozni anemiji, eritropoetskem uroporfirinu in Crigler-Najjarjevem sindromu.

Transport in konjugacija bilirubina v jetrih

Nekonjugirani bilirubin v plazmi je tesno vezan na albumin. Le zelo majhen delež bilirubina je dializiran, vendar se lahko poveča pod vplivom snovi, ki tekmujejo z bilirubinom za vezavo na albumin (npr. maščobne kisline ali organski anioni). To je pomembno pri novorojenčkih, pri katerih lahko številna zdravila (npr. sulfonamidi in salicilati) olajšajo difuzijo bilirubina v možgane in tako prispevajo k razvoju kernicterusa.

Jetra izločajo številne organske anione, vključno z maščobnimi kislinami, žolčnimi kislinami in drugimi ne-žolčnimi sestavinami žolča, kot je bilirubin (kljub tesni vezavi na albumin). Študije so pokazale, da se bilirubin loči od albumina v sinusoidih in difundira skozi vodno plast na površini hepatocitov. Prejšnja prepričanja o prisotnosti albuminskih receptorjev niso bila potrjena. Bilirubin se prenaša čez plazemsko membrano v hepatocit s transportnimi beljakovinami, kot je transportna beljakovina za organske anione in/ali z mehanizmom flip-flopa. Privzem bilirubina je zelo učinkovit zaradi njegove hitre presnove v jetrih z glukuronidacijo in izločanjem v žolč ter zaradi prisotnosti citosolnih vezavnih beljakovin, kot so ligandini (glutation-8-transferaza).

Nekonjugirani bilirubin je nepolarna (v maščobi topna) snov. V reakciji konjugacije se pretvori v polarno (v vodi topno snov) in se zato lahko izloči v žolč. Ta reakcija poteka s pomočjo mikrosomskega encima uridin difosfat glukuronil transferaze (UDPGT), ki pretvori nekonjugirani bilirubin v konjugirani mono- in diglukuronidni bilirubin. UPGT je ena od več izooblik encima, ki zagotavljajo konjugacijo endogenih presnovkov, hormonov in nevrotransmiterjev.

Gen bilirubina UDPHT se nahaja na drugem paru kromosomov. Struktura gena je kompleksna. V vseh izooblikah UDPHT so eksoni 2-5 na 3' koncu genske DNK konstantne komponente. Za izražanje genov je potrebna vključitev enega od prvih nekaj eksonov. Tako je za nastanek izoencimov bilirubin-UDFHT 1*1 in 1*2 potrebna vključitev eksonov 1A oziroma ID. Izoencim 1*1 sodeluje pri konjugaciji skoraj vsega bilirubina, izoencim 1*2 pa skoraj ali sploh ne. Drugi eksoni (IF in 1G) kodirajo izooblike fenola in UDFHT. Tako izbira enega od zaporedij eksona 1 določa specifičnost substrata in lastnosti encimov.

Nadaljnja ekspresija UDFGT 1*1 je odvisna tudi od promotorske regije na 5' koncu, ki je povezana z vsakim od prvih eksonov. Promotorska regija vsebuje zaporedje TATAA.

Podrobnosti o genski strukturi so pomembne za razumevanje patogeneze nekonjugirane hiperbilirubinemije (Gilbertov in Crigler-Najjarjev sindrom), ko jetra vsebujejo zmanjšano količino ali odsotnost encimov, odgovornih za konjugacijo.

Aktivnost UDFGT pri hepatocelularni zlatenici se ohranja na zadostni ravni, pri holestazi pa se celo poveča. Pri novorojenčkih je aktivnost UDFGT nizka.

Pri ljudeh je bilirubin v žolču prisoten predvsem kot diglukuronid. Pretvorba bilirubina v monoglukuronid in diglukuronid poteka v istem mikrosomskem sistemu glukuronil transferaze. Ko pride do preobremenitve bilirubina, na primer med hemolizo, se pretežno tvori monoglukuronid, ko pa se dotok bilirubina zmanjša ali se inducira encim, se vsebnost diglukuronida poveča.

Konjugacija z glukuronsko kislino je najpomembnejša, majhna količina bilirubina pa se konjugira s sulfati, ksilozo in glukozo; ti procesi se pri holestazi okrepijo.

V poznih fazah holestatske ali hepatocelularne zlatenice bilirubin kljub visoki vsebnosti bilirubina v plazmi ni zaznan v urinu. Očitno je razlog za to nastanek bilirubina tipa III, monokonjugiranega, ki je kovalentno vezan na albumin. V glomerulih se ne filtrira in se zato ne pojavi v urinu. To zmanjšuje praktični pomen testov, ki se uporabljajo za določanje vsebnosti bilirubina v urinu.

Izločanje bilirubina v tubule poteka preko družine ATP-odvisnih multispecifičnih organskih anionskih transportnih proteinov. Hitrost transporta bilirubina iz plazme v žolč je določena s stopnjo izločanja bilirubin glukuronida.

Žolčne kisline se v žolč prenašajo z različnimi transportnimi beljakovinami. Prisotnost različnih mehanizmov transporta bilirubina in žolčnih kislin lahko ponazorimo s primerom Dubin-Johnsonovega sindroma, pri katerem je izločanje konjugiranega bilirubina oslabljeno, vendar se ohrani normalno izločanje žolčnih kislin. Večina konjugiranega bilirubina v žolču je v mešanih micelih, ki vsebujejo holesterol, fosfolipide in žolčne kisline. Pomen Golgijevega aparata in mikrofilamentov citoskeleta hepatocitov za znotrajcelični transport konjugiranega bilirubina še ni ugotovljen.

Bilirubin diglukuronid, ki ga najdemo v žolču, je topen v vodi (polarna molekula), zato se ne absorbira v tankem črevesu. V debelem črevesu bakterijske β-glukuronidaze hidrolizirajo konjugirani bilirubin, da nastanejo urobilinogeni. Pri bakterijskem holangitisu se del bilirubin diglukuronida hidrolizira v žolčnih vodih, čemur sledi obarjanje bilirubina. Ta proces je lahko pomemben za nastanek bilirubinovih žolčnih kamnov.

Urobilinogen, ki ima nepolarno molekulo, se dobro absorbira v tankem črevesu in v minimalnih količinah v debelem črevesu. Majhna količina urobilinogena, ki se normalno absorbira, se ponovno izloči skozi jetra in ledvice (enterohepatični obtok). Ko je delovanje hepatocitov okvarjeno, je ponovno izločanje urobilinogena v jetrih okvarjeno in se poveča izločanje skozi ledvice. Ta mehanizem pojasnjuje urobilinogenurijo pri alkoholni bolezni jeter, vročini, srčnem popuščanju in v zgodnjih fazah virusnega hepatitisa.