Обмін білірубіну

Білірубін є кінцевим продуктом розпаду гему. Основна частина (80-85%) білірубіну утворюється з гемоглобіну і лише невелика частина — з інших гемвмісних білків, таких як цитохром P450. Білірубін утворюється в клітинах ретикулоендотеліальної системи. Щодня утворюється близько 300 мг білірубіну.

Перетворення гему на білірубін відбувається за участю мікросомального ферменту гемоксигенази, для функціонування якого потрібні кисень та NADPH. Порфіринове кільце вибірково розщеплюється по метановій групі в положенні a. Атом вуглецю в a-метановому містку окислюється до монооксиду вуглецю, і замість містка утворюються два подвійні зв'язки з молекулами кисню, що надходять ззовні. Отриманий лінійний тетрапірол структурно є IX-альфа-білівердином. Потім він перетворюється білівердинредуктазою, цитозольним ферментом, на IX-альфа-білірубін. Лінійний тетрапірол такої структури повинен бути водорозчинним, тоді як білірубін є жиророзчинною речовиною. Розчинність ліпідів визначається структурою IX-альфа-білірубіну - наявністю 6 стабільних внутрішньомолекулярних водневих зв'язків. Ці зв'язки можуть бути розірвані спиртом у діазо-реакції (ван ден Берга), в якій некон'югований (непрямий) білірубін перетворюється на кон'югований (прямий). In vivo стабільні водневі зв'язки розриваються шляхом етерифікації глюкуроновою кислотою.

Близько 20% циркулюючого білірубіну походить з джерел, відмінних від гему зрілих еритроцитів. Невелика кількість надходить із незрілих клітин селезінки та кісткового мозку. Ця кількість збільшується при гемолізі. Решта утворюється в печінці з гемвмісних білків, таких як міоглобін, цитохроми та інші невизначені джерела. Ця фракція збільшується при перніціозній анемії, еритропоетичному уропорфірині та синдромі Криглера-Найяра.

Транспорт та кон'югація білірубіну в печінці

Некон'югований білірубін у плазмі міцно зв'язаний з альбуміном. Лише дуже невелика частина білірубіну діалізується, але його рівень може зростати під впливом речовин, які конкурують з білірубіном за зв'язування з альбуміном (наприклад, жирні кислоти або органічні аніони). Це важливо для новонароджених, у яких низка препаратів (наприклад, сульфаніламіди та саліцилати) може полегшити дифузію білірубіну в мозок і таким чином сприяти розвитку ядерної жовтяниці.

Печінка секретує багато органічних аніонів, включаючи жирні кислоти, жовчні кислоти та інші компоненти жовчі, що не належать до жовчних кислот, такі як білірубін (незважаючи на його щільне зв'язування з альбуміном). Дослідження показали, що білірубін відділяється від альбуміну в синусоїдах і дифундує через водний шар на поверхні гепатоцитів. Попередні припущення про наявність рецепторів альбуміну не були підтверджені. Білірубін транспортується через плазматичну мембрану в гепатоцит за допомогою транспортних білків, таких як білок транспорту органічних аніонів, та/або за механізмом фліп-флоп. Поглинання білірубіну є дуже ефективним завдяки його швидкому метаболізму в печінці шляхом глюкуронізації та секреції в жовч, а також завдяки наявності цитозольних зв'язуючих білків, таких як лігандини (глутатіон-8-трансфераза).

Некон'югований білірубін — це неполярна (жиророзчинна) речовина. У реакції кон'югації він перетворюється на полярну (водорозчинну) речовину і тому може виводитися з жовчю. Ця реакція відбувається за допомогою мікросомального ферменту уридиндифосфатглюкуронілтрансферази (УДФГТ), який перетворює некон'югований білірубін на кон'югований моно- та диглюкуронід білірубіну. УПГТ — одна з кількох ізоформ ферменту, що забезпечують кон'югацію ендогенних метаболітів, гормонів та нейромедіаторів.

Ген білірубіну UDPHT розташований на другій парі хромосом. Структура гена складна. У всіх ізоформах UDPHT екзони 2-5 на 3'-кінці ДНК гена є постійними компонентами. Для експресії гена необхідна участь одного з перших кількох екзонів. Таким чином, для утворення ізоферментів білірубін-UDFHT 1*1 та 1*2 необхідна участь екзонів 1A та ID відповідно. Ізофермент 1*1 бере участь у кон'югації майже всього білірубіну, а ізофермент 1*2 майже або взагалі не бере участі. Інші екзони (IF та 1G) кодують ізоформи фенол-UDFHT. Таким чином, вибір однієї з послідовностей екзону 1 визначає субстратну специфічність та властивості ферментів.

Подальша експресія UDFGT 1*1 також залежить від промоторної області на 5'-кінці, пов'язаної з кожним з перших екзонів. Промоторна область містить послідовність TATAA.

Деталі структури гена важливі для розуміння патогенезу некон'югованої гіпербілірубінемії (синдромів Жильбера та Криглера-Найяра), коли печінка містить знижений рівень або відсутні ферменти, відповідальні за кон'югацію.

Активність УДФГТ при гепатоцелюлярній жовтяниці підтримується на достатньому рівні, а при холестазі навіть зростає. У новонароджених активність УДФГТ низька.

У людини білірубін присутній у жовчі переважно у вигляді диглюкуроніду. Перетворення білірубіну на моноглюкуронід та диглюкуронід відбувається в одній і тій самій мікросомальній глюкуронілтрансферазній системі. При перевантаженні білірубіном, наприклад, під час гемолізу, переважно утворюється моноглюкуронід, а при зменшенні надходження білірубіну або індукції ферменту вміст диглюкуроніду збільшується.

Кон'югація з глюкуроновою кислотою є найважливішою, але невелика кількість білірубіну кон'югується із сульфатами, ксилозою та глюкозою; ці процеси посилюються при холестазі.

На пізніх стадіях холестатичної або гепатоцелюлярної жовтяниці, незважаючи на високий вміст білірубіну в плазмі, білірубін у сечі не виявляється. Очевидно, причиною цього є утворення білірубіну III типу, монокон'югованого, який ковалентно зв'язаний з альбуміном. Він не фільтрується в клубочках і, отже, не з'являється в сечі. Це знижує практичну значущість тестів, що використовуються для визначення вмісту білірубіну в сечі.

Екскреція білірубіну в канальці відбувається через сімейство АТФ-залежних мультиспецифічних білків-транспортерів органічних аніонів. Швидкість транспорту білірубіну з плазми в жовч визначається етапом екскреції білірубіну глюкуроніду.

Жовчні кислоти транспортуються в жовч за допомогою різних транспортних білків. Наявність різних механізмів транспорту білірубіну та жовчних кислот можна проілюструвати на прикладі синдрому Дубіна-Джонсона, при якому порушено виведення кон'югованого білірубіну, але зберігається нормальне виведення жовчних кислот. Більша частина кон'югованого білірубіну в жовчі знаходиться в змішаних міцелах, що містять холестерин, фосфоліпіди та жовчні кислоти. Значення апарату Гольджі та мікрофіламентів цитоскелету гепатоцитів для внутрішньоклітинного транспорту кон'югованого білірубіну ще не встановлено.

Білірубін диглюкуронід, який міститься в жовчі, є водорозчинним (полярна молекула), тому він не всмоктується в тонкому кишечнику. У товстому кишечнику кон'югований білірубін гідролізується бактеріальними β-глюкуронідазами з утворенням уробіліногенів. При бактеріальному холангіті частина білірубіну диглюкуроніду гідролізується в жовчних протоках з подальшим осадженням білірубіну. Цей процес може бути важливим для утворення білірубінових жовчних каменів.

Уробіліноген, маючи неполярну молекулу, добре всмоктується в тонкому кишечнику та в мінімальних кількостях у товстому кишечнику. Невелика кількість уробіліногену, яка зазвичай всмоктується, реекскретується печінкою та нирками (ентерогепатичний кровообіг). При порушенні функції гепатоцитів порушується реекскреція уробіліногену печінкою та збільшується ниркова екскреція. Цей механізм пояснює уробіліногенурію при алкогольному ураженні печінки, лихоманці, серцевій недостатності та на ранніх стадіях вірусного гепатиту.