Výmena bilirubínu

Bilirubín je konečným produktom rozpadu hému. Prevažná časť (80 – 85 %) bilirubínu sa tvorí z hemoglobínu a iba malá časť sa tvorí z iných proteínov obsahujúcich hem, ako je cytochróm P450. Bilirubín sa tvorí v bunkách retikuloendotelového systému. Denne sa vytvorí približne 300 mg bilirubínu.

Premena hému na bilirubín sa uskutočňuje za účasti mikrozomálneho enzýmu hemoxygenázy, ktorý pre svoju funkciu vyžaduje kyslík a NADPH. Porfyrínový kruh sa selektívne štiepi na metánovej skupine v polohe a. Atóm uhlíka v a-metánovom mostíku sa oxiduje na oxid uhoľnatý a namiesto mostíka sa vytvoria dve dvojité väzby s molekulami kyslíka prichádzajúcimi zvonku. Výsledný lineárny tetrapyrol je štrukturálne IX-alfa-biliverdín. Následne sa pomocou biliverdín reduktázy, cytozolického enzýmu, premieňa na IX-alfa-bilirubín. Lineárny tetrapyrol s touto štruktúrou by mal byť rozpustný vo vode, zatiaľ čo bilirubín je látka rozpustná v tukoch. Rozpustnosť lipidov je určená štruktúrou IX-alfa-bilirubínu - prítomnosťou 6 stabilných intramolekulárnych vodíkových väzieb. Tieto väzby sa dajú rozrušiť alkoholom v diazo reakcii (van den Bergh), pri ktorej sa nekonjugovaný (nepriamy) bilirubín premieňa na konjugovaný (priamy). In vivo sa stabilné vodíkové väzby rozrušujú esterifikáciou kyselinou glukurónovou.

Približne 20 % cirkulujúceho bilirubínu pochádza z iných zdrojov ako je hem zrelých červených krviniek. Malé množstvo pochádza z nezrelých buniek sleziny a kostnej drene. Toto množstvo sa zvyšuje hemolýzou. Zvyšok sa tvorí v pečeni z proteínov obsahujúcich hem, ako je myoglobín, cytochrómy a iné nešpecifikované zdroje. Táto frakcia je zvýšená pri pernicióznej anémii, erytropoetickom uroporfyríne a Crigler-Najjarovom syndróme.

Transport a konjugácia bilirubínu v pečeni

Nekonjugovaný bilirubín v plazme je pevne viazaný na albumín. Len veľmi malá časť bilirubínu je dialyzovateľná, ale jej hladina sa môže zvýšiť pod vplyvom látok, ktoré súťažia s bilirubínom o väzbu na albumín (napr. mastné kyseliny alebo organické anióny). To je dôležité u novorodencov, u ktorých môže množstvo liekov (napr. sulfónamidy a salicyláty) uľahčiť difúziu bilirubínu do mozgu, a tým prispieť k rozvoju kernicterus.

Pečeň vylučuje mnoho organických aniónov vrátane mastných kyselín, žlčových kyselín a iných zložiek žlče, ktoré nie sú žlčovými kyselinami, ako je bilirubín (napriek jeho pevnej väzbe na albumín). Štúdie ukázali, že bilirubín sa od albumínu oddeľuje v sinusoidách a difunduje cez vodnú vrstvu na povrchu hepatocytov. Predchádzajúce predpoklady o prítomnosti albumínových receptorov neboli potvrdené. Bilirubín sa transportuje cez plazmatickú membránu do hepatocytov transportnými proteínmi, ako je napríklad transportný proteín organických aniónov a/alebo mechanizmom flip-flop. Absorpcia bilirubínu je vysoko účinná vďaka jeho rýchlemu metabolizmu v pečeni glukuronidáciou a sekréciou do žlče a vďaka prítomnosti cytozolových väzbových proteínov, ako sú ligandy (glutatión-8-transferáza).

Nekonjugovaný bilirubín je nepolárna (v tukoch rozpustná) látka. Pri konjugačnej reakcii sa premieňa na polárnu (vo vode rozpustnú látku) a preto sa môže vylučovať do žlče. Táto reakcia prebieha s pomocou mikrozomálneho enzýmu uridíndifosfátglukuronyltransferázy (UDPGT), ktorý premieňa nekonjugovaný bilirubín na konjugovaný mono- a diglukuronidový bilirubín. UPGT je jednou z niekoľkých izoforiem enzýmu, ktoré zabezpečujú konjugáciu endogénnych metabolitov, hormónov a neurotransmiterov.

Gén bilirubínu UDPHT sa nachádza na druhom páre chromozómov. Štruktúra génu je zložitá. Vo všetkých izoformách UDPHT sú exóny 2-5 na 3' konci DNA génu konštantnými zložkami. Pre expresiu génu je nevyhnutné zapojenie jedného z prvých niekoľkých exónov. Pre tvorbu izoenzýmov bilirubín-UDFHT 1*1 a 1*2 je teda nevyhnutné zapojenie exónov 1A a ID. Izoenzým 1*1 sa zúčastňuje konjugácie takmer všetkého bilirubínu a izoenzým 1*2 sa zúčastňuje takmer alebo vôbec. Ostatné exóny (IF a 1G) kódujú izoformy fenol-UDFHT. Výber jednej zo sekvencií exónu 1 teda určuje substrátovú špecifickosť a vlastnosti enzýmov.

Ďalšia expresia UDFGT 1*1 tiež závisí od promótorovej oblasti na 5' konci spojenej s každým z prvých exónov. Promótorová oblasť obsahuje sekvenciu TATAA.

Detaily génovej štruktúry sú dôležité pre pochopenie patogenézy nekonjugovanej hyperbilirubinémie (Gilbertov a Crigler-Najjarov syndróm), keď pečeň obsahuje znížené alebo chýbajúce enzýmy zodpovedné za konjugáciu.

Aktivita UDFGT pri hepatocelulárnej žltačke sa udržiava na dostatočnej úrovni a pri cholestáze sa dokonca zvyšuje. U novorodencov je aktivita UDFGT nízka.

U ľudí je bilirubín prítomný v žlči prevažne ako diglukuronid. Premena bilirubínu na monoglukuronid a diglukuronid prebieha v tom istom mikrozomálnom glukuronyltransferázovom systéme. Pri preťažení bilirubínom, napríklad počas hemolýzy, sa prevažne tvorí monoglukuronid a pri znížení prísunu bilirubínu alebo indukcii enzýmu sa obsah diglukuronidu zvyšuje.

Konjugácia s kyselinou glukurónovou je najdôležitejšia, ale malé množstvo bilirubínu sa konjuguje so sulfátmi, xylózou a glukózou; tieto procesy sú pri cholestáze zosilnené.

V neskorších štádiách cholestatickej alebo hepatocelulárnej žltačky sa napriek vysokému obsahu bilirubínu v plazme bilirubín v moči nezistil. Dôvodom je zrejme tvorba monokonjugovaného bilirubínu typu III, ktorý je kovalentne viazaný na albumín. Nie je filtrovaný v glomeruloch, a preto sa neobjavuje v moči. To znižuje praktický význam testov používaných na stanovenie obsahu bilirubínu v moči.

Vylučovanie bilirubínu do tubulov prebieha prostredníctvom rodiny ATP-dependentných multišpecifických organických aniónových transportných proteínov. Rýchlosť transportu bilirubínu z plazmy do žlče je určená krokom vylučovania bilirubínového glukuronidu.

Žlčové kyseliny sú transportované do žlče odlišným transportným proteínom. Prítomnosť rôznych mechanizmov transportu bilirubínu a žlčových kyselín možno ilustrovať na príklade Dubin-Johnsonovho syndrómu, pri ktorom je vylučovanie konjugovaného bilirubínu narušené, ale normálne vylučovanie žlčových kyselín je zachované. Väčšina konjugovaného bilirubínu v žlči sa nachádza v zmiešaných micelách obsahujúcich cholesterol, fosfolipidy a žlčové kyseliny. Význam Golgiho aparátu a mikrofilamentov cytoskeletu hepatocytov pre intracelulárny transport konjugovaného bilirubínu ešte nebol stanovený.

Bilirubín diglukuronid, ktorý sa nachádza v žlči, je rozpustný vo vode (polárna molekula), takže sa neabsorbuje v tenkom čreve. V hrubom čreve sa konjugovaný bilirubín hydrolyzuje bakteriálnymi b-glukuronidázami za vzniku urobilinogénov. Pri bakteriálnej cholangitíde sa časť bilirubín diglukuronidu hydrolyzuje v žlčovodoch s následnou precipitáciou bilirubínu. Tento proces môže byť dôležitý pre tvorbu bilirubínových žlčových kameňov.

Urobilinogén, ktorý má nepolárnu molekulu, sa dobre vstrebáva v tenkom čreve a v minimálnom množstve v hrubom čreve. Malé množstvo urobilinogénu, ktoré sa normálne vstrebáva, sa reexkrétuje pečeňou a obličkami (enterohepatálny obeh). Pri poruche funkcie hepatocytov sa reexkrécia urobilinogénu v pečeni zhoršuje a zvyšuje sa vylučovanie obličkami. Tento mechanizmus vysvetľuje urobilinogenériu pri alkoholickom ochorení pečene, horúčke, srdcovom zlyhaní a v skorých štádiách vírusovej hepatitídy.