Обмен на билирубин

Билирубинът е крайният продукт от разграждането на хема. По-голямата част (80-85%) от билирубина се образува от хемоглобина и само малка част се образува от други протеини, съдържащи хем, като цитохром P450. Билирубинът се образува в клетките на ретикулоендотелната система. Дневно се образува около 300 mg билирубин.

Превръщането на хема в билирубин включва микрозомния ензим хемоксигеназа, който изисква кислород и NADPH за своята функция. Порфириновият пръстен се разцепва селективно при метановата група в позиция a. Въглеродният атом в a-метановия мост се окислява до въглероден оксид и вместо моста се образуват две двойни връзки с кислородни молекули, идващи отвън. Полученият линеен тетрапирол е структурно IX-алфа-биливердин. След това се превръща от биливердин редуктаза, цитозолен ензим, в IX-алфа-билирубин. Линейният тетрапирол с тази структура би трябвало да е водоразтворим, докато билирубинът е мастноразтворимо вещество. Разтворимостта на липидите се определя от структурата на IX-алфа-билирубин - наличието на 6 стабилни вътрешномолекулни водородни връзки. Тези връзки могат да бъдат разкъсани от алкохол в диазо реакция (ван ден Берг), при която неконюгираният (индиректен) билирубин се превръща в конюгиран (директен). In vivo стабилните водородни връзки се разкъсват чрез естерификация с глюкуронова киселина.

Около 20% от циркулиращия билирубин се получава от източници, различни от хема на зрелите червени кръвни клетки. Малко количество идва от незрелите клетки на далака и костния мозък. Това количество се увеличава с хемолиза. Останалата част се образува в черния дроб от съдържащи хем протеини, като миоглобин, цитохроми и други неопределени източници. Тази фракция се увеличава при пернициозна анемия, еритропоетичен уропорфирин и синдром на Криглер-Наяр.

Транспорт и конюгация на билирубин в черния дроб

Неконюгираният билирубин в плазмата е здраво свързан с албумина. Само много малка част от билирубина е диализираема, но тя може да се увеличи под влиянието на вещества, които се конкурират с билирубина за свързване с албумина (напр. мастни киселини или органични аниони). Това е важно при новородени, при които редица лекарства (напр. сулфонамиди и салицилати) могат да улеснят дифузията на билирубина в мозъка и по този начин да допринесат за развитието на керниктерус.

Черният дроб секретира много органични аниони, включително мастни киселини, жлъчни киселини и други нежлъчнокиселинни компоненти на жлъчката, като билирубин (въпреки силното му свързване с албумина). Проучванията показват, че билирубинът се отделя от албумина в синусоидите и дифундира през водния слой на повърхността на хепатоцитите. Предишни предположения за наличие на албуминови рецептори не са потвърдени. Билирубинът се транспортира през плазмената мембрана в хепатоцита чрез транспортни протеини, като например органичен анионен транспортен протеин и/или чрез механизъм на обръщане. Усвояването на билирубин е високоефективно поради бързия му метаболизъм в черния дроб чрез глюкурониране и секреция в жлъчката, както и поради наличието на цитозолни свързващи протеини, като лигандини (глутатион-8-трансфераза).

Неконюгираният билирубин е неполярно (мастноразтворимо) вещество. В реакцията на конюгация той се превръща в полярно (водоразтворимо вещество) и следователно може да се екскретира в жлъчката. Тази реакция протича с помощта на микрозомния ензим уридин дифосфат глюкуронил трансфераза (UDPGT), който превръща неконюгирания билирубин в конюгиран моно- и диглюкуронид билирубин. UPGT е една от няколкото изоформи на ензима, които осигуряват конюгация на ендогенни метаболити, хормони и невротрансмитери.

Генът UDPHT на билирубина е разположен на втората двойка хромозоми. Структурата на гена е сложна. Във всички UDPHT изоформи, екзони 2-5 в 3' края на генната ДНК са константни компоненти. За генната експресия е необходимо участието на един от първите няколко екзона. По този начин, за образуването на билирубин-UDFHT изоензими 1*1 и 1*2 е необходимо участието съответно на екзони 1A и ID. Изоензим 1*1 участва в конюгацията на почти целия билирубин, а изоензим 1*2 участва почти или изобщо не участва. Други екзони (IF и 1G) кодират фенол-UDFHT изоформи. По този начин, изборът на една от последователностите на екзон 1 определя субстратната специфичност и свойствата на ензимите.

По-нататъшната експресия на UDFGT 1*1 също зависи от промоторен регион в 5' края, свързан с всеки от първите екзони. Промоторният регион съдържа последователността TATAA.

Подробности за генната структура са важни за разбирането на патогенезата на неконюгираната хипербилирубинемия (синдроми на Гилбърт и Криглер-Найяр), когато черният дроб съдържа намалени или липсващи ензими, отговорни за конюгацията.

Активността на UDFGT при хепатоцелуларна жълтеница се поддържа на достатъчно ниво и дори се увеличава при холестаза. При новородени активността на UDFGT е ниска.

При хората билирубинът се среща главно в жлъчката като диглюкуронид. Превръщането на билирубина в моноглюкуронид и диглюкуронид се случва в една и съща микрозомална глюкуронил трансферазна система. Когато има претоварване с билирубин, например по време на хемолиза, се образува предимно моноглюкуронид, а когато снабдяването с билирубин намалее или ензимът се индуцира, съдържанието на диглюкуронид се увеличава.

Конюгацията с глюкуронова киселина е най-важна, но малко количество билирубин се конюгира със сулфати, ксилоза и глюкоза; тези процеси се засилват при холестаза.

В късните стадии на холестатична или хепатоцелуларна жълтеница, въпреки високото съдържание на билирубин в плазмата, билирубин не се открива в урината. Очевидно причината за това е образуването на билирубин тип III, моноконюгиран, който е ковалентно свързан с албумин. Той не се филтрира в гломерулите и следователно не се появява в урината. Това намалява практическата значимост на тестовете, използвани за определяне на съдържанието на билирубин в урината.

Екскрецията на билирубин в тубулите се осъществява чрез семейство АТФ-зависими мултиспецифични органични анионни транспортни протеини. Скоростта на транспортиране на билирубин от плазмата до жлъчката се определя от етапа на екскреция на билирубинов глюкуронид.

Жлъчните киселини се транспортират в жлъчката чрез различен транспортен протеин. Наличието на различни механизми на транспорт на билирубин и жлъчни киселини може да се илюстрира с примера на синдрома на Дъбин-Джонсън, при който екскрецията на конюгиран билирубин е нарушена, но нормалното отделяне на жлъчни киселини е запазено. По-голямата част от конюгирания билирубин в жлъчката е в смесени мицели, съдържащи холестерол, фосфолипиди и жлъчни киселини. Значението на апарата на Голджи и микрофиламентите на цитоскелета на хепатоцитите за вътреклетъчния транспорт на конюгиран билирубин все още не е установено.

Билирубин диглюкуронидът, който се намира в жлъчката, е водоразтворим (полярна молекула), така че не се абсорбира в тънките черва. В дебелото черво конюгираният билирубин се хидролизира от бактериални b-глюкуронидази, за да образува уробилиногени. При бактериален холангит част от билирубиновия диглюкуронид се хидролизира в жлъчните пътища с последващо утаяване на билирубина. Този процес може да е важен за образуването на билирубинови жлъчни камъни.

Уробилиногенът, имащ неполярна молекула, се абсорбира добре в тънките черва и в минимални количества в дебелото черво. Малко количество уробилиноген, което нормално се абсорбира, се екскретира отново от черния дроб и бъбреците (ентерохепатална циркулация). Когато функцията на хепатоцитите е нарушена, чернодробната реекскреция на уробилиноген е нарушена и бъбречната екскреция се увеличава. Този механизъм обяснява уробилиногенурията при алкохолно чернодробно заболяване, треска, сърдечна недостатъчност и в ранните стадии на вирусен хепатит.