Bilirubino keitimas

Bilirubinas yra galutinis hemo skaidymosi produktas. Didžioji dalis (80–85 %) bilirubino susidaro iš hemoglobino ir tik nedidelė dalis – iš kitų hemą turinčių baltymų, tokių kaip citochromas P450. Bilirubinas susidaro retikuloendotelinės sistemos ląstelėse. Kasdien susidaro apie 300 mg bilirubino.

Hemo pavertimą bilirubinu vykdo mikrosominis fermentas hemo oksigenazė, kuriai savo funkcijai atlikti reikalingas deguonis ir NADPH. Porfirino žiedas selektyviai skaldomas ties metano grupe a padėtyje. Anglies atomas a-metano tiltelyje oksiduojamas į anglies monoksidą, o vietoj tiltelio susidaro dvi dvigubos jungtys su deguonies molekulėmis, ateinančiomis iš išorės. Gautas linijinis tetrapirolis struktūriškai yra IX-alfa-biliverdinas. Tada biliverdino reduktazė, citozolinis fermentas, jį paverčia IX-alfa-bilirubinu. Šios struktūros linijinis tetrapirolis turėtų tirpti vandenyje, o bilirubinas yra riebaluose tirpi medžiaga. Lipidų tirpumą lemia IX-alfa-bilirubino struktūra – 6 stabilių intramolekulinių vandenilinių jungčių buvimas. Šias jungtis gali nutraukti alkoholis diazo reakcijoje (van den Bergh), kurios metu nekonjuguotas (netiesioginis) bilirubinas paverčiamas konjuguotu (tiesioginiu). In vivo stabilios vandenilinės jungtys nutraukiamos esterifikuojant gliukurono rūgštimi.

Apie 20 % cirkuliuojančio bilirubino gaunama ne iš subrendusių raudonųjų kraujo kūnelių hemo. Nedidelis kiekis gaunamas iš nesubrendusių blužnies ir kaulų čiulpų ląstelių. Šis kiekis didėja hemolizės metu. Likusi dalis susidaro kepenyse iš hemą turinčių baltymų, tokių kaip mioglobinas, citochromai ir kiti nenustatyti šaltiniai. Ši dalis padidėja sergant piktybine anemija, eritropoetiniu uroporfirinu ir Criglerio-Najjaro sindromu.

Bilirubino transportavimas ir konjugacija kepenyse

Nekonjuguotas bilirubinas plazmoje yra stipriai susijungęs su albuminu. Tik labai maža bilirubino dalis yra dializuojama, tačiau jo kiekis gali padidėti veikiant medžiagoms, kurios konkuruoja su bilirubinu dėl prisijungimo prie albumino (pvz., riebalų rūgštims arba organiniams anijonams). Tai svarbu naujagimiams, kuriems daugelis vaistų (pvz., sulfonamidai ir salicilatai) gali palengvinti bilirubino difuziją į smegenis ir taip prisidėti prie kerniktero vystymosi.

Kepenys išskiria daug organinių anijonų, įskaitant riebalų rūgštis, tulžies rūgštis ir kitus ne tulžies rūgščių komponentus, tokius kaip bilirubinas (nepaisant to, kad jis glaudžiai jungiasi su albuminu). Tyrimai parodė, kad bilirubinas yra atskiriamas nuo albumino sinusoiduose ir difunduoja per vandeninį sluoksnį hepatocitų paviršiuje. Ankstesni teiginiai apie albumino receptorių buvimą nebuvo patvirtinti. Bilirubinas per plazmos membraną į hepatocitus pernešamas transportiniais baltymais, tokiais kaip organinių anijonų transportavimo baltymas ir (arba) „flip-flop“ mechanizmu. Bilirubino pasisavinimas yra labai efektyvus dėl greito metabolizmo kepenyse gliukuronidacijos ir sekrecijos į tulžį, taip pat dėl citozolinių jungiamųjų baltymų, tokių kaip ligandinai (glutationo-8-transferazė), buvimo.

Nekonjuguotas bilirubinas yra nepolinė (riebaluose tirpi) medžiaga. Konjugacijos reakcijos metu jis paverčiamas poline (vandenyje tirpia medžiaga) ir todėl gali būti išskiriamas į tulžį. Ši reakcija vyksta padedant mikrosominiam fermentui uridino difosfato gliukuroniltransferazei (UDPGT), kuris nekonjuguotą bilirubiną paverčia konjuguotu mono- ir digliukuronidiniu bilirubinu. UPGT yra viena iš kelių fermento izoformų, kurios užtikrina endogeninių metabolitų, hormonų ir neurotransmiterių konjugaciją.

Bilirubino UDPHT genas yra antroje chromosomų poroje. Geno struktūra sudėtinga. Visose UDPHT izoformose geno DNR 3' gale esantys 2-5 egzonai yra pastovūs komponentai. Genų ekspresijai būtinas vieno iš pirmųjų kelių egzonų dalyvavimas. Taigi, bilirubino-UDFHT izofermentų 1*1 ir 1*2 susidarymui būtinas atitinkamai 1A ir ID egzonų dalyvavimas. Izofermentas 1*1 dalyvauja beveik viso bilirubino konjugacijoje, o izofermentas 1*2 dalyvauja beveik arba visai nedalyvauja. Kiti egzonai (IF ir 1G) koduoja fenolio-UDFHT izoformas. Taigi, vienos iš 1 egzono sekų pasirinkimas lemia fermentų substrato specifiškumą ir savybes.

Tolesnė UDFGT 1*1 raiška taip pat priklauso nuo promotoriaus srities 5' gale, susijusios su kiekvienu iš pirmųjų egzonų. Promotoriaus srityje yra seka TATAA.

Geno struktūros detalės yra svarbios norint suprasti nekonjuguotos hiperbilirubinemijos (Gilberto ir Criglerio-Najaro sindromų) patogenezę, kai kepenyse yra sumažėjęs arba visai nėra fermentų, atsakingų už konjugaciją.

UDFGT aktyvumas sergant kepenų ląstelių gelta išlieka pakankamas, o esant cholestazei netgi padidėja. Naujagimiams UDFGT aktyvumas yra mažas.

Žmonių organizme bilirubinas tulžyje daugiausia yra diglikuronido pavidalu. Bilirubino virsmas monoglikuronidu ir diglikuronidu vyksta toje pačioje mikrosominėje gliukuroniltransferazės sistemoje. Kai yra bilirubino perteklius, pavyzdžiui, hemolizės metu, daugiausia susidaro monoglikuronidas, o kai bilirubino tiekimas sumažėja arba fermentas indukuojamas, diglikuronido kiekis padidėja.

Svarbiausia yra konjugacija su gliukurono rūgštimi, tačiau nedidelis kiekis bilirubino yra konjuguojamas su sulfatais, ksiloze ir gliukoze; šie procesai sustiprėja cholestazės metu.

Vėlyvose cholestazinės arba hepatocelulinės geltos stadijose, nepaisant didelio bilirubino kiekio plazmoje, bilirubino šlapime neaptinkama. Matyt, taip yra dėl III tipo monokonjuguoto bilirubino, kuris kovalentiškai susijungęs su albuminu, susidarymo. Jis nefiltruojamas glomeruluose, todėl nepasireiškia šlapime. Tai sumažina praktinę tyrimų, skirtų bilirubino kiekiui šlapime nustatyti, reikšmę.

Bilirubino išsiskyrimas į tulžies kanalėlius vyksta per ATP priklausomų daugiaspecifinių organinių anijonų pernašos baltymų šeimą. Bilirubino pernašos iš plazmos į tulžį greitį lemia bilirubino gliukuronidų išsiskyrimo etapas.

Tulžies rūgštis į tulžį perneša skirtingas transportinis baltymas. Skirtingų bilirubino ir tulžies rūgščių pernašos mechanizmų buvimą galima iliustruoti Dubino-Džonsono sindromo pavyzdžiu, kai sutrinka konjuguoto bilirubino išsiskyrimas, tačiau išsaugoma normali tulžies rūgščių išsiskyrimas. Didžioji dalis konjuguoto bilirubino tulžyje yra mišriose micelėse, kuriose yra cholesterolio, fosfolipidų ir tulžies rūgščių. Goldžio aparato ir hepatocitų citoskeleto mikrofilamentų svarba konjuguoto bilirubino pernašai ląstelės viduje dar nėra nustatyta.

Bilirubino diglikuronidas, randamas tulžyje, yra vandenyje tirpus (polinė molekulė), todėl plonojoje žarnoje jis nėra absorbuojamas. Storojoje žarnoje konjuguotas bilirubinas hidrolizuojamas bakterijų b-gliukuronidazių ir sudaro urobilinogenus. Sergant bakteriniu cholangitu, dalis bilirubino diglikuronido hidrolizuojama tulžies latakuose, o vėliau nusėda bilirubinas. Šis procesas gali būti svarbus bilirubino akmenų susidarymui tulžies pūslėje.

Urobilinogenas, turintis nepolinę molekulę, gerai absorbuojamas plonojoje žarnoje ir minimaliais kiekiais storojoje žarnoje. Nedidelis urobilinogeno kiekis, kuris paprastai absorbuojamas, yra pakartotinai pašalinamas per kepenis ir inkstus (enterohepatinė kraujotaka). Sutrikus hepatocitų funkcijai, sutrinka urobilinogeno pakartotinė ekskrecija per kepenis ir padidėja ekskrecija per inkstus. Šis mechanizmas paaiškina urobilinogenuriją sergant alkoholine kepenų liga, karščiavimu, širdies nepakankamumu ir ankstyvosiose virusinio hepatito stadijose.