Výměna bilirubinu

Bilirubin je konečným produktem rozpadu hemu. Většina (80–85 %) bilirubinu se tvoří z hemoglobinu a pouze malá část z jiných proteinů obsahujících hem, jako je cytochrom P450. Bilirubin se tvoří v buňkách retikuloendoteliálního systému. Denně se tvoří asi 300 mg bilirubinu.

Přeměna hemu na bilirubin se odehrává za účasti mikrozomálního enzymu hemoxygenázy, který pro svou funkci vyžaduje kyslík a NADPH. Porfyrinový kruh se selektivně štěpí v metanové skupině v poloze a. Atom uhlíku v a-metanovém můstku se oxiduje na oxid uhelnatý a místo můstku se vytvoří dvě dvojné vazby s molekulami kyslíku přicházejícími zvenčí. Výsledný lineární tetrapyrrol je strukturně IX-alfa-biliverdin. Poté je biliverdin reduktázou, cytosolickým enzymem, přeměněn na IX-alfa-bilirubin. Lineární tetrapyrrol této struktury by měl být rozpustný ve vodě, zatímco bilirubin je látka rozpustná v tucích. Rozpustnost lipidů je určena strukturou IX-alfa-bilirubinu - přítomností 6 stabilních intramolekulárních vodíkových vazeb. Tyto vazby lze rozbít alkoholem v diazo reakci (van den Bergh), při které se nekonjugovaný (nepřímý) bilirubin přeměňuje na konjugovaný (přímý). In vivo se stabilní vodíkové vazby rozbíjejí esterifikací kyselinou glukuronovou.

Asi 20 % cirkulujícího bilirubinu pochází z jiných zdrojů než z hemu zralých červených krvinek. Malé množství pochází z nezralých buněk sleziny a kostní dřeně. Toto množství se zvyšuje s hemolýzou. Zbytek se tvoří v játrech z proteinů obsahujících hem, jako je myoglobin, cytochromy a další nespecifikované zdroje. Tato frakce je zvýšena u perniciózní anémie, erytropoetického uroporfyrinu a Crigler-Najjarova syndromu.

Transport a konjugace bilirubinu v játrech

Nekonjugovaný bilirubin je v plazmě pevně vázán na albumin. Pouze velmi malá část bilirubinu je dialyzovatelná, ale její hladina se může zvýšit pod vlivem látek, které s bilirubinem soutěží o vazbu na albumin (např. mastné kyseliny nebo organické anionty). To je důležité u novorozenců, u kterých řada léků (např. sulfonamidy a salicyláty) může usnadnit difuzi bilirubinu do mozku a tím přispívat k rozvoji kernikteru.

Játra vylučují mnoho organických aniontů, včetně mastných kyselin, žlučových kyselin a dalších nežlučových složek žluči, jako je bilirubin (navzdory jeho pevné vazbě na albumin). Studie ukázaly, že bilirubin se od albuminu odděluje v sinusoidách a difunduje přes vodnou vrstvu na povrchu hepatocytů. Předchozí domněnky o přítomnosti albuminových receptorů nebyly potvrzeny. Bilirubin je transportován přes plazmatickou membránu do hepatocytů transportními proteiny, jako je transportní protein organických aniontů, a/nebo mechanismem flip-flop. Vychytávání bilirubinu je vysoce účinné díky jeho rychlému metabolismu v játrech glukuronidací a sekrecí do žluči a díky přítomnosti cytosolických vazebných proteinů, jako jsou ligandiny (glutathion-8-transferáza).

Nekonjugovaný bilirubin je nepolární (v tucích rozpustná) látka. Při konjugační reakci se přeměňuje na polární (ve vodě rozpustnou látku) a proto může být vylučován do žluči. Tato reakce probíhá za pomoci mikrozomálního enzymu uridin-difosfát-glukuronyltransferázy (UDPGT), který přeměňuje nekonjugovaný bilirubin na konjugovaný mono- a diglukuronidový bilirubin. UPGT je jednou z několika izoforem enzymu, které zajišťují konjugaci endogenních metabolitů, hormonů a neurotransmiterů.

Gen bilirubinu UDPHT se nachází na 2. páru chromozomů. Struktura genu je složitá. Ve všech izoformách UDPHT jsou exony 2-5 na 3' konci genové DNA konstantními složkami. Pro genovou expresi je nezbytné zapojení jednoho z prvních několika exonů. Pro tvorbu izoenzymů bilirubin-UDFHT 1*1 a 1*2 je tedy nezbytné zapojení exonů 1A a ID. Izoenzym 1*1 se podílí na konjugaci téměř veškerého bilirubinu a izoenzym 1*2 se podílí téměř nebo vůbec. Ostatní exony (IF a 1G) kódují izoformy fenol-UDFHT. Volba jedné ze sekvencí exonu 1 tedy určuje substrátovou specificitu a vlastnosti enzymů.

Další exprese UDFGT 1*1 také závisí na promotorové oblasti na 5' konci, která je spojena s každým z prvních exonů. Promotorová oblast obsahuje sekvenci TATAA.

Detaily genové struktury jsou důležité pro pochopení patogeneze nekonjugované hyperbilirubinemie (Gilbertův a Crigler-Najjarův syndrom), kdy játra obsahují snížené nebo chybějící enzymy zodpovědné za konjugaci.

Aktivita UDFGT u hepatocelulární žloutenky je udržována na dostatečné úrovni a při cholestáze se dokonce zvyšuje. U novorozenců je aktivita UDFGT nízká.

U lidí je bilirubin přítomen ve žluči převážně jako diglukuronid. Přeměna bilirubinu na monoglukuronid a diglukuronid probíhá ve stejném mikrozomálním glukuronyltransferázovém systému. Při přetížení bilirubinu, například během hemolýzy, se tvoří převážně monoglukuronid, a když se sníží přísun bilirubinu nebo je indukován enzym, obsah diglukuronidu se zvyšuje.

Konjugace s kyselinou glukuronovou je nejdůležitější, ale malé množství bilirubinu je konjugováno se sulfáty, xylózou a glukózou; tyto procesy jsou při cholestáze zesíleny.

V pozdních stádiích cholestatické nebo hepatocelulární žloutenky není bilirubin, a to i přes vysoký obsah bilirubinu v plazmě, v moči detekován. Důvodem je zřejmě tvorba monokonjugovaného bilirubinu typu III, který je kovalentně vázán na albumin. Není filtrován v glomerulech, a proto se v moči neobjevuje. To snižuje praktický význam testů používaných ke stanovení obsahu bilirubinu v moči.

Vylučování bilirubinu do tubulů probíhá prostřednictvím rodiny ATP-dependentních multispecifických proteinů pro transport organických aniontů. Rychlost transportu bilirubinu z plazmy do žluči je určena krokem vylučování bilirubin glukuronidu.

Žlučové kyseliny jsou do žluči transportovány odlišným transportním proteinem. Přítomnost různých mechanismů transportu bilirubinu a žlučových kyselin lze ilustrovat na příkladu Dubin-Johnsonova syndromu, u kterého je vylučování konjugovaného bilirubinu narušeno, ale normální vylučování žlučových kyselin je zachováno. Většina konjugovaného bilirubinu ve žluči se nachází ve směsných micelách obsahujících cholesterol, fosfolipidy a žlučové kyseliny. Význam Golgiho aparátu a mikrofilament cytoskeletu hepatocytů pro intracelulární transport konjugovaného bilirubinu nebyl dosud stanoven.

Bilirubin diglukuronid, který se nachází ve žluči, je rozpustný ve vodě (polární molekula), takže se nevstřebává v tenkém střevě. V tlustém střevě je konjugovaný bilirubin hydrolyzován bakteriálními b-glukuronidázami za vzniku urobilinogenů. Při bakteriální cholangitidě je část bilirubin diglukuronidu hydrolyzována ve žlučovodech s následnou srážením bilirubinu. Tento proces může být důležitý pro tvorbu bilirubinových žlučových kamenů.

Urobilinogen, který má nepolární molekulu, se dobře vstřebává v tenkém střevě a v minimálním množství v tlustém střevě. Malé množství urobilinogenu, které se normálně vstřebává, je znovu vylučováno játry a ledvinami (enterohepatální oběh). Při poruše funkce hepatocytů je narušena jaterní reexkrece urobilinogenu a zvýšena ledvinová exkrece. Tento mechanismus vysvětluje urobilinogenurii u alkoholického onemocnění jater, horečky, srdečního selhání a v raných stádiích virové hepatitidy.