Bilirubiini vahetus

Bilirubiin on heemi lagunemise lõpp-produkt. Suurem osa (80–85%) bilirubiinist moodustub hemoglobiinist ja ainult väike osa teistest heemi sisaldavatest valkudest, näiteks tsütokroom P450-st. Bilirubiin moodustub retikuloendoteliaalsüsteemi rakkudes. Päevas moodustub umbes 300 mg bilirubiini.

Heemi muundamine bilirubiiniks toimub mikrosomaalse ensüümi heemi oksügenaasi abil, mis oma funktsiooniks vajab hapnikku ja NADPH-d. Porfüriini ring lõhustatakse selektiivselt metaanirühma juures positsioonis a. α-metaansilla süsinikuaatom oksüdeeritakse süsinikmonooksiidiks ja silla asemel moodustuvad kaks kaksiksidet väljastpoolt tulevate hapnikumolekulidega. Saadud lineaarne tetrapürrool on struktuurilt IX-alfa-biliverdiin. Seejärel muundatakse see tsütosoolse ensüümi biliverdiini reduktaasi abil IX-alfa-bilirubiiniks. Selle struktuuriga lineaarne tetrapürrool peaks olema vees lahustuv, samas kui bilirubiin on rasvlahustuv aine. Lipiidide lahustuvuse määrab IX-alfa-bilirubiini struktuur - 6 stabiilse molekulisise vesiniksideme olemasolu. Neid sidemeid saab alkoholiga lõhkuda diasoreaktsioonis (van den Bergh), mille käigus konjugeerimata (kaudne) bilirubiin muundatakse konjugeeritud (otseseks). In vivo lõhustatakse stabiilsed vesiniksidemed esterdamise teel glükuroonhappega.

Ligikaudu 20% ringlevast bilirubiinist pärineb muudest allikatest peale küpsete punaste vereliblede heemi. Väike kogus pärineb põrna ja luuüdi ebaküpsetest rakkudest. See kogus suureneb hemolüüsi käigus. Ülejäänud osa moodustub maksas heemi sisaldavatest valkudest, nagu müoglobiin, tsütokroomid ja muud täpsustamata allikad. See fraktsioon suureneb pernitsioosse aneemia, erütropoeetilise uroporfüriini ja Crigler-Najjari sündroomi korral.

Bilirubiini transport ja konjugatsioon maksas

Konjugeerimata bilirubiin plasmas on tihedalt seotud albumiiniga. Ainult väga väike osa bilirubiinist on dialüüsitav, kuid selle tase võib suureneda ainete mõjul, mis konkureerivad bilirubiiniga albumiiniga seondumise pärast (nt rasvhapped või orgaanilised anioonid). See on oluline vastsündinutel, kellel mitmed ravimid (nt sulfoonamiidid ja salitsülaadid) võivad hõlbustada bilirubiini difusiooni ajju ja seega aidata kaasa kernikteruse tekkele.

Maks eritab paljusid orgaanilisi anioone, sealhulgas rasvhappeid, sapphappeid ja teisi sapi mitte-sapphappe komponente, näiteks bilirubiini (vaatamata selle tugevale seondumisele albumiiniga). Uuringud on näidanud, et bilirubiin eraldub albumiinist sinusoidides ja difundeerub läbi vesikihi hepatotsüütide pinnal. Varasemad oletused albumiini retseptorite olemasolu kohta ei ole kinnitust leidnud. Bilirubiin transporditakse läbi plasmamembraani hepatotsüütidesse transportvalkude, näiteks orgaaniliste anioonide transportvalgu ja/või flip-flop mehhanismi abil. Bilirubiini omastamine on väga efektiivne tänu selle kiirele metabolismile maksas glükuronisatsiooni ja sappi sekretsiooni teel ning tsütosoolsete siduvate valkude, näiteks ligandide (glutatioon-8-transferaas), olemasolule.

Konjugeerimata bilirubiin on mittepolaarne (rasvlahustuv) aine. Konjugatsioonireaktsiooni käigus muundatakse see polaarseks (vees lahustuvaks aineks) ja seetõttu saab seda sappi eritada. See reaktsioon toimub mikrosomaalse ensüümi uridiindifosfaatglükuronüültransferaasi (UDPGT) abil, mis muundab konjugeerimata bilirubiini konjugeeritud mono- ja diglükuroniidbilirubiiniks. UPGT on üks mitmest ensüümi isovormist, mis tagab endogeensete metaboliitide, hormoonide ja neurotransmitterite konjugeerimise.

Bilirubiini UDPHT geen asub 2. kromosoomipaaril. Geeni struktuur on keeruline. Kõigis UDPHT isovormides on geeni DNA 3'-otsas asuvad eksonid 2-5 konstantseteks komponentideks. Geeniekspressiooniks on vajalik ühe esimese mitme eksoni osalemine. Seega on bilirubiini-UDFHT isoensüümide 1*1 ja 1*2 moodustumiseks vajalik vastavalt eksonite 1A ja ID osalemine. Isoensüüm 1*1 osaleb peaaegu kogu bilirubiini konjugeerimisel ja isoensüüm 1*2 osaleb peaaegu või üldse mitte. Teised eksonid (IF ja 1G) kodeerivad fenooli-UDFHT isovorme. Seega määrab eksoni 1 ühe järjestuse valik ensüümide substraadi spetsiifilisuse ja omadused.

UDFGT 1*1 edasine ekspressioon sõltub ka iga esimese eksoniga seotud 5'-otsas asuvast promootorpiirkonnast. Promootorpiirkond sisaldab järjestust TATAA.

Geenistruktuuri üksikasjad on olulised konjugeerimata hüperbilirubineemia (Gilberti ja Crigler-Najjari sündroomide) patogeneesi mõistmiseks, kui maksas on konjugatsiooni eest vastutavad ensüümid vähenenud või puuduvad.

UDFGT aktiivsus hepatotsellulaarse ikteruse korral püsib piisaval tasemel ja kolestaasiga isegi suureneb. Vastsündinutel on UDFGT aktiivsus madal.

Inimestel esineb bilirubiin sapis peamiselt diglükuroniidina. Bilirubiini muundumine monoglükuroniidiks ja diglükuroniidiks toimub samas mikrosomaalses glükuronüültransferaasi süsteemis. Bilirubiini ülekoormuse korral, näiteks hemolüüsi ajal, moodustub valdavalt monoglükuroniid ja kui bilirubiini varustus väheneb või ensüüm indutseeritakse, suureneb diglükuroniidi sisaldus.

Kõige olulisem on konjugatsioon glükuroonhappega, kuid väike kogus bilirubiini konjugeeritakse sulfaatide, ksüloosi ja glükoosiga; need protsessid kolestaasis süvenevad.

Kolestaatilise või hepatotsellulaarse ikteruse hilisemates staadiumides, hoolimata kõrgest plasma bilirubiini sisaldusest, ei ole bilirubiini uriinis tuvastatud. Ilmselt on selle põhjuseks monokonjugeeritud III tüüpi bilirubiini teke, mis on kovalentselt seotud albumiiniga. See ei filtreeru glomerulites ja seetõttu ei ilmu uriini. See vähendab uriini bilirubiini sisalduse määramiseks kasutatavate testide praktilist tähtsust.

Bilirubiini eritumine sapijubulitesse toimub ATP-sõltuvate multispetsiifiliste orgaaniliste anioonide transportvalkude perekonna kaudu. Bilirubiini transpordi kiirust plasmast sappi määrab bilirubiini glükuroniidi eritumise etapp.

Sapphappeid transporditakse sappi erineva transportvalgu abil. Bilirubiini ja sapphapete erinevate transpordimehhanismide olemasolu saab illustreerida Dubin-Johnsoni sündroomi näitel, mille puhul konjugeeritud bilirubiini eritumine on häiritud, kuid sapphapete normaalne eritumine säilib. Suurem osa sapis olevast konjugeeritud bilirubiinist asub segamitsellides, mis sisaldavad kolesterooli, fosfolipiide ja sapphappeid. Golgi aparaadi ja hepatotsüütide tsütoskeleti mikrofilamentide tähtsust konjugeeritud bilirubiini rakusisese transpordi jaoks pole veel kindlaks tehtud.

Sapis leiduv bilirubiindiglükuroniid on vees lahustuv (polaarne molekul), seega see peensooles ei imendu. Jämesooles hüdrolüüsivad bakteriaalsed b-glükuronidaasid konjugeeritud bilirubiini urobilinogeenide moodustamiseks. Bakteriaalse kolangiidi korral hüdrolüüsitakse osa bilirubiinidiglükuroniidist sapijuhades, millele järgneb bilirubiini sadenemine. See protsess võib olla oluline bilirubiini sapikivide moodustumisel.

Urobilinogeen, millel on mittepolaarne molekul, imendub hästi peensooles ja minimaalses koguses jämesooles. Väike kogus urobilinogeeni, mis tavaliselt imendub, eritub uuesti maksa ja neerude kaudu (enterohepaatiline tsirkulatsioon). Kui hepatotsüütide funktsioon on häiritud, on urobilinogeeni maksa kaudu taaseritumine häiritud ja neerude kaudu eritumine suureneb. See mehhanism selgitab urobilinogenuuriat alkohoolse maksahaiguse, palaviku, südamepuudulikkuse ja viirushepatiidi algstaadiumis.