Bilirubiinin vaihto

Bilirubiini on hemin hajoamisen lopputuote. Suurin osa (80–85 %) bilirubiinista muodostuu hemoglobiinista ja vain pieni osa muista hemiä sisältävistä proteiineista, kuten sytokromi P450:stä. Bilirubiinia muodostuu retikuloendoteliaalijärjestelmän soluissa. Noin 300 mg bilirubiinia muodostuu päivittäin.

Hemin muuntuminen bilirubiiniksi tapahtuu mikrosomaalisen hemioksigenaasientsyymin avulla, joka tarvitsee toimiakseen happea ja NADPH:ta. Porfyriinirengas pilkkoutuu selektiivisesti metaaniryhmän kohdalta a-asemassa. a-metaani-sillan hiiliatomi hapettuu hiilimonoksidiksi, ja sillan sijaan muodostuu kaksi kaksoissidosta ulkopuolelta tulevien happimolekyylien kanssa. Tuloksena oleva lineaarinen tetrapyrroli on rakenteellisesti IX-alfa-biliverdiini. Sitten sytosolinen entsyymi, biliverdiinireduktaasi, muuntaa sen IX-alfa-bilirubiiniksi. Tämän rakenteen omaavan lineaarisen tetrapyrrolin pitäisi olla vesiliukoinen, kun taas bilirubiini on rasvaliukoinen aine. Lipidiliukoisuus määräytyy IX-alfa-bilirubiinin rakenteen perusteella - kuuden stabiilin molekyylinsisäisen vetysidoksen läsnäolon perusteella. Nämä sidokset voidaan rikkoa alkoholilla diatsoreaktiossa (van den Bergh), jossa konjugoimaton (epäsuora) bilirubiini muuttuu konjugoiduksi (suoraksi). In vivo stabiilit vetysidokset katkeavat esteröimällä glukuronihapolla.

Noin 20 % verenkierrossa olevasta bilirubiinista on peräisin muista lähteistä kuin kypsien punasolujen hemistä. Pieni osa on peräisin pernan ja luuytimen kypsymättömistä soluista. Tämä määrä kasvaa hemolyysin myötä. Loput muodostuu maksassa hemiä sisältävistä proteiineista, kuten myoglobiinista, sytokromeista ja muista määrittelemättömistä lähteistä. Tämä osuus on lisääntynyt pernisiöösissä anemiassa, erytropoieettisessa uroporfyriinissä ja Crigler-Najjarin oireyhtymässä.

Bilirubiinin kuljetus ja konjugaatio maksassa

Plasman konjugoimaton bilirubiini on tiukasti sitoutunut albumiiniin. Vain hyvin pieni osa bilirubiinista on dialysoitavissa, mutta sen määrä voi lisääntyä sellaisten aineiden vaikutuksesta, jotka kilpailevat bilirubiinin kanssa albumiiniin sitoutumisesta (esim. rasvahapot tai orgaaniset anionit). Tällä on merkitystä vastasyntyneillä, joilla useat lääkkeet (esim. sulfonamidit ja salisylaatit) voivat edistää bilirubiinin diffuusiota aivoihin ja siten edistää kernikteruksen kehittymistä.

Maksa erittää monia orgaanisia anioneja, mukaan lukien rasvahappoja, sappihappoja ja muita sappinesteen ei-sappisappihappokomponentteja, kuten bilirubiinia (vaikka se sitoutuukin tiukasti albumiiniin). Tutkimukset ovat osoittaneet, että bilirubiini erottuu albumiinista sinusoideissa ja diffundoituu vesipitoisen kerroksen läpi maksasolun pinnalla. Aiempia oletuksia albumiinireseptorien läsnäolosta ei ole vahvistettu. Bilirubiini kuljetetaan plasmakalvon läpi maksasoluihin kuljetusproteiinien, kuten orgaanisen anionin kuljetusproteiinin, ja/tai flip-flop-mekanismin avulla. Bilirubiinin otto on erittäin tehokasta, koska se metaboloituu nopeasti maksassa glukuronidaation ja sappeen erittymisen kautta, ja koska läsnä on sytosolisia sitoutumisproteiineja, kuten ligandiineja (glutationi-8-transferaasi).

Konjugoimaton bilirubiini on pooliton (rasvaliukoinen) aine. Konjugaatioreaktiossa se muuttuu pooliseksi (vesiliukoiseksi) aineeksi ja voi siten erittyä sappeen. Tämä reaktio tapahtuu mikrosomaalisen entsyymin uridiinidifosfaattiglukuronyylitransferaasin (UDPGT) avulla, joka muuntaa konjugoimattoman bilirubiinin konjugoiduksi mono- ja diglukuronidibilirubiiniksi. UPGT on yksi useista entsyymin isoformeista, jotka mahdollistavat endogeenisten metaboliittien, hormonien ja välittäjäaineiden konjugoinnin.

Bilirubiinin UDPHT-geeni sijaitsee toisessa kromosomiparissa. Geenin rakenne on monimutkainen. Kaikissa UDPHT-isoformeissa geeni-DNA:n 3'-päässä olevat eksonit 2–5 ovat vakiokomponentteja. Geenien ilmentymiseen tarvitaan jonkin ensimmäisten eksonien osallistuminen. Siten bilirubiini-UDFHT-isoentsyymien 1*1 ja 1*2 muodostumiseen tarvitaan vastaavasti eksonien 1A ja ID osallistuminen. Isoentsyymi 1*1 osallistuu lähes kaiken bilirubiinin konjugointiin, ja isoentsyymi 1*2 osallistuu lähes tai ei ollenkaan. Muut eksonit (IF ja 1G) koodaavat fenoli-UDFHT-isoformeja. Siten yhden eksonin 1 sekvenssin valinta määrää entsyymien substraattispesifisyyden ja ominaisuudet.

UDFGT 1*1:n ilmentyminen riippuu myös kunkin ensimmäisen eksonin 5'-päässä olevasta promoottorialueesta. Promoottorialue sisältää sekvenssin TATAA.

Geenirakenteen yksityiskohdat ovat tärkeitä konjugoimattoman hyperbilirubinemian (Gilbertin ja Crigler-Najjarin oireyhtymät) patogeneesin ymmärtämiseksi, kun maksassa on vähentyneitä tai puuttuvia konjugaatiosta vastaavia entsyymejä.

UDFGT:n aktiivisuus maksasoluisessa keltataudin hoidossa pysyy riittävällä tasolla ja jopa lisääntyy kolestaasissa. Vastasyntyneillä UDFGT:n aktiivisuus on alhainen.

Ihmisillä bilirubiini esiintyy sapessa pääasiassa diglukuronidina. Bilirubiinin muuntuminen monoglukuronidiksi ja diglukuronidiksi tapahtuu samassa mikrosomaalisessa glukuronyylitransferaasijärjestelmässä. Kun bilirubiinia on liikaa, kuten hemolyysin aikana, muodostuu pääasiassa monoglukuronidia, ja kun bilirubiinin saanti vähenee tai entsyymi indusoituu, diglukuronidipitoisuus kasvaa.

Konjugaatio glukuronihapon kanssa on tärkeintä, mutta pieni määrä bilirubiinia konjugoituu sulfaatteihin, ksyloosiin ja glukoosiin; nämä prosessit tehostuvat kolestaasissa.

Kolestaattisen tai maksasoluisen keltataudin myöhäisissä vaiheissa bilirubiinia ei havaita virtsassa korkeasta plasman bilirubiinipitoisuudesta huolimatta. Ilmeisesti syynä tähän on monokonjugoidun tyypin III bilirubiinin muodostuminen, joka on kovalenttisesti sitoutunut albumiiniin. Se ei suodatu glomeruluksissa eikä siksi näy virtsassa. Tämä vähentää virtsan bilirubiinipitoisuuden määrittämiseen käytettyjen testien käytännön merkitystä.

Bilirubiinin erittyminen tubuluksiin tapahtuu ATP-riippuvaisten, monispesifisten orgaanisten anionien kuljetusproteiinien perheen kautta. Bilirubiinin kuljetusnopeus plasmasta sappeen määräytyy bilirubiiniglukuronidien eritysvaiheen mukaan.

Sappihapot kuljetetaan sappeen eri kuljetusproteiinin avulla. Bilirubiinin ja sappihappojen erilaisten kuljetusmekanismien olemassaoloa voidaan havainnollistaa Dubin-Johnsonin oireyhtymän esimerkillä, jossa konjugoidun bilirubiinin erittyminen on heikentynyt, mutta sappihappojen normaali erittyminen säilyy. Suurin osa sapen konjugoidusta bilirubiinista on sekamiselleissä, jotka sisältävät kolesterolia, fosfolipidejä ja sappihappoja. Golgin laitteen ja maksasolujen sytoskeletonin mikrofilamenttien merkitystä konjugoidun bilirubiinin solunsisäiselle kuljetukselle ei ole vielä selvitetty.

Sappeen erittynyt bilirubiinidiglukuronidi on vesiliukoinen (polaarinen molekyyli), joten se ei imeydy ohutsuoleen. Paksusuolessa bakteerien b-glukuronidaasit hydrolysoivat konjugoituneen bilirubiinin muodostaen urobilinogeenejä. Bakteeriperäisessä sappitiehyiden tulehduksessa osa bilirubiinidiglukuronidista hydrolysoituu sappitiehyissä, minkä jälkeen bilirubiini saostuu. Tämä prosessi voi olla tärkeä bilirubiiniin liittyvien sappikivien muodostumiselle.

Urobilinogeeni, jolla on pooliton molekyyli, imeytyy hyvin ohutsuolesta ja vain vähän paksusuolesta. Pieni määrä urobilinogeenia, joka normaalisti imeytyy, erittyy takaisin maksan ja munuaisten kautta (enterohepaattinen kierto). Kun maksasolujen toiminta on heikentynyt, urobilinogeenin takaisineritys maksaan heikkenee ja erittyminen munuaisten kautta lisääntyy. Tämä mekanismi selittää urobilinogenuriaa alkoholiperäisessä maksasairaudessa, kuumeessa, sydämen vajaatoiminnassa ja virushepatiitin alkuvaiheessa.