การแลกเปลี่ยนบิลิรูบิน

บิลิรูบินคือผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายของการสลายฮีม บิลิรูบินส่วนใหญ่ (80-85%) ก่อตัวจากฮีโมโกลบิน และมีเพียงส่วนเล็กน้อยเท่านั้นที่ก่อตัวจากโปรตีนอื่นๆ ที่ประกอบด้วยฮีม เช่น ไซโตโครม P450 บิลิรูบินก่อตัวในเซลล์ของระบบเรติคูโลเอนโดทีเลียล บิลิรูบินจะก่อตัวประมาณ 300 มก. ต่อวัน

การแปลงฮีมเป็นบิลิรูบินเกี่ยวข้องกับเอนไซม์ไมโครโซมที่เรียกว่าฮีมออกซิเจเนส ซึ่งต้องการออกซิเจนและ NADPH เพื่อทำหน้าที่ของมัน วงแหวนพอร์ฟีรินจะถูกแยกออกอย่างเลือกสรรที่กลุ่มมีเทนในตำแหน่ง a อะตอมคาร์บอนในสะพานอัลฟา-มีเทนจะถูกออกซิไดซ์เป็นคาร์บอนมอนอกไซด์ และแทนที่จะเป็นสะพานนั้น จะมีพันธะคู่สองพันธะเกิดขึ้นโดยมีโมเลกุลออกซิเจนมาจากภายนอก เททราไพร์โรลเชิงเส้นที่ได้จะมีโครงสร้างเป็น IX-อัลฟา-บิลิเวอร์ดิน จากนั้นจะถูกแปลงโดยบิลิเวอร์ดินรีดักเตส ซึ่งเป็นเอนไซม์ในไซโทซอล เป็น IX-อัลฟา-บิลิรูบิน เททราไพร์โรลเชิงเส้นของโครงสร้างนี้ควรละลายน้ำได้ ในขณะที่บิลิรูบินเป็นสารที่ละลายในไขมันได้ ความสามารถในการละลายของไขมันถูกกำหนดโดยโครงสร้างของ IX-อัลฟา-บิลิรูบิน ซึ่งก็คือการมีพันธะไฮโดรเจนภายในโมเลกุลที่เสถียร 6 พันธะ พันธะเหล่านี้สามารถถูกทำลายได้โดยแอลกอฮอล์ในปฏิกิริยาไดอะโซ (แวนเดนเบิร์ก) ซึ่งบิลิรูบินที่ไม่ได้จับคู่ (ทางอ้อม) จะถูกแปลงเป็นคู่ (โดยตรง) ในร่างกาย พันธะไฮโดรเจนที่เสถียรจะถูกทำลายโดยเอสเทอริฟิเคชันกับกรดกลูคูโรนิก

ประมาณ 20% ของบิลิรูบินที่ไหลเวียนอยู่ในกระแสเลือดมาจากแหล่งอื่นที่ไม่ใช่ฮีมของเซลล์เม็ดเลือดแดงที่โตเต็มที่ ส่วนบิลิรูบินอีกเล็กน้อยมาจากเซลล์ที่ยังไม่โตเต็มที่ของม้ามและไขกระดูก ซึ่งบิลิรูบินนี้จะเพิ่มขึ้นเมื่อเม็ดเลือดแดงแตก ส่วนที่เหลือจะถูกสร้างขึ้นในตับจากโปรตีนที่มีฮีม เช่น ไมโอโกลบิน ไซโตโครม และแหล่งอื่นๆ ที่ไม่ได้ระบุ บิลิรูบินส่วนนี้จะเพิ่มขึ้นในโรคโลหิตจางร้ายแรง ยูโรพอฟีรินจากเม็ดเลือดแดง และกลุ่มอาการคริกเลอร์-นัจจาร์

การขนส่งและการเชื่อมโยงของบิลิรูบินในตับ

บิลิรูบินที่ไม่ถูกจับในพลาสมาจะจับกับอัลบูมินอย่างแน่นหนา บิลิรูบินสามารถฟอกไตได้ในปริมาณเพียงเล็กน้อยเท่านั้น แต่บิลิรูบินอาจเพิ่มขึ้นได้ภายใต้อิทธิพลของสารที่แข่งขันกับบิลิรูบินเพื่อจับกับอัลบูมิน (เช่น กรดไขมันหรือแอนไอออนอินทรีย์) ซึ่งมีความสำคัญในทารกแรกเกิด เนื่องจากยาบางชนิด (เช่น ซัลโฟนาไมด์และซาลิไซเลต) สามารถช่วยให้บิลิรูบินแพร่กระจายเข้าไปในสมองได้ จึงส่งผลให้เกิดโรคเคอร์นิกเทอรัส

ตับหลั่งสารแอนไอออนอินทรีย์หลายชนิด รวมทั้งกรดไขมัน กรดน้ำดี และส่วนประกอบอื่นๆ ที่ไม่ใช่กรดน้ำดีของน้ำดี เช่น บิลิรูบิน (แม้ว่าจะจับกับอัลบูมินได้แน่นหนา) จากการศึกษาพบว่าบิลิรูบินแยกตัวออกจากอัลบูมินในไซนัสซอยด์และแพร่กระจายผ่านชั้นน้ำบนพื้นผิวของเซลล์ตับ ข้อเสนอแนะก่อนหน้านี้ที่ระบุว่าพบตัวรับอัลบูมินนั้นยังไม่ได้รับการยืนยัน บิลิรูบินถูกขนส่งผ่านเยื่อหุ้มพลาสมาเข้าสู่เซลล์ตับโดยโปรตีนขนส่ง เช่น โปรตีนขนส่งแอนไอออนอินทรีย์ และ/หรือโดยกลไกฟลิปฟลอป การดูดซึมบิลิรูบินมีประสิทธิภาพสูงเนื่องจากการเผาผลาญอย่างรวดเร็วในตับโดยการกลูโคโรนิเดชันและการหลั่งลงในน้ำดี และเนื่องจากมีโปรตีนจับกับไซโทซอล เช่น ลิแกนดิน (กลูตาไธโอน-8-ทรานสเฟอเรส)

บิลิรูบินที่ไม่ถูกจับคู่กับสารอื่นเป็นสารที่ไม่มีขั้ว (ละลายในไขมัน) ในปฏิกิริยาการจับคู่กับสารอื่น สารนี้จะถูกเปลี่ยนเป็นสารที่มีขั้ว (ละลายในน้ำ) และสามารถขับออกมาในน้ำดีได้ ปฏิกิริยานี้เกิดขึ้นด้วยความช่วยเหลือของเอนไซม์ไมโครโซม ยูริดีนไดฟอสเฟตกลูคูโรนิลทรานสเฟอเรส (UDPGT) ซึ่งจะเปลี่ยนบิลิรูบินที่ไม่ถูกจับคู่กับสารอื่นเป็นบิลิรูบินโมโน- และไดกลูคูโรไนด์ที่จับคู่กับสารอื่น UPGT เป็นหนึ่งในหลายไอโซฟอร์มของเอนไซม์ที่ทำหน้าที่จับคู่เมตาบอไลต์ภายในร่างกาย ฮอร์โมน และสารสื่อประสาท

ยีน UDPHT ของบิลิรูบินอยู่บนโครโมโซมคู่ที่ 2 โครงสร้างของยีนมีความซับซ้อน ในไอโซฟอร์ม UDPHT ทั้งหมด เอ็กซอน 2-5 ที่ปลาย 3' ของยีน DNA เป็นส่วนประกอบคงที่ สำหรับการแสดงออกของยีน จำเป็นต้องมีเอ็กซอนแรกๆ หนึ่งในหลายเอ็กซอนเข้ามาเกี่ยวข้อง ดังนั้น เพื่อสร้างไอโซเอนไซม์บิลิรูบิน-UDFHT 1*1 และ 1*2 จำเป็นต้องมีเอ็กซอน 1A และ ID เข้ามาเกี่ยวข้องตามลำดับ ไอโซเอนไซม์ 1*1 มีส่วนร่วมในการเชื่อมโยงของบิลิรูบินเกือบทั้งหมด และไอโซเอนไซม์ 1*2 มีส่วนร่วมเกือบทั้งหมดหรือไม่มีส่วนร่วมเลย เอ็กซอนอื่นๆ (IF และ 1G) เข้ารหัสไอโซฟอร์มฟีนอล-UDFHT ดังนั้น การเลือกลำดับหนึ่งของเอ็กซอน 1 จะกำหนดความจำเพาะของสารตั้งต้นและคุณสมบัติของเอนไซม์

การแสดงออกเพิ่มเติมของ UDFGT 1*1 ยังขึ้นอยู่กับบริเวณโปรโมเตอร์ที่ปลาย 5' ซึ่งสัมพันธ์กับแต่ละเอ็กซอนแรกด้วย บริเวณโปรโมเตอร์ประกอบด้วยลำดับ TATAA

รายละเอียดของโครงสร้างยีนมีความสำคัญต่อการทำความเข้าใจพยาธิสภาพของภาวะบิลิรูบินในเลือดสูงแบบไม่จับคู่ (กลุ่มอาการ Gilbert และ Crigler-Najjar) ซึ่งเกิดขึ้นเมื่อตับมีเอนไซม์ที่ทำหน้าที่จับคู่ลดลงหรือไม่มีเลย

กิจกรรมของ UDFGT ในภาวะดีซ่านในเซลล์ตับจะคงอยู่ที่ระดับที่เพียงพอ และอาจมีการคั่งน้ำดีเพิ่มขึ้นด้วย ในทารกแรกเกิด กิจกรรมของ UDFGT จะต่ำ

ในมนุษย์ บิลิรูบินมีอยู่ในน้ำดีเป็นส่วนใหญ่ในรูปของไดกลูคูโรไนด์ การเปลี่ยนบิลิรูบินเป็นโมโนกลูคูโรไนด์และไดกลูคูโรไนด์เกิดขึ้นในระบบไมโครโซมกลูคูโรไนล์ทรานสเฟอเรสเดียวกัน เมื่อมีบิลิรูบินมากเกินไป เช่น ในระหว่างการแตกของเม็ดเลือด โมโนกลูคูโรไนด์จะก่อตัวขึ้นเป็นส่วนใหญ่ และเมื่อปริมาณบิลิรูบินลดลงหรือเอนไซม์ถูกเหนี่ยวนำ ปริมาณไดกลูคูโรไนด์จะเพิ่มขึ้น

การจับคู่กับกรดกลูคูโรนิกมีความสำคัญที่สุด แต่บิลิรูบินจำนวนเล็กน้อยจะจับคู่กับซัลเฟต ไซโลส และกลูโคส ซึ่งกระบวนการเหล่านี้จะเพิ่มมากขึ้นในภาวะท่อน้ำดีอุดตัน

ในระยะท้ายของโรคดีซ่านจากภาวะคั่งน้ำดีหรือโรคดีซ่านในเซลล์ตับ แม้จะมีบิลิรูบินในพลาสมาในปริมาณสูง แต่ก็ไม่พบบิลิรูบินในปัสสาวะ สาเหตุน่าจะมาจากการก่อตัวของบิลิรูบินชนิดที่ 3 โมโนคอนจูเกต ซึ่งจับกับอัลบูมินแบบโควาเลนต์ บิลิรูบินไม่ถูกกรองในไต จึงไม่ปรากฏในปัสสาวะ ทำให้การทดสอบที่ใช้เพื่อกำหนดปริมาณบิลิรูบินในปัสสาวะมีความสำคัญน้อยลง

การขับถ่ายบิลิรูบินเข้าไปในหลอดไตเกิดขึ้นผ่านโปรตีนขนส่งแอนไอออนอินทรีย์แบบหลายจำเพาะที่ขึ้นอยู่กับ ATP อัตราการขนส่งบิลิรูบินจากพลาสมาไปยังน้ำดีถูกกำหนดโดยขั้นตอนการขับถ่ายบิลิรูบินกลูคูโรไนด์

กรดน้ำดีจะถูกขนส่งเข้าไปในน้ำดีโดยโปรตีนขนส่งที่แตกต่างกัน การมีอยู่ของกลไกการขนส่งบิลิรูบินและกรดน้ำดีที่แตกต่างกันสามารถอธิบายได้จากตัวอย่างของกลุ่มอาการ Dubin-Johnson ซึ่งการขับถ่ายบิลิรูบินคอนจูเกตจะบกพร่อง แต่การขับถ่ายกรดน้ำดีจะคงอยู่ตามปกติ บิลิรูบินคอนจูเกตส่วนใหญ่ในน้ำดีอยู่ในไมเซลล์ผสมที่มีคอเลสเตอรอล ฟอสโฟลิปิด และกรดน้ำดี ความสำคัญของอุปกรณ์กอลจิและไมโครฟิลาเมนต์ของโครงร่างของเซลล์ตับสำหรับการขนส่งบิลิรูบินคอนจูเกตภายในเซลล์ยังไม่ได้รับการพิสูจน์

บิลิรูบินไดกลูคูโรไนด์ ซึ่งพบในน้ำดี ละลายน้ำได้ (โมเลกุลที่มีขั้ว) จึงไม่ดูดซึมในลำไส้เล็ก ในลำไส้ใหญ่ บิลิรูบินคอนจูเกตจะถูกไฮโดรไลซ์โดยแบคทีเรียบีกลูคูโรไนเดสเพื่อสร้างยูโรบิลิโนเจน ในโรคท่อน้ำดีอักเสบจากแบคทีเรีย ส่วนหนึ่งของบิลิรูบินไดกลูคูโรไนด์จะถูกไฮโดรไลซ์ในท่อน้ำดี จากนั้นบิลิรูบินจะตกตะกอนตามมา กระบวนการนี้อาจมีความสำคัญต่อการก่อตัวของนิ่วในถุงน้ำดีจากบิลิรูบิน

ยูโรบิลิโนเจนซึ่งมีโมเลกุลที่ไม่มีขั้วจะถูกดูดซึมได้ดีในลำไส้เล็กและในปริมาณเล็กน้อยในลำไส้ใหญ่ ยูโรบิลิโนเจนจำนวนเล็กน้อยซึ่งปกติจะถูกดูดซึมจะถูกขับออกอีกครั้งโดยตับและไต (การไหลเวียนของลำไส้และตับ) เมื่อการทำงานของเซลล์ตับบกพร่อง การขับยูโรบิลิโนเจนกลับเข้าไปในตับก็จะบกพร่องและการขับออกทางไตจะเพิ่มขึ้น กลไกนี้อธิบายยูโรบิลิโนเจนในปัสสาวะในโรคตับจากแอลกอฮอล์ ไข้ หัวใจล้มเหลว และในระยะเริ่มต้นของโรคตับอักเสบจากไวรัส