Bilirubine-uitwisseling

Bilirubine is het eindproduct van de afbraak van heem. Het grootste deel (80-85%) van bilirubine wordt gevormd uit hemoglobine en slechts een klein deel uit andere heembevattende eiwitten, zoals cytochroom P450. Bilirubine wordt gevormd in de cellen van het reticulo-endotheliale systeem. Dagelijks wordt ongeveer 300 mg bilirubine gevormd.

De omzetting van heem in bilirubine gebeurt via het microsomale enzym heemoxygenase, dat zuurstof en NADPH nodig heeft voor zijn functie. De porfyrinering wordt selectief gesplitst op de methaangroep op positie a. Het koolstofatoom in de a-methaanbrug wordt geoxideerd tot koolmonoxide, en in plaats van de brug worden twee dubbele bindingen gevormd met zuurstofmoleculen van buitenaf. De resulterende lineaire tetrapyrrool is structureel IX-alfa-biliverdine. Het wordt vervolgens door biliverdinereductase, een cytosolisch enzym, omgezet in IX-alfa-bilirubine. Lineaire tetrapyrrool met deze structuur zou wateroplosbaar moeten zijn, terwijl bilirubine een vetoplosbare stof is. De lipideoplosbaarheid wordt bepaald door de structuur van IX-alfa-bilirubine - de aanwezigheid van 6 stabiele intramoleculaire waterstofbruggen. Deze bindingen kunnen door alcohol worden verbroken in een diazoreactie (van den Bergh), waarbij ongeconjugeerd (indirect) bilirubine wordt omgezet in geconjugeerd (direct). In vivo worden stabiele waterstofbruggen verbroken door verestering met glucuronzuur.

Ongeveer 20% van het circulerende bilirubine is afkomstig van andere bronnen dan heem van rijpe rode bloedcellen. Een kleine hoeveelheid is afkomstig van onrijpe cellen van de milt en het beenmerg. Deze hoeveelheid neemt toe met hemolyse. De rest wordt in de lever gevormd uit heembevattende eiwitten zoals myoglobine, cytochromen en andere, niet nader gespecificeerde bronnen. Deze fractie is verhoogd bij pernicieuze anemie, erytropoëtisch uroporfyrine en het Crigler-Najjar-syndroom.

Transport en conjugatie van bilirubine in de lever

Ongeconjugeerd bilirubine in plasma is sterk gebonden aan albumine. Slechts een zeer klein deel van het bilirubine is dialyseerbaar, maar het kan toenemen onder invloed van stoffen die concurreren met bilirubine om binding aan albumine (bijv. vetzuren of organische anionen). Dit is van belang bij pasgeborenen, bij wie een aantal geneesmiddelen (bijv. sulfonamiden en salicylaten) de diffusie van bilirubine naar de hersenen kunnen vergemakkelijken en zo kunnen bijdragen aan de ontwikkeling van kernicterus.

De lever scheidt veel organische anionen af, waaronder vetzuren, galzuren en andere niet-galzuurcomponenten van gal, zoals bilirubine (ondanks de sterke binding aan albumine). Studies hebben aangetoond dat bilirubine in de sinusoïden van albumine wordt gescheiden en door de waterige laag op het oppervlak van de hepatocyt diffundeert. Eerdere suggesties dat er albuminereceptoren aanwezig zijn, zijn niet bevestigd. Bilirubine wordt door het plasmamembraan de hepatocyt in getransporteerd door transporteiwitten zoals organische aniontransporteiwitten en/of door een flip-flopmechanisme. De opname van bilirubine is zeer efficiënt vanwege de snelle stofwisseling in de lever door glucuronidatie en secretie in gal, en vanwege de aanwezigheid van cytosolische bindende eiwitten zoals ligandinen (glutathion-8-transferase).

Ongeconjugeerd bilirubine is een apolaire (in vet oplosbare) stof. Tijdens de conjugatiereactie wordt het omgezet in een polaire (in water oplosbare) stof en kan daarom via de gal worden uitgescheiden. Deze reactie vindt plaats met behulp van het microsomale enzym uridinedifosfaatglucuronyltransferase (UDPGT), dat ongeconjugeerd bilirubine omzet in geconjugeerd mono- en diglucuronidebilirubine. UPGT is een van de isovormen van het enzym die zorgen voor de conjugatie van endogene metabolieten, hormonen en neurotransmitters.

Het UDPHT-gen van bilirubine bevindt zich op het tweede chromosomenpaar. De structuur van het gen is complex. In alle UDPHT-isovormen zijn exonen 2-5 aan het 3'-uiteinde van het gen-DNA constante componenten. Voor genexpressie is de betrokkenheid van één van de eerste paar exonen noodzakelijk. Voor de vorming van bilirubine-UDFHT-iso-enzymen 1*1 en 1*2 is dus de betrokkenheid van respectievelijk exonen 1A en ID noodzakelijk. Iso-enzym 1*1 neemt deel aan de conjugatie van bijna alle bilirubine, en iso-enzym 1*2 doet dit bijna of helemaal niet. Andere exonen (IF en 1G) coderen voor fenol-UDFHT-isovormen. De keuze van één van de sequenties van exon 1 bepaalt dus de substraatspecificiteit en eigenschappen van de enzymen.

Verdere expressie van UDFGT 1*1 is ook afhankelijk van een promotorregio aan het 5'-uiteinde, geassocieerd met elk van de eerste exonen. De promotorregio bevat de sequentie TATAA.

Details van de genstructuur zijn belangrijk voor het begrijpen van de pathogenese van ongeconjugeerde hyperbilirubinemie (syndromen van Gilbert en Crigler-Najjar), waarbij de lever minder of helemaal geen enzymen bevat die verantwoordelijk zijn voor de conjugatie.

De activiteit van UDFGT bij hepatocellulaire geelzucht blijft op een voldoende niveau en neemt zelfs toe bij cholestase. Bij pasgeborenen is de activiteit van UDFGT laag.

Bij mensen is bilirubine voornamelijk in de gal aanwezig als diglucuronide. De omzetting van bilirubine in monoglucuronide en diglucuronide vindt plaats via hetzelfde microsomale glucuronyltransferasesysteem. Bij een overmaat aan bilirubine, zoals tijdens hemolyse, wordt voornamelijk monoglucuronide gevormd, en wanneer de bilirubineaanvoer afneemt of het enzym geïnduceerd wordt, neemt het diglucuronidegehalte toe.

De conjugatie met glucuronzuur is het belangrijkst, maar een kleine hoeveelheid bilirubine is geconjugeerd met sulfaten, xylose en glucose; deze processen zijn versterkt bij cholestase.

In de late stadia van cholestatische of hepatocellulaire geelzucht wordt, ondanks het hoge plasmabilirubinegehalte, geen bilirubine in de urine aangetroffen. De reden hiervoor is kennelijk de vorming van monogeconjugeerd bilirubine type III, dat covalent gebonden is aan albumine. Het wordt niet gefilterd in de glomeruli en komt daarom niet in de urine voor. Dit vermindert de praktische relevantie van de tests die worden gebruikt om het bilirubinegehalte in de urine te bepalen.

Bilirubine-uitscheiding in de tubuli vindt plaats via een familie van ATP-afhankelijke multispecifieke organische aniontransporteiwitten. De snelheid van bilirubinetransport van plasma naar gal wordt bepaald door de bilirubineglucuronide-uitscheidingsstap.

Galzuren worden door een ander transporteiwit naar de gal getransporteerd. De aanwezigheid van verschillende transportmechanismen voor bilirubine en galzuren kan worden geïllustreerd aan de hand van het Dubin-Johnson-syndroom, waarbij de uitscheiding van geconjugeerd bilirubine verstoord is, maar de normale uitscheiding van galzuren behouden blijft. Het grootste deel van het geconjugeerde bilirubine in gal bevindt zich in gemengde micellen die cholesterol, fosfolipiden en galzuren bevatten. Het belang van het Golgi-apparaat en de microfilamenten van het hepatocytencytoskelet voor het intracellulaire transport van geconjugeerd bilirubine is nog niet vastgesteld.

Bilirubinediglucuronide, dat in gal voorkomt, is wateroplosbaar (polair molecuul) en wordt daarom niet in de dunne darm opgenomen. In de dikke darm wordt geconjugeerd bilirubine door bacteriële β-glucuronidasen gehydrolyseerd tot urobilinogenen. Bij bacteriële cholangitis wordt een deel van het bilirubinediglucuronide in de galwegen gehydrolyseerd, waarna bilirubine ontstaat. Dit proces kan van belang zijn voor de vorming van bilirubinegalstenen.

Urobilinogeen, een apolair molecuul, wordt goed geabsorbeerd in de dunne darm en in minimale hoeveelheden in de dikke darm. Een kleine hoeveelheid urobilinogeen, die normaal gesproken wordt geabsorbeerd, wordt door de lever en de nieren uitgescheiden (enterohepatische circulatie). Wanneer de functie van hepatocyten verstoord is, wordt de heruitscheiding van urobilinogeen via de lever verstoord en neemt de uitscheiding via de nieren toe. Dit mechanisme verklaart urobilinogeenurie bij alcoholische leveraandoeningen, koorts, hartfalen en in de vroege stadia van virale hepatitis.