Ανταλλαγή χολερυθρίνης

Η χολερυθρίνη είναι το τελικό προϊόν της διάσπασης της αίμης. Το μεγαλύτερο μέρος (80-85%) της χολερυθρίνης σχηματίζεται από την αιμοσφαιρίνη και μόνο ένα μικρό μέρος σχηματίζεται από άλλες πρωτεΐνες που περιέχουν αίμη, όπως το κυτόχρωμα P450. Η χολερυθρίνη σχηματίζεται στα κύτταρα του δικτυοενδοθηλιακού συστήματος. Περίπου 300 mg χολερυθρίνης σχηματίζονται ημερησίως.

Η μετατροπή της αίμης σε χολερυθρίνη περιλαμβάνει το μικροσωμικό ένζυμο οξυγενάση της αίμης, το οποίο απαιτεί οξυγόνο και NADPH για τη λειτουργία του. Ο δακτύλιος πορφυρίνης διασπάται επιλεκτικά στην ομάδα μεθανίου στη θέση a. Το άτομο άνθρακα στη γέφυρα α-μεθανίου οξειδώνεται σε μονοξείδιο του άνθρακα και αντί για τη γέφυρα, σχηματίζονται δύο διπλοί δεσμοί με μόρια οξυγόνου που προέρχονται από έξω. Η προκύπτουσα γραμμική τετραπυρρόλη είναι δομικά IX-άλφα-χολιβερδίνη. Στη συνέχεια μετατρέπεται από την αναγωγάση της χολιβερδίνης, ένα κυτοσολικό ένζυμο, σε IX-άλφα-χολιρουβίνη. Η γραμμική τετραπυρρόλη αυτής της δομής θα πρέπει να είναι υδατοδιαλυτή, ενώ η χολερυθρίνη είναι μια λιποδιαλυτή ουσία. Η διαλυτότητα των λιπιδίων καθορίζεται από τη δομή της IX-άλφα-χολιρουβίνης - την παρουσία 6 σταθερών ενδομοριακών δεσμών υδρογόνου. Αυτοί οι δεσμοί μπορούν να διασπαστούν από την αλκοόλη σε μια διαζωαντίδραση (van den Bergh), στην οποία η μη συζευγμένη (έμμεση) χολερυθρίνη μετατρέπεται σε συζευγμένη (άμεση). In vivo, οι σταθεροί δεσμοί υδρογόνου διασπώνται με εστεροποίηση με γλυκουρονικό οξύ.

Περίπου το 20% της κυκλοφορούσας χολερυθρίνης προέρχεται από πηγές διαφορετικές από την αίμη των ώριμων ερυθρών αιμοσφαιρίων. Μια μικρή ποσότητα προέρχεται από ανώριμα κύτταρα του σπλήνα και του μυελού των οστών. Αυτή η ποσότητα αυξάνεται με την αιμόλυση. Το υπόλοιπο σχηματίζεται στο ήπαρ από πρωτεΐνες που περιέχουν αίμη, όπως η μυοσφαιρίνη, τα κυτοχρώματα και άλλες μη καθορισμένες πηγές. Αυτό το κλάσμα αυξάνεται στην κακοήθη αναιμία, την ερυθροποιητική ουροπορφυρίνη και το σύνδρομο Crigler-Najjar.

Μεταφορά και σύζευξη χολερυθρίνης στο ήπαρ

Η μη συζευγμένη χολερυθρίνη στο πλάσμα συνδέεται στενά με την αλβουμίνη. Μόνο ένα πολύ μικρό ποσοστό της χολερυθρίνης είναι διαλυτό με αιμοκάθαρση, αλλά μπορεί να αυξηθεί υπό την επίδραση ουσιών που ανταγωνίζονται τη χολερυθρίνη για τη σύνδεση με την αλβουμίνη (π.χ. λιπαρά οξέα ή οργανικά ανιόντα). Αυτό είναι σημαντικό στα νεογνά, στα οποία μια σειρά από φάρμακα (π.χ. σουλφοναμίδες και σαλικυλικά) μπορούν να διευκολύνουν τη διάχυση της χολερυθρίνης στον εγκέφαλο και έτσι να συμβάλουν στην ανάπτυξη του πυρηνικού ίκτερου.

Το ήπαρ εκκρίνει πολλά οργανικά ανιόντα, συμπεριλαμβανομένων λιπαρών οξέων, χολικών οξέων και άλλων συστατικών της χολής που δεν είναι χολικά οξέα, όπως η χολερυθρίνη (παρά τη στενή σύνδεσή της με την αλβουμίνη). Μελέτες έχουν δείξει ότι η χολερυθρίνη διαχωρίζεται από την αλβουμίνη στα κολποειδή και διαχέεται μέσω του υδατικού στρώματος στην επιφάνεια των ηπατοκυττάρων. Προηγούμενες υποθέσεις ότι υπάρχουν υποδοχείς αλβουμίνης δεν έχουν επιβεβαιωθεί. Η χολερυθρίνη μεταφέρεται διαμέσου της πλασματικής μεμβράνης στο ηπατοκύτταρο μέσω πρωτεϊνών μεταφοράς, όπως η πρωτεΐνη μεταφοράς οργανικών ανιόντων ή/και μέσω ενός μηχανισμού flip-flop. Η πρόσληψη χολερυθρίνης είναι εξαιρετικά αποτελεσματική λόγω του ταχέως μεταβολισμού της στο ήπαρ μέσω γλυκουρονιδίωσης και έκκρισης στη χολή, και λόγω της παρουσίας κυτοσολικών πρωτεϊνών σύνδεσης όπως οι λιγαντίνες (γλουταθειόνη-8-τρανσφεράση).

Η μη συζευγμένη χολερυθρίνη είναι μια μη πολική (λιποδιαλυτή) ουσία. Στην αντίδραση σύζευξης, μετατρέπεται σε πολική (υδατοδιαλυτή ουσία) και επομένως μπορεί να απεκκριθεί στη χολή. Αυτή η αντίδραση συμβαίνει με τη βοήθεια του μικροσωμικού ενζύμου ουριδινοδιφωσφορική γλυκουρονυλτρανσφεράση (UDPGT), το οποίο μετατρέπει τη μη συζευγμένη χολερυθρίνη σε συζευγμένη μονο- και διγλυκουρονιδική χολερυθρίνη. Η UPGT είναι μία από τις διάφορες ισομορφές του ενζύμου που παρέχουν σύζευξη ενδογενών μεταβολιτών, ορμονών και νευροδιαβιβαστών.

Το γονίδιο UDPHT της χολερυθρίνης βρίσκεται στο 2ο ζεύγος χρωμοσωμάτων. Η δομή του γονιδίου είναι πολύπλοκη. Σε όλες τις ισομορφές UDPHT, τα εξόνια 2-5 στο 3' άκρο του DNA του γονιδίου είναι σταθερά συστατικά. Για την έκφραση γονιδίων, είναι απαραίτητη η εμπλοκή ενός από τα πρώτα εξόνια. Έτσι, για τον σχηματισμό των ισοενζύμων χολερυθρίνης-UDFHT 1*1 και 1*2, είναι απαραίτητη η εμπλοκή των εξονίων 1Α και ID, αντίστοιχα. Το ισοένζυμο 1*1 συμμετέχει στη σύζευξη σχεδόν όλης της χολερυθρίνης, και το ισοένζυμο 1*2 συμμετέχει σχεδόν ή καθόλου. Άλλα εξόνια (IF και 1G) κωδικοποιούν ισομορφές φαινόλης-UDFHT. Έτσι, η επιλογή μιας από τις αλληλουχίες του εξονίου 1 καθορίζει την εξειδίκευση του υποστρώματος και τις ιδιότητες των ενζύμων.

Η περαιτέρω έκφραση του UDFGT 1*1 εξαρτάται επίσης από μια περιοχή υποκινητή στο 5' άκρο που σχετίζεται με καθένα από τα πρώτα εξόνια. Η περιοχή υποκινητή περιέχει την αλληλουχία TATAA.

Οι λεπτομέρειες της γονιδιακής δομής είναι σημαντικές για την κατανόηση της παθογένεσης της μη συζευγμένης υπερχολερυθριναιμίας (σύνδρομα Gilbert και Crigler-Najjar), όταν το ήπαρ περιέχει μειωμένα ή απουσιάζουν ένζυμα υπεύθυνα για τη σύζευξη.

Η δραστικότητα της UDFGT στον ηπατοκυτταρικό ίκτερο διατηρείται σε επαρκές επίπεδο και μάλιστα αυξάνεται στη χολόσταση. Στα νεογνά, η δραστικότητα της UDFGT είναι χαμηλή.

Στους ανθρώπους, η χολερυθρίνη υπάρχει κυρίως στη χολή ως διγλυκουρονίδη. Η μετατροπή της χολερυθρίνης σε μονογλυκουρονίδη και διγλυκουρονίδη συμβαίνει στο ίδιο μικροσωμικό σύστημα γλυκουρονυλτρανσφεράσης. Όταν υπάρχει υπερφόρτωση χολερυθρίνης, όπως κατά την αιμόλυση, σχηματίζεται κυρίως μονογλυκουρονίδη και όταν μειώνεται η παροχή χολερυθρίνης ή επάγεται το ένζυμο, η περιεκτικότητα σε διγλυκουρονίδη αυξάνεται.

Η σύζευξη με γλυκουρονικό οξύ είναι η πιο σημαντική, αλλά μια μικρή ποσότητα χολερυθρίνης συζεύγνυται με θειικά άλατα, ξυλόζη και γλυκόζη· αυτές οι διεργασίες ενισχύονται στη χολόσταση.

Στα τελευταία στάδια του χολοστατικού ή ηπατοκυτταρικού ίκτερου, παρά την υψηλή περιεκτικότητα σε χολερυθρίνη στο πλάσμα, η χολερυθρίνη δεν ανιχνεύεται στα ούρα. Προφανώς, ο λόγος για αυτό είναι ο σχηματισμός χολερυθρίνης τύπου III, μονοσυζευγμένης, η οποία συνδέεται ομοιοπολικά με την αλβουμίνη. Δεν διηθείται στα σπειράματα και, ως εκ τούτου, δεν εμφανίζεται στα ούρα. Αυτό μειώνει την πρακτική σημασία των εξετάσεων που χρησιμοποιούνται για τον προσδιορισμό της περιεκτικότητας σε χολερυθρίνη στα ούρα.

Η απέκκριση της χολερυθρίνης στα σωληνάρια γίνεται μέσω μιας οικογένειας πολυειδικών πρωτεϊνών μεταφοράς οργανικών ανιόντων που εξαρτώνται από το ATP. Ο ρυθμός μεταφοράς χολερυθρίνης από το πλάσμα στη χολή καθορίζεται από το βήμα απέκκρισης γλυκουρονιδίου χολερυθρίνης.

Τα χολικά οξέα μεταφέρονται στη χολή μέσω διαφορετικής πρωτεΐνης μεταφοράς. Η παρουσία διαφορετικών μηχανισμών μεταφοράς χολερυθρίνης και χολικών οξέων μπορεί να καταδειχθεί με το παράδειγμα του συνδρόμου Dubin-Johnson, στο οποίο η απέκκριση της συζευγμένης χολερυθρίνης διαταράσσεται, αλλά διατηρείται η φυσιολογική απέκκριση των χολικών οξέων. Το μεγαλύτερο μέρος της συζευγμένης χολερυθρίνης στη χολή βρίσκεται σε μικτά μικκύλια που περιέχουν χοληστερόλη, φωσφολιπίδια και χολικά οξέα. Η σημασία της συσκευής Golgi και των μικροϊνιδίων του κυτταροσκελετού των ηπατοκυττάρων για την ενδοκυτταρική μεταφορά της συζευγμένης χολερυθρίνης δεν έχει ακόμη τεκμηριωθεί.

Η διγλυκουρονίδη χολερυθρίνης, η οποία βρίσκεται στη χολή, είναι υδατοδιαλυτή (πολικό μόριο), επομένως δεν απορροφάται στο λεπτό έντερο. Στο παχύ έντερο, η συζευγμένη χολερυθρίνη υδρολύεται από βακτηριακές β-γλυκουρονιδάσες για να σχηματίσει ουροχολινογόνα. Στη βακτηριακή χολαγγειίτιδα, μέρος της διγλυκουρονίδης χολερυθρίνης υδρολύεται στους χοληφόρους πόρους με επακόλουθη καθίζηση χολερυθρίνης. Αυτή η διαδικασία μπορεί να είναι σημαντική για τον σχηματισμό χολόλιθων χολερυθρίνης.

Το ουροχολινογόνο, έχοντας ένα μη πολικό μόριο, απορροφάται καλά στο λεπτό έντερο και σε ελάχιστες ποσότητες στο παχύ έντερο. Μια μικρή ποσότητα ουροχολινογόνου, η οποία απορροφάται κανονικά, επανεκκρίνεται από το ήπαρ και τα νεφρά (εντεροηπατική κυκλοφορία). Όταν η λειτουργία των ηπατοκυττάρων είναι μειωμένη, η ηπατική επανέκκριση του ουροχολινογόνου είναι μειωμένη και η νεφρική απέκκριση αυξάνεται. Αυτός ο μηχανισμός εξηγεί την ουροχολινουρία στην αλκοολική ηπατική νόσο, τον πυρετό, την καρδιακή ανεπάρκεια και στα πρώιμα στάδια της ιογενούς ηπατίτιδας.