Scambio di bilirubina

La bilirubina è il prodotto finale della degradazione dell'eme. La maggior parte (80-85%) della bilirubina è prodotta dall'emoglobina e solo una piccola parte da altre proteine contenenti eme, come il citocromo P450. La bilirubina si forma nelle cellule del sistema reticoloendoteliale. Ogni giorno vengono prodotti circa 300 mg di bilirubina.

La conversione dell'eme in bilirubina coinvolge l'enzima microsomiale eme ossigenasi, che richiede ossigeno e NADPH per la sua funzione. L'anello porfirinico viene scisso selettivamente a livello del gruppo metano in posizione a. L'atomo di carbonio nel ponte α-metano viene ossidato a monossido di carbonio e, al posto del ponte, si formano due doppi legami con molecole di ossigeno provenienti dall'esterno. Il tetrapirrolo lineare risultante è strutturalmente IX-α-biliverdina. Viene quindi convertito dalla biliverdina reduttasi, un enzima citosolico, in IX-α-bilirubina. Il tetrapirrolo lineare di questa struttura dovrebbe essere idrosolubile, mentre la bilirubina è una sostanza liposolubile. La liposolubilità è determinata dalla struttura della IX-α-bilirubina, ovvero dalla presenza di 6 legami idrogeno intramolecolari stabili. Questi legami possono essere rotti dall'alcol in una reazione diazoica (van den Bergh), in cui la bilirubina non coniugata (indiretta) viene convertita in coniugata (diretta). In vivo, i legami idrogeno stabili vengono rotti per esterificazione con acido glucuronico.

Circa il 20% della bilirubina circolante deriva da fonti diverse dall'eme dei globuli rossi maturi. Una piccola quantità proviene dalle cellule immature della milza e del midollo osseo. Questa quantità aumenta con l'emolisi. La restante parte si forma nel fegato a partire da proteine contenenti eme come mioglobina, citocromi e altre fonti non specificate. Questa frazione aumenta nell'anemia perniciosa, nell'uroporfirina eritropoietica e nella sindrome di Crigler-Najjar.

Trasporto e coniugazione della bilirubina nel fegato

La bilirubina non coniugata nel plasma è strettamente legata all'albumina. Solo una piccolissima percentuale di bilirubina è dializzabile, ma può aumentare sotto l'influenza di sostanze che competono con la bilirubina per il legame con l'albumina (ad esempio acidi grassi o anioni organici). Questo è importante nei neonati, nei quali diversi farmaci (ad esempio sulfamidici e salicilati) possono facilitare la diffusione della bilirubina nel cervello e quindi contribuire allo sviluppo del kernittero.

Il fegato secerne molti anioni organici, inclusi acidi grassi, acidi biliari e altri componenti non acidi biliari della bile, come la bilirubina (nonostante il suo forte legame con l'albumina). Studi hanno dimostrato che la bilirubina si separa dall'albumina nei sinusoidi e diffonde attraverso lo strato acquoso sulla superficie degli epatociti. Precedenti ipotesi sulla presenza di recettori per l'albumina non sono state confermate. La bilirubina viene trasportata attraverso la membrana plasmatica nell'epatocita da proteine di trasporto come la proteina di trasporto degli anioni organici e/o da un meccanismo flip-flop. L'assorbimento della bilirubina è altamente efficiente grazie al suo rapido metabolismo nel fegato mediante glucuronidazione e secrezione nella bile, e alla presenza di proteine di legame citosoliche come le ligandine (glutatione-8-transferasi).

La bilirubina non coniugata è una sostanza apolare (liposolubile). Nella reazione di coniugazione, viene convertita in una sostanza polare (idrosolubile) e può quindi essere escreta nella bile. Questa reazione avviene con l'ausilio dell'enzima microsomiale uridina difosfato glucuronil transferasi (UDPGT), che converte la bilirubina non coniugata in bilirubina coniugata mono- e diglucuronide. L'UPGT è una delle diverse isoforme dell'enzima che provvedono alla coniugazione di metaboliti, ormoni e neurotrasmettitori endogeni.

Il gene UDPHT della bilirubina è localizzato sulla seconda coppia di cromosomi. La struttura del gene è complessa. In tutte le isoforme di UDPHT, gli esoni 2-5 all'estremità 3' del DNA genico sono componenti costanti. Per l'espressione genica, è necessario il coinvolgimento di uno dei primi esoni. Pertanto, per la formazione degli isoenzimi bilirubina-UDFHT 1*1 e 1*2, è necessario il coinvolgimento rispettivamente degli esoni 1A e ID. L'isoenzima 1*1 partecipa alla coniugazione di quasi tutta la bilirubina, mentre l'isoenzima 1*2 vi partecipa solo in minima parte o per niente. Altri esoni (IF e 1G) codificano per le isoforme fenolo-UDFHT. Pertanto, la scelta di una delle sequenze dell'esone 1 determina la specificità del substrato e le proprietà degli enzimi.

L'ulteriore espressione di UDFGT 1*1 dipende anche da una regione promotore all'estremità 5' associata a ciascuno dei primi esoni. La regione promotore contiene la sequenza TATAA.

I dettagli della struttura genetica sono importanti per comprendere la patogenesi dell'iperbilirubinemia non coniugata (sindromi di Gilbert e Crigler-Najjar), quando nel fegato sono presenti enzimi responsabili della coniugazione ridotti o assenti.

L'attività dell'UDFGT nell'ittero epatocellulare si mantiene a un livello sufficiente e aumenta addirittura in caso di colestasi. Nei neonati, l'attività dell'UDFGT è bassa.

Nell'uomo, la bilirubina è presente nella bile principalmente come diglucuronide. La conversione della bilirubina in monoglucuronide e diglucuronide avviene nello stesso sistema glucuroniltransferasi microsomiale. In caso di sovraccarico di bilirubina, come durante l'emolisi, si forma prevalentemente monoglucuronide, mentre quando l'apporto di bilirubina diminuisce o l'enzima viene indotto, il contenuto di diglucuronide aumenta.

La coniugazione con l'acido glucuronico è la più importante, ma una piccola quantità di bilirubina viene coniugata con solfati, xilosio e glucosio; questi processi sono potenziati nella colestasi.

Nelle fasi avanzate dell'ittero colestatico o epatocellulare, nonostante l'elevato contenuto di bilirubina plasmatica, la bilirubina non viene rilevata nelle urine. Apparentemente, la causa è la formazione di bilirubina di tipo III, monoconiugata, legata covalentemente all'albumina. Non viene filtrata nei glomeruli e, pertanto, non compare nelle urine. Ciò riduce l'importanza pratica dei test utilizzati per determinare il contenuto di bilirubina nelle urine.

L'escrezione della bilirubina nei tubuli avviene tramite una famiglia di proteine di trasporto multispecifiche di anioni organici ATP-dipendenti. La velocità di trasporto della bilirubina dal plasma alla bile è determinata dalla fase di escrezione della bilirubina glucuronide.

Gli acidi biliari sono trasportati nella bile da una diversa proteina di trasporto. La presenza di diversi meccanismi di trasporto della bilirubina e degli acidi biliari può essere illustrata dall'esempio della sindrome di Dubin-Johnson, in cui l'escrezione di bilirubina coniugata è compromessa, ma la normale escrezione di acidi biliari è preservata. La maggior parte della bilirubina coniugata nella bile si trova in micelle miste contenenti colesterolo, fosfolipidi e acidi biliari. L'importanza dell'apparato di Golgi e dei microfilamenti del citoscheletro degli epatociti per il trasporto intracellulare della bilirubina coniugata non è ancora stata stabilita.

La bilirubina diglucuronide, presente nella bile, è idrosolubile (molecola polare), quindi non viene assorbita nell'intestino tenue. Nell'intestino crasso, la bilirubina coniugata viene idrolizzata dalle β-glucuronidasi batteriche per formare urobilinogeni. Nella colangite batterica, parte della bilirubina diglucuronide viene idrolizzata nei dotti biliari con successiva precipitazione della bilirubina. Questo processo può essere importante per la formazione di calcoli biliari di bilirubina.

L'urobilinogeno, essendo una molecola apolare, è ben assorbito nell'intestino tenue e in quantità minime nell'intestino crasso. Una piccola quantità di urobilinogeno, normalmente assorbita, viene riescreta dal fegato e dai reni (circolo enteroepatico). Quando la funzionalità degli epatociti è compromessa, la riescrezione epatica dell'urobilinogeno è compromessa e l'escrezione renale aumenta. Questo meccanismo spiega l'urobilinogenuria nell'epatopatia alcolica, nella febbre, nell'insufficienza cardiaca e nelle fasi iniziali dell'epatite virale.