تبادل البيليروبين

البيليروبين هو الناتج النهائي لتحلل الهيم. يتكون معظم البيليروبين (80-85%) من الهيموغلوبين، بينما يتكون جزء صغير فقط من بروتينات أخرى تحتوي على الهيم، مثل السيتوكروم P450. يتكون البيليروبين في خلايا الجهاز الشبكي البطاني. يتم إنتاج حوالي 300 ملغ من البيليروبين يوميًا.

يتضمن تحويل الهيم إلى بيليروبين إنزيم هيم أوكسيجيناز الميكروسومي، والذي يتطلب الأكسجين وNADPH لأداء وظيفته. تنفصل حلقة البورفيرين بشكل انتقائي عند مجموعة الميثان في الموضع أ. تتأكسد ذرة الكربون في جسر ألفا-ميثان إلى أول أكسيد الكربون، وبدلاً من الجسر، تتشكل رابطتان مزدوجتان مع جزيئات الأكسجين القادمة من الخارج. يكون رباعي بيرول الخطي الناتج هيكليًا IX-ألفا-بيليفيردين. ثم يتحول بواسطة إنزيم بيليفيردين ريدوكتاز، وهو إنزيم سيتوبلازمي، إلى IX-ألفا-بيليروبين. يجب أن يكون رباعي بيرول الخطي ذو هذا الهيكل قابلًا للذوبان في الماء، بينما البيليروبين مادة قابلة للذوبان في الدهون. يتم تحديد ذوبان الدهون من خلال بنية IX-ألفا-بيليروبين - وجود ست روابط هيدروجينية مستقرة داخل الجزيء. يمكن كسر هذه الروابط بالكحول في تفاعل ديازو (فان دن بيرغ)، حيث يتحول البيليروبين غير المقترن (غير المباشر) إلى بيليروبين مقترن (مباشر). في الجسم الحي، تُكسر الروابط الهيدروجينية المستقرة عن طريق الأسترة بحمض الجلوكورونيك.

يُشتق حوالي ٢٠٪ من البيليروبين الدائر من مصادر أخرى غير الهيم الموجود في خلايا الدم الحمراء الناضجة. وتأتي كمية صغيرة منه من الخلايا غير الناضجة في الطحال ونخاع العظم. تزداد هذه الكمية مع انحلال الدم. أما الباقي فيتكون في الكبد من بروتينات تحتوي على الهيم، مثل الميوغلوبين والسيتوكرومات، ومصادر أخرى غير محددة. تزداد هذه النسبة في فقر الدم الخبيث، واليوروبورفيرين المُكَوِّن للكريات الحمراء، ومتلازمة كريجلر-ناجار.

نقل واقتران البيليروبين في الكبد

يرتبط البيليروبين غير المقترن في البلازما ارتباطًا وثيقًا بالألبومين. نسبة ضئيلة جدًا من البيليروبين قابلة للتحليل، ولكنها قد تزداد بتأثير مواد تتنافس مع البيليروبين على الارتباط بالألبومين (مثل الأحماض الدهنية أو الأنيونات العضوية). يُعد هذا الأمر بالغ الأهمية لدى حديثي الولادة، حيث يُمكن لعدد من الأدوية (مثل السلفوناميدات والساليسيلات) أن تُسهّل انتشار البيليروبين إلى الدماغ، مما يُسهم في تطور اليرقان النووي.

يُفرز الكبد العديد من الأنيونات العضوية، بما في ذلك الأحماض الدهنية والأحماض الصفراوية ومكونات أخرى غير صفراوية في العصارة الصفراوية، مثل البيليروبين (على الرغم من ارتباطه الوثيق بالألبومين). وقد أظهرت الدراسات أن البيليروبين ينفصل عن الألبومين في الجيوب الأنفية وينتشر عبر الطبقة المائية على سطح الخلايا الكبدية. ولم تُؤكَّد الاقتراحات السابقة بوجود مستقبلات الألبومين. يُنقل البيليروبين عبر الغشاء البلازمي إلى الخلايا الكبدية بواسطة بروتينات نقل، مثل بروتين نقل الأنيونات العضوية، أو من خلال آلية التقلّب. ويتميز امتصاص البيليروبين بكفاءة عالية نظرًا لسرعة أيضه في الكبد عن طريق الجلوكورونيد وإفرازه في العصارة الصفراوية، ولوجود بروتينات ربط سيتوبلازمية مثل الليغاندينات (الجلوتاثيون-8-ترانسفيراز).

البيليروبين غير المقترن مادة غير قطبية (قابلة للذوبان في الدهون). في تفاعل الاقتران، يتحول إلى مادة قطبية (قابلة للذوبان في الماء)، وبالتالي يُفرز في الصفراء. يحدث هذا التفاعل بمساعدة إنزيم يوريدين ثنائي فوسفات غلوكورونيل ترانسفيراز (UDPGT) الميكروسومي، الذي يحول البيليروبين غير المقترن إلى بيليروبين أحادي وثنائي غلوكورونيد مقترن. يُعد UPGT أحد الأشكال المتماثلة للإنزيم التي تُوفر اقترانًا للمستقلبات الداخلية والهرمونات والنواقل العصبية.

يقع جين UDPHT للبيليروبين على الزوج الثاني من الكروموسومات. بنية الجين معقدة. في جميع أشكال UDPHT، تكون الإكسونات من 2 إلى 5 في الطرف 3' من الحمض النووي للجين مكونات ثابتة. للتعبير الجيني، يلزم إشراك أحد الإكسونات الأولى. وبالتالي، لتكوين إنزيمات البيليروبين-UDFHT المتماثلة 1*1 و1*2، يلزم إشراك الإكسونين 1A وID، على التوالي. يشارك الإيزونزيم 1*1 في اقتران جميع البيليروبين تقريبًا، بينما يشارك الإيزونزيم 1*2 تقريبًا أو لا يشارك على الإطلاق. تُشفِّر إكسونات أخرى (IF و1G) أشكال الفينول-UDFHT المتماثلة. وبالتالي، فإن اختيار أحد تسلسلات الإكسون 1 يحدد خصوصية الركيزة وخصائص الإنزيمات.

يعتمد التعبير الإضافي عن UDFGT 1*1 أيضًا على منطقة مُحفِّزة عند الطرف 5' مرتبطة بكلٍّ من الإكسونات الأولى. تحتوي منطقة المُحفِّزة على التسلسل TATAA.

تعتبر تفاصيل بنية الجين مهمة لفهم آلية تطور فرط بيليروبين الدم غير المقترن (متلازمة جيلبرت وكريجلر-ناجار)، عندما يحتوي الكبد على إنزيمات منخفضة أو غائبة مسؤولة عن الاقتران.

يبقى نشاط UDFGT في اليرقان الكبدي الخلوي عند مستوى كافٍ، بل ويزداد في حالات ركود الصفراء. أما لدى حديثي الولادة، فيكون نشاط UDFGT منخفضًا.

لدى البشر، يوجد البيليروبين بشكل رئيسي في الصفراء على شكل ديجلوكورونيد. ويحدث تحويل البيليروبين إلى مونوجلوكورونيد وديجلوكورونيد في نفس نظام غلوكورونيل ترانسفيراز الميكروسومي. عند وجود زيادة في البيليروبين، كما هو الحال أثناء انحلال الدم، يتكون مونوجلوكورونيد بشكل رئيسي، وعندما ينخفض مستوى البيليروبين أو يُحفَّز الإنزيم، يزداد محتوى ديجلوكورونيد.

يعتبر الاقتران بحمض الجلوكورونيك هو الأكثر أهمية، ولكن كمية صغيرة من البيليروبين ترتبط بالكبريتات والزيلوز والجلوكوز؛ وتتعزز هذه العمليات في حالة ركود الصفراء.

في المراحل المتأخرة من اليرقان الصفراوي أو الكبدي الخلوي، ورغم ارتفاع نسبة البيليروبين في البلازما، لا يُكتشف البيليروبين في البول. ويبدو أن السبب في ذلك هو تكوين البيليروبين من النوع الثالث، أحادي الاقتران، الذي يرتبط تساهميًا بالألبومين. لا يُرشح البيليروبين في الكبيبات، وبالتالي لا يظهر في البول. وهذا يُقلل من الأهمية العملية للاختبارات المستخدمة لتحديد نسبة البيليروبين في البول.

يتم إفراز البيليروبين في الأنابيب عبر مجموعة من بروتينات نقل الأنيونات العضوية متعددة الأنواع المعتمدة على ATP. ويتم تحديد معدل نقل البيليروبين من البلازما إلى الصفراء من خلال مرحلة إفراز غلوكورونيد البيليروبين.

تُنقل الأحماض الصفراوية إلى الصفراء بواسطة بروتين نقل مختلف. ويمكن توضيح وجود آليات مختلفة لنقل البيليروبين والأحماض الصفراوية من خلال مثال متلازمة دوبين-جونسون، حيث يضعف إفراز البيليروبين المقترن، مع الحفاظ على إفراز الأحماض الصفراوية الطبيعي. يوجد معظم البيليروبين المقترن في الصفراء في ميسيلات مختلطة تحتوي على الكوليسترول والفوسفوليبيدات والأحماض الصفراوية. لم تُحدد بعد أهمية جهاز جولجي والخيوط الدقيقة للهيكل الخلوي للكبد في نقل البيليروبين المقترن داخل الخلايا.

ثنائي غلوكورونيد البيليروبين، الموجود في الصفراء، قابل للذوبان في الماء (جزيء قطبي)، لذا لا يُمتص في الأمعاء الدقيقة. في الأمعاء الغليظة، يتحلل البيليروبين المترافق بواسطة بيتا غلوكورونيداز البكتيرية لتكوين يوروبيلينوجين. في التهاب القناة الصفراوية البكتيري، يتحلل جزء من ثنائي غلوكورونيد البيليروبين في القنوات الصفراوية، ويترسب البيليروبين لاحقًا. قد تكون هذه العملية مهمة لتكوين حصوات المرارة البيليروبينية.

اليوروبيلينوجين، ذو الجزيء غير القطبي، يُمتص جيدًا في الأمعاء الدقيقة، وبكميات ضئيلة في الأمعاء الغليظة. تُطرح كمية صغيرة من اليوروبيلينوجين، الذي يُمتص عادةً، عن طريق الكبد والكلى (الدورة المعوية الكبدية). عند اختلال وظيفة الخلايا الكبدية، تضعف إعادة إفراز اليوروبيلينوجين الكبدي، ويزداد إفرازه الكلوي. تُفسر هذه الآلية بيلة اليوروبيلينوجين في أمراض الكبد الكحولية، والحمى، وفشل القلب، وفي المراحل المبكرة من التهاب الكبد الفيروسي.