Преглед на статията

  • Пълен член
  • Цифри и данни
  • Препратки
  • Цитати
  • Метрика
  • Лицензиране
  • Препечатки и разрешения
  • PDF

Резюме

Въведение в катаболизма на хема и метаболизма на билирубина

Публикувано онлайн:

Фигура 1. Метаболизъм на жлъчния пигмент - от хем до билирубин (модифициран според Wagner et al. [33]). Хемоглобинът се разцепва, за да се получат глобин и хем. Хемът се превръща ензимно в биливердин чрез освобождаване на желязо чрез окисление на неговия а-метенов мост със загуба на въглероден атом (CO). Това отваря порфириновия пръстен, образува линейния тетрапиролов биливердин с отворена верига, който дава билирубин след ензимно намаляване на централната метинова връзка на биливердин. В черния дроб билирубинът е конюгиран, за да даде възможност за екскреция в жлъчката, изисквайки ензимите UGT1A1 (конюгация) и MRP2 (екскреция в жлъчката). HO: хем оксигеназа; BLAVR: биливердин редуктаза; UGT1A1: уридин глюкуронозил трансфераза 1A1; MRP2: протеин-2 с резистентност към много лекарства.

критерии

Фигура 1. Метаболизъм на жлъчния пигмент - от хем до билирубин (модифициран според Wagner et al. [33]). Хемоглобинът се разцепва, за да се получат глобин и хем. Хемът се превръща ензимно в биливердин чрез освобождаване на желязо чрез окисление на неговия а-метенов мост със загуба на въглероден атом (CO). Това отваря порфириновия пръстен, образува линейния тетрапиролов биливердин с отворена верига, който дава билирубин след ензимно намаляване на централната метинова връзка на биливердин. В черния дроб билирубинът е конюгиран, за да даде възможност за екскреция в жлъчката, изисквайки ензимите UGT1A1 (конюгация) и MRP2 (екскреция в жлъчката). HO: хем оксигеназа; BLAVR: биливердин редуктаза; UGT1A1: уридин глюкуронозил трансфераза 1A1; MRP2: протеин-2 с резистентност към много лекарства.

Катаболизмът на хема и произтичащото от него образуване на билирубин при бозайници и някои риби представлява метаболитен път с висока консумация на енергия [7], чиято цел остава загадка. Спекулациите изобилстват по отношение на физиологичното значение на образуването на билирубин, тъй като той може да осигури път за елиминиране на биливердин от плода [8] или че може да предпази от болести [9, 10] поради своите мощни антиоксидантни свойства [11]. Тези ефекти и новооткритите асоциации обикновено са слабо оценени в научната и медицинската общност. Целта на този преглед е да предостави обобщение на биологията на билирубина при хора, да опише наличните билирубинови тестове, които могат да разграничат формите на хипербилирубинемия, да оцени силните и слабите страни на теста и да контекстуализира резултатите, получени от такива анализи.

Биология на билирубина - Еволюционна перспектива

Публикувано онлайн:

Фигура 2. Географско разпространение на доброкачествената хипербилирубинемия (GS) в статии, отчитащи концентрации на туберкулоза (т.е. данните не са получени от генетичен анализ) в общата популация [19–27].

Фигура 2. Географско разпространение на доброкачествената хипербилирубинемия (GS) в статии, отчитащи концентрации на туберкулоза (т.е. данните не са получени от генетичен анализ) в общата популация [19–27].

Билирубин - Две страни на монета

В клиничната практика хипербилирубинемията се оценява чрез измерване на общия билирубин (TB) в кръвта и се класифицира като предимно неконюгиран билирубин (индиректен билирубин; IBIL) или конюгиран билирубин (директен билирубин; DBIL). Когато се обмисля хипербилирубинемия, обикновено има две основни перспективи. Например, педиатрите, неонатолозите или хепатолозите са загрижени главно за управлението на потенциалните отрицателни ефекти от тежката хипербилирубинемия (или основните заболявания, причиняващи хипербилирубинемия). Клиничните симптоми са добре установени, особено при новородени, и включват жълтеница, поведенчески и неврологични увреждания (невротоксичност или керниктер) и холестаза, състояния, които имат значителен риск за заболеваемост и смъртност [30, 31].

Второ съображение са потенциалните положителни, стимулиращи здравето ефекти на лека хипербилирубинемия, с леко повишени концентрации на туберкулоза, свързани със защита от сърдечно-съдови заболявания (ССЗ), захарен диабет тип 2, някои видове рак и смъртност от всички причини [9, 10, 32, 33]. За да се направи разлика между потенциалните вредни и полезни ефекти на туберкулозата, настоящата литература показва внимателно отчитане на два фактора: 1) естеството на хипербилирубинемията (т.е. дали IBIL или DBIL е повишена) и 2) циркулиращите концентрации. Следователно, за да подчертаем клиничното значение на няколко форми на хипербилирубинемия, ние обсъждаме тези състояния, техните прояви с пряка или непряка хипербилирубинемия и техните прагови стойности/диапазони на концентрация под.

Клинична полезност на циркулиращия билирубин

Публикувано онлайн:

Таблица 1. Диагностични и клинични особености на синдромите на хипербилирубинемия (модифицирани съгласно Strassburg [67]).

Причини и клинична оценка на доброкачествената хипербилирубинемия (синдром на Gilbert; GS)

Понякога се наблюдава жълтеница при индивиди с GS и може да се забележи по време на стрес, болести и гладуване [39]. Проявата на жълтеница обикновено се развива при концентрации на билирубин над 40–45 µmol/L и може да засегне някои индивиди с GS, които могат да демонстрират концентрации до 85 µmol/L. Въпреки че IBIL може да бъде невротоксичен при много високи концентрации (т.е.> 300 µmol/L), концентрациите на туберкулоза в GS не са достатъчно повишени, за да причинят неврологични симптоми. Ако се наблюдават концентрации на туберкулоза> 85 µmol/L, са необходими допълнителни изследвания, изследващи основната причина за хипербилирубинемия, за да се изключи хемолитична болест и редки състояния на метаболизма на билирубина (т.е. синдром на Crigler-Najjar тип 2). В случая, когато пациентите връщат концентрация на туберкулоза 40], въпреки че това не е необходимо за диагностициране на GS. Такова генотипиране просто помага за идентифициране на причината за основната хипербилирубинемия. Активността на UGT1A1 в сравнение със серумните концентрации на IBIL и определенията за хипербилирубинемия са обобщени на Фигура 3.

Публикувано онлайн:

Фигура 3. Обобщение на различните синдроми на хипербилирубинемия (GS, Crigler-Najjar синдроми тип 1 и 2 OR CN-1 и CN-2) на базата на различни UGT1A1 дейности.

Фигура 3. Обобщение на различните синдроми на хипербилирубинемия (GS, Crigler-Najjar синдроми тип 1 и 2 OR CN-1 и CN-2) на базата на различни UGT1A1 дейности.

Допринасящи фактори за хипербилирубинемия

Концентрациите на циркулиращия билирубин се определят от скоростта на катаболизма на хема, абсорбцията на билирубин от червата, чернодробната екскреция и транс-епителния транспорт от кръвта до червата. Следователно факторите, влияещи върху тези процеси, могат потенциално да доведат до повишени концентрации на билирубин (Фигура 4).

Публикувано онлайн:

Фигура 4. Фактори, влияещи върху циркулиращите неконюгирани концентрации на билирубин.

Фигура 4. Фактори, влияещи върху циркулиращите неконюгирани концентрации на билирубин.

Скорост на катаболизъм на червените кръвни клетки и хема

Концентрациите на циркулиращия билирубин се увеличават в дните след раждането в резултат на повишен катаболизъм на хема и обмен на плода с хемоглобин за възрастни в червените кръвни клетки. Този оборот на хема води до генериране на физиологична жълтеница през първите две седмици от живота при повечето новородени [41]. Всъщност може да се наблюдава тежка жълтеница в случай на еритробластоза феталис или Rh несъвместимост и изисква фототерапия [42]. Освен това при възрастни повишената маса на червените кръвни клетки и следователно оборотът на хемоглобина също се свързва с повишени концентрации на билирубин. Някои доказателства за това са наблюдавани при лица с GS [43]; в това проучване повече от 800 индивида (мъже и жени) с GS демонстрират повишен хемоглобин, брой на червените кръвни клетки и хематокрит (обикновено се увеличава с 2-3%), в сравнение с контролите, съответстващи на възрастта и пола. Важното е, че не се забелязва разлика в обема на червените кръвни клетки и иначе всички пациенти са здрави. Друго проучване на напречното сечение демонстрира повишен общ брой на хемоглобина и червените кръвни клетки в GS спрямо случайно подбрани контроли [44], което беше подкрепено от по-малко проучване за контрол на случаите [45].

Абсорбция на билирубин от червата

Стомашно-чревното транзитно време ясно влияе върху концентрациите на билирубин в циркулация; увеличеното транзитно време (т.е. намалена стомашна подвижност по време на гладуване) позволява абсорбцията на деконюгирани билирубинови глюкурониди (IBIL) чрез пасивна дифузия и е придружено от 1,5 до 2-кратно увеличение на циркулиращия билирубин [39]). Интересното е, че някои данни предполагат забавено изпразване на стомаха при GS [55], което подкрепя възможността стомашно-чревната подвижност да повлияе на концентрацията на билирубин или билирубин да повлияе на стомашно-чревната подвижност.

Чернодробна обработка на билирубин

В допълнение към UGT1A1, вариацията в гена на органичен анионен транспортер (OATP) 2 може да доведе до тежка хипербилирубинемия при новородени [47, 48]. Вариации на 388 G> A (Asp130Asn, rs2306283), 521 T> C (Val174Ala, rs4149056), 463 C> A (Pro155Thr, rs11045819) на гена на семейството транспортен органичен анион транспортер 1B1 (SLCO1B1), който кодира hepatic преносител на разтворени органични аниони 1B1, предполагаем транспортер на билирубин, може да предразположи индивидите към хипербилирубинемия, като ограничи усвояването на чернодробния билирубин [60, 61]. Освен това, в проучване за асоцииране с широк геном, два полиморфизма на гена SLCO1B3 (rs17680137 C> G и rs2117032 C> T) имат силни връзки със серумния билирубин и допринасят за лека идиопатична неконюгирана хипербилирубинемия при здрави възрастни [62, 63].

Трансепителният транспорт на билирубин от кръвта до червата

Билирубинът също се транспортира от кръвта до червата при животни с намалена чернодробна активност на UGT1A1, което предполага, че този път на секреция на билирубин е важен за регулиране на циркулиращия пул от билирубин. Трансепителният (не билиарни) път на изхвърляне на билирубин е увеличен при жълтеникави новородени и плъхове на Гън, използвайки стратегии, които също намаляват серумния холестерол и включват орален орлистат, полиетилен гликол и приложение на агар [64–66]. Механизмът, чрез който холестеролът или IBIL навлиза в чревния лумен транс-чревно, остава неизвестен; обаче е вероятно да се разпространява пасивно [17].

Диференциални диагнози на нарушен метаболизъм на билирубина

Съществува относително малък брой диференциални диагнози за вродени нарушения на метаболизма на билирубина. Диагнозата на тези състояния разчита донякъде на биохимичните изследвания на кръвта за туберкулоза и DBIL, като IBIL се изчислява чрез изваждане на DBIL от концентрациите на туберкулоза. Важно е да се отбележи, че се смята, че реагентите, откриващи туберкулоза, реагират напълно с всички форми на билирубин, както DBIL, така и IBIL, свързан с плазмения албумин. Количественото определяне, използващо директно реагиращи реактиви на билирубин, предполага, че реагира само DBIL (разтворим във вода и не-албумин) поради липсата на повърхностно активно вещество или друг разтворим реагент в комплекта. Основните условия, които изискват тестване, включват синдроми на Crigler-Najjar, Dubin-Johnson и Rotor, които са типични чрез циркулиращи концентрации на туберкулоза от 50–100 µmol/L (> 3–6 mg/dL) [67] или по-горе. GS е свързан с концентрации на TB> 17,1 до 85-100 µmol/L (1-5 mg/dL). Критично изискване за разграничаване на някои от тези състояния е естеството на хипербилирубинемията.

Синдром на Дъбин-Джонсън

Синдромът на Дъбин-Джонсън се свързва с дефицит на протеин 2 (MRP2), свързан с мултирезистентност, което ограничава активния транспорт на DBIL в жлъчката. Следователно DBIL се връща обратно от черния дроб обратно в кръвообращението и причинява повишена TB и DBIL в кръвта. В допълнение, пациентите вероятно ще демонстрират жълтеница, произвеждат тъмна урина и ще демонстрират чернодробна хистология с курсово гранулиране в хепатоцитите [68].

Синдроми на Crigler-Najjar

Синдромите на Crigler-Najjar 1 (CN-1) и 2 (CN-2) обикновено се диагностицират скоро след раждането и са свързани с изразени нива на билирубин (IBIL 100–855 µmol/L [6–50 mg/dL]) с относително малко DBIL. Изключително повишените концентрации на туберкулоза се причиняват от почти пълното отсъствие на активност на UGT1A1 в черния дроб, която е отговорна за конюгирането на билирубин с глюкуронова киселина преди елиминирането на билирубина [69]. По подобен начин GS се характеризира с повишена туберкулоза, но не и DBIL, поради ∼60–70% намаляване на активността на UGT1A1.

Понякога съществуват трудности при разграничаването между GS и CN-2 дори след неонаталния период поради значително припокриване в серумната концентрация на IBIL между двата синдрома; за идентифициране на причината може да се наложи генотипиране. Билирубинът се глюкуронира от UGT1A1, с CN-1, причинен от пълна загуба на активност на UGT1A1. КДНК на UGT1A1 е клонирана през 1991 г. [70] и са открити голям брой мутации на UGT1A1 при пациенти с CN-1, CN-2 и GS [67]. Повечето пациенти с CN-2 имат хомозиготни мисенс мутации или съставни хетерозиготни мутации, които намаляват ензимната активност до по-малко от 10% от нормалното [71].

Синдром на Gilbert (GS)

Честите полиморфни мутации при GS включват мутация на TA-вмъкване в полето TATA [A (TA) 7TAA] (UGT1A1 * 28) и c0.211 G> A (p.G71R) в екзон 1 (UGT1A1 * 6) [72, 73]; A (TA) 7TAA също е показан като c.-53TA [8] съгласно номенклатурата на Обществото за вариация на човешкия геном [74]. UGT1A1 * 60 също допринася за повишаване на серумния билирубин, но не причинява GS. Въпреки това, в кавказки и африкански популации почти всички индивиди от GS са хомозиготи за UGT1A1 * 28 [72, 75]. В японски, китайски и корейски популации съществува допълнителна мутация, UGT1A1 * 6, която причинява GS в хомозиготно състояние [76, 77].

Роторен синдром

Интересното е, че синдромът на Ротор е свързан с повишени TB и DBIL; това е следствие от намален транспорт на DBIL в хепатоцитите, което се причинява от намалена експресия на органични анионни транспортери OATP1B1 или OATP1B3 в базолатералната мембрана на хепатоцитите [78]. Увеличеният DBIL предполага или синдром на Ротор, или на Дъбин-Джонсън. Роторният синдром може да бъде разграничен от синдрома на Dubin-Johnson чрез наблюдение на забавен плазмен клирънс на бромсулфталеин, повишена екскреция на копропорфирини с урината и липса на гранулирана пигментация на хепатоцити [67].

Измерване на билирубин

Концентрацията на много жлъчни пигменти, включително билирубин, е измерена в различни биологични тъкани и течности, включително мозъка, урината, перикардната течност, изпражненията, кръвта, жлъчката, тестисите, сърцето, далака, бъбреците, висцералната мазнина и периферната кръв мононуклеарни клетки [79–89]. Радиоимунологичните тестове са били използвани за оценка на нивата на билирубин в мозъка и цереброспиналната течност след интравенозно приложение на [14 C] -UCB (IBIL) на плъхове и морски свинчета Gunn [90, 91]. Билирубинът и неговите продукти на окисление също са определени чрез ензимно-свързани имуносорбентни анализи с използване на анти-билирубиново антитяло [92]; този подход е използван за количествено определяне на билирубина в цереброспиналната течност на пациенти с болест на Алцхаймер [93] и в чревната лигавица от плъхове, заразени с ендотоксин [94]. Същото антитяло е използвано за имунохистохимично определяне на билирубин в пенообразни клетки от заешки атеросклеротични лезии [95]. Тези методи обаче не са общодостъпни поради липсата на търговска наличност на радиомаркиран билирубин и/или анти-билирубинови антитела.

През последните 50 години методите, използвани за измерване на циркулиращия билирубин, са прогресирали от използването на реактивни багрила (включително сулфанилова киселина), както е описано от ван ден Берг през 20-те години [96], до слайдове, които използват ензимно свързана спектрофотометрия (билирубинова оксидаза ) [97] до високоефективна течна хроматография (HPLC) [86, 98–101] и неинвазивна транскутанна билирубинометрия [102].

Понастоящем методът на диазо багрилото [96] е най-широко използваният анализ в клиничните лаборатории и количествено определя съдържанието на билирубин в кръвта и урината, използвайки диазотиран разтвор на сулфанилова киселина. Анализът открива DBIL (предимно билирубинови глюкурониди) или TB (включително неконюгирани, свързани с албумин и билирубинови глюкурониди), когато се добавят солюбилизиращи агенти. Реакцията на Ван ден Берг (диазо тест) се използва широко поради ниската си цена, опростения си дизайн и способността си да определи количествено клинично значими нива на неконюгирани и физиологично конюгирани билирубини [103]. Въпреки че методът diazo има тези предимства, HPLC анализът набира популярност, тъй като може да прави разлика между много различни жлъчни пигменти. Тези съединения включват IBIL и неговите изомери (IIIα, IXα и XIIIα), билирубин моно или диглюкуронид и биливердин [81, 104]. HPLC анализът е особено подходящ за изследователската среда поради ниските си нива на откриване. В момента са публикувани много различни HPLC тестове за жлъчни пигменти [17, 86]. Съвсем наскоро бяха разработени и методи за течна хроматография-тандемна спектрометрия (LC-MS/MS) [105].

Заключения

Хипербилирубинемията има голямо разнообразие от основни причини, които изискват диагностична обработка, за да се идентифицират състояния, които биха могли да причинят тежко хепатобилиарно увреждане или които потенциално нямат неблагоприятни ефекти. Сред доброкачествените състояния е GS, който е свързан с нарушено глюкурониране на билирубина. Хората с увеличен брой TA повторения в генния промотор за UGT1A1 (обикновено> 7 и при двата алела) често се диагностицират с GS, което се определя клинично от индивид с концентрация на IBIL> 17,1 µmol/L (> 1 mg/dL ). GS е широко разпространен сред общата популация и изненадващо се свързва с намалено разпространение на ССЗ, диабет, някои видове рак и смъртност от всички причини.

Следователно е необходима точна диагноза въз основа на клинични/аналитични данни, обобщени в тази статия. Освен това, като се има предвид потенциално-защитната връзка на IBIL със смъртността от всички причини при индивиди с GS, ние се надяваме, че може да се постигне ново оценяване на доброкачествената хипербилирубинемия. Това може да насърчи развитието на интервенции, които могат леко да повишат циркулиращите концентрации на билирубин, особено при лица с ниски концентрации на туберкулоза.

Таблица 1. Диагностични и клинични особености на синдромите на хипербилирубинемия (модифицирани съгласно Strassburg [67]).

Декларация за оповестяване

Авторите не съобщават за потенциален конфликт на интереси.

Член на подсемейството на подсемейство на ATP-свързваща касета 2

директен (конюгиран) билирубин

Синдром на Crigler-Najjar 1

Синдром на Crigler-Najjar 2

високоефективна Течна хроматография

индиректен (неконюгиран) билирубин

течна хроматография-тандемна масспектрометрия

мулти-лекарствена резистентност протеин-2

органичен анион транспортер

червени кръвни телца

разтворител носител органичен анион транспортер член на семейството 1B1