胆红素代谢

· 44· 胆红素代谢 姚光弼 黄疸是肝脏病常见的症状，是胆红素代谢紊乱的临床表 现，了解正常胆红素代谢，是揭示黄疸发生机制的关键。 一、胆红素的形成 (一)胆红素的来源胆红素是一种四吡咯色素，是血红 素的最终分解产物，成人平均每日产生250～350mg。凡含有 血红素的血色蛋白，如：血红蛋白、细胞色素和肌红蛋白中的血 红素均为胆红紊的来源。应用”N或14C标记的甘氨酸和14C 标记的8氨基乙酰丙酸追踪胆红素的来源，发现在静脉注射示 踪物质后12～24h和3～5d，分别出现两个幅度较小的高峰，以 后在110d(90～150d)出现晚期主峰。主峰是胆红素的主要来 源，为衰老的红细胞，在脾、肝和骨髓内由血红蛋白降解而成， 占胆红素总量的70％～80％。早期出现的两个峰，分别代表肝 内含血红素的血色蛋白分解产物及未成熟或新生的红细胞内 在骨髓和脾脏内分解产生的胆红素(所谓旁路性胆红素)，两者 分别占胆红素总量的10％～15％和10％。人体各组织均含有 血色蛋白，但其含量低，周转慢(如肌红蛋白)，所占分额甚少。 而肝内含血红素的血色蛋白如：微粒体的细胞色素P450，过氧 化氢酶，色氨酸吡咯酶，线粒体的细胞色素b和P450等，不仅 含量高，而且周转快，因而导致早期出现高峰。此外，血浆内少 量游离的血红素也经肝和脾清除形成胆红素。在一些病理状 态，如血管内溶血、皮下血肿和骨髓的无效造血，均可使胆红素 产生增加。 (二)胆红素的生成 红细胞被单核．巨噬细胞(网状内皮 细胞)吞食后数分钟内即被溶解。血红蛋白的珠蛋白分子释放 进入蛋白代谢池，血红素在微粒体血红素氧合酶、还原型辅酶 Ⅱ(NADPH)、细胞色素c还原酶及NADPH的作用下，将吡咯 环的甲烯桥打开，形成线状的四吡咯化合物——胆绿素，再由 胆绿素还原酶作用形成胆红素。铁元素分子则被再利用(见图 1)。催化胆红素形成的以上3种酶可能以三元复合体的形式 存在于胞质液一内质网的界面，从而使胆红素能在内质网膜进 行葡萄糖醛酸的酯化，整个过程在1～2min内就可完成。 (三)血红素的化学结构及生理意义胆红素从初卟啉Ⅸa 转化而来，因而称为胆红素Ⅸa，系直线排列的四吡咯化合物。 但它不是平面的二维结构，而是呈内旋的脊瓦状立体构型，2个 吡咯与另2个吡咯平面以98～100。相交。内侧的丙基分别与 对侧的吡咯和内酰胺以氢键连接(见图2)。为了保持氢键结构 的完整性，在吡咯环第5位与第15位间桥接，这是胆红素顺式 或Z型的构型。由于所有的亲水性羧基，4个NH基和2个内 酰胺氧基参与氢键形成，所以Z型胆红素Ⅸa为疏水性，不溶于 作者单位：200040上海市静安区中心医院 ·基础医学与临床· 水。与偶氮试剂反应缓慢。加入甲醇、乙醇、6m01尿素或二甲 氧砜使氢键断开，可加速与偶氮试剂的反应。此为vanden Bergh反应的化学基础。肝内胆红素的丙基与葡萄糖醛酸酯 化，打开氢键，便成水溶性，易于从胆汁排出。 O O H 图l胆红紊的形成 血红蛋白 H 胆绿素 0 MV 厂2：＼ 胆红素 文N尽o H 图2胆红素的x线衍射结构 光照的影响：胆红素经400～500nm波长的蓝光(绿光)照 射后，内侧氢键断开，其1个或2个吡咯环旋转180。，形成3种 E构型的异构体(4215E，4E15z和4E15E)，具有水溶性，不需 结合即可从胆汁排泻。另外，光照射还逐渐形成不可逆的环形 摹 替举 万方数据 肝脏2004年3月第9卷第l期 化合物(环胆红素)，其产生过程虽较缓慢，但清除很快，T∽为 2h，是新生儿黄疸病人光疗后，在十二指肠和尿中排出的主要 胆色素。此外，经光照后，胆红素还可形成几种水溶性的无色 产物，产生慢，量小。 二、胆红素在血浆内的运载 游离胆红素(非结合胆红素)不溶于水，通过与血浆白蛋白 结合，运载至肝脏。白蛋白与胆红素结合不仅作为运输载体， 还可阻止胆红素透过细胞膜，保护免受胆红素的细胞毒作用。 胆红素与白蛋白结合牢固，不会排泄至尿中。两者的结合按 1：1分子结合。正常血浆白蛋白分子浓度平均为600”mol／L (500～700“mol／L)，远超过正常胆红素分子浓度(3～ 17扯mol／L)。当血清胆红素浓度超过白蛋白浓度时，两者结合 不牢固。只要m浆pH少许变动或白蛋白浓度降低，胆红素就 被置换而释出，即使量很小，也可通过血脑屏障和肝窦的肝细 胞膜等，对组织造成损伤。这在新生儿黄疸中很重要。一些阴 离子物质．如磺胺药、非甾类抗炎药、胆道造影响剂和游离脂肪 酸等，与白蛋白竞争结合胆红素，使胆红素与自蛋白分开而游 离出来，透过血脑屏障和脑细胞膜，进入脑组织，导致脑损害， 如核黄疸。正常健康成人血浆内可测到低浓度的结合胆红素 (<1．71mmol／L)，为从肝细胞外流入循环的微量胆红素葡萄 糖醛酸酯。这种结合胆红素在血浆内也可与白蛋白结合，但亲 和力低于非结合胆红素。在有明显胆汁瘀积的病理状态时，结 合胆红素仍可与血浆蛋白结合，未结合部分很少。由于其水溶 性高，可从肾小球滤过，进入尿液。在胎儿和新生儿期，血浆甲 胎蛋白也参与胆红素的运载。 三、胆红素在肝内的代谢过程 胆红素在肝内的代谢过程包括肝细胞对血液内胆红素的 摄取，结合胆红素的形成和结合胆红素从肝细胞排泄入胆道3 个互相衔接的过程，其中任何一个过程发生障碍都可使胆红素 积聚于血液内而出现黄疸(见图3)。 (一)肝细胞对胆红素的摄取与白蛋白结合的胆红素， 穿越肝窦内皮细胞的窗孔和内皮细胞之间的空隙，直接与肝细 胞表面接触。肝细胞膜为类脂膜，非结合胆红素理应可以透 过，但由于它与自蛋白结合较牢，而胆红素进入肝细胞速度又 很迅速，因而设想肝细胞膜有特殊的转运机制将胆红素摄入肝 细胞内。有证据表明，肝细胞膜有一种阴离子转运体作为载 体，可能为有机阴离子转运体(OATP)。另一方面，胆红素与肝 细胞膜的磷脂层接触后，通过～种翻转机制，将胆红素从白蛋 白结合中释出，快速进入细胞内，然后与细胞质内的Y和z载 体蛋白(Y和z蛋白)结合，将胆红素运载至滑面内质网，在酶 作用下，很快形成结合胆红素。Y蛋白又称配体蛋白 (1igandin)，是一种碱性蛋白，由2个多肽亚单位Ya和Yc构成， 相对分子质摄分别为22×103和27×103，约占肝细胞中胞质 液蛋白总量的5％，对胆红素的结合能力比z蛋白强。它具有 谷胱甘肽巯基转移酶(GSTs)活力，对其他有机阴离子、固醇类、 磺澳酞钠和某些致癌物质也有结合力，其酶的活性参与谷胱甘 肽的生物转化作用。新生儿出生后，肝内Y蛋白含量低下，7 周后才达到成人水平。胆红紊一旦与Y蛋白结合后，就不能返 ·45· 回越出细胞膜。Z蛋白是一种酸性蛋白，是一种脂肪酸结合蛋 白(FABP)，它与胆红素的亲和力较弱，而是优先结合游离脂肪 酸，在胆红素摄取中的重要性次于Y蛋白。 BR． I} BR+ 阜 血浆肝窦腆 BR f———1 ，篓竺篁宝、 膜间转移 细胞质 (y和z蛋白) ⋯ 内质网 单和双 葡萄糖醛酸 生 ，!臻练、 毛细胆管膜(cMoArl ⋯5。一 ———_r—一 胆汁 图3肝脏对胆红素的代谢 (弓f自：SherlockS，2001) (二)结合胆红素的形成 肝细胞将摄取的胆红素在滑面 内质网(肝微粒体)处，通过一系列酶反应，形成结合胆红素[胆 红素单葡萄糖醛酸酯(BMGA)和双葡萄糖醛酸酯(BDGA)]，这 是使胆红素能够从胆汁排泄的一个必不可缺的过程。胆红素 与Y蛋自或z蛋白结合的复合物运至内质网，由尿苷二磷酸葡 萄糖醛酸(uDPGA)提供葡萄糖醛酸，在微粒体的胆红素尿苷 二磷酸葡萄糖醛酸转移酶(BUGT)作用下形成结合胆红素。胆 红素双葡萄糖醛酯结构如图4。 O C00H HOOC O 豳4胆红紊双葡萄糖醛酸酯的结构式 尿苷二磷酸葡萄糖醛酸转移酶(UGT)的多样性及基因定 位：BUGT是形成结合胆红素过程中必需的酶。人类BuGT的 相对分子质量为约55×103，其四聚体为209×103。从胆红素 形成BMGA的酶是单体(55×103)，从BMGA形成BDGA的酶 是四聚体(209×103)。BuGT是uGT家族酶系同工酶中的一 个成员，现知UGT至少有13个成员，其催化的酶促反应各有 专一的底物。BUGT只催化胆红素葡萄糖醛酯的形成，其他的 uGT同工酶分别催化葡萄糖醛酸与其他物质如：药物、圊醇 类、毒物、致癌物质的结合和解毒。UGT的基因位于染色体 2q3pl区，称为UGTlA。每个UGT的募因组由5个外显子及 万方数据 · 46· 1个启动子组成。在5个外显予中，5’端的外显子是功能独特 的，代表同工酶的专一性，其3’端的第2、3、4和第5个外显子 是共同的。BUGT基因称uGTlAl，由lAl外显子和另外4个 共同的外显子组成(见图5)。在每个1A1外显子5’端上游有1 个独特的启动子。每种uGT同功酶的基因有其独特的结构。 近端为TATA闸的启动子与UGTlA基因的第1个外显子与 其他4个共同的外显子拼接而成，从而转录为相应不同的 mRNA和翻译成不同的酶。5’一端的胺基端与各自专一的底物 相结合。其3’．端共同的羧基端与相同的供体(如葡萄糖醛酸) 结合。BUGT外显子或启动子的突变，可导致不同类型的先天 性非溶血性高胆红素血症。Gjlben病是由于启动子的突变，而 GTlA基因突变则导致Crigle·Najjar综合征(I型，Ⅱ型)。 图5 uGTlA基因位点及外显子的拼接 A为uGTlA基因位点，至少有13种，分别为uGTlAl ～13，每个基因由1个独特的外显子和4个共同的外显子组 成，每个基因上游有一个启动子；B示uGTlA4基因的拼接； C示UGTlAl基因拼接后转达录为mRNA，后者翻译产生酶 蛋白BUGT 结合胆红素能溶于水，因此很容易通过胆汁从肠道排泄。 它不能透过类脂膜，从而不会在肠黏膜处吸收，而有利于从粪 便排泄。同时也不透过血一脑屏障和脑细胞膜，从而不会造成 脑细胞的损害。非结合胆红素和结合胆红素的比较见表1。正 常胆汁中70％～80％为BDGA，20％～30％为BMGA，仅少量 为葡萄糖和木糖结合物。双葡萄糖醛酸结合在胆红素的丙酸 位置上，成为一个弱的有机酸，带负电荷，因而溶于水。而非结 合胆红素的两个侧链丙酸未离子化，所以仅溶于脂溶剂中而不 溶于水，可透入细胞膜。在新生儿血浆内，如果非结合胆红素 过高，可进入脑组织，发生不可逆的胆红素脑病(核黄疸)，而结 合胆红紊即使在血浆中浓度很高，也不进入脑组织。 (三)细胞对胆红素的排泄 肝细胞将结合胆红素通过毛 细胆管排入胆汁内是一种克服浓度梯度差耗能(ATP)的主动 分泌作用。在毛细胆管膜上的毛细胆管多种特异有机阴离子 垦!!!!塑旦!P!!!!鲣!!丛竺；塑!!∑!!!!塑!：! 表1 非结合胆红索与结合胆红素的区别 转运体(cMOAT)，亦称多耐药相关蛋白(MRP2)或将胆红素和 其他有机阴离子(胆汁酸除外)主动排出。 四、胆红素的肝肠循环 结合胆红素经胆道排泄至肠内，在小肠内基本上不能重吸 收(新生儿例外)，只有到达回肠末端和结肠后，被肠道内细菌 的8一葡萄糖醛酸苷酶解除其葡萄糖醛酸基，然后细菌将其还原 成两类化合物：①无色的尿胆原类(urobiljnogens)，对Ehrlich乙 醛试剂发生红色反应；②为前者的有色的氧化产物，统称尿胆 素类。尿胆原大部分随粪类排出，小部分(10％～20％)在结肠 内重被吸收经门静脉至肝脏，经转变后再经胆道排泄，此即为 胆色素的“肝一肠循环”。回吸收的尿胆原有极少部分流人体循 环血液，由肾脏排泄，每日尿内含量不超过4mg；粪内尿胆原含 量平均为100～250mg。 参 考 文 献 1 TiribelliC，ostrowJD．Newconceptsinbilirubinandjaundice．Hepa— tology，1996，24：1296一1308． 2 ChowdhurgNR，AriaslM，WolkoffAW，etallDisorderSofbilirubin metabolism．In：AriasIM，BoyerJL，ChiasariFV，etal，eds．The IiVer．biologyandpathobioloby．4thed．Phil8delphia：UsA．Lippincot WilliamsandWjlkins．2001．29t．3lO． 3 ChrawfordJM．Bilirubinmetabolismandthepathophysiologyofjaun． dice．In：schi“ER，sorreUMF，MaddreyWCeds．schiff’sdiseases ofthe“ver．9thed． Ph订adeIphia：USA．“ppincottWiIIiamsand WiIkins．2003．167．220． 4 owensIS。RitterJK，YeatmanMT，eta1．ThenovalUGTlgene compIexiinksbilirubin，xenobiotics，andtherapeuticdrugmetabcdism byencodingUOPglucuronosyltransferaseisozymeswithacommoncar— boxyIteminus．JPhama∞kinBiopharnl，1996，24：491．508． 5 TukeyPH，StraSSburgCP． HumanUDG．glucumnosytransfer船es： metaboIism，expression”ddise8se．AnnuRevPhama∞lToxicoI， 2000。40：581—616． 6 TraunetM，MeierPJ，BoyerJL-Molecularregulationofhepatocellular transportsystemincholestasis．JHepatol，1999，31：165—178． (收稿日期：2004．02．15) 万方数据 胆红素代谢 作者： 姚光弼 作者单位： 200040,上海市静安区中心医院 刊名： 肝脏 英文刊名： CHINESE HEPATOLOGY 年，卷(期)： 2004,9(1) 被引用次数： 4次 参考文献(6条) 1.Traunet M;MeierPJ;Boyer JL Molecular regulation of hepatocellular transport system in cholestasis [外文期刊] 1999(1) 2.Tukey PH;StrassburgCP Human UDG-glucuronosytransferases:metabolism,expression and disease[外文期刊 ] 2000(0) 3.Owens IS;RitterJK;Yeatman MT;etal The noval UGT1 gene complex links bilirubin, xenobiotics, and therapeutic drug metabolism by encoding UOP glucuronosyltransferase isozymes with a common carboxyl terminus[外文期刊] 1996 4.Chrawford JM Bilirubin metabolism and the pathophysiology of jaundice 2003 5.Chowdhurg NR;AriasIM;Wolkoff AW Disorders of bilirubin metabolism 2001 6.Tiribelli C;OstrowJD New concepts in bilirubin and jaundice[外文期刊] 1996 本文读者也读过(10条) 1. 黎一鸣.叶培军.吉鸿.徐金锴 犬肝移植中肝动脉不同灌注方式所致的缺血/再灌注损伤对胆红素代谢的影响[期 刊]-中华器官移植杂志2007,28(4) 2. 谢玉梅.聂青和 胆红素代谢紊乱[期刊论文]-胃肠病学和肝病学杂志2006,15(5) 3. 杨芳.郑文杰.白燕 胆红素分析研究进展[期刊论文]-中成药2004,26(5) 4. 黄疸与肝炎(中)[期刊论文]-中国乡村医药2004,11(6) 5. 陈晓平.崔凯军.张菊英.田奇.张立.祝烨.黄德嘉.杨利 冠心病患者胆红素代谢与冠脉病变及血脂水平的关系研 究[期刊论文]-四川大学学报(医学版)2003,34(1) 6. 陈南清.黄永清.孙家敏.伍通和.魏明禄.廖红华 预诱导提高成年动物肝细胞胆红素代谢活性[期刊论文]-医学研 究杂志2007,36(10) 7. 聂青和.NIE Qing-he 胆红素代谢障碍相关疾病[期刊论文]-肝脏2006,11(3) 8. 毛维武 降黄合剂Ⅰ号治疗慢性重型肝炎及其内毒素血症的临床研究[学位论文]2008 9. 黄庆山.陈南清.伍通和.李峥.石添元.詹金美 冻存时间不同的成年动物肝细胞复苏后对重型肝炎胆红素代谢的 效果比较[期刊论文]-中国血液净化2006,5(9) 10. 吴问汉.杨尹默.黄莚庭 梗阻性黄疸胆红素代谢的实验研究[期刊论文]-中华肝胆外科杂志2001,7(5) 引证文献(4条) 1.张东方.周美环.袁长季 光对胆红素稳定性的影响及其在桂蒲肾清片中的含量测定[期刊论文]-天津中医药 2010(1) 2.贺国龙.刘立鹤 鱼类体色成因及其调控技术研究进展(上)[期刊论文]-水产科技情报 2010(2) 3.聂青和 胆红素代谢障碍相关疾病[期刊论文]-肝脏 2006(3) 4.马惠荣 ASR卵巢HO/胆红素系统的研究及补肾调经方对其影响[学位论文]博士 2005 本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_gz200401017.aspx