ВВЕДЕНИЕ
Со времени основополагающей работы Ханса Фишера по метаболизму и синтезу билирубина, выполненной более ста лет назад, взгляд на функции и роль этого вещества в организме значительно изменился. Первоначально билирубин считался потенциально опасным продуктом жизнедеятельности, который из-за внутримолекулярных водородных связей нерастворим в воде, но растворим в липидах, благодаря чему легко проникает в клеточные мембраны, нарушая метаболические процессы в клетках и проявляя вследствие этого токсические свойства. Более того, преобладающая форма билирубина, циркулирующая в сыворотке крови, неконъюгированный билирубин, казалась бесполезной с разных точек зрения: она нерастворима в воде, для ее выведения требуется дальнейший метаболизм, а для прохождения через плазму – связывание с альбумином, при этом в высоких концентрациях это вещество оказывает цитотоксическое действие на множество тканей. Тем не менее в ходе эволюции человеческого организма метаболическая схема, необходимая для преобразования биливердина, растворимого и нетоксичного продукта распада гема, в потенциально токсичный и нерастворимый неконъюгированный билирубин, никуда не исчезла. Даже несмотря на метаболические затраты, связанные с производством, транспортировкой и выведением билирубина, природа сохраняла его физиологическую роль.
С учетом этого становится очевидным тот факт, что билирубин нельзя рассматривать только как токсический продукт метаболизма; напротив, функции его в организме весьма важны и многогранны [1]. Доказательством тому служат многочисленные исследования последних лет, которые показали, что умеренно повышенные концентрации билирубина, обычно наблюдающиеся у лиц с синдромом Жильбера, а также уровни его содержания в сыворотке крови в верхних квартилях, принятого в настоящее время физиологического диапазона, могут защищать от заболеваний, связанных с повышенным окислительным стрессом, иммунным ответом и метаболической дисфункцией [2]. Поэтому билирубин стоит рассматривать как модулятор активности различных биологических функций в организме.
АНТИОКСИДАНТНЫЕ СВОЙСТВА БИЛИРУБИНА И МЕХАНИЗМЫ ИХ РЕАЛИЗАЦИИ
Установлено, что билирубин – мощный антиоксидант, который значительно эффективнее защищает липиды от окисления, чем водорастворимые антиоксиданты, такие как глутатион, и почти в 30 раз эффективнее предотвращает окисление липопротеидов низкой плотности по сравнению с аналогом витамина Е тролоксом [3]. Антиоксидантная активность билирубина обусловлена его структурой, билирубин-биливердиновым циклом и внутриядерной регуляцией [4]. По строению билирубин представляет собой тетрапиррол с открытой цепью, имеет скручивающуюся структуру, расширенную систему сопряженных двойных связей и активный атом водорода. Первая конфигурация увеличивает гидрофобность билирубина и облегчает его доступ внутрь молекул липидов, в то время как две последние характеристики составляют структурную основу его антиоксидантных свойств. При попадании билирубина в цитоплазму его атом водорода поглощает активные формы кислорода (АФК), включая пероксильный радикал липидов, супероксильный анион, перекись водорода и гидропероксильный радикал, приводя к предотвращению накопления АФК, избыток которых приводит к развитию окислительного стресса [4].
Билирубин-биливердиновый цикл усиливает антиоксидантный эффект билирубина [5], так как последний в этом цикле сначала реагирует с оксирадикалами с образованием биливердина, который затем преобразуется в билирубин биливердин-редуктазой.
Наконец, билирубин активирует транскрипционный ядерный фактор эритроидного происхождения 2-подобный 2 (Nrf2) [6, 7], запускающий синтез гемоксигеназы-1, что влечет за собой образование биливердина и билирубина [8] и соответственно индуцирует механизмы антиоксидантной защиты, ведущие к уменьшению окислительного повреждения и поддержанию клеточного окислительно-восстановительного гомеостаза [8].
При этом установлено, что антиоксидантная активность билирубина значительно усиливается на фоне 2% концентрации кислорода (в воздухе помещения) по сравнению с 20% его содержанием, что, несомненно, делает полезным эффект билирубина при состояниях, сопровождающихся гипоксией (дыхательная недостаточность, гипоксическое повреждение головного мозга, апноэ во сне) [9].
ПРОТИВОВОСПАЛИТЕЛЬНЫЕ И ИММУНОМОДУЛИРУЮЩИЕ ЭФФЕКТЫ БИЛИРУБИНА
Билирубин предотвращает воспалительные повреждения напрямую, ингибируя NF-κB путь макрофагов, угнетая за счет этого экспрессию инфламмасом NLRP3, интерлейкина 1, интерлейкина 6 и фактора некроза опухоли-альфа и защищая клетки от повреждений, вызванных воспалением. Билирубин модулирует экспрессию специфичных к подтипу рецепторов и ко-стимулирующих молекул в макрофагах, что способствует преобразованию макрофагов из провоспалительного фенотипа в противовоспалительный, препятствует дифференцировке провоспалительных Т-хелперов 17 и подавляет активацию Т-клеток [10].
Кроме того, билирубин опосредованно модулирует иммунитет, препятствуя развитию цитотоксического эффекта комплемента. Этот процесс обусловлен тем, что билирубин предотвращает связывание белков комплемента C1q и C3 с очищенным иммуноглобулином или иммунными комплексами, ингибируя вследствие этого опосредованный комплементом лизис клеток [11].
Также обнаружено, что билирубин способен ингибировать миграцию моноцитов, блокируя генерацию активных форм кислорода в эндотелиальных клетках сосудов; это препятствует разрушению плотных соединений эндотелия и попаданию моноцитов в интиму артерии [12]. Данный эффект билирубина предупреждает прогрессирование интимо-медиальной толщины артерий, что и было продемонстрировано в исследованиях у лиц с гипербилирубинемией и синдромом Жильбера [13].
БИЛИРУБИН – МОДУЛЯТОР МЕТАБОЛИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
Еще одна очень важная функция билирубина – его участие в регуляции жирового обмена и защита печени от развития стеатоза. Такое действие обусловлено способностью билирубина выступать в качестве положительного модулятора, напрямую связываясь с рецептором, активируемым пероксисомным пролифератором альфа (PPARα) [14], который вызывает сжигание жира через пути пероксисомного и микросомального окисления. При этом одновременно билирубин выступает супрессором активности рецептора, активируемого пероксисомным пролифератором гамма (PPARγ), индуцирующего накопление липидов в гепатоцитах [15]. Установлено, что при стеатозе в печени повышается регуляция PPARγ [16] и подавляется PPARα [16], а воздействие умеренно повышенного уровня билирубина, наблюдаемого при синдроме Жильбера, вызывает снижение накопления липидов в печени за счет подавления PPARγ и активации PPARα [16].
В нескольких исследованиях была обнаружена отрицательная корреляция между концентрацией неконъюгированного билирубина и метаболическими нарушениями, включая возрастное увеличение веса, дислипидемию, инсулинорезистентность и сахарный диабет [17, 18]. В частности, установлено, что лица с синдромом Жильбера в старшей возрастной категории имеют индекс массы тела намного ниже, чем в контрольной группе (23,8 против 27,2 кг/м2). Соответственно среднее содержание жира в организме у пожилых людей с этим синдромом было существенно ниже, чем в контрольной группе соответствующего возраста [19]. Данный эффект гипербилирубинемии, по всей видимости, обусловлен изменением чувствительности гипоталамуса к лептину путем ингибирования активации и пролиферации микроглии, причем билирубин начинает влиять на активность лептина только тогда, когда к последнему развивается резистентность, что наблюдается с увеличением возраста [20].
Также выявлено, что билирубин снижает резистентность к инсулину, уменьшая воспаление и дисбаланс адипоцитокинов в жировой ткани [21].
Примечательно, что для лиц, занимающихся спортом, как правило, характерна более высокая концентрация билирубина, кроме того, распространенность синдрома Жильбера среди профессиональных элитных спортсменов выше по сравнению с населением в целом [22]. Поэтому можно предположить, что гипербилирубинемия предрасполагает к лучшей переносимости физических нагрузок. У людей с синдромом Жильбера отмечается повышенное фосфорилирование аденозинмонофосфат-активируемой протеинкиназы – основного фермента, выступающего биомаркером энергии и метаболизма [16].
АНТИПРОЛИФЕРАТИВНОЕ ДЕЙСТВИЕ БИЛИРУБИНА
Развитие онкологических заболеваний неизменно связано с окислительным стрессом, поэтому с учетом мощных антиоксидантных свойств билирубина было сделано предположение, что, подавляя окислительный стресс, он способен ингибировать развитие опухолевых клеток и оказывать антипролиферативное действие. В недавно проведенных исследованиях [23] была установлена выраженная корреляция между сывороточным билирубином и смертностью от колоректального рака. У пациентов с колоректальным раком уровень билирубина в сыворотке крови оказался значительно ниже по сравнению с контрольной группой. Также было обнаружено, что снижение концентрации билирубина в сыворотке крови на 1 мкм может привести к увеличению вероятности возникновения колоректального рака на 7% [23]. Считается, что антипролиферативное действие билирубина, наряду с антиоксидантным и противовоспалительным эффектом, обусловлено активацией сигнальных молекул, таких как супрессор опухоли р53, который регулирует несколько генов, участвующих в аутофагии, апоптозе, метаболизме ДНК, ангиогенезе, контроле клеточного цикла, старении, иммунном ответе и дифференцировке клеток [23].
Также исследовано влияние непрямого билирубина на течение остеосаркомы [24]. Показано, что уровень непрямого билирубина служит независимым прогностическим фактором этого злокачественного заболевания и относительно повышенный уровень билирубина перед операцией коррелирует с более высокой общей выживаемостью пациентов с остеосаркомой. Кроме того, исследователи пришли к выводу, что непрямой билирубин ухудшает способность клеток остеосаркомы к инвазии за счет снижения внутриклеточной АФК, тем самым ингибируя ее метастазирование [24].
МЕТАБОЛИЗМ БИЛИРУБИНА И КСЕНОБИОТИКОВ: ПУТИ ИХ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ И ПОСЛЕДСТВИЯ
Известно, что у пациентов с синдромом Жильбера снижена способность к биотрансформации определенных ксенобиотиков. Это нарушение обусловлено либо подавляющим действием ксенобиотиков на экспрессию гена уридиндифосфат-глюкуронозилтрансферазы 1А1 (UGT1A1), либо конкуренцией ксенобиотиков с билирубином за фермент UGT1А1 [25]. В обоих случаях биотрансформация ксенобиотиков может быть нарушена, что приводит к развитию их потенциально токсичных побочных эффектов. И в этой ситуации гипербилирубинемия, которая часто расценивается в качестве нежелательной реакции или даже лекарственного поражения печени, должна рассматриваться как признак замедленной биотрансформации препарата с дальнейшими возможными клиническими последствиями [25]. При этом спектр ксенобиотиков, вызывающих нарушение метаболизма билирубина, весьма широк. Это, к примеру, ингибиторы протеазы вируса иммунодефицита человека (ВИЧ), такие как атазанавир и индинавир, которые приводят к гипербилирубинемии вследствие сильного конкурентного ингибирования UGT1A1-опосредованной O-глюкуронизации билирубина [26]. Ряд ингибиторов протеазы, применяемых для лечения вируса гепатита С (HCV), в частности фалдапревир и телапревир, за счет выраженного подавления UGT1A1-опосредованной эстрадиол-3-O-глюкуронизации, также вызывает неконъюгированную гипербилирубинемию [26]. Левотироксин, используемый для лечения дефицита гормонов щитовидной железы, действует как конкурентный ингибитор UGT1A1-опосредованной 4-MU глюкуронизации [26]. Аналогичный эффект выявлен и у витамина А (ретинола) [26] В свою очередь, у противогрибкового средства кетоконазола обнаружена способность конкурентно ингибировать глюкуронидацию SN-38, опосредованную UGT1A1 [26].
Ранее было установлено, что среди семи исследованных обезболивающих средств, включая парацетамол и шесть нестероидных противовоспалительных препаратов – диклофенак, дифлунисал, индометацин, кетопрофен, напроксен и нифлумовую кислоту, наибольшее ингибирующее действие на катализируемую UGT1A1 эстрадиол-3-O-глюкуронидацию проявляет последнее из перечисленных лекарственных средств [26].
Ингибирующая активность в отношении UGT1A1 была найдена и у ряда широко используемых растительных экстрактов: расторопши, пальметты обыкновенной, эхинацеи, эпигаллокатехингаллата зеленого чая, чеснока, женьшеня, черного кохоша и валерианы; при этом наибольший эффект подавления катализируемой UGT1A1 эстрадиол-3-O-глюкуронизации отмечался у первых четырех экстрактов [26].
Тот же эффект был исследован у 15 насыщенных и ненасыщенных жирных кислот. Среди протестированных веществ этой группы сильное ингибирование катализируемой UGT1A1 эстрадиол-3-O-глюкуронидацим продемонстрировали олеиновая, линолевая, докозагексаеновая, эйкозапентаеновая, пальмитолеиновая, арахидоновая и α-линоленовая кислоты [27]. Также нарушение конвертации билирубина связано с воздействием широко распространенных в природе и разработанных для производства лекарств, косметики и здорового питания полифенольных соединений – флавоноидов. Пять из них – бавахин, корилифол А, необавайзофлавон, изобавахалкон и бавахинин – проявляют сильное или умеренное угнетающее действие на UGT1A1-опосредованную NCHN-O-глюкуронидацию [26].
Столь широкий и еще не до конца изученный спектр веществ, приводящих к нарушению метаболизма билирубина и возникновению неблагоприятных побочных эффектов, диктует необходимость их рационального использования у пациентов с синдромом Жильбера. Отметим также, что по результатам многолетних наблюдений выявлена определенная ассоциация этого синдрома с развитием патологии билиарного тракта, вплоть до формирования желчнокаменной болезни [28].
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Таким образом, традиционный взгляд на билирубин как на токсичный продукт жизнедеятельности и просто молекулу эндогенного антиоксиданта нуждается в пересмотре, поскольку, наряду с прочим, он исполняет роль гормоноподобного вещества, обладающего не только мощным антиоксидантным эффектом, но и противовоспалительными, иммунорегулирующими свойствами, а также функцией метаболического модулятора и антипролиферного агента. Умеренная гипербилирубинемия, наблюдаемая при синдроме Жильбера, оказывает защитное действие при заболеваниях, вызываемых свободными радикалами, в частности при асфиксии, сепсисе [29], инсульте [30], сердечно-сосудистых патологиях [4], ожирении [31] и злокачественных новообразованиях [32]. Повышенный уровень билирубина определяет более низкую частоту развития воспалительных заболеваний, таких как бронхиальная астма, болезнь Крона [33], псориаз [34].
Однако следует помнить, что у пациентов с синдромом Жильбера снижена способность к биотрансформации определенных ксенобиотиков и это требует взвешенного и рационального подхода к их назначению. А ассоциация гипербилирубинемии с развитием патологии желчевыводящих путей и желчнокаменной болезни, в частности, диктует необходимость более тщательного наблюдения за билиарным трактом у данной категории людей.
Тем не менее положительные эффекты, связанные с умеренной гипербилирубинемией, все-таки перевешивают перечисленные недостатки. Это позволяет сделать вывод о вероятной избирательной пользе синдрома Жильбера для пациентов вследствие мощных полезных биологических эффектов неконъюгированного билирубина, защищающих организм от различных «заболеваний цивилизации».
