E epesavak: A jó, a rossz és a csúnya

A gerinceseknél a koleszterin egyensúlya a szintézis és a kiválasztás szabályozásával érhető el. A koleszterin kiválasztását az epesavak, a koleszterinből a májsejtben képződő, vízben oldódó amfipatikus molekulák közvetítik. A koleszterin homeosztázisban betöltött szerepük mellett az epesavak funkcionális detergensek is, amelyek az epeáramlást indukálják, és vegyes micellák formájában szállítják a lipideket az epeutakban és a vékonybélben. Az epesavak funkciói az egészségben és működési zavarai a betegségekben állnak e cikk középpontjában.

Az epe mint kiválasztó és kiválasztó folyadék.

A gerinceseknél a máj által a bélbe szekretált epe egyszerre emésztő és kiválasztó folyadék. Emésztőfolyadékként az epe epesavakat tartalmaz, erős emésztő felületaktív anyagokat, amelyek elősegítik a lipidek felszívódását. Kiválasztó folyadékként az epe olyan anyagokat tartalmaz, amelyek nem tudnak hatékonyan távozni a vizelettel, mert oldhatatlanok vagy fehérjékhez kötöttek. Ezek közé tartoznak nemcsak az epesavak (amelyek nemcsak emésztési felületaktív anyagok, hanem a koleszterin-anyagcsere végtermékei is), a bilirubin (a heme-anyagcsere végterméke), a koleszterin (a szervezet szükségleteit meghaladó szintézisből származik) és a nehézfémek, például a vas és a réz (a szervezet szükségleteit meghaladó felszívódásból származik). Az epeúti szekréció a lipofil szteroidok és a gyógyszer-metabolitok kiválasztási útvonalát is biztosítja. Az epe magas koncentrációban tartalmaz foszfolipideket is, amelyek főként foszfatidil-kolinból (PC) állnak, és az epesavakkal kevert micellákat alkotnak. Ezek a kevert micellák amfipatikus mikrodoméneket tartalmaznak, amelyek képesek szolubilizálni a koleszterint. A vegyes micellák képződése csökkenti az epesavak monomer aktivitását is, és megakadályozza, hogy elpusztítsák az epehámsejtek apikális membránját. Az IgA, egy immunglobulin, és a nyálka az epébe szekretálódik, ahol szerepük a baktériumok növekedésének és megtapadásának megakadályozása. Végül az epe tokoferolt tartalmaz, amely megakadályozhatja az epe- és vékonybélhám oxidatív károsodását (5).

Epecetsav-anyagcsere.

Az epesavak a pericentrális hepatocitákban koleszterinből képződnek egy multienzimes folyamat révén. A C24 epesavak bioszintézisében (amelyek a legtöbb gerincesben jelen vannak) a koleszterin oldallánca oxidatív hasadáson megy keresztül, amelynek eredményeképpen egy izooktánrész izopentánsav-rész alakul izopentánsav-résszé. Egy vagy két hidroxilcsoportot adnak a maghoz. Bár a hidroxilálás mintázata fajonként változik, a hidroxilálás mindig a molekula egyik oldalán történik, és a végterméknek mindig van egy hidrofób és egy hidrofil oldala, ami amfipatikus molekulát eredményez.

A keringő epesavmolekulák összetétele gyakran összetett, és meghaladja e cikk kereteit. A bonyolultság abból adódik, hogy a keringő epesavaknak két bemenete van. Az első bemenet a májsejtben a koleszterinből képződött epesavakból áll; ezeket elsődleges epesavaknak nevezzük, és általában legalább két epesavból állnak. A második bemenet a vastagbélben lévő baktériumok által a C-7-es hidroxi-csoport eltávolításával képzett epesavakból áll. Az ilyen epesavakat másodlagos epesavaknak nevezzük. Ezek felszívódnak a vastagbélből és az elsődleges epesavakkal együtt keringenek. Az epe tehát a májsejtben képződő elsődleges epesavak és a vastagbélben képződő másodlagos epesavak keveréke. Minden epesav, legyen az elsődleges vagy másodlagos, amely az epébe kiválasztódik, vagy glicinnel vagy taurinnal konjugálódik. Az ilyen konjugáció növeli a vizes oldhatóságot savas pH-n, növeli a Ca2+ általi kicsapódással szembeni ellenállást, és a sejtmembránok számára átjárhatatlanná teszi az epesavakat (7, 8).

A táplálékból származó lipidek felszívódásának fokozása epesavakkal.

A táplálékból származó trigliceridet a hasnyálmirigy lipáz hidrolizálja zsírsav és 2-monoglicerid molekulákká, amelyek fiziológiás pH-n oldhatatlanok. Az epesavak azon képessége, hogy hatékonyan szolubilizálják ezeket a lipolízis termékeket, már közel egy évszázada ismert, és az a felfedezés, hogy az ilyen szolubilizációt vegyes micellák képződésével lehet magyarázni, a kolloidtudomány fogalmainak kiváló alkalmazása volt egy fiziológiai folyamatra. A neutronszórással végzett legújabb munkák azt mutatják, hogy az epe (epesavakat, PC-t és koleszterint tartalmazó) és a vékonybéltartalom (epesavakat, zsírsavakat és monogliceridet tartalmazó) vegyes micellái azonos molekuláris elrendeződésűek. Mindkét micellatípusban a polimolekuláris aggregátum alakja hengeres. A poláros lipidek sugárirányban helyezkednek el úgy, hogy hidrofil fejük kifelé, a vizes fázis felé néz. Az epesavmolekulák a poláris fejek között merőlegesen helyezkednek el. Az epesavmolekula hidrofób oldala ékszerűen fekszik a PC (vagy zsírsav) molekulák alkilláncainak fejei között; az epesavmolekula hidrofil oldala a vizes környezet felé néz (4). A lipid kettősrétegek vagy vezikulák vegyes micellákká történő átalakulását epesavak által a 2. ábra szemlélteti.

A vékonybélben a micelláris szolubilizáció ~1000-szeresére növeli a zsírsavak és monogliceridek vizes koncentrációját. A kevert micella lassabban diffundál, mint a monomerek, de a micellaképződés okozta jelentősen megnövekedett vizes koncentráció legalább 100-szorosára gyorsítja a diffúziót. Ez azért fontos, mert a zsírsavfelvétel az enterocita által olyan gyors, hogy a diffúzió a teljes felszívódási folyamatban sebességkorlátozóvá válik (8). A hatékony zsíremésztés és felszívódás különösen fontos a szoptató csecsemőknél, akiknél a zsír a fő kalóriaforrás.

Az epesavak csak akkor oldják fel a vegyes micellák formájában lévő tápláléklipideket, ha az epesavak koncentrációja meghalad egy kritikus koncentrációt, amelyet kritikus micellázási koncentrációnak nevezünk. Az epesavak viszonylag magas koncentrációja a vékonybél lumenében az emésztés során több tényező eredménye. Először is, a konjugált epesavak erős savak, amelyek a bél pH-ján teljesen ionizálódnak, és ezért a sejtmembránok számára áthatolhatatlanok, és az epesavmolekula túl nagy ahhoz, hogy áthaladjon a paracelluláris átjárókon. Másodszor, az epesavak hatékony megőrzése az aktív (hordozó által közvetített) felszívódás révén a vékonybélből egy olyan epesavkészletet eredményez, amely minden étkezéssel többször is ciklikusan változik. (A molekuláknak ezt a mozgását az epeutakból a vékonybélbe és vissza a májba, majd az epébe való visszaszekréciót követően enterohepatikus keringésnek nevezzük.) Az epesavak enterohepatikus keringése nagymértékű felületaktív molekulák áramlását biztosítja, amely jelentősen meghaladja az epesavak koleszterinből történő szintézisének sebességét. Az epesavkiválasztás például étkezéskor átlagosan 5 mmol/h. Az epesavak koleszterinből történő szintézise ~0,02 mmol/h. Az epesavak magas luminális koncentrációjához hozzájáruló utolsó tényező az epehólyag epéjének rendkívül magas koncentrációja (akár 300 mM), legalábbis azoknál a fajoknál, amelyeknek van epehólyagjuk. Az epehólyag epéjének magas koncentrációja az epehólyag hámja által az epehólyagban tárolt epe víz eltávolításának eredménye.

Az epesavak nagy újrahasznosító medencéje tehát mind az epevezetékben, mind a vékonybélben lipidszállító funkciót tölt be. Az epében a “kiválasztó” micellák (epesavak, PC és koleszterin) transzportfunkciója segíti a koleszterin és más lipofil molekulák kiválasztását. A vékonybéltartalomban az “abszorpciós” micella segíti a trigliceridek és a zsírban oldódó vitaminok felszívódását. Mindkét micellatípus képes többértékű kationokat megkötni és elősegíteni azok transzportját.

Az epesavak funkciói a májban és az epeutakban.

Az epesavak nagy újrahasznosító pooljának a májsejteken belül is vannak funkciói. A bélből visszatérő epesavakat a hepatocita hatékonyan távolítja el a portális vénás vérből. Az első áthaladásos kivonás az epesav szerkezetétől függ, de minden epesav esetében meghaladja a 60%-ot. A felvételt bazolaterális hordozófehérjék közvetítik, amelyeket mostanában molekuláris szinten jellemeznek (10). A felvételt követően az epesavak nem maradnak a hepatocitában, hanem egy nemrégiben klónozott ATP-gerjesztésű csatornatranszporter segítségével gyorsan az epevezetékbe pumpálódnak (2). A canalicularis membránon keresztüli transzport rendkívül koncentratív, mivel az epesavak monomer koncentrációja a hepatocitában 1-2 μM, míg a canalicularis epében legalább 1000 μM. Az epesavak a csatornatérbe pumpálódnak, amely félig áteresztő. Az epesavak átmenetileg megemelkedett koncentrációjának ozmotikus hatása következtében víz és szűrhető ionok áramlanak a csatornatérbe, főként a paracelluláris átmeneteken keresztül. Ily módon keletkezik a canalicularis epe. (Az epeképződés ozmotikus elméletét mintegy hatvan évvel ezelőtt Ivor Sperber vetette fel, és több sor kísérleti bizonyíték is megerősítette; az epeképződés mechanizmusa megegyezik az Alza-pumpa pumpamechanizmusával.)

A canalisok, amelyeknek vak vége a májlebeny pericentrális régiójában van, aktin mikrofilamentumok spirálja veszi körül. Ezek összehúzódnak, a canalicularis epét az epevezetékek felé terelik, és megindítják az epeáramlást. Miután az epeáramlást a canalicularis lumenbe indukálták, az epesavak az epeúti lipidszekréciót is indukálják azáltal, hogy egy PC-“flippáz” által a canalicularis membránon keresztül szállított PC-molekulákhoz adszorbeálódnak (11). A PC-molekulák hólyagbuborékokat képeznek, amelyek a csatornamembrán luminális felületéről bimbóznak ki, a hólyagképződéshez szükséges energiát talán a csatornaszűkület biztosítja. Az epesavak adszorbeálódnak ezekhez a vezikulákhoz, leválasztva őket a csatornamembrán luminális felületéről (11). Ahogy az epe lefelé áramlik az epevezetékben, a vezikulák az epesavmolekulák folyamatos adszorpciója révén vegyes micellákká alakulnak át. Továbbra is kevéssé ismert, hogy a koleszterin hogyan szállítódik a canalicularis epébe. A vezikulák epesavak által vegyes micellákká történő átalakulását a 3. ábra mutatja.

A máj által szekretált epe mintegy fele az epehólyagba kerül, ahol három-hatszorosára koncentrálódik. Az epehólyagban történő tárolás és sűrítés során a víz és az elektrolitok eltávolításra kerülnek, és az epe Na+/H+ -csere révén savasodik. Étkezéskor az epehólyag összehúzódik, az Oddi-féle záróizom neurohormonális ingerek hatására ellazul, és az epe a vékonybélbe kerül. A PC hidrolizálódik és felszívódik; a koleszterin kicsapódik az oldatból, ami fokozza az eliminációt. Az epesavak most zsírsavakkal és monogliceridekkel vegyes micellákat alkotnak. A kiválasztó micellából abszorpciós micella lett.

Epecetsav transzport.

Az enterohepatikus keringés tehát magában foglalja az epesavmolekulák transzcelluláris transzportját, amelyet membrántranszporterek közvetítenek, és a szervközi áramlást, amelyet a bélmozgás és a véráramlás közvetít. A vektoros membrántranszport a hepatocitában és az ileális enterocitában történik, a szervközi áramlás pedig a portális vénás és szisztémás keringésben, az epeutakban és a vékonybélben.

A hepatocitában jelen lévő kémiai pumpákat már leírtuk. Az ileális enterocitában lévő aktív transzportrendszer jelenlétére Lack és Weiner szolgáltatott bizonyítékot, akik kifordított bélzsákok segítségével kimutatták, hogy a konjugált epesavak Na+-függő módon haladnak felfelé. A közelmúltban Dawson és munkatársai (1) munkája vezetett az ileális enterocita apikális membránjában jelen lévő Na+ – epesav kotranszporter klónozásához. Az ileális epesavtranszporter homológiája megegyezik a hepatocita Na+-függő epesavtranszporterével, amely a sinusoidális membránban található, de más fehérje. Az epesavak kilépése az ilealis enterocitából a bazolaterális membránon keresztül a portális vénás vérbe egy második, anioncserélő termékekkel rendelkező, még kevéssé jellemzett szállítófehérje segítségével történik.

Az epesavak enterohepatikus keringése homeosztatikus szabályozás alatt áll mind a hepatocita szintjén, ami az epesav bioszintézist illeti, mind az ilealis enterocita szintjén, ami az epesav transzportot illeti. A hepatocita szintjén az epesavak csökkent visszatérését a hepatocitába fokozott epesav-bioszintézis követi; úgy tűnik, hogy a jel az epesavak intracelluláris koncentrációja. Normális esetben az epesavszintézis le van szabályozva. Az enterohepatikus keringés megszakításával az epesav bioszintézis akár 15-szörösére is megnő. Mivel az epesavak koleszterinből származnak, a fokozott epesav-bioszintézishez ugyanolyan mértékű koleszterinbioszintézisnek kell társulnia.

A homeosztázis az ileális enterociták szintjén nem jól ismert. Meggyőző bizonyíték van a negatív visszacsatolásra (csökkent transzport fokozott terheléssel) hörcsögben és tengerimalacban; az ileális transzport negatív visszacsatolása emberben is jelen van, mivel az epesavszekréció nem növekszik epesavak etetésekor.

A rossz

Az epesavak nem megfelelő visszatartása és a koleszterin anyagcsere.

Az epesavak enterohepatikus keringésének élettani haszna évszázadok óta izgatja az élettant. Borelli, a legendás állatfiziológus már a 17. században megjósolta az enterohepatikus keringés létezését. Az enterohepatikus keringés kísérleti bizonyítása Moritz Schiff 1870-ben Genfben végzett, epebántalmakkal küzdő kutyán végzett vizsgálataira várt. (Schiff kénytelen volt elhagyni firenzei laboratóriumát és Svájcba menekülni, miután az élveboncolás-ellenesek bíróság elé állították; tárgyalásán ékesszólóan védte az állatkísérletek szükségességét és erkölcsi indokoltságát.)

A nézetet, hogy a konjugált epesavak funkcionális detergens molekulák, amelyek oldják a lipideket, ezáltal elősegítve azok felszívódását, fél évszázaddal ezelőtt a fiziológusok jól elfogadták, még ha a kevert micellák képződését még nem is írták le. Az enterohepatikus keringést rendkívüli fiziológiai adaptációnak tekintették, amely minimális bioszintézis igény mellett nagy mennyiségű detergens molekulát tett elérhetővé az emésztéshez. Ez a nézet azonban, miszerint a hatékony enterohepatikus keringés “jó” a szervezet számára, az elmúlt évtizedben módosult, nagyrészt a koleszterin- és lipoprotein-metabolizmus megértésében elért eredményeknek köszönhetően. Ma már egyre valószínűbbnek tűnik, hogy az epesavak hatékony bélrendszeri konzerválásának van egy “rossz” aspektusa is. Brown és Goldstein az alacsony sűrűségű lipoprotein (LDL) receptorral kapcsolatos alapvető munkájukban rámutattak, hogy e receptor károsodott működése hiperkoleszterinémiát okoz. E receptor felpregulációja a hepatocita koleszterin iránti igényének növelésével érhető el, mivel úgy tűnik, hogy a hepatocita mindenáron megvédi a koleszterin-homeosztázist. Megállapították, hogy az epesav-szekvenzánsok indukálták az epesav- és koleszterinbioszintézist, ami viszont felszabályozta az LDL-receptor aktivitását. Így a felnőtteknél az epesavak hatékony bélrendszeri konzerválása rossznak tekinthető, mivel lefelé szabályozza a koleszterin bioszintézist és az LDL-receptor aktivitást, ami viszont magasabb plazma LDL-koleszterinszinthez vezet.

A gyógyszergyárak már Brown és Goldstein elegáns ábrázolása előtt is az epesavak aktív bélrendszeri transzportját olyan fiziológiai folyamatként azonosították, amelyet célzottan kellene kezelni a hiperkoleszterinémia kezelésére. Az első szer, az epesav-szekvenáló kolestiramin háromszorosára növelte a koleszterin- és epesavbioszintézist, és csökkentette a plazma LDL-koleszterinszintjét. Bár a kolestiramin biztonságosnak és hatékonynak bizonyult a familiáris hiperkoleszterinémiában szenvedő betegeknél a koronáriaesemények megelőzésében, a nemkívánatos mellékhatások, például a székrekedés miatt nem alkalmazzák széles körben. A kevésbé mellékhatásokkal rendelkező, erősebb szekvesztránsok kifejlesztése folyamatban van. A második megközelítés az ileális enterociták apikális membránján jelen lévő Na+ – epesav kotranszporter gátlóinak szintézise. Kimutatták, hogy az ilyen szerek gátolják az epesavfelszívódást, csökkentik a plazma koleszterinszintjét és csökkentik az ateroszklerózist a koleszterinnel táplált Watanabe-nyúlban, amelyről ismert, hogy hibás LDL-receptorokkal rendelkezik (13).

A csúnya

Az epesavak mint citotoxikus szerek.

Az epesavak amfipatikus tulajdonságai, amelyek miatt a membránlipidek ilyen erős szolubilizálói, felelősek azért is, hogy az epesavak citotoxikusak, ha abnormálisan magas koncentrációban vannak jelen akár intracellulárisan, akár extracellulárisan. Az epesavak citotoxikus hatása kínzó tüneteket vagy akár halált is okozhat. Ez az epesavak “csúnya” oldala.

Az epesavak megnövekedett intracelluláris koncentrációja által okozott citotoxicitás.

Az egészséges hepatocitában az epesavak felvétele a bazolaterális membránon keresztül és az export a canalicularis exportpumpa révén szorosan összekapcsolódik. Ez a hatékony kapcsolódás, valamint a citoszolban lévő kötőfehérjék jelenléte rendkívül alacsony, <3 μM koncentrációban tartja az epesavak monomer koncentrációját a hepatocitán belül. Ha a csatornák exportja hibás, akár a csatornatranszport veleszületett vagy szerzett hibája miatt, akár az epeáramlás fizikai akadályozása miatt, az epesavak felhalmozódnak a hepatocitán belül. Ha koncentrációjuk meghaladja a kötőfehérjék kötőerejét, az epesavak apoptózist és nekrózist indukálnak, valószínűleg a mitokondriumok károsodása révén (14). Kolesztatikus májbetegségben szenvedő betegeknél az epesavak intracelluláris felhalmozódása által okozott hepatocita-károsodás mértéke csökkenthető egy nem toxikus epesav (ursodiol) bevitelével, amely felhalmozódik a keringő epesavkészletben, és csökkenti a hepatocitán keresztül keringő epesavkeverék citotoxicitását (12).

Az epesavak bioszintézisének bizonyos veleszületett hibái az epesavprekurzorok fokozott szintéziséhez vezetnek. Ezek felhalmozódnak a hepatocitán belül, mivel nem szubsztrátok a canalicularis exportpumpa számára, és hepatocita-halált okoznak. Az e rendkívül ritka állapotokban szenvedő csecsemőknél a születés után progresszív sárgaság alakul ki. A diagnózist általában a köztitermékek vizeletben vagy plazmában történő tömegspektrometriás azonosításával állítják fel. A természetes epesavakkal történő kezelés elnyomja a toxikus intermedierek szintézisét, normális epeáramlást idéz elő, helyreállítja az epesavak koncentrációját a vékonybélben, és életmentő.

Elvileg az epesavaknak fel kellene halmozódniuk az ileális enterocitában, ha a bazolaterális transzport károsodik, és ennek a felhalmozódásnak enterocita-halált kellene okoznia. Ezt a helyzetet azonban kísérletileg még nem idézték elő, és klinikailag sem azonosították.

az epesavak megnövekedett extracelluláris koncentrációja által okozott citotoxicitás.

A hatékony ileális konzerválás, valamint a vastagbélbe kerülő epesavak gyors bakteriális módosítása egészségesen azt eredményezi, hogy az epesavak vizes koncentrációja a vastagbéltartalomban meglehetősen alacsony, <1 mM. Ha az epesavak ileális transzportja hibás, akár az ileális epesavtranszporter veleszületett hiánya, akár ileális reszekció vagy betegség miatt, a máj bioszintézisének kompenzációs növekedése következik be, és az epesavak jelentősen megnövekedett mennyisége jut a vastagbélbe. A megemelkedett intraluminális koncentráció elektrolit- és vízkiválasztást indukál, ami klinikailag hasmenésként jelentkezik. Az epesav-szekvenzánsok adása csökkenti az epesavak emelkedett intraluminális koncentrációját, és tüneti előnyt biztosít (6).

Ejsavhiányos állapotok.

Ejsavhiány a bélben akkor fordul elő, ha az epesavak enterohepatikus keringése akadályozott, vagy ha azt a bél konzervációjának károsodása miatt megszakítják. Ha az epesav malabszorpció kellően súlyos, az epesav bioszintézis kompenzációs növekedése nem elegendő az epesavszekréció helyreállításához a bélben. (Emberben a máj csak ~15-szörösére képes növelni az epesavak szintézisét. Az epesav bioszintézis maximális sebessége ~6 g/nap, ami kevesebb, mint a fele az epesavak normál napi szekréciós sebességének). A csökkent epesavszekréció az étrendi lipidek hibás micelláris szolubilizációjához vezet, és ez hozzájárul a lipid malabszorpcióhoz ezeknél a betegeknél. Ha konjugált epesavakat adunk szájon át, a micelláris szolubilizáció helyreáll, és javul a lipidfelszívódás. Az ilyen konjugált epesavpótló terápia klinikai hasznosságát jelenleg tesztelik (3).

Következtetés

Az epesavak metabolizmusának, enterohepatikus keringésének és funkcióinak, valamint e folyamatok betegségben fellépő zavarainak tisztázása multidiszciplináris erőfeszítést igényelt, amely a fizikai biokémiától a klinikai vizsgálatokig terjedt. Véleményem szerint ezek az erőfeszítések az integratív fiziológia legjobb hagyományainak megfelelően történtek.

.