Ácidos Biliares: O Bom, o Mau e o Feio

Em vertebrados, o equilíbrio do colesterol é alcançado através da modulação tanto da síntese como da excreção. A excreção do colesterol é mediada pelos ácidos biliares, as moléculas anfhipáticas solúveis em água formadas a partir do colesterol no hepatócito. Além de seu papel na homeostase do colesterol, os ácidos biliares também são detergentes funcionais que induzem o fluxo biliar e transportam lipídios como micelas mistas no trato biliar e intestino delgado. As funções do ácido biliar na saúde e disfunções na doença são o foco deste artigo.

Bile como um fluido secretor e excretor.

Bile, um fluido secretado pelo fígado no intestino em vertebrados, é tanto um fluido digestivo como um fluido excretor. Como fluido digestivo, a bílis contém ácidos biliares, potentes surfactantes digestivos que promovem a absorção de lípidos. Como um fluido excretor, a bílis contém substâncias que não podem ser eliminadas eficientemente na urina porque são insolúveis ou ligadas a proteínas. Estes incluem não só os ácidos biliares (que não são apenas surfactantes digestivos mas também produtos finais do metabolismo do colesterol), bilirrubina (o produto final do metabolismo heme), colesterol (derivado da síntese que excede as necessidades corporais), e metais pesados como o ferro e o cobre (derivado da absorção que excede as necessidades corporais). A secreção biliar também proporciona uma via excretora para os esteróides lipofílicos e metabolitos de drogas. A bílis também tem uma alta concentração de fosfolípidos, que consistem principalmente em fosfatidilcolina (PC) e que formam micelas mistas com ácidos biliares. Estas micelas mistas contêm microdomínios anfípticos que podem solubilizar o colesterol. A formação de micelas mistas também diminui a atividade monomérica dos ácidos biliares e evita que estes destruam a membrana apical das células epiteliais biliares. IgA, uma imunoglobulina e muco são secretados na bílis, onde o seu papel é prevenir o crescimento e a adesão bacteriana. Finalmente, a bílis contém tocoferol, que pode prevenir danos oxidativos ao epitélio biliar e intestino delgado (5).

Bile metabolismo dos ácidos.

Ácidos biliares são formados nos hepatócitos pericentrais a partir do colesterol por um processo multienzimático. Na biossíntese dos ácidos biliares C24 (que estão presentes na maioria dos vertebrados), a cadeia lateral do colesterol sofre clivagem oxidativa resultando na conversão de uma fracção isooctanóica em uma fracção isopentanóica do ácido. Um ou dois grupos hidroxil são adicionados ao núcleo. Embora o padrão de hidroxilação varie entre espécies, a hidroxilação é sempre numa face da molécula, e o produto final tem invariavelmente uma face hidrofóbica e uma face hidrofílica, resultando numa molécula amphipática.

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A composição das moléculas de ácido biliar que circulam é muitas vezes complexa e está além do escopo deste artigo. A complexidade resulta de os ácidos biliares que circulam terem duas entradas. O primeiro input consiste nos ácidos biliares formados a partir do colesterol no hepatócito; estes são denominados ácidos biliares primários e normalmente consistem de pelo menos dois ácidos biliares. A segunda entrada consiste nos ácidos biliares formados por bactérias no cólon através da remoção do grupo hidroxilo em C-7. Tais ácidos biliares são denominados ácidos biliares secundários. Estes são absorvidos do cólon e circulam juntamente com os ácidos biliares primários. A bílis é assim uma mistura de ácidos biliares primários formados no hepatócito e ácidos biliares secundários formados no cólon. Todos os ácidos biliares, primários ou secundários, que são secretados na bílis são conjugados com glicina ou taurina. Tal conjugação aumenta a solubilidade aquosa a pH ácido, aumenta a resistência à precipitação por Ca2+, e torna os ácidos biliares impermeáveis às membranas celulares (7, 8).

Aumento da absorção de lípidos alimentares pelos ácidos biliares.

Triglicéridos dietéticos são hidrolisados pela lipase pancreática a ácidos gordos e moléculas de 2-monoglicéridos que são insolúveis a pH fisiológico. A capacidade dos ácidos biliares de solubilizar eficazmente estes produtos de lipólise é conhecida há quase um século, e a descoberta de que tal solubilização poderia ser explicada pela formação de micelas mistas foi uma aplicação soberba dos conceitos da ciência coloidal a um processo fisiológico. Trabalhos recentes usando dispersão de neutrões indicam que as micelas mistas de bílis (contendo ácidos biliares, PC e colesterol) e de conteúdo do intestino delgado (contendo ácidos biliares, ácidos gordos e monoglicéridos) têm um arranjo molecular idêntico. Em ambos os tipos de micelas, a forma do agregado polimolécular é cilíndrica. Os lípidos polares são dispostos radialmente com suas cabeças hidrofílicas voltadas para fora, em direção à fase aquosa. As moléculas de ácido biliar estão dispostas perpendicularmente entre as suas cabeças polares. A face hidrofóbica da molécula de ácido biliar repousa como uma cunha entre as cabeças das cadeias alquílicas das moléculas de PC (ou ácido graxo); a face hidrofílica da molécula de ácido biliar está voltada para o ambiente aquoso (4). A transformação das camadas lipídicas ou vesículas em micelas mistas por ácidos biliares é ilustrada na Fig. 2.

No intestino delgado, a solubilização micelar aumenta a concentração aquosa de ácidos gordos e monoglicéridos por um factor de ~1.000. A micela mista difunde-se mais lentamente que os monômeros, mas o grande aumento da concentração aquosa causada pela formação de micelas acelera a difusão por um fator de pelo menos 100. Isto é importante porque a absorção de ácidos gordos pelo enterócito é tão rápida que a difusão se torna limitada no processo de absorção global (8). A digestão e absorção eficiente de gordura é especialmente importante no lactente, no qual a gordura é uma fonte importante de calorias.

Os ácidos biliares não solubilizarão os lípidos alimentares sob a forma de micelas mistas, a menos que os ácidos biliares estejam acima de uma concentração crítica, denominada concentração crítica de micelização. A concentração relativamente alta de ácidos biliares na luz do intestino delgado durante a digestão é o resultado de vários fatores. Primeiro, os ácidos biliares conjugados são ácidos fortes que são totalmente ionizados no pH intestinal e por isso são impermeáveis às membranas celulares, e a molécula de ácido biliar é muito grande para passar através das junções paracelulares. Em segundo lugar, a conservação eficiente dos ácidos biliares através da absorção activa (mediada por um portador) do intestino delgado resulta num pool de ácidos biliares que cicla várias vezes com cada refeição. (Este movimento das moléculas do tracto biliar para o intestino delgado e de volta ao fígado seguido de ressecreção para a bílis é denominado circulação enterohepática). A circulação enterohepática dos ácidos biliares fornece um grande fluxo de moléculas surfactantes que excede em muito a taxa a que os ácidos biliares são sintetizados a partir do colesterol. Por exemplo, a secreção de ácidos biliares com uma refeição tem uma média de 5 mmol/h. A síntese de ácidos biliares a partir do colesterol é de ~0,02 mmol/h. O fator final que contribui para a alta concentração luminosa dos ácidos biliares é a concentração extremamente alta da bílis biliar (até 300 mM), pelo menos naquelas espécies que têm vesícula biliar. A alta concentração de ácidos biliares é o resultado da remoção de água pelo epitélio da vesícula biliar quando a bílis é armazenada na vesícula biliar.

O grande pool de reciclagem de ácidos biliares serve assim para uma função de transporte lipídico tanto no trato biliar como no intestino delgado. Na bílis, a função de transporte da micela “excretora” (ácidos biliares, PC e colesterol) ajuda na excreção do colesterol e outras moléculas lipofílicas. No conteúdo do intestino delgado, a micela “absorvente” ajuda na absorção de triglicéridos e vitaminas lipossolúveis. Ambos os tipos de micelas podem ligar cátions polivalentes e promover o seu transporte.

Funções de ácido biliar no fígado e tracto biliar.

A grande piscina de reciclagem de ácidos biliares também tem funções dentro do hepatócito. Os ácidos biliares que retornam do intestino são eficientemente removidos do sangue venoso portal pelo hepatócito. A extracção na primeira passagem depende da estrutura do ácido biliar, mas para todos os ácidos biliares excede 60%. A absorção é mediada por proteínas portadoras basolaterais que estão agora a ser caracterizadas a um nível molecular (10). Após a captação, os ácidos biliares não permanecem no hepatócito, mas são rapidamente bombeados para o canalículo biliar por um transportador canalicular ATP energizado que foi recentemente clonado (2). O transporte através da membrana canalicular é extraordinariamente concentrador, porque a concentração monomérica de ácidos biliares no hepatócito é considerada 1-2 μM enquanto que a da bílis canalicular é de pelo menos 1.000 μM. Os ácidos biliares são bombeados para o espaço canalicular, que é semipermeável. Como resultado dos efeitos osmóticos das concentrações transientemente elevadas de ácidos biliares, água e íons filtráveis fluem para o espaço canalicular, principalmente através das junções paracelulares. Desta forma, a bílis canalicular é gerada. (A teoria osmótica da formação biliar foi proposta há cerca de sessenta anos por Ivor Sperber e tem sido confirmada por múltiplas linhas de evidência experimental; o mecanismo de formação biliar é idêntico ao mecanismo de bombeamento da bomba Alza.)

Os canalículos, que têm uma extremidade cega na região pericentral do lóbulo hepático, estão rodeados por uma espiral de microfilamentos de actina. Estes contraem-se, conduzindo a bílis canalicular em direcção aos ductos biliares e iniciando o fluxo biliar. Após induzir o fluxo biliar para a luz canalicular, os ácidos biliares também induzem a secreção lipídica biliar por adsorção às moléculas de PC que foram transportadas através da membrana canalicular por uma PC-“flippase” (11). As moléculas de PC formam bolhas vesiculares que brotam da face luminal da membrana canalicular, sendo a energia para a formação de vesículas talvez fornecida pelas contrações canaliculares. Os ácidos biliares adsorvem a estas vesículas, destacando-as da face luminal da membrana canalicular (11). Como a bile flui pelo tracto biliar, as vesículas são convertidas em micelas mistas pela adsorção contínua de moléculas de ácido biliar. A forma como o colesterol é transportado para a bílis canalicular permanece mal compreendida. A conversão de vesículas em micelas mistas pelos ácidos biliares é mostrada na Fig. 3.

Sobre a metade da bílis secretada pelo fígado entra na vesícula biliar, onde é concentrada por um fator de três a seis. Durante o armazenamento e concentração da vesícula biliar, água e eletrólitos são removidos e a bílis é acidificada pela troca de Na+/H+. Com uma refeição, a vesícula biliar contrai, o esfíncter de Oddi relaxa sob estímulos neurohormonais, e a bílis entra no intestino delgado. O PC é hidrolisado e absorvido; o colesterol precipita-se da solução, melhorando a sua eliminação. Os ácidos biliares formam agora micelas mistas com ácidos gordos e monoglicéridos. A micela excretora tornou-se uma micela absorvente.

Transporte de ácido biliar.

A circulação enterohepática envolve assim o transporte transcelular de moléculas de ácido biliar, mediado por transportadores de membrana, e o fluxo interorgânico, mediado pela motilidade intestinal e fluxo sanguíneo. O transporte da membrana vetorial ocorre no hepatócito e no enterócito ileal, e o fluxo interorgânico ocorre na circulação venosa portal e sistêmica, no trato biliar e no intestino delgado.

As bombas químicas presentes no hepatócito já foram descritas. Evidências da presença de um sistema de transporte ativo no enterócito ileal foram fornecidas por Lack and Weiner, que mostrou, usando sacos intestinais sempre secos, que os ácidos biliares conjugados se movem para cima, de forma dependente de Na+. Recentemente, o trabalho de Dawson e colegas (1) levou à clonagem do cotransportador de ácido biliar Na+ presente na membrana apical do enterócito ileal. O transportador de ácido biliar ileal compartilha a homologia com o transportador de ácido biliar dependente de Na+ localizado na membrana sinusoidal, mas é uma proteína diferente. A saída dos ácidos biliares do enterócito ileal através da membrana basolateral e para o sangue venoso portal envolve uma segunda proteína transportadora com produtos de troca de ânions que permanece mal caracterizada.

A circulação enterohepática dos ácidos biliares está sob controle homeostático tanto ao nível do hepatócito, com respeito à biossíntese dos ácidos biliares, quanto do enterócito ileal, com respeito ao transporte dos ácidos biliares. Ao nível do hepatócito, a diminuição do retorno dos ácidos biliares ao hepatócito é seguida de um aumento da biossíntese dos ácidos biliares; o sinal parece ser a concentração intracelular dos ácidos biliares. Normalmente, a síntese de ácidos biliares é desregulamentada. Com a interrupção da circulação enterohepática, a biossíntese dos ácidos biliares aumenta até 15 vezes. Como os ácidos biliares são derivados do colesterol, o aumento da biossíntese de ácido biliar deve ser acompanhado por uma quantidade equivalente de biossíntese de colesterol.

Homeostasia ao nível do enterócito ileal não é bem compreendida. Há evidências convincentes de feedback negativo (diminuição do transporte com aumento da carga) no hamster e cobaia; feedback negativo do transporte ileal também está presente em humanos, pois a secreção de ácido biliar não aumenta quando os ácidos biliares são alimentados.

O mau

Retenção inadequada dos ácidos biliares e metabolismo do colesterol.

A utilidade fisiológica da circulação enterohepática dos ácidos biliares tem fascinado os fisiologistas há séculos. Borelli, o lendário fisiologista animal, previu a existência da circulação enterohepática no século XVII. A prova experimental da circulação enterohepática aguardava estudos no cão da fístula biliar em 1870 por Moritz Schiff em Genebra. (Schiff tinha sido forçado a abandonar seu laboratório em Florença, Itália e fugir para a Suíça depois de ser colocado em julgamento por antivivisseccionistas; em seu julgamento, ele fez uma defesa eloquente da necessidade e justificação moral para a experimentação animal.)

A visão de que os ácidos biliares conjugados eram moléculas detergentes funcionais que solubilizavam lipídios, promovendo assim sua absorção, foi bem aceita por fisiologistas há meio século atrás, mesmo que a formação mista de micelas ainda não tivesse sido descrita. A circulação enterohepática foi considerada uma extraordinária adaptação fisiológica que tornou um grande fluxo de moléculas de detergente disponível para digestão com requisitos mínimos de biossíntese. Contudo, esta visão de que a circulação enterohepática eficiente era “boa” para o organismo foi modificada na última década, em grande parte como resultado dos avanços na compreensão do metabolismo do colesterol e das lipoproteínas. Agora parece cada vez mais provável que a conservação intestinal eficiente dos ácidos biliares também tenha um aspecto “ruim”. Brown e Goldstein, em seu trabalho seminal sobre o receptor de lipoproteínas de baixa densidade (LDL), apontaram que a função prejudicada deste receptor causou hipercolesterolemia. A upregulação deste receptor poderia ser alcançada aumentando a demanda do hepatócito por colesterol, pois o hepatócito parece defender a homeostase do colesterol a todo custo. Observaram que os sequestrantes do ácido biliar induziram a biossíntese do ácido biliar e do colesterol, o que, por sua vez, upregulou a atividade receptora do LDL. Assim, no adulto, a conservação intestinal eficiente dos ácidos biliares pode ser considerada ruim na medida em que diminui a biossíntese do colesterol e a atividade receptora do LDL, o que, por sua vez, leva a níveis mais altos de colesterol LDL plasmático.

Aven antes da elegante representação de Brown e Goldstein, as empresas farmacêuticas haviam identificado o transporte ativo dos ácidos biliares pelo íleo como um processo fisiológico que deveria ser direcionado para o tratamento da hipercolesterolemia. O primeiro agente, a colestiramina sequestrante do ácido biliar, causou um triplo aumento do colesterol e da biossíntese do ácido biliar e diminuiu os níveis plasmáticos de colesterol LDL. Embora a colestiramina tenha se mostrado segura e eficaz na prevenção de eventos coronários em pacientes com hipercolesterolemia familiar, ela não é amplamente utilizada devido a efeitos colaterais indesejáveis, como a constipação intestinal. Seqüestrantes mais potentes com menos efeitos colaterais estão sendo desenvolvidos. Uma segunda abordagem é a síntese de inibidores do cotransportador ácido Na+-bile presente na membrana apical dos enterócitos ileais. Tais agentes têm demonstrado inibir a absorção de ácido biliar, diminuir o colesterol plasmático e diminuir a aterosclerose no coelho Watanabe alimentado com colesterol, que é conhecido por ter receptores LDL defeituosos (13).

O feio

Ácidos biliares como agentes citotóxicos.

As propriedades anfhipáticas dos ácidos biliares que os fazem ser tão poderosos solubilizantes dos lípidos de membrana também são responsáveis por os ácidos biliares serem citotóxicos quando presentes em concentrações anormalmente elevadas quer intracelularmente quer extracelularmente. Os efeitos citotóxicos dos ácidos biliares podem causar sintomas angustiantes ou mesmo a morte. Este é o lado “feio” dos ácidos biliares.

Citotoxicidade causada pelo aumento das concentrações intracelulares de ácidos biliares.

No hepatócito saudável, a absorção de ácidos biliares através da membrana basolateral e a exportação através da bomba de exportação canalicular estão firmemente acopladas. Este acoplamento eficiente, juntamente com a presença de proteínas de ligação no citosol, mantém as concentrações monoméricas de ácidos biliares dentro do hepatócito em concentrações extremamente baixas, <3 μM. Quando a exportação canalicular é defeituosa devido a um defeito congénito ou adquirido no transporte canalicular ou quando há uma obstrução física ao fluxo biliar, os ácidos biliares acumulam-se no interior do hepatócito. Quando a sua concentração excede a capacidade de ligação das proteínas de ligação, os ácidos biliares induzem apoptose e necrose, provavelmente por danos nas mitocôndrias (14). Em pacientes com doença hepática colestática, a extensão do dano hepatocitário causado pelo acúmulo intracelular de ácidos biliares pode ser diminuída pela ingestão de um ácido biliar não tóxico (ursodiol), que se acumula no pool de ácido biliar em circulação e diminui a citotoxicidade da mistura de ácido biliar em circulação através do hepatócito (12).

Cerros erros congênitos de biossíntese de ácido biliar levam ao aumento da síntese de precursores de ácido biliar. Estes acumulam-se dentro do hepatócito porque não são substratos para a bomba de exportação canalicular e causam a morte do hepatócito. Os bebés com estas condições extremamente raras desenvolvem icterícia progressiva após o nascimento. O diagnóstico é geralmente feito pela identificação espectroscópica de massa dos intermediários na urina ou plasma. O tratamento com ácidos biliares naturais suprime a síntese dos intermediários tóxicos, induz o fluxo biliar normal, restabelece a concentração de ácidos biliares no intestino delgado e salva vidas.

Em princípio, os ácidos biliares devem acumular-se no enterócito ileal quando o transporte basolateral é prejudicado e tal acumulação deve causar a morte do enterócito. Entretanto, esta situação ainda não foi induzida experimentalmente ou identificada clinicamente.

Citotoxicidade causada pelo aumento das concentrações extracelulares de ácidos biliares.

Na saúde, a conservação eficiente do íleo, juntamente com a rápida modificação bacteriana dos ácidos biliares que entram no cólon, resulta na concentração aquosa de ácidos biliares no conteúdo cólico ser bastante baixa, <1 mM. Quando o transporte ileal de ácidos biliares é defeituoso, seja por uma ausência congênita do transportador de ácidos biliares ileais, seja por ressecção ou doença ileal, ocorre um aumento compensatório da biossíntese hepática, e uma quantidade muito maior de ácidos biliares passa para o cólon. A elevada concentração intraluminal induz a secreção de eletrólitos e água, manifestada clinicamente como diarréia. A administração de seqüestrantes de ácidos biliares diminui a elevada concentração intraluminal de ácidos biliares e proporciona benefício sintomático (6).

Estados de deficiência de ácido biliar.

A deficiência de ácido biliar no intestino ocorre quando a circulação enterohepática de ácidos biliares é obstruída ou quando é interrompida por deficiência de conservação intestinal. Se a má absorção de ácido biliar for suficientemente severa, o aumento compensatório da biossíntese com ácido biliar é insuficiente para restaurar a secreção de ácido biliar no intestino. (Em humanos, o fígado pode aumentar a sua síntese de ácidos biliares apenas ~15 vezes. A taxa máxima de biossíntese da bile ácida é de ~6 g/dia, o que é menos da metade da taxa normal de secreção diária de ácidos biliares). A diminuição da secreção ácida biliar leva a uma solubilização micelar defeituosa dos lipídios dietéticos, o que contribui para a má absorção de lipídios nestes pacientes. Se os ácidos biliares conjugados forem alimentados oralmente, a solubilização micelar é restaurada e os resultados da absorção de lipídios melhoram. A utilidade clínica dessa terapia de reposição dos ácidos biliares conjugados está sendo testada (3).

Conclusão

Elucidação do metabolismo, circulação enterohepática e funções dos ácidos biliares, assim como distúrbios desses processos na doença, tem envolvido um esforço multidisciplinar que tem variado de bioquímica física a ensaios clínicos. Na minha opinião, estes esforços têm estado nas melhores tradições da fisiologia integrativa.