胆红素

生成

人体内的铁卟啉化合物包括血红蛋白、过氧化物酶、过氧化氢酶、细胞色素和肌动蛋白等。正常人每日可以生成250－350mg胆红素，其中70％来源于衰老红细胞被破坏时释放出的血红蛋白中的血红素（heme），其他30％主要来源于含铁卟啉酶类，如过氧化物酶、过氧化氢酶，也有一些是来源于细胞色素、肌动蛋白中的血质和造血过程中红细胞的过早破坏等，但所占比例较小。
一般红细胞的寿命约为120天。衰老的红细胞在肝、脾、骨髓的单核巨噬细胞系统中被破坏释放出血红蛋白，正常人每小时即有1-2亿个红细胞破坏，释放出约6g血红蛋白。血红蛋白然后分解为球蛋白和血红素。球蛋白可降解为氨基酸，供体内再利用。血红素则在氧分子和NADPH的存在下，被主要由肝和脾的星形细胞构成的单核巨噬细胞的微粒体中非常活跃的血红素加氧酶氧化，血红素铁卟啉环上两个乙烯基吡咯之间的次甲基（－CH＝）氧化断裂为一氧化碳，同时两端的吡咯环被羟化，形成胆绿素。血红素加氧酶是胆红素合成中的限速酶。生成的一部分一氧化碳随呼吸道排出，通过检测呼出气中的一氧化碳可以得知体内红细胞破坏的速率。铁（Ⅲ）则被再利用。随后胆绿素在细胞质基质中的胆绿素还原酶的催化下，被NADPH迅速还原为胆红素。胆红素在特定条件下又可被重新氧化为胆绿素，因此有些研究认为胆红素在体内的抗氧化剂功能与这个性质有很大关系。

运输

胆红素对血浆白蛋白有很高的亲和力，因此在离开单核吞噬细胞之后，在血液中主要是与白蛋白结合而运输，少量与α₁球蛋白结合为复合物运输。每个白蛋白分子上有一个高亲和力位点和一个低亲和力位点，每个白蛋白可以与两个胆红素相结合。血液中含有足量的白蛋白，故不与白蛋白结合的胆红素很少，正常人血浆中胆红素的浓度只有0.2－1.0mg/dl。这种结合作用十分紧密，增加了胆红素在水中的溶解性，有利于运输，同时也限制了胆红素自由通透细胞膜对组织造成的毒性作用。
若白蛋白过少，或者白蛋白与胆红素的结合位点受到外来药物或食物添加剂的竞争，致使胆红素对结合部位的亲和力降低，那么胆红素便从血液向组织转移，对组织产生毒性作用。外来化合物如磺胺类药物、镇痛药、抗炎药、利尿剂、水杨酸、胆汁酸和脂肪酸等，可与胆红素竞争与白蛋白结合，增加游离胆红素通透细胞膜进入细胞的可能性。胆红素是亲脂性物质，透入细胞的胆红素会与脑部基底核的脂类结合，干扰脑部的正常功能，导致胆红素脑病，因此对有黄疸倾向者或新生儿应用这些药物时应当慎重。

摄取作用

胆红素在以胆红素-白蛋白为主要形式随血液循环到肝脏后，胆红素与白蛋白解离，并迅速被肝细胞摄取。肝细胞对胆红素有很强的亲和力，这是由于肝细胞膜表面有结合胆红素的特异受体，可对胆红素主动摄取，而且肝细胞内含有Y蛋白和Z蛋白两种载体蛋白，可以特异地结合包括胆红素在内的有机阴离子并主动将其摄入细胞内。肝细胞对胆红素的摄取作用是一个耗能的可逆过程，因此当胆红素生成过多超过肝细胞的处理能力，或者肝细胞处理胆红素的能力下降时，已经透入肝细胞的胆红素便可以返流入血，使血液中胆红素升高。有研究显示成年雌性大鼠由于雌激素的作用，肝对胆红素的摄取效率明显高于雄性，这可能是女性血浆胆红素浓度低于男性的原因。
胆红素在进入肝细胞后，在胞浆中与两种载体蛋白——Y蛋白和Z蛋白相结合，以胆红素-Y蛋白和胆红素-Z蛋白的形式进入内质网。Y蛋白是一种碱性蛋白，由分子量为22kd和27kd的两个亚基组成，含量丰富，约占人肝细胞胞液蛋白总量的2％（大鼠为5％）。Z蛋白是一种酸性蛋白，分子量12kd。Y蛋白比Z蛋白对胆红素的亲和力强，且含量多，是肝细胞摄取胆红素时的主要载体蛋白。它具有谷胱甘肽S-转移酶的活性，除了对胆红素有很强的亲和力外，对甲状腺素、固醇类物质、四溴酚酞磺酸钠（BSP）、靛青绿（ICG）、某些染料和一些有机阴离子均有很高的亲和力，竞争性影响胆红素的转运，故Y蛋白也称配体结合蛋白。新生儿体内的Y蛋白含量在出生七周后才接近成人水平，苯巴比妥可以诱导新生儿合成Y蛋白，加强胆红素的转运，因此临床上可应用苯巴比妥来治疗新生儿的生理性黄疸。

转化作用

胆红素-Y蛋白和胆红素-Z蛋白复合物被转运到滑面内质网后，在UDP-葡糖醛酸基转移酶的催化下，胆红素接受来自UDP-葡糖醛酸的葡糖醛酸基生成葡糖醛酸胆红素，即结合胆红素。由于一个胆红素分子具有两个丙酸基团，因此一分子胆红素可以先后与两个葡糖醛酸酯化，生成单葡糖醛酸胆红素和双葡糖醛酸胆红素，其中双葡糖醛酸胆红素是人胆汁中胆红素的主要结合产物，占70－80％，单葡糖醛酸胆红素只占约20－30％。其余还有一小部分胆红素与硫酸结合生成胆红素硫酸酯，或者与甲基、乙酰基或甘氨酸形成相应的结合物。
由于胆红素分子中的6个氢键在形成结合胆红素时被破坏，因此结合胆红素的水溶性比游离的胆红素强得多，与血浆白蛋白亲和力小，易随胆汁排入小肠继续代谢，也容易通透肾小球基底膜从尿中排出。结合胆红素不易透过细胞膜和血脑屏障，不易对组织产生毒性作用，是胆红素在体内解毒的主要方式。血浆中的胆红素通过肝细胞膜特异受体、肝细胞胞浆内载体蛋白和内质网的葡糖醛酸基转移酶的联合作用，不断地被肝细胞摄取、结合、转化与排泄，从而不断得以清除。这个清除过程相当迅速，虽然正常人每天从单核吞噬细胞系统产生200－300mg胆红素，但肝每小时便能清除约100mg胆红素，远远大于机体产生胆红素的能力。

排泄作用

肝细胞浆内的结合胆红素在高尔基复合体、溶酶体等作用之下，与胆汁酸盐一起经胆汁分泌器被排入毛细胆管，随胆汁排出肝脏。毛细胆管中结合胆红素浓度较低，因而该排泄过程是逆浓度梯度的较复杂的耗能过程，容易发生障碍，是肝脏处理胆红素的薄弱环节。若发生障碍，结合胆红素就会返流入血，使血浆中的结合胆红素水平升高，造成肝细胞淤滞性黄疸。糖皮质激素对葡糖醛酸基转移酶的生成、胆红素与葡糖醛酸的结合和结合胆红素的排出都有促进作用，因此此类激素可用于治疗高胆红素血症。

在肠道中的变化

葡糖醛酸胆红素在随胆汁到达肠道后，在回肠末端至结肠部位的肠菌作用下大部分脱去葡糖醛酸基，生成的胆红素逐步被还原为无色的D-尿胆素原、中胆素原和粪胆素原，统称胆素原。在肠道下段，这些无色的胆素原接触空气后分别被氧化为D-尿胆素、尿胆素Ⅸ α和粪胆素，这三者合称胆素。胆素呈棕黄色，是粪便中的主要色素，正常人每日排出总量为40－280mg。
肠道中的胆素原约有10－20％可被肠粘膜细胞重新吸收，经门静脉入肝，其中约90％又以原形随胆汁再排入肠道形成胆素原的肠肝循环，也有少量经血液循环入肾并随尿排出。正常人每日随尿排出约0.5－4.0mg胆素原。其中的尿胆素原接触空气后被氧化为尿胆素，是尿中的主要色素。临床上作为肝功能检查指标的尿三胆即是尿中胆红素、胆素原和胆素的合称。
胆道完全阻塞时胆红素无法排入肠道形成胆素原和胆素，粪便便呈灰白色，临床上称白陶土样便。新生儿的肠道细菌较少，一些胆红素未经细菌还原便随粪便排出，因此粪便呈胆红素的橘黄色。