SAPPIHAPOT

SAPPIHAPOT
http://themedicalbiochemistrypage.org/images/bileacidsynthesis.jpg

SAPPIHAPPOJEN SYNTEESI JA TOIMINTA

Kolesteroli on monitoimimolekyyli ja yksi sen tärkeä tehtävä on antaa runkoa sappihappojen ja sappisuolojen muodostumiseen. Sappihapot ovat eräs kolesterolin synteesitien loppuhaara ja myös tapa, millä kolesterolia erittyy poispäin kehosta. Mutta sappihappojen muodostaminen on vajaa kykyinen eliminaatiotie siinä mielessä, että ne eivät voi toimittaa kaikkea aivan liikaa kolesterolia kehosta pois. Ne ovat eräs tärkeä funktiosykli sinänsä, jonka harteille ei voi sälyttää aivan liiallisten kolesterolimäärien poistamista sivutyönä niiden kaikkien muiden funktioiden ohessa. Tähän myös ravintosuositukset ovat antaneet normejaan helpottaakseen ja pitääkseen normaalirajoissa tätä sappihapposykliä. Keho tuottaa itse 700 g kolesterolia päiväsä ja ravinnosta siihen suositeltaisiin lisää vain 300 mg päivässä (NNR 2004).

Harperin tieto jo 1969 oli tämä:
MAKSAN toimittamassa sappinesteessä on sappihappoja 1,93% ( sappirakossa niitä on 9,14%). Sapen muita komponentteja maksassa (sappirakossa) ovat vesi 97 %( 85.92 %), kiinteitä aineita 2,52% ( 14,08 %), musiineja ja pigmenttejä 0.53%( 2.98 %), rasvahappoja ja rasvoja 0.14 % ( 0.32 %), kolesterolia 0.06% ( 0.26%), inorgaanisia suoloja ( 0.84% ( 0.65 %). Maksan toimittaman sapen pH on 7.1- 7.3 (ja sappirakossa pH on 6.9- 7.7) . Nämä luvut antavat hahmotusta sapen kosotumukselle ja ovat peräisin Harperista 1969.

MAKSASSA kolesterolista alkaa tulla sappihappoja:
Reaktio, joka hydroksyloi 7alfa- aseman kolesterolimolekyylissä, on tahtia rajoittava entsyymi sappihappojen synteesissä kolesterolista käsin. 7alfa-OH- kolesterolin muuttaminen sappihapoiksi on moniaskeleinen reastio.
Konjugoituminen glyko tai tauro (kolaateiksi) johdannaisiksi tapahtuu maksan mikrosomeissa ja siinä sappihapon -COOH- ryhmään konjugoituu joko aminohappo glysiini tai aminosulfonihappo tauriini ja silloin molekyyli muuttuu vesiliukoiseen muotoon. Nämä taas ottavat kaliumi(K+) tai natrium (Na+) jonin, jolloin on kyse sappisuoloista.
Täytyy myös huomioida, että koolihappo vaatii entsymaattisen aktivoitumisen (ATP ja CoA-SH avulla) Cholyl-SCoA muotoon ennen kuin se entsymaattisesti konjugoituu tauro tai glykokolaatiksi.

SAPPISUOLAT emulgoivat ruokasulassa ja alentavat pintajännitystä, jolloin ruokamolekyylit, jotka on rasvan peittämiä tulevat paremmin entsyymeille altiiksi ja pääsevät pilkkoutumaan ja imeytymään.

PRIMÄÄRIT SAPPIHAPOT
Nämä kaksi alla mainittua sappihappoa ovat primäärejä sappihappoja, joita muodostuu kolesterolista käsin.
KOOLIHAPPO ( Cholic acid, CA) on täysin tyydytetty sterolimolekyyli, jossa on 3,7, ja 12- asemissa OH-ryhmät.
KENODEOXYKOOLIHAPPO (chenodeoxycholic acid, CDCA ) omaa OH ryhmät 3 ja 7 asemissa.
Ihmisen sapessa nämä ovat kaikkein runsaimmat sappihapot, ensinmainittua 31 % ja toiseksi mainittua 45 %.

Suolen sisällä primäärit sappihapot joutuvat bakteerivaikutukselle alttiiksi ja muuttuvat sekundäärisiksi sappihapoiksi. Kolaatista tulee deoksykolaatti ja kenodeoksykolaatista tulee litokolaatti.
SEKUNDÄÄRISET SAPPIHAPOT OVAT
DEOXYKOOLIHAPPO ( deoxycholic acid, DCA) omaa OH ryhmät 3 ja 12 –asemissa.
LITOKOOLIHAPPO ( lithocholic acid, LCA) omaa vain yhden OH-ryhmän ja se on 3-asemassa.

Enterohepaattisessa kierrossa talletetaan näitä sappihappoja. (Kuitenkin siitä kolesterolista, mitä keho päivittäin eliminoi, puolet pääsee erittymän ulostuksien kautta).

Takaisin imeytyneet sappihapot konjugoidaan uudelleen
Maksan mikrosomin sisällä talletettujen sappihappojen uudelleen konjugoituminen tapahtuu taas COOH ryhmään glysiinin tai tauriinin amidi-sillalla, ennen kuin ne taas eritetään maksan sappitiehyeisiin. Niitä sanotaan glykokonjugaateiksi ja taurokonjugaateiksi. Biliaaritiehyeistä kerätään sappea suurempiin tiehyeisiin ja välivaiheena on sappirakko, johon sappea varastoituu tulevaista tarvetta ( rasva-ateriaa) varten. Sappihappojen lopullinen päämäärä on erittyminen ohutsuolen sisään, missä ne auttavat ravintolipidien emulgoinnissa. Suolen sisällä glysiinin ja tauriinin tähteet taas irtoavat sappihapoista ja nyt siten ne voivat joko erittyä ( pieneltä prosentilta) suolen muun massan joukossa tai ne absorboidaan uudestaan suolesta takaisin ja kuljetetaan maksaan. Tämä sykli on se enterohepaattinen kierto ( maksa- sappi- suoli- takaisin imeytyminen-maksasoluun oto jne) (enterohepatic circulation).

ULOSTUKSEEN erittyy normaalisti eniten näistä sappihapoista deoxykoolihappomuotoa. Mutta kolesteroliperäisiä muitakin eritemuotoja havaitaan, kuten neutraaleja steroideja ja fekaaleja steroleja, kuten coprostanolia, joka muodostuu alemmissa osissa suolistoa suoraan kolesterolista bakteerivaikutuksesta, joten kolesterolin poistaminen kehosta ei ole ainoastaan sappihappojen erittämisen varassa.

MITEN SAPPIHAPPOJEN HOMEOSTAASI SÄÄTYY

Sappihapot ja niistä erityisesti kenodeoxykoolihappo(CDCA) ja koolihappo(CA) voivat säätää geeniexpressiota, joka osallistuu niiden synteesiin ja täten ne voivat luoda takaisinsyöttömekanismin (feed back). Tämän säätelytien löytyminen tapahtui samalla kun selviteltiin farnesoidi-X-reseptoreja (FXRs) . FXRs-ovat eräs tumareseptorien superperhe joihin kuuluu steroidi/thyroidihormonireseptorien perhe ja myös maksan X-reseptorit (LXRs), retinoidi-X-reseptorit (RXRs) ja peroksisomiproliferaattori-aktivoituvat reseptorit (PPARs).

On olemassa kaksi geeniä, jotka koodaavat FXRs reseptoreita ja ne on merkattu FXRalfa ja FXRbeeta-nimillä.Ihmisellä on ainakin neljä isoformia alfa-reseptorigeenistä tuloksena aktivoitumisesta eri promoottoreilla ja alternantiivisista pilkkoutumisista ( FXRalfa 1,2,3, ja 4) . FXR-geeni tunnetaan myös nimellä NR1H4-geeni( tumareseptori NR alaperhe 1, ryhmä H, jäsen 4) . FXR-geenejä exspressoituu korkeimmin pitoisuuksin suolistossa ja maksassa.

Kuten kaikki tämän superperheen reseptorit, ligandi sitoutuu reseptoriin sytoplasmassa ja sitten kompleksi migroituu tumaan (nucleus) ja muodostaa heterodimeerin perheen muiden jäsenten kanssa. FXR muodostaa heterodimeerejä RXR-perheen jäsenten kanssa . Heterodimeerin muodostumista seuraa kompleksin sitoutuminen kohdegeenin spesifiseen sekvensiin, jota sanotaan hormoniin vastaavaksi elementiksi (HREs) ja tästä seuraa säädelty expressio. Yksi FXR:n pääkohteista on pieni heterodimeerinen partnerigeeni (small heterodimer partner (SHP) gene.Kun FXR on aktivoinut SHP-expression seuraa SHP-kohdegeenien transskription estymä.
Merkityksestä sappihappojen synteesille mainittakoon, että SHP vaimentaa kolesteroli 7-hydroxylaasigeenin ilmenemistä (CYP7A1). Ja juuri CYP7A1 taas on tahtia rajoittava entsyymi sappihappojen synteesissä kolesterolista käsin.

Eräs yrttiperäinen kolesterolia alentava supplementti jota sanotaan ”gugguliksi”. vaikuttaa siten, että tämän uutteen lipidikomponentti guggulsteroni (guggul = Commiphora mukul-puu Intiasta) toimii antagonistina FXR:lle. Mutta sen lisäksi että guggulsteroni vaikuttaa FXR-funktioon , se on näyttänyt voivan aktivoida pregnaani-X-reseptorinkin(PXR), joka on toinen tumareseptorien superperhe. PXR on todettu olevan litokoolihapon (LCA) ja muiden sappihappoprekursorimuotojen tunnistama reseptori. PXR-aktivaatio johtaa sappihapposynteesin vaimentumiseen, koska sillä on fysikaalista liittymää hepatosyytin tumafaktoriin 4alfa (HNF-4alfa), mikä vaikuttaa että tämä transkriptiotekijä ei enää kykene assosioitumaan transkriptionaaliseen co-aktivaattoriin PGC-1alfa (PPARgamma coaktivaattori 1 alfa), mikä taas lopulta johtaa CYP7A1 transkriptiofaktorin aktivaation katoamiseen . Sappihappometabolian säätelyn lisäksi PXR alentaa glukoneogeneesientsyymin PEPCK ilmenemää.

Muidenkin sappihappojen synteesiin puuttuvien geenien ilmenemistä säädellään FXR-toiminnalla. FXR- aktio voi joko indusoida tai vaimentaa näiden geenien expressoitumista.

Vaimentuvia geenejä on
edellä mainittu CYP7A1
ja lisäksi SREBP-1c,
steroli 12alfahydroksylaasi( jonka geenisymboli on CYP8B1
ja SLC10A1 (= solute carrier family 10 (sodium/bile acid cotransporter family), member 1 (gene symbol = SLC10A1).

Tämä viime mainittu geeni tunnistetaan Natrium (Na+)taurokolaatti-yhteiskuljettajapolypeptidinä NTCP (= Na+-taurocholate cotransporting polypeptide ).
NTCP on mukana siinä tapahtumassa, kun sappihappoja otetaan maksaan sinusoidaalin/basolateraalin kalvon kautta.
Täten sappihappojen välittämä NTCP-geeniexpression vaimenema voisi vähentää sappihappojen talteenottoa ja suojata maksaa liiallisten sappihappomäärien kertymän toksisilta vaikutuksilta.

Sappihapot vaimentavat myös erään toisen sappihappokuljettajan transskriptiota- tätä esiintyy sinusoidaalisessa/basolateraalisessa kalvossa. Tämä kuljettaja on natriumista riippumaton ja sitä nimitetään nimellä OATP1B1 (organic anion transporting polypeptide). Sen geenisymboli on SLCO1B1.
OATP1B1 merkattiin aiemmin OATP-C. Sappihappojen vaikutus OATP1B1 expressioon on epäsuora ja käsittää SHP-välitteisen aleneman HNF-4alfa-aktiviteetissa, mikä puolestaan vähentää toista maksaan rikastunutta transkriptiotekijää HNF-1alfa, ja se on taas tämän OAT1B1-geenin pääaktivaattori.

FXR:n indusoimiin geeneihin
SHP:n lisäksi kuuluu
maksan sappisuolojen ulospumppaaja (BSEP, bile salt export pump), monilääkeresistenssiproteiini3 ( multidrug resistance protein 3 MDR3)
ja monilääkerestenssiin littyvä proteiini2 ( multidrug resistance associated protein 2(MRP2).

Jälkimmäiset geenit ovat osallistuneet orgaanisten yhdisteiden uloskuljetukseen ja ne pystyttiin tunnistamaan niiden kyvystä kuljettaa lääkkeitä pois solusta, jolloin ne sallivat solulle kykyä vastustaa annetun lääkkeen tarkoittamaa vaikutusta.

MDR3 toimii normaalisti siten, että se translokoi fosfolipidejä hepatosyytin canalikulaarisen kalvon kautta. MDR3 on jäsen ATP:.tä sitovien kuljetusmolekyylien perheessä (ATP-binding cassette (ABC) family). MDR3 tunnetaan ABCB4.
Tästä voi päätella, että sappihappojen välittämä MDR3 expression lisääntymä on välttämätöntä, jotta maksasoluille salliutuu mahdollisuus vastata sappihappojen toksisuuteen muodostamalla kolesterolia, fosfolipidejä ja sappihappoja sisältäviä misellejä.

BSEP on myös jäsen ABC-kuljettajamolekyylein perheessä ja silläkin on toinen nimi: ABCB11. Se osallistuu sappihappojen uloskuljettamiseen maksasoluista ja täten se vähentää sappihappojen toksisuutta näissä soluissa.

Pääasiallisin kliininen merkitys näillä FXR kohdegeeneillä tulee kyseeseen useissa perinnöllisissä kolestaattisissa maksahäiriöissä. BSEP-mutaatiot ja MDR3 mutaatiot ovat assosioituneet familiaaliseen intrahepaattiseen kolestaasiin tyyppiä 2 ja vastaavasti tyyppiä 3
Mutaatio MRP2 geenissä liittyy Dubin-Johnsonin oireyhtymään, mikä on eräs muoto perinnöllistä hyperbilirubinemiaa.

SAPPIHAPOT AINEENVAIHDUNNALLISINA SÄÄTELIJÖINÄ

Sappihapoille on alunperin tunnistettu neljä primääriä fysiologisesti merkitsevää funktiota.
1.Sappihappojen synteesi ja sitä seuraava erittyminen fekekseen edustaa ainoaa merkitsevää liian kolesterolin eliminaatiomekanismia.
2. Sappihapot ja fosfolipidit saattavat sapessa olevan kolesterolin liukenemaan ja siten estävät että ei muodostu kolesterolikiviä ja saostumaa sappirakossa.
3. Sappihapot edistävät ravintorasvan, triasyyliglyceridien (TG) sulamista emulgoimalla, jolloin rasvat ovat paremmin haimalipaasien pilkottavissa.
4. Sappihapot edistävät rasvaliukoisten vitamiinien A,D, E ja K imeytymistä suolistosta.

Viime aikoina on saatu uusia oivalluksia sappihappojen biologisista vaikutuksista.
Sappihapot kontrolloivat omaa aineenvaihduntaansa ja kuljetustaan enterohepaattisessa kiertokulussa ,
säätelevät lipidien aineenvaihduntaa,
säätelevät glukoosin aineenvaihduntaa,
kontrolloivat maksan regeneroitumisen signalointitapahtumia
ja säätelevät yleistä energian käyttöä.

Sen jälkeen kun on saatu eristettyä, hahmotettua ja luonnehdittua FXR ( farnesoidireseptorit), joiden fysiologisia ligandeja sappihapot ovat, on alkanut selvitä sappihappojen funktiot lipidien ja glukoosin homeostaasin säätelyssä.

Kuten yllä on viitattu, sappihappojen sitoutuminen FXR-reseptoreihin johtaa useiden sappihappohomeostaasiin osallistuvien geenien expression vaimentumiseen.
Kuitenkaan sappihappojen aineenvaihduntaan osallistuvat geenit eivät ole ainoita, jotka ovat sappihappojen sitoutumisen seurauksena johtuvasta FXR-aktiosta säätyviä.

Maksassa FXR-aktion tiedetään säätävän
lipidimetaboliaan osallistuvien geenien ilmenemistä ( esim SREB-1c)
lipoprotiinimetaboliaan osallistuvien geenien ilmenemistä ( esim apoC-II)
glukoosimetaboliaan osallistuvien geenien ilmenemistä ( kuten PEPCK)
ja hepatoprotektioon osallistuvien geenien ilmenemistä( kuten ( CYP3A4), mikä aluksi tunnistetiin nifedipiinioksidaasina ja nifedipiini taas oli kalsiumkanavaa blokeeraava lääkeryhmän aine.

Sen lisäksi että sappihapot osallistuvat rasvojen emulgoimiseen suolessa ja aktivoivat FXR-reseptoria, ne osallistuvat myös useisiin signaalitransduktioprosesseihin aktivoimalla c-JUN-N terminaalisen kinaasin (JNK) ja myös mitogeenilla aktivoituvan proteiinikinaasin (MAPK) tiet.

Toisia jäseniä tumareseptoriperheestä, joita sappihapot pystyvät aktivoimaan, on
edellä mainittu pregnaani-X-reseptori(PXR),
sekä konstitutiivinen androstaanireseptori (constitutive androstane receptor, CAR)
ja vitamiini D-reseptori (VDR).
Sitten on vielä eräs lisäreseptori, joka aktivoituu vasteena sappihapoille ja sillä voi olla merkitystä obesiteetin kontrollissa. Tämä on transmembraaniseen G-proteiinin kytkeytynyt sappihapporeseptori-1 , alunperin sen merkintä oli TGR5. Kun TGR5 aktivoituu ruskeassa rasvakudoksessa, seuraa termogeniinin aktivaatio, mikä johtaa lisääntyneeseen energien kulutukseen (thermogenin (uncoupling protein 1, UCP1).