Билирубин и желтуха противостоят малярии

При желтухе пигмент билирубин накапливается в плазме, окрашивая кожу и белки глаз. Долгое время считалось, что билирубин — просто отход катаболизма гема. При попадании гемоглобина в плазму гем самопроизвольно отсоединяется от белка. Он токсичен, поэтому нейтрализуется ферментом HO-1, который кодируется геном HMOX1. В итоге получается биливердин, который превращается в билирубин с помощью фермента BVRA. Билирубин липофилен, поэтому для его выведения необходимо присоединить к нему глюкуроновую кислоту. Это происходит в гепатоцитах под действием фермента UGT1A1. Менее токсичный конъюгированный билирубин удаляется с желчью в просвет кишечника. Накопление билирубина в плазме служит надежным биомаркером нарушения работы печени, а желтуха считается патологией. Однако недавние исследования показали, что билирубин имеет различные функции в организме, например, в качестве липофильного антиоксиданта. При малярии, вызванной Plasmodium falciparum, часто развивается желтуха. Международная группа ученых показала, что в этом случае билирубин обладает протективным эффектом.

В ретроспективном когортном исследовании с участием пациентов, зараженных P. falciparum, авторы показали, что симптоматическое течение болезни положительно коррелирует с числом паразитов на крови, уровнем общего циркулирующего, неконъюгированного и конъюгированного билирубина. Неконъюгированный билирубин в плазме связывается с альбумином, поэтому измерить его количество трудно. Авторы использовали флуоресцентные зонды.

Отсутствие симптомов было связано с высоким соотношением неконъюгированного и конъюгированного или общего билирубина. Известно, что неконъюгированный билирубин подавляет пролиферацию P. falciparum in vitro, поэтому авторы предположили, что его накопление в плазме — это адаптация.

Исследователи заразили экспериментальных мышей C57BL/6J Plasmodium chabaudi chabaudi (популярная нелетальная модель малярии). Концентрация циркулирующего неконъюгированного билирубина резко выросла на 4–7 дни после заражения до значений, наблюдавшихся у людей. Мыши, не экспрессирующие BVRA (Blvra−/−), умирали через 7–10 дней после заражения, в отличие от мышей дикого типа, которые продолжали жить. Авторы предположили, что и в этом случае билирубин защищает организм от плазмодия. Гибель мышей не была связана с патологическим накоплением биливердина — его в крови было не так много. Если ввести зараженным Blvra−/− мышам неконъюгированный билирубин, они выживут, при этом эффект зависит от дозы. Билирубин не защищал мышей от бактерий или вирусов.

Заражение мышей малярийным плазмодием повышало в их органах уровни экспрессии Hmox-1. Но экспрессия Blvra не менялась, а экспрессия Ugt1a1 в печени снижалась. Накопление циркулирующего билирубина после заражения плазмодием, скорее всего, происходит из-за подавления экспрессии UGT1A1.

Далее исследователи заражали малярийным плазмодием мышей DBA/2, для которых это смертельно. Экспрессию UGT1A1 подавляли в печени у новорожденных мышат при помощи CRISPR. В плазме таких мышей был выше уровень неконъюгированного билирубина, а в целом у них была выше выживаемость при инфекции. То есть подавление экспрессии UGT1A1 в печени обладает защитными свойствами при малярии.

Напротив, у зараженных Blvra−/− мышей на 7–9 дни после инфекции был выше уровень паразитемии (число зараженных эритроцитов было выше в 10 раз) по сравнению с Blvra+/+ мышами. Введение неконъюгированного билирубина снижало паразитемию. Секвенирование РНК единичных зараженных эритроцитов показало, что билирубин таргетирует плазмодии внутри клеток. По-видимому, он снижает жизнеспособность трофозоитов.

Вирулентность плазмодиев повышалась у мышей Blvra−/− по сравнению с мышами Blvra+/+. А билирубин снижает число паразитов и подавляет их вирулентность. При этом он накапливается в эритроцитах, но только зараженных. В них он убивает плазмодии, не провоцируя гемолиз. Биливердин не обладал таким эффектом в физиологических концентрациях.

Неконъюгированный билирубин вызывал накопление глюкозы и, в меньшей степени, глюкозо-6-фосфата в зараженных эритроцитах. Более того, он снижал относительные уровни сукцината, аспартата, фумарата и АМФ в эритроцитах. Предположительно, билирубин нарушает углеродный метаболизм P. falciparum. Есть свидетельства нарушения работы митохондрий — неконъюгированный билирубин снижал митохондриальный мембранный потенциал плазмодиев и накопление супероксида in vitro. В митохондриях билирубин нарушает синтез пиримидинов. Но это еще не все. Так, билирубин мешает детоксикации гема, извлеченного из гемоглобина в кристаллы гемозоина. Ингибирование кристаллизации гемозоина противомалярийными препаратами на основе хинолина также нарушает пищеварительную вакуоль паразита. В частности, билирубин снижает способность пищеварительной вакуоли P. falciparum извлекать незаменимые аминокислоты из гемоглобина.

Таким образом, индукция выработки билирубина в ответ на инфекцию Plasmodium spp. является механизмом устойчивости против малярии. Авторы предполагают, что это своего рода компромисс, так как сама желтуха может привести к энцефалопатии. Учитывая селективное давление, оказываемое малярией в ходе эволюции человека, можно предположить, что противомалярийные эффекты неконъюгированного билирубина превзошли риски, связанные с желтухой в популяциях, где малярия распространена.

Разработан аппарат для неивазивной диагностики малярии при помощи лазера и ультразвука