Drogas y Porfirias - Parte II
El Comité de Redacción de Acta Bioquímica Clínica Latinoamericana ha seleccionado este artículo publicado en INDUSTRIA & QUÍMICA Nº 357 - Mayo 2008, para su difusión a través de FABA Informa.
Muy recientes estudios acerca de la porfirinogenicidad de
drogas farmacológicas y su prescripción.
Leonor C. San Martín de Viale*
* Departamento de Química Biológica,
Facultad de Ciencias Exactas y Naturales
UBA. Investigador Principal del CONICET
smartin@qb.fcen.uba.ar
Se puede predecir el riesgo que tiene una cierta droga de activar la enfermedad en portadores genéticos de porfiria agudas, que son las más riesgosas y susceptibles a la acción de drogas [19].
Considerando: a) que las manifestaciones clínicas de la enfermedad son el resultado de una sobrecarga para una enzima hepática deficiente en el camino del hemo, b) que esa sobrecarga se genera por la capacidad de la droga para inducir la enzima regulatoria del camino, i.e. ALA-S, evalúan esa capacidad, no sólo por una ponderación crítica de los resultados de la experiencia clínica de la droga, sino también por criterios teóricos. Así, la evaluación del riesgo se hace dentro del marco de un esquema de flujo que emplea variables de especificidad crecientes: i.e. propiedades endócrinas de la droga, estructura y metabolismo enfocados hacia la afinidad con el CYP, carga hepática en el uso terapéutico, afinidad reconocida hacia las especies mayoritarias del CYP, capacidad para inducir o inhibir irreversiblemente al CYP, capacidad para activar o modular los mecanismos de transducción de receptores nucleares que afectan la transcripción del gen de la ALA-S.
Así se clasifican las drogas en inductores o inactivadores según su capacidad para inducir o destruir las enzimas dependientes del hemo del CYP que las metabolizan, dándole así un papel central al CYP.
Establecen así estos grupos:
• Drogas porfirinogénicas por ser Inductores del citocromo P-450( CYP)
• Rol central de las isoenzimas del CYP y particular papel del CYP3A4
La inducción de la apoproteína del CYP a nivel de transcripción del gen está coordinada con la de la enzima ALA-S, necesaria para que la CYP- holoenzima (que es una hemoproteina ) pueda formarse [9, 19]. Por tanto, las drogas que inducen al CYP activarían la transcripción de la ALA-S.
Como ya se mencionó más arriba, para el caso de fenobarbilal, estas inducciones del CYP y de ALA S coordinadas están mediadas por receptores nucleares (NRs) a través de un “arreglo” común.
En humanos los receptores nucleares CAR y PXR median virtualmente todas las transcripciones del CYP inducidas por drogas, sólo pocas drogas de prescripción, como las estatinas, son ligandos de PPARs que activan una sub familia del CYP menos abundante [19]. Es de destacar el papel del PXR como xenosensor de la inducción del CYP3A4 y su importante implicancia farmacológica [11 ].
La isoenzima CYP3A4 es de particular significancia desde una perspectiva clínica a causa de su participación en el metabolismo del 50% de todas las drogas [20], ya que la transcripción del gen CYP3A4 está sustancialmente incrementada en hígado e intestino por un número de drogas ampliamente usadas, incluyendo antibióticos, antimicóticos, glucocorticoides y estatinas, inhibidotes de la HMG-CoA reductasa en la síntesis del colesterol [20].
El volumen de inducción del CYP es una función de la subclase de CYP inducido. En el caso de hígado humano esto se cumple, ya que virtualmente todas las drogas que están bien verificadas como porfirinogénicas, es decir que poseen un significativo poder de inducción de ALA-S, comparten la propiedad de ser potentes inductores de CYP3A4 y/o CYP2C9. Ejemplos son los clásicos antiepilépticos, los antibióticos: sulfadiazine, rifampicina, bloqueantes del canal de calcio como la nifedipine, el fungicida ketoconazole, esteroides reproductivos como progesterona, testosterona entre otros. Todos reportados como agentes que precipitan síntomas en portadores de porfiria aguda. Mientras que potentes inductores de CYP2E1, 2C19, y 1A1/1A2 como ácido acetilsalicilico, cimetidina y omeprazol son drogas seguras para usar en portadores de porfiria aguda [19].
En hígado humano CYP3A4 y CYP2C9 predominan fuertemente ya que juntos constituyen aproximadamente el 50% del contenido hepático microsomal de los CYPs mientras que CYPs 1A2, 2A6, 2E1,y 2D sólo el 5% y CYP 1A1 y otros menos del 1%.[10,21]. Un prerrequisito para la acción porfirinogénica de drogas clasificadas en este grupo (inductores del CYP) es que el volumen de inducción del apo-CYP sea suficientemente grande para que requiera una muy importante inducción de ALA-S y por tanto de hemo que lleve a la formación de la hemoproteina CYP y que profundice aún más el drenaje de hemo que enmascara el control fisiológico de la ALA-S.
Otros determinantes de la porfirinogenicidad son, cantidad de sustancia que inicia el proceso, las identidades de las subclases de CYP inducidos ya comentada y de las cuales el CYP3A4 juega un papel destacado y la afinidad entre la droga y el receptor nuclear (RN) activado por ella. A este último respecto están siendo cada vez más usados para evaluar la potencia activadora del RN de una droga, ensayos basados en la amplificación selectiva del CYP-DNA usando técnicas cuantitativas de RT -PCR [22]. El método está basado en la conversión de mRNAs en sus correspondientes cDNA, seguido por amplificación por PCR usando “primers” apropiados y cuantificando por fluorescencia.
Drogas porfirinogénicas por ser inductores multifuncionales
Son unas pocas sustancias extremadamente porfirinogénicas que inducen en tanda una multitud de enzimas microsomales hepáticas, incluyendo las isoenzimas del CYP y las UDP-glucuronosil transferasas [23]. La excepcional capacidad porfirinogénica de estas drogas puede ser explicada por la masiva transcripción de ALA-S disparada por la simultánea inducción de varias subclases de CYP. Enzimas que toman parte en caminos endógenos están también involucradas en el proceso inductivo global.
Dado que actúan en más de un sistema, han sido llamados inductores multifuncionales [19]. Ejemplo de drogas clasificadas dentro de este grupo son: fenobarbital, fenitoina, carbamazepina, primidona.
Drogas porfirinogénicas por ser inhibidores irreversibles del CYP dependientes de su catálisis
Varias drogas son transformadas por los CVPs en intermediarios reactivqs transientes que inhiben irreversible o casi irreversiblemente a la enzima [4,24]. La inhibición irreversible tiene lugar a través de varios mecanismos i.e. a) por reacción de la droga con los amino ácidos nucleofílicos del sitio activo de la enzima, b) por reacción con los átomos de nitrógeno del grupo prostético hierro-protoporfirina de la enzima, o c) por coordinación con el hierro ferroso de la protoporfirina de la enzima para formar un complejo metabolito-intermediario (MI) más que una unión covalente [24]. Esta inhibición dependiente de catálisis y basada en su mecanismo elimina permanentemente a la enzima del “pool” catalítico.
Sobre la base de características estructurales de las drogas, se establecieron 4/5
grupos de inhibidores del CYP basadas en su catálisis, que caen dentro de las 3 categorías de inhibidores arriba mencionadas [19]:
• Grupo 1: Inhibidores irreversibles del CYP por unión al sitio activo de la Apo. Está formado por compuestos que se unen covalentemente a la proteína del CYP después de oxidación y que tiene como consecuencia la eliminación o destrucción de hemo. En este grupo están, entre otros, compuestos azufrados y halogenados como cloranfenicol y tiourea y acetilenos terminales como: etinilestradol, etinilprogesterona, secobarbital, metoxipsoralen.
• Grupo 2: Inhibidores irreversibles del CYP por acomplejar el hierro del hemo.
Drogas que después de oxidación forman complejos cuasi irreversibles con el hemo de los CYPs involucrados en su transformación. Ejemplo de drogas formadoras de complejos MI son hidracinas acetiladas y disustituidas , aminas aromáticas y alquil aminas) i.e. eritromicina, isoniazidas.
• Grupo 3: Inactivadores irreversibles del CYP por N-alquilación del hemo. En este caso la inactivación irreversible del CYP se realiza por unión covalente del inhibidor, o del fragmento derivado de él, al nitrógeno pirrólico del grupo prostético hemo de la enzima. Esta N-alquilación del hemo autocatalizada es el resultado del metabolismo oxidativo del CYP de olefinas terminales como AIA, secobarbital y los compuestos con grupos alilos como dialilsulfuro y dialilsulfona, que dan origen a los históricos pigmentos verdes que fiuorescen rojo, y también del metabolismo de los acetilenos terminales, dihidropiridinas como (DDC) y dihidroquinolinas, alquil y aril hidracinas e hidrazonas.
• Grupo 4: Inactivadores irreversibles del CYP por inhibición de Apo mediada por producto derivado del hemo. En este caso el inhibidor de la CYP enzima, que se forma durante la catálisis de ésta en el proceso de metabolización oxidativa de la droga, y que deriva del propio grupo prostético hemo, se une luego covalentemente a la apoproteína del CYP. En este grupo clasifican a la espironolactona como ejemplo de droga sustrato con estas características.
• Grupo 4: Inactivadores irreversibles del CYP por destrucción del hemo. Ciertas drogas al ser metabolizadas por el CYP, producen destrucción del grupo prostético hemo, sin evidencia de formación de aducto. Destacan los autores [19] que en base a la propiedad que tiene el CYP3A4 de extrema flexibilidad e inusual gran contenido de agua, su sitio activo es particularmente susceptible de inactivación irreversible por entrecruzamiento entre el hemo y la proteína (Apo). Dentro de este grupo que produce destrucción de hemo ubican a los compuestos halocarbonados como el halotano., tetracloruro de carbono, y a peróxidos y acetilenos internos.
En el grupo 1 el blanco primario de la droga es la apoproteína. en los grupos 2 y 3 es el hemo (el nitrógeno y el hierro) y en los grupos 4 compartido entre Apo y hemo.
El mecanismo porfirinogénico de todas las drogas arriba mencionadas (de los 4/5 grupos que son inhibidores-dependientes de catálisis) estriba en que al eliminar el CYP se destruye y elimina el componente hemo de la enzima. Esto está acompañado por la disminución del “pool” del hemo regulatorio del hepatocito, lo que da origen a una aceleración compensatoria de la síntesis del hemo. Esto, en las porfirias produce la sobrecarga de las etapas deficientes, como por ejemplo son la PBG-D en el caso de la porfiria aguda y la URO-D en el caso de la PCT desencadenando o exacerbándolas.
Respecto al poder de inhibición/inactivación de una droga, el tiempo de exposición, la concentración y la potencia del inhibidor irreversible son parámetros a tener en cuenta.
Inhibidores con posible relevancia para la porfiria aguda están caracterizados ya sea por un alto kinact (al menos 0.006), un bajo Ki (menor de 10?M), o una baja relación de partición (cercana a cero, 40). Siendo la kinact la constante de inactivación a saturación, la Ki la constante de inactivación aparente a concentración inicial y la relación de partición (el número de moléculas consumidas para inactivar completamente a la enzima, menos uno) [19].
Para evaluar la exposición hepática a la droga son importantes la dosis y la ruta de administración. La concentración en el núcleo del hepatocito, necesaria para que las drogas agonistas de PXR y CAR puedan producir una significativa activación de los receptores nucleares, está en el rango micromolar [4, 10]. Para estimar si la exposición hepática a una droga puede alcanzar el rango micromolar porfirino génico o no, un valor umbral arbitrario de 100 nmolar para la concentración de estado estacionario plasmática debe ser empleada, considerando que la concentración portal es 4 veces mayor que la concentración en la sangre que deja el hígado [19].
Para la captación de la droga por el hepatocito son importantes el peso molecular, que para las drogas de prescripción está entre 200 y 1000 Da y la distribución de cargas dentro de la molécula tal que provea una suficiente lipofilicidad como para cruzar la barrera no acuosa de las membranas dentro del hepatocito, la afinidad de la droga al CYP dependerá de las propiedades de la sustancia, del tamaño de la molécula, de la hidrofobicidad, polaridad y volumen o área de la superficie [25].
Con los conceptos arriba mencionados, con datos de literatura y empleando el esquema de flujo propuesto[19], se desarrolló una base de datos http:/ /www.drugs-porphyria.org que comprende la clasificación de la porfirinogenicidad de cerca de 1000 sustancias genéricas.
Agradecimientos
Se agradece la colaboración de la Lic. Sandra M. Lelli.
Referencias Bibliográficas
1.- A. Kappas, S. Sassa, R.A. Galbraith, Y. Nordmann, The porphyrias. En: C.R.scriver., A.L.Beaudet, W.s. sly, D. Valle, J.B. stanbury, J.B. Wibgaarden, D.s. Fredickson (Eds), Metabolic and Molecular Basis of Inherited Disease, McGraw-Hill, Nueva York, 1995, pág. 2103-2159.
2.- M. Dickins, Curr. Top. Med. Chem. 2004, 4,1745-1766.
3.- G.S. Marks, S.A. McCIuskey, J.E. Mackie, D.s.Riddick, C.A. James, FASEB J. 1988, 2, 2774-2783. Review.
4.- P.R. Ortiz de Montellano, M.A. Correia, Inhibition of Cytochrome P450 enzymes. En P.R. Ortiz de Montellano (Ed.), Cytochrome P450: Strudure, mechanism and biochemistry, 2da Edición. Nueva York: Plenum Press, 1995, 305-364.
5.- L.C. San Martin de Viale, La Semana Médica 1979.155, 95-105.
6.- J. sunyer, C Herrero, D. Ozalla, M. Sala, N. Ribas-Fito, J. Grimalt, X.Basagana, Environ Health. 2002, 1, 1-8.
7.- A.G. smith, F. De Matteis, Clin Haematol. 1980,9,399-425.
8.- P.R. Ortiz de Montellano, M.A. Correia, Annu.Rev.Pharmacol. Toxicol. 1983,23,481-503.
9.- M. Podvinec, C. Handschin, R. Looser, U.A. Meyer, Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2004, 101, 9127-9132.
10.- T. Sueyoshi, M. Negishi, Annu Rev Pharmacol Toxicol. 2001,41,123-143.
11.- S.A. Kliewer, J.M. Lehmann, T.M. Willson, Science 1999, 284, 757-760.
12.- M.A. Correia, J.M. Lunetta, Semin Hematol. 1989,26,120-127.
13.- R. Wainstok de Calmanovici, M.C. Ríos de Molina, M.C. Taira de Yamasato, J.M. Tomio, L.C. San Martin de Viale, Biochem J. 1984,218,753-763.
14.- S. Billi de Catabbi, N. sterin-speziale, M.C. Fernandez, C. Minutolo, C. Aldonatti, L.C. San Martin de Viale, Int J Biochem Cell Biol. 1997, 29, 335-344.
15.- A:C. Cochón, M.B. Mazzetti, L.C. San Martin de Viale, Trends in Cell and Molecular Biology 2005, 1, 15-34.
16.- S.M. Lelli, N.R. Ceballos, M.B. Mazzetti, C.A. Aldonatti, L.C. San Martin de Viale, Biochem Pharmacol. 2007, 73,873-879.
17.- A.C. Cochon, c. Aldonatti, L.C. San Martin de Viale, R. Wainstok de Calmanovici, J. Appl. Toxicol. 1997, 17, 171-177.
18.- R.W. Lambrecht, O.S. Gildemeister, A. Williams, J.A. Pepe, K.D. Tortorelli, H.L. Bonkovsky, Biochem Pharmacol. 1999,58,887-896.
19.- S. Thunell, E. Pomp, A. Brun, Br J Cfin Pharmacol. 2007 Jun 19; (Adellanto de impresión en publicación electrónica) DOI:1 0.1 046/j.0306-5251.2007.02955.x.
20.- P. Maurel., en Cytochromes P450: Metabolic and Toxicologic Aspects, lonnides C. [Ed.]. CRC Press, Boca Raton, FI. 1996, pág. 241-270.
21.- F.P. Guengerich, Human cytochrome, enzyme. En: P.R. Ortiz de Montellano, (Ed.) Cytochrome P450: Strudure, mechanism and biochemistry, 2da Edición, Plenum Press, Nueva York, 1995, pág. 473-509.
22.- G. Pérez, B. Tabares. R. Jover. M.J. Gómez-Lechón, J. V. Castell, Toxicol In Vitro. 2003, 17, 643-649.
23.- J.P. Whitlock Jr, M.S. Denison, Induction of cytochrome P450 enzymes that metabolize xenobiotics. En: P.R. Ortiz de Montellano, (Ed.) Cytochrome P450: Strudure, mechanism and biochemistry.
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