goodman 14 ed acces medicina

UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR UES Access Provided by: Goodman & Gilman: Las bases farmacológicas de la terapéutica, 14e CAPÍTULO 1: Descubrimiento de fármacos: de las plantas medicinales al diseño de fármacos asistido por computadora Michael K. Gilson; Laurence L. Brunton INTRODUCCIÓN La primera edición de la obra de Goodman & Gilman, publicada en 1941, ayudó a organizar el campo de la farmacología, dándole validez intelectual y una identidad académica. Esa edición comenzó de la siguiente manera: “El tema de la farmacología es amplio; abarca el conocimiento de los orígenes, propiedades físicas y químicas, compuestos, acciones fisiológicas, absorción, distribución, excreción y usos terapéuticos de los fármacos. Un fármaco puede definirse en términos generales como cualquier sustancia química que afecte el protoplasma de organismos vivos y pocas sustancias escaparían a la inclusión bajo esta definición”. En la práctica, un agente químico o biológico se considera un fármaco legal solo si ha sido aprobado como tal por una agencia reguladora nacional, como la U.S. Food and Drug Administration (FDA) o la European Medicines Agency; estos compuestos aprobados son el objeto de estudio de esta obra. Los primeros nueve capítulos de este libro, Principios Generales, proporcionan los fundamentos para las definiciones de farmacología y fármacos al explorar los mecanismos fisiológicos, bioquímicos y moleculares de la acción de los medicamentos. Esta sección revisa la invención, desarrollo y regulación de los fármacos, así como la forma en que estos actúan en los sistemas biológicos, es decir, la farmacodinámica, farmacocinética (incluido el transporte y el metabolismo de fármacos), la influencia del microbioma gastrointestinal y la farmacogenética, con breves revisiones sobre farmacovigilancia, toxicidad e intoxicación de los medicamentos. Las secciones subsiguientes tratan sobre el uso de clases específicas de fármacos como agentes terapéuticos en seres humanos. Este capítulo es una introducción a los productos farmacéuticos, su desarrollo y las actividades de la industria farmacéutica y el gobierno en torno al descubrimiento, producción y uso de agentes terapéuticos. Los procesos de descubrimiento e invención de fármacos han cambiado de manera sustancial con el progreso general de las ciencias biomédicas, la llegada y mejora del diseño de fármacos asistido por computadora y los avances técnicos en bioquímica y biología molecular. A continuación se revisan algunas de estas mejoras tecnológicas. ABREVIATURAS Abreviaturas ADME: absorción, distribución, metabolismo y excreción BLA: solicitud de licencia para productos biológicos CADD: descubrimiento de fármacos asistido por computadora SUPR: biblioteca de compuestos codificados con DNA DHHS: U.S. Department of Health and Human Services DMPK: metabolismo y farmacocinética de fármacos FBDD: descubrimiento de fármacos basado en fragmentos FDA: U.S. Food and Drug Administration GPU: unidad de procesamiento de gráficos Downloaded 20231229 VHC: Virus de la hepatitis9:10 C P Your IP is 138.97.143.28 Page 1 / 35 CAPÍTULO 1: Descubrimiento de fármacos: de las plantas medicinales al diseño de fármacos asistido por computadora, Michael K. Gilson; Laurence L. Brunton de alta densidad HDL: lipoproteínas ©2023 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use • Privacy Policy • Notice • Accessibility HMGCoA: 3hidroxi3metilglutaril coenzima A fármacos asistido por computadora y los avances técnicos en bioquímica y biología molecular. A continuación se revisan algunas de estas mejoras UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR UES tecnológicas. Access Provided by: ABREVIATURAS Abreviaturas ADME: absorción, distribución, metabolismo y excreción BLA: solicitud de licencia para productos biológicos CADD: descubrimiento de fármacos asistido por computadora SUPR: biblioteca de compuestos codificados con DNA DHHS: U.S. Department of Health and Human Services DMPK: metabolismo y farmacocinética de fármacos FBDD: descubrimiento de fármacos basado en fragmentos FDA: U.S. Food and Drug Administration GPU: unidad de procesamiento de gráficos VHC: Virus de la hepatitis C HDL: lipoproteínas de alta densidad HMGCoA: 3hidroxi3metilglutaril coenzima A HTS: detección de alto rendimiento IND: nuevo fármaco en fase de investigación clínica LDL: lipoproteína de baja densidad mRNA: RNA mensajero NDA: solicitud para un nuevo fármaco NIH: National Institutes of Health NME: moléculas nuevas PDUFA: Prescription Drug User Fee Act SBDD: diseño de fármacos basado en estructuras SiRNA: RNA pequeño de interferencia DESDE PLANTAS MEDICINALES HASTA DISEÑO DE FÁRMACOS ASISTIDO POR COMPUTADORA Experiencias iniciales con plantas La fascinación humana (y en ocasiones la obsesión) con los productos químicos que alteran la función biológica es antigua y comienza con la gran experiencia con las plantas y dependencia de estas. Como la mayor parte de las plantas están sujetas por sus raíces, muchas producen compuestos de defensa que los animales aprenden a evitar y que los seres humanos pueden aprender a utilizar. Así, el prior de un convento árabe apreció el café (cafeína) después de notar el comportamiento de las cabras que brincaban y jugueteaban toda la noche luego de comer las bayas de la planta del café; las mujeres trataron de realzar su belleza usando un extracto de la belladona, una planta mortífera, Atropa belladonna (“señora hermosa”), que contiene abundante atropina, la cual produce dilatación pupilar; la hierba china ma huang (efedrina) se utilizó como estimulante; los pueblos Downloaded 20231229 9:10 P Your IP is 138.97.143.28 indígenas de1:América del Sur utilizaron el curare paralizar y matar animales a los cazabanasistido para alimentarse y el jugo Michael de la amapola (opio), Page 2 / 35 CAPÍTULO Descubrimiento de fármacos: depara las plantas medicinales al diseño deque fármacos por computadora, K. Gilson; que contiene morfina (del griego Morpheus, el dios de los sueños), se ha utilizado durante mucho tiempo para aliviar el dolor y para el control de la Laurence L. Brunton ©2023 Hill.posee All Rights Reserved. Terms of Use • Privacy Policy • Notice • Accessibility diarrea.McGraw La morfina propiedades adictivas bien conocidas, al igual que otros productos naturales psicoactivos, como la nicotina, la cocaína y el etanol. Téngase en cuenta que estos compuestos no se derivan de la búsqueda ni del conocimiento previo de un objetivo farmacológico. Más bien, el La fascinación humana (y en ocasiones la obsesión) con los productos químicos que alteran la función biológica es antigua y comienza con la gran UNIVERSIDAD EL SALVADOR UES experiencia con las plantas y dependencia de estas. Como la mayor parte de las plantas están sujetas por sus raíces, muchasDE producen compuestos de Provided by: defensa que los animales aprenden a evitar y que los seres humanos pueden aprender a utilizar. Así, el priorAccess de un convento árabe apreció el café (cafeína) después de notar el comportamiento de las cabras que brincaban y jugueteaban toda la noche luego de comer las bayas de la planta del café; las mujeres trataron de realzar su belleza usando un extracto de la belladona, una planta mortífera, Atropa belladonna (“señora hermosa”), que contiene abundante atropina, la cual produce dilatación pupilar; la hierba china ma huang (efedrina) se utilizó como estimulante; los pueblos indígenas de América del Sur utilizaron el curare para paralizar y matar animales a los que cazaban para alimentarse y el jugo de la amapola (opio), que contiene morfina (del griego Morpheus, el dios de los sueños), se ha utilizado durante mucho tiempo para aliviar el dolor y para el control de la diarrea. La morfina posee propiedades adictivas bien conocidas, al igual que otros productos naturales psicoactivos, como la nicotina, la cocaína y el etanol. Téngase en cuenta que estos compuestos no se derivan de la búsqueda ni del conocimiento previo de un objetivo farmacológico. Más bien, el descubrimiento de fármacos en el pasado a menudo era el resultado de observaciones fortuitas de los efectos de extractos de plantas o sustancias químicas individuales en animales o en seres humanos. Los medicamentos fueron seleccionados con base en el efecto, sin comprender el mecanismo de acción que conocemos hoy en día. En el siglo XX, la búsqueda de productos naturales se amplió, impulsado en parte por el descubrimiento de antibióticos, como la penicilina y las cefalosporinas, que los hongos y bacterias producen para competir entre ellos. ¿Descubrimiento o invención de fármacos? La frase descubrimiento de fármacos tiene sentido para los compuestos terapéuticos obtenidos de plantas y otros organismos. Sin embargo, hoy en día solo una fracción de los nuevos fármacos introducidos cada año se descubre en la naturaleza. En su lugar, la mayor parte de los fármacos no se descubren, sino que son compuestos totalmente nuevos, optimizados de forma cuidadosa tomando en consideración muchos criterios a través de una interacción entre diseño y experimentación. En ese sentido, los nuevos fármacos de hoy son más inventados que descubiertos. El modelo actual para el desarrollo de fármacos nació de la química orgánica sintética, que surgió en la industria de los tintes a finales del siglo XIX y ha continuado floreciendo. Los tintes son compuestos de colores con afinidad selectiva entre los diferentes tejidos biológicos. El estudio de estas interacciones estimuló a Paul Ehrlich a postular la existencia de receptores químicos en los tejidos que interactuaban con los tintes y los “fijaban”. De manera similar, Ehrlich pensó que receptores singulares en los microorganismos o parásitos podrían reaccionar de forma específica con ciertos tintes y que tal selectividad podría respetar tejidos sanos. La obra de Ehrlich culminó con la invención de la arsfenamina en 1907, patentada como “Salvarsán”, lo que sugiere la esperanza de que el producto químico sería la salvación de la Humanidad. Este y otros compuestos orgánicos derivados del arsénico se utilizaron para tratar la sífilis hasta el descubrimiento de la penicilina. Gerhard Domagk demostró que otro tinte, prontosil (la primera sulfonamida con utilidad clínica), era notablemente eficaz en el tratamiento de infecciones estreptocócicas, dando inicio de esta manera a la quimioterapia antimicrobiana. La colaboración de la farmacología con la química por un lado, y la medicina clínica por el otro, ha sido un factor importante que ha contribuido al tratamiento eficaz de las enfermedades, en especial desde mediados del siglo XX. Desde el principio, los nuevos compuestos podían ser probados por sus actividades solo en organismos enteros. Por ejemplo, de esta forma se descubrió la indometacina, un fármaco antiinflamatorio no esteroideo (Brune y Hinz, 2004). En los últimos 70 años, los investigadores han comenzado a entender con mayor detalle los mecanismos celulares y moleculares de las enfermedades. Como resultado de esta investigación biomédica básica, es posible realizar pruebas iniciales de compuestos in vitro, utilizando estudios celulares y moleculares. Por ejemplo, podrían buscarse las respuestas celulares que ocurren como consecuencia de la inhibición de una proteína involucrada en un proceso patológico. En este escenario, probando bastantes compuestos elegidos en forma apropiada, podría desarrollarse por lo menos una comprensión parcial sobre qué tipos de compuestos tienen mayor probabilidad de ser activos y entonces utilizar esta información para dirigir un programa para su síntesis química y pruebas hacia compuestos cada vez más potentes. En el decenio de 1980, se hizo práctico determinar estructuras tridimensionales de alta resolución de moléculas orgánicas complejas e incluso moléculas más grandes como las proteínas, utilizando y refinando las técnicas de cristalografía de rayos X iniciadas por Hodgkin, Kendrew y Perutz a mediados del siglo XX. Ya se sabía que muchos fármacos actuaban al unirse estrechamente a una proteína relacionada con la enfermedad y al modular de esta forma su función biológica (p. ej., mediante inhibición o activación), pero los detalles atómicos de estas interacciones continuaban siendo un misterio. Como consecuencia, la única manera de avanzar en un proyecto de descubrimiento de fármacos había sido sintetizando y probando un compuesto tras otro. Ahora, al contar con la estructura tridimensional de las proteínas, sería de esperarse que pudiera diseñarse un compuesto que se uniera con afinidad alta a una cavidad de la proteína de interés, en la que ajustaría casi a la perfección, por ejemplo, en el sitio activo de una enzima. Por lo tanto, la cristalografía de proteínas permitió el diseño de fármacos basados en estructuras (SBDD, structurebased drug design), donde la estructura tridimensional del objetivo del fármaco se utiliza para guiar la creación de compuestos que se unan en forma estrecha, a menudo denominados ligandos. Casi al mismo tiempo, dio inicio el avance rápido de la tecnología informática. Esto aceleró el procesamiento de datos necesario para pasar de patrones de difracción de rayos X a estructuras de proteínas (es decir, coordenadas atómicas tridimensionales) y permitió la visualización interactiva de estructuras de proteínas complejas formadas por miles de átomos. También abrió nuevas perspectivas en el descubrimiento de fármacos asistido por computadora (CADD, computeraided drug discovery), lo que incluye el uso de simulaciones moleculares para modelar las interacciones físicas de Downloaded 20231229 9:10 P Your IP is 138.97.143.28 compuestos y proteínas y el desarrollo de herramientas para codificar, archivar, compartir y analizar datospor químicos y farmacológicos. EnGilson; paralelo, la Page 3 / 35 CAPÍTULO 1: Descubrimiento de fármacos: de las plantas medicinales al diseño de fármacos asistido computadora, Michael K. automatización y la miniaturización han aumentado en forma notable el rendimiento experimental, en especial mediante la detección robótica de alto Laurence L. Brunton ©2023 McGraw All Rights Reserved. Terms Usese• pueden Privacy probar Policy •con Notice • Accessibility desempeño (HTS,Hill. highthroughput screening ), en elofque rapidez cientos de miles de compuestos con un costo relativamente bajo en análisis de actividad celular o molecular. Hoy en día, el entusiasmo por el poder de la inteligencia artificial motiva esfuerzos de amplio alcance denominados ligandos. UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR UES Access Providednecesario by: Casi al mismo tiempo, dio inicio el avance rápido de la tecnología informática. Esto aceleró el procesamiento de datos para pasar de patrones de difracción de rayos X a estructuras de proteínas (es decir, coordenadas atómicas tridimensionales) y permitió la visualización interactiva de estructuras de proteínas complejas formadas por miles de átomos. También abrió nuevas perspectivas en el descubrimiento de fármacos asistido por computadora (CADD, computeraided drug discovery), lo que incluye el uso de simulaciones moleculares para modelar las interacciones físicas de compuestos y proteínas y el desarrollo de herramientas para codificar, archivar, compartir y analizar datos químicos y farmacológicos. En paralelo, la automatización y la miniaturización han aumentado en forma notable el rendimiento experimental, en especial mediante la detección robótica de alto desempeño (HTS, highthroughput screening), en el que se pueden probar con rapidez cientos de miles de compuestos con un costo relativamente bajo en análisis de actividad celular o molecular. Hoy en día, el entusiasmo por el poder de la inteligencia artificial motiva esfuerzos de amplio alcance para aplicar estas tecnologías al descubrimiento de fármacos. La siguiente sección trata con mayor detalle el proceso de descubrimiento de fármacos, centrándose en los llamados fármacos de moléculas pequeñas, compuestos orgánicos con pesos moleculares normalmente inferiores a 500 Da, que tradicionalmente han sido el tipo de fármaco más común. En las secciones siguientes se mencionan fármacos biológicos, como anticuerpos y otras biomoléculas de diseño. Identificación del objetivo farmacológico Hoy en día, la mayor parte de los proyectos de descubrimiento de fármacos de moléculas pequeñas surgen de investigaciones básicas que implican una macromolécula específica, por lo general una proteína, como un participante clave en una enfermedad y además, sugiere que una molécula pequeña que se une a esta macromolécula podría utilizarse para el tratamiento de la enfermedad. La macromolécula se convierte así en un posible objetivo farmacológico. Muchos fármacos de moléculas pequeñas son inhibidores (antagonistas), que actúan reduciendo la actividad de su objetivo farmacológico macromolecular. Los ejemplos incluyen las estatinas, que reducen la síntesis de colesterol al unirse e inhibir la enzima 3hidroxi3 metilglutaril coenzima A reductasa (HMGCoA) y los antibióticos βlactámicos, que destruyen las bacterias al inhibir las enzimas que participan en la síntesis de las paredes celulares bacterianas. Sin embargo, algunas moléculas pequeñas son activadoras (agonistas) más que inhibidoras. Los fármacos activadores suelen dirigirse a proteínas cuya función normal implica la señalización celular, como los receptores hormonales. Por ejemplo, el fármaco para el asma salbutamol produce broncodilatación mediante la unión y activación de los receptores βadrenérgicos en el músculo liso bronquial, con lo que imita el efecto de la adrenalina (epinefrina; cap. 10). Se han identificado objetivos farmacológicos de muchas maneras posibles (Hughes et al., 2011). Por ejemplo, se desconocía sobre cuáles enzimas actuaban los antibióticos βlactámicos y fueron descubiertas precisamente porque estas enzimas se encuentran unidas por estos antibióticos naturales. Por el contrario, el objetivo farmacológico de las estatinas, la HMGCoA reductasa, se identificó por la identificación de las vías de síntesis del colesterol (Tobert, 2003) y esta información se utilizó para ayudar a descubrir las primeras estatinas. De la misma forma, a medida que los investigadores han determinado las funciones reguladoras de las proteína cinasas humanas (enzimas que modifican la actividad de otras proteínas mediante la unión covalente de grupos fosfatados a sus cadenas laterales, que contienen grupos hidroxilo), se han dirigido cinasas específicas para el descubrimiento de fármacos de moléculas pequeñas (Cohen et al., 2021). Muchos inhibidores de cinasa son fármacos anticancerosos que actúan al inhibir las proteína cinasas que aceleran la proliferación celular. Algunas de estas cinasas dirigidas llevan mutaciones anormales asociadas con cáncer que las hacen hiperactivas, por lo que su inhibición devuelve sus actividades reguladoras a la normalidad. El ejemplo pionero de este escenario es el fármaco imatinib, que inhibe una proteína cinasa mutante asociada al cáncer, la tirosina cinasa BcrAbl, la cual se utiliza para el tratamiento de la leucemia mielógena crónica (Buchdunger et al., 2002). En los últimos años, los avances tecnológicos que permiten la experimentación genómica han abierto nuevos métodos para la identificación de posibles objetivos farmacológicos (Lindsay, 2003; Paananen y Fortino, 2020). La secuenciación rápida y de bajo costo del genoma facilita la realización de estudios de asociación genómica, en los que las variaciones en la susceptibilidad a una enfermedad en muchas personas se correlacionan con alteraciones en genes específicos; esto conduce a sugerencias para la elaboración de productos genéticos (p. ej., proteínas), que pueden ser objetivos farmacológicos adecuados. La creciente disponibilidad de datos genómicos de los pacientes en el contexto del expediente clínico electrónico probablemente abrirá nuevas oportunidades para el análisis de datos que apoyen el descubrimiento de objetivos farmacológicos en los próximos años. También se ha vuelto habitual medir las cantidades de ácido ribonucleico mensajero (mRNA, messenger ribonucleic acid) transcritas a partir de miles de genes en forma simultánea (el transcriptoma) y cuantificar miles de proteínas traducidas (proteómica). Al comparar tales datos entre, por ejemplo, células cancerosas y células normales, se pueden identificar proteínas transcritas o presentes en concentraciones altas o disminuidas en un estado patológico. El análisis de datos (mining data) sobre estas proteínas obtenidas de fuentes como bases de datos biomédicos, artículos científicos y patentes y su integración con los datos de la proteómica pueden sugerir ciertas proteínas como posibles objetivos farmacológicos. Un método totalmente diferente comienza con el uso de instrumentación y robótica de alto rendimiento para analizar una gran cantidad de moléculas pequeñas (una biblioteca química) para la actividad biológica en una detección fenotípica (Swinney y Lee, 2020), que podría utilizar microscopia automatizada y análisis de imágenes para determinar qué compuestos producen los efectos biológicos deseados, como la activación de un gen específico en células humanas cultivadas o la muerte de un microorganismo parásito en cultivos. Se pueden utilizar varios métodos para el análisis Downloaded 20231229 9:10 P Your IP is 138.97.143.28 inverso (es decir, para determinar funcionan moléculas pequeñasalactivas). Porfármacos ejemplo, asistido se identificaron posibles objetivos Page 4 / 35 CAPÍTULO 1: Descubrimiento decómo fármacos: de laslasplantas medicinales diseño de por computadora, Michaelfarmacológicos K. Gilson; de compuestos que destruían al parásito del paludismo Plasmodium falciparum cultivando estos organismos en concentraciones cada vez mayores Laurence L. Brunton ©2023 McGrawpara Hill.seleccionar All Rights Reserved. Terms of Usey•luego Privacy Policy • Noticede • Accessibility del compuesto protozoarios resistentes usando métodos genómica y proteómica para determinar qué genes eran diferentes. Las proteínas codificadas por estos genes pueden convertirse en posibles objetivos farmacológicos (Flannery et al., 2013). y patentes y su integración con los datos de la proteómica pueden sugerir ciertas proteínas como posibles objetivos farmacológicos. UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR UES Access Provideduna by: gran cantidad de moléculas Un método totalmente diferente comienza con el uso de instrumentación y robótica de alto rendimiento para analizar pequeñas (una biblioteca química) para la actividad biológica en una detección fenotípica (Swinney y Lee, 2020), que podría utilizar microscopia automatizada y análisis de imágenes para determinar qué compuestos producen los efectos biológicos deseados, como la activación de un gen específico en células humanas cultivadas o la muerte de un microorganismo parásito en cultivos. Se pueden utilizar varios métodos para el análisis inverso (es decir, para determinar cómo funcionan las moléculas pequeñas activas). Por ejemplo, se identificaron posibles objetivos farmacológicos de compuestos que destruían al parásito del paludismo Plasmodium falciparum cultivando estos organismos en concentraciones cada vez mayores del compuesto para seleccionar protozoarios resistentes y luego usando métodos de genómica y proteómica para determinar qué genes eran diferentes. Las proteínas codificadas por estos genes pueden convertirse en posibles objetivos farmacológicos (Flannery et al., 2013). Validación de objetivos Después de que se ha identificado un objetivo farmacológico para una molécula con potencial terapéutico, se justifica realizar investigaciones adicionales para validarlo buscando pruebas más sólidas de que una molécula pequeña que se une y modula tratará realmente la enfermedad (Jones, 2016; Lansdowne, 2018; véase el recuadro 1–1). Por ejemplo, el hecho de que una proteína sea más abundante en las células cancerosas que las células normales no demuestra de ninguna manera que sea un objetivo farmacológico adecuado. En cambio, esto podría ser una correlación más que una causa, por lo que se necesitan más investigaciones para identificar cuál es su participación. En consecuencia, con la validación de objetivos farmacológicos tiene como meta “reducir el riesgo” de un proyecto al disminuir la probabilidad de que un compuesto cuidadosamente desarrollado para actuar sobre la proteína que representa el objetivo farmacológico fracase en los estudios clínicos, ya sea porque alcanzar el objetivo farmacológico no influya en la enfermedad como se esperaba o porque el compuesto genera toxicidad no anticipada, lo que se conoce como toxicidad en el objetivo farmacológico o basada en su mecanismo. RECUADRO 1–1. Validación del objetivo farmacológico: La lección de la leptina Los sistemas biológicos suelen contener elementos redundantes o pueden alterar la expresión de elementos regulados por medicamentos para compensar el efecto farmacológico. En general, cuanto más importante es la función, mayor es la complejidad del sistema. Por ejemplo, muchos mecanismos controlan la alimentación y el apetito, por ello ha sido difícil encontrar fármacos para controlar la obesidad. El descubrimiento de la hormona leptina, que suprime el apetito, se basó en mutaciones en ratones que causan pérdida de la leptina o de su receptor; cualquier tipo de mutación ocasiona una gran obesidad tanto en ratones como en personas. Así, la leptina parecía ser una oportunidad maravillosa para tratar este padecimiento. Sin embargo, en la investigación, se descubrió que los individuos obesos tienen altas concentraciones circulantes de leptina y parecen insensibles a su acción. No existen criterios absolutos para la validación de objetivos farmacológicos ni existe un único método. Un método consiste en utilizar una sonda química, una molécula pequeña que se une al objetivo farmacológico y a continuación estudiar sus efectos biológicos (Quinlan y Brennan, 2021). Este método requiere que dicha sonda esté disponible y los campos de la genética química (Stockwell, 2000) y la quimiogenómica (Bredel y Jacoby, 2004) tienen como objetivo crear sondas químicas selectivas para tantas proteínas del genoma humano como sea posible. Otro método consiste en realizar desactivación genética a través de un RNA pequeño de interferencia (siRNA, small interfering RNA) para bloquear la producción de la proteína que representa el objetivo farmacológico, imitando así el efecto de un inhibidor de la actividad de la proteína. A veces se puede obtener información adicional sobre la función biológica de una molécula con potencial terapéutico estudiando ratones modificados genéticamente, incluidos los ratones con inactivación génica, en los que se ha desactivado por completo la codificación genética para el objetivo farmacológico y en ratones transgénicos, en los que la expresión del gen estudiado se coloca bajo el control de un promotor que puede activarse alimentando a los animales con un compuesto específico, como la tetraciclina (Lindsay, 2003). Objetivo farmacológico para una molécula con potencial terapéutico Es importante saber si el posible objetivo farmacológico es susceptible de interactuar con una molécula con potencial terapéutico. Es decir, si puede, en principio, unirse a una molécula pequeña con suficiente afinidad. Si la proteína ha sido objeto de un esfuerzo previo de descubrimiento de fármacos, puede encontrarse información de la unión a moléculas pequeñas en una base de datos pública, como BindingDB (Gilson et al., 2016), PubChem (Kim et al., 2021) o ChEMBL (Gaulton et al., 2012) o en un artículo o patente cuyos datos aún no han sido incluidos en estas bases de datos. También se puede comprobar el Protein Data Bank (Berman et al., 2000; Berman y Gierasch, 2021) para conocer la estructura por cristalografía del compuesto estudiado, lo que puede ayudar a localizar una cavidad de unión adecuada para la pequeña molécula que se va a desarrollar como fármaco. Esto es efectivo para las enzimas metabólicas y los receptores que han evolucionado para unirse a pequeñas moléculas de sustrato y transmisores. Muchas proteínas pertenecen a familias, tales como las proteína cinasas, cuyos miembros tienen propiedades similares (p. ej., una cavidad de unión de ATP), de modo que si un miembro de una familia es susceptible de convertirse en una molécula con potencial terapéutico, Downloaded 20231229 9:10 P Your IP is 138.97.143.28 entonces es 1: muy probable que los también lo sean. Pormedicinales el contrario, al losdiseño receptores de las proteínas menudo tienen grandes superficies Pagede 5 / 35 CAPÍTULO Descubrimiento de otros fármacos: de las plantas de fármacos asistidoapor computadora, Michael K. Gilson; unión relativamente Laurence L. Brunton planas, en lugar de pequeñas cavidades para la unión adecuada de fármacos de molécula pequeña; por lo tanto, son menos ©2023 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use • Privacy Policy •esfuerzos Notice • Accessibility propensos a convertirse en un objetivo farmacológico. Se están realizando para investigar de forma sistemática todos los objetivos farmacológicos codificados en el genoma humano que pudieran interactuar con una molécula con potencial terapéutico (Nguyen et al., 2017; Finan et PubChem (Kim et al., 2021) o ChEMBL (Gaulton et al., 2012) o en un artículo o patente cuyos datos aún no han sido incluidos en estas bases de datos. UNIVERSIDAD SALVADORdel UES También se puede comprobar el Protein Data Bank (Berman et al., 2000; Berman y Gierasch, 2021) para conocer la estructuraDE porEL cristalografía Access Provided by:va a desarrollar como compuesto estudiado, lo que puede ayudar a localizar una cavidad de unión adecuada para la pequeña molécula que se fármaco. Esto es efectivo para las enzimas metabólicas y los receptores que han evolucionado para unirse a pequeñas moléculas de sustrato y transmisores. Muchas proteínas pertenecen a familias, tales como las proteína cinasas, cuyos miembros tienen propiedades similares (p. ej., una cavidad de unión de ATP), de modo que si un miembro de una familia es susceptible de convertirse en una molécula con potencial terapéutico, entonces es muy probable que los otros también lo sean. Por el contrario, los receptores de las proteínas a menudo tienen grandes superficies de unión relativamente planas, en lugar de pequeñas cavidades para la unión adecuada de fármacos de molécula pequeña; por lo tanto, son menos propensos a convertirse en un objetivo farmacológico. Se están realizando esfuerzos para investigar de forma sistemática todos los objetivos farmacológicos codificados en el genoma humano que pudieran interactuar con una molécula con potencial terapéutico (Nguyen et al., 2017; Finan et al., 2017; Hopkins y Groom, 2002) y para obtener mejor información sobre sitios que antes se consideraban no susceptibles de ser utilizados como posibles objetivos terapéuticos (Dang et al., 2017). La validación final de un posible objetivo farmacológico es el desarrollo exitoso de un fármaco nuevo que funciona al interactuar con él. Ese fármaco novedoso se denomina primero en su clase. Un fármaco de este tipo es una verdadera innovación y puede representar un avance médico, por lo que podría esperarse que cada proyecto de investigación de fármacos busque una molécula que sea la primera en su clase. De hecho, las empresas farmacéuticas suelen participar en proyectos menos innovadores y más predecibles mediante el desarrollo de la imitación de fármacos contra objetivos farmacológicos que ya están plenamente validados por un fármaco primero en su clase. Tales proyectos tienen como objetivo mejorar el fármaco primero en su clase a través, por ejemplo, de una mayor potencia, menos efectos secundarios o una dosificación más conveniente (p. ej., fármaco oral en lugar de intravenoso) con la meta de llegar a producir un nuevo fármaco considerado el mejor de su clase. Por ejemplo, la lovastatina de Merck comenzó a funcionar como la primera estatina, la primera de una clase de fármacos que reducen el colesterol mediante la inhibición de la enzima HMGCoA reductasa (cap. 37); pero otras estatinas, como la atorvastatina, también han logrado un enorme éxito comercial. Más allá de los objetivos farmacológicos de proteína única Una serie de fármacos, ya sea por accidente o por diseño, afectan a múltiples objetivos farmacológicos proteínicos, un fenómeno llamado polifarmacología (Peters, 2013). Este fenómeno es común cuando el objetivo farmacológico pertenece a una familia de proteínas con sitios de unión similares. Por ejemplo, el efecto fisiológico pleno de un antagonista adrenérgico está determinado por sus acciones en la familia de tipos y subtipos de receptores adrenérgicos. Del mismo modo, muchos inhibidores de la proteína cinasa inhiben múltiples cinasas, cada una de ellas en un grado diferente. Hay casos en los que actuar sobre varios objetivos farmacológicos resulta fructífero, como inhibir reacciones secuenciales en serie. La modulación de varias proteínas en una única vía bioquímica o red de señalización supera la redundancia de un sistema biológico robusto y por lo tanto, conduce a una mayor eficacia en comparación con la modulación de una sola proteína. Un solo compuesto puede, alternativamente, actuar sobre dos objetivos farmacológicos completamente diferentes en vías diferentes, aunque esto es más difícil de lograr sin la creación de compuestos más grandes. El análisis de sistemas moleculares complejos en relación con la acción de los fármacos se denomina farmacología de sistemas. La polifarmacología no siempre es beneficiosa; de hecho, puede conducir a efectos tóxicos. Algunos de los efectos no deseados de un fármaco se denominarán efectos adversos o incluso respuestas perjudiciales importantes a los fármacos. Por ejemplo, varios compuestos prometedores en un inicio han demostrado unirse e inhibir hERG, un tipo de conducto de K+ del corazón que media la repolarización (la corriente IKr; véase el capítulo 34); la inhibición de hERG puede conducir a arritmias potencialmente letales. Por lo tanto, el conducto hERG se ha convertido en un objetivo farmacológico que debe evitarse de manera estricta en los proyectos relacionados con el descubrimiento de fármacos (Garrido et al., 2020). Algunos fármacos de moléculas pequeñas no se unen a las proteínas en lo absoluto. Por ejemplo, los fármacos antineoplásicos con platino, como el carboplatino, destruyen las células neoplásicas al unirse mediante enlaces covalentes al ácido desoxirribonucleico (DNA, deoxyribonucleic acid); los antibióticos aminoglucósidos bloquean la síntesis de proteínas bacterianas al unirse al RNA dentro del ribosoma bacteriano y los antivirales análogos de nucleósidos se incorporan al DNA viral en lugar de los nucleósidos normales y luego bloquean su replicación. El medicamento sugammadex tiene un propósito y un mecanismo inusuales. Los pacientes quirúrgicos a menudo reciben anestesia general y rocuronio, un relajante neuromuscular no despolarizante que evita los movimientos involuntarios del músculo estriado durante los procedimientos quirúrgicos (cap. 13). El sugammadex, una molécula más grande, con forma de copa, se une y fija al rocuronio. Por lo tanto, la inyección de sugammadex reduce con rapidez la concentración de rocuronio libre en la sangre y revierte la parálisis cuando se completa un procedimiento. Unión de proteínas y fármacos: Afinidad y regulación alostérica Un fármaco exitoso con una proteína como objetivo farmacológico debe unirse a su objetivo con afinidad alta, de modo que incluso una pequeña dosis del fármaco producirá una concentración de sangre lo suficientemente alta como para unirse a una gran fracción de la proteína a la que va dirigida. Si la afinidad fuera baja, entonces sería necesaria una concentración alta del fármaco para que una fracción sustancial de los sitios del objetivo farmacológico se ocupen y sería necesario administrar una dosis elevada del fármaco, lo que se acompaña de inconvenientes y un riesgo creciente de efectos adversos. una molécula pequeña por una proteína por lo general se informa como la constante de disociación, es Downloaded 20231229 9:10La P afinidad Your IP de is 138.97.143.28 Page / 35 CAPÍTULO 1: Descubrimiento de fármacos: de libre las plantas medicinales al diseño asistido por computadora, Michael K. Gilson; decir, la concentración de moléculas de fármaco en la solución en la que 50% dedelafármacos proteína que representa el objetivo farmacológico se ha6unido Laurence L. Brunton al fármaco; cuanto menor sea esta concentración, mayor será la afinidad (fig. 3–3). Los proyectos de diseño de fármacos suelen buscar una constante ©2023 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use • Privacy Policy • Notice • Accessibility de disociación del orden de 10−9 mol/L (1 Nm); un “fármaco nanomolar” de este tipo se suele dosificar en miligramos a gramos por día. Un fármaco UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR UES Un fármaco exitoso con una proteína como objetivo farmacológico debe unirse a su objetivo con afinidad alta, de modo que incluso una pequeña Access Provided by: dosis del fármaco producirá una concentración de sangre lo suficientemente alta como para unirse a una gran fracción de la proteína a la que va dirigida. Si la afinidad fuera baja, entonces sería necesaria una concentración alta del fármaco para que una fracción sustancial de los sitios del objetivo farmacológico se ocupen y sería necesario administrar una dosis elevada del fármaco, lo que se acompaña de inconvenientes y un riesgo creciente de efectos adversos. La afinidad de una molécula pequeña por una proteína por lo general se informa como la constante de disociación, es decir, la concentración de moléculas de fármaco libre en la solución en la que 50% de la proteína que representa el objetivo farmacológico se ha unido al fármaco; cuanto menor sea esta concentración, mayor será la afinidad (fig. 3–3). Los proyectos de diseño de fármacos suelen buscar una constante de disociación del orden de 10−9 mol/L (1 Nm); un “fármaco nanomolar” de este tipo se suele dosificar en miligramos a gramos por día. Un fármaco exitoso también debe mostrar un alto grado de especificidad para la proteína sobre la que actuará, lo que significa que el fármaco no interactúa con otras proteínas que podrían conducir a efectos secundarios no deseados y toxicidad. En algunos casos, la eficacia de un fármaco puede verse influida no solo por la afinidad, sino también por las constantes de velocidad cinética de unión y disociación de fármacos y proteínas, que determinan el tiempo de permanencia del fármaco en su receptor (Copeland, 2016). La mayor parte de los fármacos se unen a las proteínas objetivo a través de interacciones intermoleculares de atracción que no implican un enlace químico covalente. Estas interacciones no covalentes suelen incluir: Puentes de hidrógeno, en el cual un átomo electronegativo con un átomo de hidrógeno unido, como un grupo hidroxilo, comparte parcialmente su hidrógeno con un átomo electronegativo en la otra molécula Interacciones de atracción electrostática entre átomos de carga opuesta, tales como entre un ácido carboxílico con carga negativa que pertenece al fármaco y la cadena lateral de arginina de una proteína con carga positiva El efecto hidrófobo, en el cual partes no polares o “lípidicas” del fármaco y de la proteína se asocian entre sí para reducir su exposición energética desfavorable al agua, de la misma manera que las gotitas de aceite se fusionan en el aderezo para ensaladas Fuerzas de dispersión (la parte de atracción de las interacciones de van der Waals), que son interacciones de atracción de corto alcance entre los dipolos eléctricos instantáneos que resultan de las fluctuaciones constantes de nubes de electrones atómicos con carga negativa alrededor de núcleos atómicos con carga positiva Estas fuerzas de atracción necesitan superar la tendencia entrópica del fármaco y la proteína a separarse, a causa de la energía térmica. De forma inevitable, también hay fuerzas que se oponen a la unión y que deben ser superadas por las fuerzas de atracción. Por ejemplo, existe un mayor consumo de energía para la eliminación de agua de los grupos químicos polares del ligando y de la proteína a medida que se unen. Por lo tanto, la afinidad global de una interacción entre fármaco y proteína refleja un equilibrio delicado y difícil de predecir entre las interacciones de atracción y de repulsión. Los fármacos de moléculas pequeñas no se unen a las superficies exteriores relativamente lisas de las proteínas a las que van dirigidas, sino que se pliegan al unirse a cavidades en la proteína (fig. 1–4). Esta disposición estructural hace posible formar las interacciones físicas extensas y de corto alcance que se necesitan para mantener estrechamente unidas dos moléculas. Las cavidades a las que se unen las moléculas con potencial terapéutico (es decir, las cavidades a las que se unen las moléculas pequeñas) suelen estar disponibles en enzimas cuyos sustratos son moléculas pequeñas y en receptores que se unen a hormonas de moléculas pequeñas y transmisores. Sin embargo, muchas proteínas carecen de una cavidad cóncava y por lo tanto es difícil o imposible la creación de fármacos de moléculas pequeñas. En tales casos, se puede considerar el desarrollo de una proteína terapéutica, por ejemplo, un anticuerpo de diseño que se dirija a la proteína de interés. Debido a que las proteínas son grandes, pueden formarse interacciones físicas extensas, de corto alcance, incluso con la superficie exterior relativamente plana de la proteína sobre la que se quiere actuar y por lo tanto, pueden lograr una afinidad de unión adecuada donde un fármaco de molécula pequeña no podría. Estas consideraciones también ayudan a explicar por qué es difícil desarrollar un fármaco de molécula pequeña que bloquee una interacción entre proteínas: la unión entre proteínas implica por lo general un número grande de interacciones en una interfaz de unión relativamente plana entre las dos proteínas y una molécula pequeña no puede conseguir la fijación suficiente en una superficie con estas características. Téngase en cuenta que un fármaco no solo debe unirse a su objetivo farmacológico, sino que también debe tener el efecto deseado sobre él. Si el objetivo es inhibir una enzima, entonces un fármaco que se una al sitio activo debe lograr esto con facilidad al bloquear la asociación de la enzima con las moléculas del sustrato. Por el contrario, cuando el objetivo farmacológico es un receptor de superficie celular, una molécula pequeña podría interactuar en el sitio agonista, pero sin inducir un cambio conformacional de activación y por lo tanto podría funcionar como un antagonista o agonista inverso (cap. 3). Un fármaco también puede inhibir la función de una proteína al unirse en una cavidad fuera del sitio activo y por lo tanto, modificar la conformación tridimensional de la proteína sobre la que se quiere actuar; esto es un efecto alostérico. Tal fármaco no solo debe unirse en la cavidad adecuada, sino también inducir el cambio conformacional deseado. El efavirenz y la nevirapina, utilizadas en el tratamiento del VIHsida, son inhibidores no nucleósidos de la transcriptasa inversa que actúan en forma alostérica para inhibir la transcripción del RNA a DNA virales (fig. 65– 5). De manera20231229 similar, varios ligandos interactúan con sitios alostéricos en los receptores GABAA (fig. 16–11) y otros receptores de asa de cistina (Cys) Downloaded 9:10 P Your IP is 138.97.143.28 Page 7 / 35 CAPÍTULO 1: Descubrimiento de fármacos: de las plantas medicinales al diseño de fármacos asistido por computadora, Michael K. Gilson; para modular la función del receptor y del conducto. La regulación alostérica también puede ofrecer una estrategia refinada para dirigir una sola Laurence L. Brunton enzima McGraw de una familia deRights enzimas similares.Terms Así, al diseñar fármaco, podría aprovecharse el hecho de que, incluso dentro de una familia de ©2023 Hill. All Reserved. of Use •un Privacy Policy • Notice • Accessibility proteínas relacionadas con sitios activos similares, los miembros probablemente tendrán otras regiones de su estructura que son más variables y las moléculas del sustrato. Por el contrario, cuando el objetivo farmacológico es un receptor de superficie celular, una molécula pequeña podría UNIVERSIDAD DEun ELantagonista SALVADOR interactuar en el sitio agonista, pero sin inducir un cambio conformacional de activación y por lo tanto podría funcionar como o UES Accessfuera Provided by: sitio activo y por lo tanto, agonista inverso (cap. 3). Un fármaco también puede inhibir la función de una proteína al unirse en una cavidad del modificar la conformación tridimensional de la proteína sobre la que se quiere actuar; esto es un efecto alostérico. Tal fármaco no solo debe unirse en la cavidad adecuada, sino también inducir el cambio conformacional deseado. El efavirenz y la nevirapina, utilizadas en el tratamiento del VIHsida, son inhibidores no nucleósidos de la transcriptasa inversa que actúan en forma alostérica para inhibir la transcripción del RNA a DNA virales (fig. 65– 5). De manera similar, varios ligandos interactúan con sitios alostéricos en los receptores GABAA (fig. 16–11) y otros receptores de asa de cistina (Cys) para modular la función del receptor y del conducto. La regulación alostérica también puede ofrecer una estrategia refinada para dirigir una sola enzima de una familia de enzimas similares. Así, al diseñar un fármaco, podría aprovecharse el hecho de que, incluso dentro de una familia de proteínas relacionadas con sitios activos similares, los miembros probablemente tendrán otras regiones de su estructura que son más variables y posiblemente únicas. Diseñar un ligando pequeño que se una a tal sitio podría producir un fármaco que sea un modificador alostérico bastante selectivo para la función enzimática. Este método se está utilizando para seleccionar las fosfatasas proteínicas (Mullard, 2018). Unos pocos fármacos de moléculas pequeñas reaccionan químicamente con las proteínas sobre las que actúan formando enlaces covalentes irreversibles, en lugar de depender por completo de las atracciones no covalentes antes mencionadas. Tales fármacos con unión covalente se unen a un grupo químico específico de la proteína sobre la que actúan, a menudo una cadena lateral reactiva de aminoácidos en el sitio catalítico de una enzima. En principio, los fármacos con unión covalente deben requerir dosis más pequeñas y con menos frecuencia, porque un fármaco unido por enlace covalente no se disociará de la proteína a medida que la concentración de fármaco libre disminuya con el paso del tiempo después de una dosis (pero téngase en cuenta que algunos compuestos que contienen boro forman enlaces covalentes reversibles [Diaz y Yudin, 2017]). Los desarrolladores de fármacos tienden a evitar los fármacos covalentes porque poseen grupos químicamente reactivos que corren el riesgo de reaccionar no solo con el objetivo deseado, sino también con otras proteínas y biomoléculas, con la posibilidad de causar efectos biológicos no deseados. Sin embargo, la selectividad se puede lograr por interacciones no covalentes específicas entre el fármaco y la proteína que desplazan el compuesto a una ubicación y conformación donde se prepara para formar el enlace covalente deseado. El enlace covalente se ha utilizado para dirigir e inhibir con éxito a un miembro de la familia RAS GTPasa (KRAS G12C) que con anterioridad se consideraba como no susceptible de ser utilizado como objetivo terapéutico. Como resultado de tal posicionamiento dirigido, el fármaco antineoplásico sotorasib gana potencia y especificidad al formar un enlace covalente con una cadena lateral de cisteína presente en una forma mutante oncógena de KRAS pero no en el gen KRAS normal (Lanman et al., 2020). ENFOQUES EXPERIMENTALES PARA EL DESCUBRIMIENTO DE FÁRMACOS Una vez identificado el objetivo farmacológico, el siguiente paso importante en un proyecto de descubrimiento de fármacos es el surgimiento de una molécula con potencial terapéutico, una molécula pequeña que se una con alta afinidad y especificidad al objetivo, que tiene el efecto deseado en él y cumple otros criterios para un fármaco seguro y eficaz (Hefti, 2008). Algunos de estos criterios se refieren a la farmacocinética: ¿Qué tan bien se absorberá el compuesto si se administra por vía oral? ¿Qué tan bien se distribuye a los órganos y tejidos en que ejercerá sus efectos? ¿Con qué rapidez y mediante qué mecanismos se elimina? ¿Se metaboliza en un metabolito activo? Estas propiedades a menudo se agrupan como absorción, distribución, metabolismo y excreción (ADME) o metabolismo y farmacocinética de fármacos (DMPK, drug metabolism and pharmacokinetics). También es esencial confirmar que el compuesto no muestra toxicidad en las pruebas. Tanto la farmacocinética como la toxicidad pueden estudiarse en un inicio in vitro. Por ejemplo, existen métodos in vitro que examinan la facilidad con que el compuesto entra en las células (cap. 4) y la probabilidad de que las enzimas hepáticas (cap. 5) modifiquen la estructura química del compuesto. Los compuestos también se pueden estudiar in vitro en busca de evidencia de toxicidad y efectos mutágenos. Sin embargo, los estudios in vitro no pueden modelar completamente las complejidades de un organismo vivo; todavía son necesarios los estudios en animales para reducir las posibilidades de que un compuesto sea problemático cuando se administre por primera vez a seres humanos. Por ejemplo, la toxicidad suele valorarse mediante el seguimiento a largo plazo de la salud de dos especies de animales, por lo general un roedor (normalmente ratón) y un no roedor (a menudo un conejo), cuando se administra el compuesto. Una molécula con buen potencial terapéutico debe cumplir con algunos criterios no biológicos. En particular, debe ser compatible con síntesis a gran escala y purificación de alto grado a un costo aceptable y debe ser posible crear una presentación farmacéutica (p. ej., una tableta o una inyección) que sea suficientemente hidrosoluble y estable. Se han desarrollado tecnologías refinadas para acelerar el proceso de generación de moléculas con potencial terapéutico clínico. Estos se centran en el descubrimiento o diseño de compuestos que se unen con alta afinidad (ligandos fuertes) a la proteína que representa el objetivo terapéutico. Se ha avanzado menos en el diseño de la seguridad y la farmacocinética favorable. Estas propiedades plantean desafíos más complejos, porque van mucho más allá de cómo una molécula pequeña y una proteína interactúan entre sí y en su lugar implican las interacciones de la molécula pequeña con miles de biomoléculas diferentes en un sistema vivo. Las tecnologías para el descubrimiento de ligandos son tanto experimentales como computacionales y en diferentes escenarios se aplican diferentes métodos. Las siguientes subsecciones se refieren a métodos amplios, pero no son integrales. Obsérvese también que varios acercamientos pueden ser usados en forma combinada, así que las distinciones hechas aquí son en última instancia algo Downloaded artificiales. 20231229 9:10 P Your IP is 138.97.143.28 Page 8 / 35 CAPÍTULO 1: Descubrimiento de fármacos: de las plantas medicinales al diseño de fármacos asistido por computadora, Michael K. Gilson; Laurence L. Brunton Química farmacológica ©2023 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use • Privacy Policy • Notice • Accessibility La química orgánica sintética permanece en el corazón del descubrimiento de fármacos de moléculas pequeñas, donde se especializa y se le conoce el descubrimiento o diseño de compuestos que se unen con alta afinidad (ligandos fuertes) a la proteína que representa el objetivo terapéutico. Se ha UNIVERSIDAD DE EL porque SALVADOR UES avanzado menos en el diseño de la seguridad y la farmacocinética favorable. Estas propiedades plantean desafíos más complejos, van mucho Access Provided by: molécula pequeña con miles más allá de cómo una molécula pequeña y una proteína interactúan entre sí y en su lugar implican las interacciones de la de biomoléculas diferentes en un sistema vivo. Las tecnologías para el descubrimiento de ligandos son tanto experimentales como computacionales y en diferentes escenarios se aplican diferentes métodos. Las siguientes subsecciones se refieren a métodos amplios, pero no son integrales. Obsérvese también que varios acercamientos pueden ser usados en forma combinada, así que las distinciones hechas aquí son en última instancia algo artificiales. Química farmacológica La química orgánica sintética permanece en el corazón del descubrimiento de fármacos de moléculas pequeñas, donde se especializa y se le conoce como química farmacológica. Los químicos farmacólogos suelen formar parte de un equipo de proyecto que incluye, entre otros, biólogos, especialistas en estudios clínicos y químicos computacionales; su papel es reducir los conceptos químicos a la práctica mediante la síntesis y purificación de compuestos que en última instancia pueden conducir a un nuevo fármaco. Además de proporcionar la experiencia necesaria para sintetizar compuestos de interés, también ayudan a guiar el diseño y la selección de los compuestos que se van a fabricar. Una consideración clave es la complejidad de la síntesis de un compuesto, o “accesibilidad sintética”, que debe equilibrarse con el nivel de interés en el compuesto. Por ejemplo, puede ser difícil generar estereoisómeros puros de compuestos con múltiples átomos de carbono quiral y ciertas estructuras químicas pueden sintetizarse solo a través de complejas síntesis de múltiples pasos. Un compuesto que es demasiado difícil de hacer o purificar no solo hará más lento el esfuerzo de investigación, sino que también puede conducir a un fármaco que es demasiado costoso de fabricar. Los químicos farmacólogos también informan sobre el proceso de diseño del fármaco proporcionando información sobre las propiedades de varios grupos químicos que podrían incorporarse a este, como las interacciones de atracción o de repulsión que pueden formarse con la proteína a la que va dirigido el fármaco, su susceptibilidad a los cambios metabólicos tras la administración, la posibilidad de formar de manera espontánea enlaces covalentes no deseados con biomoléculas y su influencia en la capacidad del compuesto para cruzar la barrera hematoencefálica (que puede ser deseable o indeseable, dependiendo del objetivo del proyecto). Esta experiencia entra en juego, por ejemplo, cuando un compuesto se une bien a su objetivo farmacológico, pero se metaboliza con rapidez por el hígado en un producto inactivo. En este contexto, el químico farmacólogo puede intentar sustituir la parte del compuesto que se metaboliza por un “bioisóstero”, un grupo químico diferente con una forma y capacidad similares para interactuar con la proteína, pero con menor susceptibilidad a la modificación metabólica. En términos generales, décadas de experiencia han llevado a la creación de una serie de reglas generales para lo que hace que un compuesto se “parezca a un fármaco” y que se conoce como la “regla de los cinco” (Lipinski, et al., 2001). Estas pueden ser guías útiles durante los proyectos de descubrimiento de fármacos, pero también hay muchas excepciones a las reglas (Zhang et al., 2007). Detección de alto rendimiento (HTS, highthroughput screening) Si no se sabe nada sobre la estructura de la proteína sobre la que se pretende actuar y qué pequeñas moléculas pueden unirse a ella, es común recurrir a la detección de alto rendimiento (HTS), en el que se analizan miles o millones de compuestos mediante automatización y robótica (Wildley et al., 2017). Se extraen pequeñas muestras de cada compuesto de una biblioteca de productos químicos almacenada y se depositan en placas con capacidad para múltiples muestras para su análisis. A menudo se debe invertir un esfuerzo considerable para diseñar un estudio clínico que funcione de forma fiable en miniatura y sin la intervención del usuario. La mayor parte proporcionan una lectura óptica, como un cambio de luminiscencia, fluorescencia o color, ya que estos pueden medirse de forma eficaz con un lector óptico. Los compuestos examinados pueden variar desde parte de la vasta colección de compuestos internos que una importante compañía farmacéutica ha reunido a lo largo de los años hasta un conjunto más pequeño comprado a un proveedor comercial. Una biblioteca de detección suele estar diseñada para una aplicación concreta. Por ejemplo, se pueden comprar bibliotecas clasificadas por su actividad contra las proteína cinasas, bibliotecas con grupos reactivos que pueden formar enlaces covalentes con la proteína y bibliotecas diseñadas para muestrear una amplia gama de compuestos a través de una alta diversidad química. Un compuesto elegido al azar de una biblioteca de cribado tiene una probabilidad muy baja (normalmente de 0.1% o menos) de tener actividad contra un determinado objetivo (Shun et al., 2011), y las mediciones de HTS están sujetas a error experimental. Por lo tanto, muchos de los compuestos que parecen activos en una detección inicial son positivos falsos, por lo que es esencial realizar un análisis cuidadoso de los datos y llevar a cabo pruebas confirmatorias. Incluso los compuestos con resultados positivos en una detección de alto rendimiento distan mucho de ser fármacos. Su afinidad por el objetivo farmacológico es por lo general de órdenes de magnitud demasiado pequeños, pueden carecer de la especificidad deseada y no cumplen con los criterios necesarios de metabolismo, farmacocinética o de seguridad. Sin embargo, ofrecen un punto inicial en el desafío de encontrar una molécula potente con potencial terapéutico. El siguiente paso es comprar (por catálogo) o sintetizar (química farmacológica) compuestos similares que en última instancia dan una imagen de cómo varios cambios en la estructura química influyen en la actividad contra el objetivo farmacológico (relaciones de actividadestructura, o SAR [structureactivity relationships]) y otras propiedades (fig. 1–1). Esta información se utiliza para guiar la síntesis de cientos de compuestos con propiedades que mejoran de manera gradual. Las moléculas iniciales más prometedoras (compuestos líderes) sirven como puntos de partida para una mejora adicional (optimización de una molécula líder), con la idea de mejorar la molécula con potencial terapéutico, tal vez acompañada de varios derivados en caso de que la molécula original no tenga la utilidad terapéutica esperada. Downloaded 20231229 9:10productos P Your IP is 138.97.143.28 Page 9 / 35 CAPÍTULO 1: Descubrimiento de fármacos: de las plantas medicinales al diseño de fármacos asistido por computadora, Michael K. Gilson; Figura 1–1 L. Brunton Laurence ©2023 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use • Privacy Policy • Notice • Accessibility Relación estructuraactividad: estructuras básicas y sustitutos. Cinco inhibidores de la familia de enzimas de aldehído deshidrogenasa tienen una potente con potencial terapéutico. El siguiente paso es comprar (por catálogo) o sintetizar (química farmacológica) compuestos similares que en UNIVERSIDAD EL SALVADOR UES última instancia dan una imagen de cómo varios cambios en la estructura química influyen en la actividad contra el objetivo DE farmacológico (relaciones Access Provided by: de actividadestructura, o SAR [structureactivity relationships]) y otras propiedades (fig. 1–1). Esta información se utiliza para guiar la síntesis de cientos de compuestos con propiedades que mejoran de manera gradual. Las moléculas iniciales más prometedoras (compuestos líderes) sirven como puntos de partida para una mejora adicional (optimización de una molécula líder), con la idea de mejorar la molécula con potencial terapéutico, tal vez acompañada de varios productos derivados en caso de que la molécula original no tenga la utilidad terapéutica esperada. Figura 1–1 Relación estructuraactividad: estructuras básicas y sustitutos. Cinco inhibidores de la familia de enzimas de aldehído deshidrogenasa tienen una estructura química común (negro) mientras que tienen diferentes sustitutos químicos en dos posiciones (rojo, verde). En el cuadro se mencionan los IC50 (μM) de cada compuesto para tres miembros de la familia de enzimas de aldehído deshidrogenasa: ALDH1A1, ALDH2 y ALDH3A1; es decir, la concentración de compuesto necesaria para producir inhibición de 50% de cada enzima. Cuanto más bajo sea el IC50, más potente será el compuesto que inhibe la enzima. Centrándose primero en los compuestos 1, 2 y 3, se puede observar que agregar un átomo halógeno cada vez más voluminoso (Cl, Br) en el anillo de seis miembros tiende a reducir la potencia del compuesto contra ALDH1A1 y ALDH3A1, pero a aumentarla contra ALDH2. Al observar los compuestos 1, 4 y 5, se puede ver que al agregar sustitutos aromáticos no polares cada vez más voluminosos, en el nitrógeno se reduce poco la potencia contra ALDH1A1; al inicio mejora, pero más tarde afecta la potencia contra ALDH2 y mejora de forma consistente la potencia contra ALD3A1. Tales patrones pueden guiar el diseño de nuevos compuestos con la potencia y selectividad deseadas. Por ejemplo, las sustituciones en los compuestos 3 y 4 reducen cada uno su potencia contra ALDH1A1 mientras aumentan su potencia contra ALDH2, por lo que no es sorprendente que el compuesto 6, que combina ambos sustitutos, tenga una potencia particularmente baja contra ALDH1A1 y una alta potencia contra ALDH2. Nótese que este tipo de razonamiento solo puede ofrecer guías generales; sus predicciones no siempre se confirman en experimentos. Datos extraídos de Kimble Hill et al., 2014. Descubrimiento de fármacos basado en fragmentos Incluso una detección a gran escala podría no proporcionar resultados útiles (Keserü y Makara, 2009). Este resultado se vuelve comprensible cuando uno reconoce que el número de compuestos orgánicos estables, del tamaño de un fármaco, se encuentra en el orden de 1060 (Reymond et al., 2010), así que una detección de incluso 106 compuestos apenas representa una mínima parte del inmenso espacio químico. Esta gran cantidad se origina de las diversas combinaciones de las formas de conectar varias subestructuras químicas, tales como anillos de benceno, grupos hidroxilo y alcanos cíclicos. Para tener una buena unión, un compuesto debe contar con múltiples subestructuras colocadas de forma que se creen interacciones favorables con los grupos complementarios en la cavidad donde ocurre la unión. Si un compuesto químico tiene dos sitios de unión adecuados para el objetivo farmacológico, pero un tercer componente es inapropiado o se encuentra en el sitio incorrecto, podría no ocurrir la unión con el objetivo farmacológico. Esta perspectiva motivó otro método de descubrimiento de medios de unión, el descubrimiento de fármacos basados en fragmentos (FBDD, fragmentbased drug discovery) (Erlanson, 2012; Lamoree y Hubbard, 2017). En el FBDD, se descomponen conceptualmente compuestos del tamaño de los fármacos en sus subestructuras (fragmentos) y se analizan subestructuras simples contra el objetivo farmacológico. Aunque tales moléculas (fragmentos) pueden unirse de manera débil, tales estudios pueden identificar un pequeño conjunto de subestructuras químicas que son adecuadas para el objetivo farmacológico y luego se pueden comprar o sintetizar compuestos más grandes ensamblados a partir de estos componentes. Cuando se utiliza la cristalografía de rayos X (Patel et al., 2014) o la espectroscopia de resonancia magnética nuclear (Shuker et al., 1996) para detectar o analizar la unión de fragmentos, normalmente se dispone de información específica sobre dónde se une cada fragmento a la proteína. Esta información puede utilizarse para unir compuestos diseñados que coloquen los fragmentos apropiados en los lugares adecuados para la cavidad de fijación a la proteína (unión de fragmentos) o para optimizar y ampliar un fragmento seleccionado (aumento de tamaño de fragmentos). De esta manera, el FBDD evita la gran cantidad de combinaciones de posibles compuestos producidos a partir de varios componentes químicos y permite a los investigadores20231229 centrarse con rapidez enIP compuestos hechos de un solo subconjunto productivo de componentes químicos. El fármaco vemurafenib, Downloaded 9:10 P Your is 138.97.143.28 10 / 35 CAPÍTULO Descubrimiento de fármacos: de lasBRaf plantas medicinales diseño de fármacos asistido por computadora, Michael K. Page Gilson; que se dirige1:a una mutación oncógena de la cinasa se desarrolló conaluna estrategia de aumento de tamaño de fragmentos y se identificó como Laurence L. Brunton el primer caso de éxito del FBDD (Bollag et al., 2012). ©2023 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use • Privacy Policy • Notice • Accessibility Tecnologías experimentales emergentes componentes. Cuando se utiliza la cristalografía de rayos X (Patel et al., 2014) o la espectroscopia de resonancia magnética nuclear (Shuker et al., 1996) UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR UES para detectar o analizar la unión de fragmentos, normalmente se dispone de información específica sobre dónde se une cada fragmento a la proteína. Access Provided by: Esta información puede utilizarse para unir compuestos diseñados que coloquen los fragmentos apropiados en los lugares adecuados para la cavidad de fijación a la proteína (unión de fragmentos) o para optimizar y ampliar un fragmento seleccionado (aumento de tamaño de fragmentos). De esta manera, el FBDD evita la gran cantidad de combinaciones de posibles compuestos producidos a partir de varios componentes químicos y permite a los investigadores centrarse con rapidez en compuestos hechos de un solo subconjunto productivo de componentes químicos. El fármaco vemurafenib, que se dirige a una mutación oncógena de la cinasa BRaf se desarrolló con una estrategia de aumento de tamaño de fragmentos y se identificó como el primer caso de éxito del FBDD (Bollag et al., 2012). Tecnologías experimentales emergentes La dificultad y el costo de descubrir fármacos, junto con la necesidad del mercado y la necesidad humana de nuevos medicamentos, han impulsado la innovación continua en las tecnologías de descubrimiento de fármacos. Por ejemplo, las bibliotecas de compuestos codificados con DNA (DEL, DNA encoded compound libraries) amplían en forma notable el número de compuestos que pueden analizarse, en comparación con la HTS convencional (Halford, 2017). A diferencia de una biblioteca tradicional de compuestos identificados por HTS, en la que cada uno de ellos se guarda en su propio contenedor o en un vial independiente, un DEL es una mezcla de compuestos en un único contenedor y puede incluir muchos más compuestos, miles de millones e incluso billones. Cada compuesto único de la mezcla está unido por enlace covalente a una molécula pequeña del DNA correspondiente, que sirve como etiqueta de identificación. Tales bibliotecas pueden ser sintetizadas y etiquetadas con los métodos de química de combinación, donde una mezcla de compuestos se divide en múltiples porciones, cada porción es modificada con un paso químico diferente y sus etiquetas de DNA son modificadas en consecuencia, después las porciones son mezcladas de nuevo. Este proceso se repite hasta que la síntesis se completa. Para la detección de compuestos activos con DEL, se puede inmovilizar el objetivo farmacológico de interés en una superficie sólida, se expone la superficie a la mezcla de DEL y a continuación, se lava la superficie para eliminar todos los compuestos de DEL que no se han unido de manera firme al objetivo farmacológico. Los compuestos se retiran del objetivo farmacológico mediante un lavado más intensivo y se identifican los compuestos activos mediante la secuenciación de las etiquetas de DNA que portan. Otra tecnología emergente, a veces denominada estudios clínicos en caja de Petri (Alpeeva et al., 2017; Fermini et al., 2018; Strauss y Blinova, 2017), tiene como objetivo predecir los efectos de un compuesto en seres humanos con mayor precisión de lo que es posible con cultivos celulares estándar o modelos animales. Este método implica la creación de tipos celulares específicos de interés a partir de células madre humanas pluripotenciales y su uso para crear organoides tridimensionales en cultivo (Fligor et al., 2018; Liu et al., 2021; Sato y Clevers, 2013) o estructuras de tejidos artificiales a través de bioimpresión tridimensional (Ferrer y Simeonov, 2017). Estas estructuras in vitro relativamente intrincadas prometen resumir mejor las propiedades de los tejidos correspondientes in vivo y pueden utilizarse para analizar compuestos para identificar la actividad y las propiedades metabólicas del fármaco, así como la farmacocinética y metabolismo del compuesto y su toxicidad. DESCUBRIMIENTO DE FÁRMACOS ASISTIDO POR COMPUTADORA La mejora en la tecnología de la información ha permitido a la comunidad investigadora almacenar y desplazar grandes cantidades de información, escribir y mantener software complejo y realizar cálculos a una velocidad y escala sin precedentes. Estas capacidades de mejora continua se utilizan de diversas formas para apoyar y acelerar el descubrimiento de fármacos. Así pues, la informática química permite la creación de bases de datos compactas de información sobre cientos de millones de compuestos y la recuperación rápida de datos químicos para un compuesto específico o para compuestos similares en su estructura química (Willett et al., 1998), mientras que en la Internet están fácilmente disponibles bases de datos sobre productos químicos (Gaulton et al., 2012; Gilson et al., 2016; Kim et al., 2021), macromoléculas (Benson et al., 1994; Berman et al., 2000; Berman y Gierasch, 2021; UniProt Consortium, 2015), vías macromoleculares (Croft et al., 2014; Ogata et al., 2000; Oughtred et al., 2021; Wishart et al., 2020) y otras bases de datos de fácil acceso para investigadores de todo el mundo. Estos datos son útiles por derecho propio y también apoyan el desarrollo y el análisis de modelos informáticos utilizados en el descubrimiento de fármacos. En paralelo, los aumentos exponenciales en la velocidad de las computadoras, medidos como el número de operaciones matemáticas ejecutadas por segundo, han hecho posibles simulaciones moleculares más detalladas y en mayor número. De forma ideal, un químico computacional podría diseñar un compuesto, entregar el diseño a un químico farmacólogo para sintetizarlo y el compuesto debería unirse con el objetivo farmacológico con afinidad nanomolar. Cuando este nivel de precisión se vuelve factible, se puede ir más allá y calcular la afinidad de una molécula con potencial terapéutico con todas las proteínas humanas conocidas para verificar las interacciones no deseadas. Este nivel de precisión no es posible hoy en día, pero los métodos existentes tienen valor predictivo y el creciente poder informático puede hacer que esta visión se pueda lograr en los próximos años. Los métodos para predecir las interacciones de una molécula pequeña con una proteína pueden dividirse en métodos basados en ligando y basados en la estructura, como se explica más adelante. Uso de la similitud química para descubrir ligandos dirigidos Downloaded 20231229 9:10 P Your IP is 138.97.143.28 Si la proteína1:sobre la que se actuará es una enzima un sustrato de molécula pequeña o es un asistido receptorpor de una molécula pequeña Page 11 / 35 CAPÍTULO Descubrimiento de fármacos: de lascon plantas medicinales al diseño de fármacos computadora, Michael (p. K. ej., Gilson; Laurence L.entonces, Brunton los compuestos similares en estructura química al sustrato o al transmisor pueden estar activos contra el objetivo y por lo tanto, histamina), ©2023 Hill. All Rights Reserved. Terms(fig. of Use Privacydisponerse Policy • Notice • Accessibility puedenMcGraw resultar útiles para el diseño del fármaco 1–2).• Puede de información más extensa sobre los ligandos para el objetivo farmacológico a partir de esfuerzos previos de descubrimiento de fármacos y esta información puede utilizarse para guiar un nuevo proyecto. Como pero los métodos existentes tienen valor predictivo y el creciente poder informático puede hacer que esta visión se pueda lograr en los próximos años. UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR UES Los métodos para predecir las interacciones de una molécula pequeña con una proteína pueden dividirse en métodos basados en ligando y basados en la estructura, como se explica más adelante. Access Provided by: Uso de la similitud química para descubrir ligandos dirigidos Si la proteína sobre la que se actuará es una enzima con un sustrato de molécula pequeña o es un receptor de una molécula pequeña (p. ej., histamina), entonces, los compuestos similares en estructura química al sustrato o al transmisor pueden estar activos contra el objetivo y por lo tanto, pueden resultar útiles para el diseño del fármaco (fig. 1–2). Puede disponerse de información más extensa sobre los ligandos para el objetivo farmacológico a partir de esfuerzos previos de descubrimiento de fármacos y esta información puede utilizarse para guiar un nuevo proyecto. Como se señaló antes, incluso si ya se ha desarrollado un fármaco para un objetivo farmacológico, todavía puede haber espacio para un fármaco del mismo grupo con mejores propiedades, como una dosificación oral menos frecuente o menos efectos secundarios. En las publicaciones médicas está disponible una gran cantidad de información que apoya el descubrimiento de fármacos basados en ligandos, patentes y bases de datos públicas (Gaulton et al., 2012; Gilson et al., 2016; Kim et al., 2019). Figura 1–2 Uso de la similitud química para desarrollar ligandos. A . Estatinas. Las estatinas inhiben la 3hidroxi3metilglutaril coenzima A reductasa (HMGCoA reductasa), la enzima que limita la velocidad en la síntesis de colesterol. Estos inhibidores se utilizan ampliamente para reducir las concentraciones de colesterol en la sangre (cap. 37). La mevastatina es un producto natural que inspiró el desarrollo de las tres estatinas aprobadas por la FDA que se muestran aquí. Cada compuesto tiene una parte inferior policíclica ligada a un grupo funcional hidroxiácido común, que también puede existir como lactona cíclica. B . Inhibidores SGLT. Los transportadores de sodioglucosa (SGLT) facilitan la entrada de glucosa en el tubo digestivo (SGLT1) y en el riñón (SGLT2). El producto natural florizina inhibe ambos SGLT en diversos grados. Las modificaciones de la estructura de la florizina llevaron a los cuatro inhibidores de SGLT2 relativamente específicos aprobados por la FDA, las gliflozinas, que se muestran aquí. Las gliflozinas disminuyen la reabsorción renal de glucosa, reduciendo así las concentraciones de glucosa en la sangre y por lo tanto se utilizan para tratar la diabetes tipo 2 (cap. 51). Cada compuesto tiene un grupo funcional de glucosa (excepto ertugliflozina, que tiene un grupo funcional similar a la glucosa), sensible para compuestos que interactúan con transportadores que unen la glucosa. Los grupos funcionales que contienen fenilo dotan a cada inhibidor de diversas actividades contra cada una de las dos formas de proteínas, como se muestra en el cuadro. Las actividades se muestran como IC50, la concentración del fármaco (nM) que reduce la actividad del transportador en 50%. Datos adaptados de Fediuk et al. (2020) y Wright (2021). Downloaded 20231229 9:10 P Your IP is 138.97.143.28 12 / 35 CAPÍTULO 1: Descubrimiento de fármacos: de las plantas medicinales al diseño de fármacos asistido por computadora, Michael K. Page Gilson; Laurence L. Brunton Las mediciones de similitud química resumen las estructuras químicas detalladas de los compuestos en características que pueden ser calculadas y ©2023 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use • Privacy Policy • Notice • Accessibility comparadas entre las diferentes moléculas. Un método calcula la huella molecular de un compuesto, que indica si existen varias subestructuras 51). Cada compuesto tiene un grupo funcional de glucosa (excepto ertugliflozina, que tiene un grupo funcional similar a la glucosa), sensible para UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR UES compuestos que interactúan con transportadores que unen la glucosa. Los grupos funcionales que contienen fenilo dotan a cada inhibidor de Access Provided by: diversas actividades contra cada una de las dos formas de proteínas, como se muestra en el cuadro. Las actividades se muestran como IC50, la concentración del fármaco (nM) que reduce la actividad del transportador en 50%. Datos adaptados de Fediuk et al. (2020) y Wright (2021). Las mediciones de similitud química resumen las estructuras químicas detalladas de los compuestos en características que pueden ser calculadas y comparadas entre las diferentes moléculas. Un método calcula la huella molecular de un compuesto, que indica si existen varias subestructuras moleculares (Muegge y Mukherjee, 2016). Otras mediciones de similitud eliminan tales detalles y en su lugar calculan y comparan las formas generales de las dos moléculas y los campos eléctricos que generan (Bajorath, 2017). En un tercer método, la forma molecular se deja de lado y en cambio se calculan decenas o cientos de descriptores cuantitativos para cada compuesto. Los ejemplos incluyen descriptores simples, como el peso molecular o el número de anillos aromáticos y otros más complejos, como los momentos eléctricos dipolares y cuadripolares. Si se considera a los descriptores como coordenadas cartesianas en un espacio multidimensional, se puede cuantificar la similitud de dos moléculas en términos de lo cerca que están en este espacio descriptor (Wale et al., 2008). Las mediciones de similitud como estas permiten la detección virtual, una alternativa computacional rápida y económica a la HTS experimental (fig. 1– 3). En este método, cada compuesto de una biblioteca química, un gran conjunto de compuestos disponibles o sintetizables, se analiza por su similitud con uno o más ligandos conocidos de la proteína sobre la que se pretende actuar. Los compuestos con mayor similitud se valoran en un estudio clínico experimental y las moléculas con potencial terapéutico confirmado se vuelvan elegibles para una mayor optimización química. Este método es más relevante cuando no se ha determinado la estructura tridimensional de la proteína. Cuando se conoce la estructura, se aplican métodos potentes basados en la estructura. Figura 1–3 Detección virtual. A . Detección virtual de compuestos basado en conceptos de similitud química. Utilizando las mediciones de similitud disponibles, los compuestos de una base de datos (verde) se prueban por análisis computarizado para determinar la similitud química con los ligandos conocidos (sitios de fijación) de la proteína estudiada. Los compuestos que se encuentran por arriba del umbral de similitud se consideran posibles ligandos y, por lo tanto, se analizan de manera experimental para valorar su unión a la proteína estudiada. Los que resultan inactivos se desechan, mientras que los “activos” son sometidos a rondas iterativas de optimización de ligando donde se definen las relaciones estructuraactividad y se utilizan para guiar el diseño de nuevos compuestos losIP químicos farmacólogos. Cuando se encuentran compuestos suficientemente activos, estos se convierten en Downloaded 20231229 9:10 Ppor Your is 138.97.143.28 13 / 35 moléculas con terapéutico en fase inicial. . Detección virtual deal compuestos basado enasistido el acoplamiento proteínaligando. compuestos CAPÍTULO 1: potencial Descubrimiento de fármacos: de lasBplantas medicinales diseño de fármacos por computadora, MichaelLos K. Page Gilson; Laurence L. de Brunton de una base datos (verde) se analizan por computadora; es decir, se ajusta el sitio de unión con la proteína estudiada de estructura tridimensional ©2023 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use • Privacy Policy • Notice • Accessibility conocida. Los compuestos cuyas interacciones estabilizadoras calculadas con el sitio de unión se encuentran por arriba del umbral de similitud se consideran posibles ligandos y por lo tanto, se analizan de manera experimental para la valorar la unión a la proteína estudiada. Los inactivos se Detección virtual. A . Detección virtual de compuestos basado en conceptos de similitud química. Utilizando las mediciones de similitud disponibles, UNIVERSIDAD DElos ELligandos SALVADOR UES los compuestos de una base de datos (verde) se prueban por análisis computarizado para determinar la similitud química con conocidos Access Provided by: (sitios de fijación) de la proteína estudiada. Los compuestos que se encuentran por arriba del umbral de similitud se consideran posibles ligandos y, por lo tanto, se analizan de manera experimental para valorar su unión a la proteína estudiada. Los que resultan inactivos se desechan, mientras que los “activos” son sometidos a rondas iterativas de optimización de ligando donde se definen las relaciones estructuraactividad y se utilizan para guiar el diseño de nuevos compuestos por los químicos farmacólogos. Cuando se encuentran compuestos suficientemente activos, estos se convierten en moléculas con potencial terapéutico en fase inicial. B . Detección virtual de compuestos basado en el acoplamiento proteínaligando. Los compuestos de una base de datos (verde) se analizan por computadora; es decir, se ajusta el sitio de unión con la proteína estudiada de estructura tridimensional conocida. Los compuestos cuyas interacciones estabilizadoras calculadas con el sitio de unión se encuentran por arriba del umbral de similitud se consideran posibles ligandos y por lo tanto, se analizan de manera experimental para la valorar la unión a la proteína estudiada. Los inactivos se desechan, mientras que los “activos” se someten a rondas iterativas de optimización de ligando. Esto suele implicar el uso de la estructura de la proteína para diseñar nuevos compuestos que pueden formar mejores interacciones con el sitio de unión y resolver las estructuras de la proteína por cristalización con los compuestos seleccionados para determinar si los compuestos diseñados se unen como se esperaba y para guiar más rondas de diseño químico y de síntesis. En esta etapa también se pueden utilizar métodos computacionales avanzados, como cálculos de energía libre basados en simulación. Cuando se encuentran compuestos suficientemente activos, estos se convierten en moléculas con potencial terapéutico en fase inicial. Downloaded P Your 138.97.143.28 Diseño del20231229 fármaco 9:10 basado enIPlaisestructura 14 / 35 CAPÍTULO 1: Descubrimiento de fármacos: de las plantas medicinales al diseño de fármacos asistido por computadora, Michael K. Page Gilson; Laurence L. Brunton La estructura tridimensional detallada de una proteína abre una serie de métodos computacionales adicionales para diseñar una molécula pequeña ©2023 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use • Privacy Policy • Notice • Accessibility que se una al objetivo con alta afinidad (fig. 1–4). La aplicabilidad de tales métodos de diseño de fármacos basado en la estructura (SBDD, structure based drug design) ha crecido de manera continua, debido a los aumentos rápidos en la potencia de cómputo y al desarrollo de tecnologías que hacen UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR UES Access Provided by: Diseño del fármaco basado en la estructura La estructura tridimensional detallada de una proteína abre una serie de métodos computacionales adicionales para diseñar una molécula pequeña que se una al objetivo con alta afinidad (fig. 1–4). La aplicabilidad de tales métodos de diseño de fármacos basado en la estructura (SBDD, structure based drug design) ha crecido de manera continua, debido a los aumentos rápidos en la potencia de cómputo y al desarrollo de tecnologías que hacen que sea más fácil y rápida la identificación de las estructuras de las proteínas. Un ejemplo es el uso de sincrotrones (p. ej., el Advanced Photon Source at Argonne National Laboratory) para generar haces de rayos X de alta calidad para su uso en cristalografía de rayos X de proteínas. Otro es el desarrollo de métodos para resolver las estructuras de las proteínas unidas a la membrana, como los conductos iónicos y los receptores de la superficie celular. Estos pueden ser posibles objetivos farmacológicos de alta calidad porque un fármaco no necesitaría entrar en la célula para acceder a ellos y porque regulan muchos procesos celulares. Sin embargo, sus estructuras eran virtualmente imposibles de resolver hasta que se desarrollaron métodos en los últimos años para hacer crecer cristales tridimensionales a partir de ellas. Desde al menos el decenio de 1980, la promesa de avances en los métodos de SBDD ha inspirado la fundación de múltiples empresas. Figura 1–4 Estructura cristalina de la proteasa del virus de la inmunodeficiencia humana 1 (proteasa VIH1) con el inhibidor de la proteasa darunavir unido en el sitio activo. Estructuras tubulares coloreadas: la estructura de la proteína de la enzima, un dímero simétrico compuesto de dos subunidades idénticas, donde el color indica la estructura secundaria (amarillo, hoja β; rojo, hélice α; azul, giro; blanco, ninguno). Gris translúcido: superficie total de la proteína, incluyendo átomos de cadena lateral y de la estructura básica. Bola y copa: darunavir en el sitio activo en forma de túnel, con átomos coloreados por elemento (gris, carbono; rojo, oxígeno; azul, nitrógeno), con átomos de hidrógeno omitidos por simplicidad. Los puentes de hidrógeno importantes se muestran como líneas verdes punteadas y el oxígeno de una molécula de agua enlaza el fármaco y la proteína, que se muestra como una esfera de color rojo. Atomic coordinates from Protein Data Bank (Wang et al., 2011). El campo de la química física se encarga de calcular la afinidad de unión de dos moléculas en el agua (Gilson y Zhou, 2007). De forma ideal, uno podría usar soluciones numéricas de la ecuación de Schrödinger para obtener la función de onda electrónica para el compuesto, la proteína estudiada y el solvente acuoso, para cualquier conformación dada del sistema (es decir, dadas las coordenadas cartesianas de todos los átomos). A partir de la función de onda, podría calcularse la fuerza instantánea en cada átomo. Con este método de cálculo de las fuerzas atómicas, se podría simular el sistema atómico en detalle, calculando el trabajo reversible de extraer de forma gradual el compuesto del sitio de unión de proteínas a medida que todos los átomos se agitan, se ajustan y se desplazan debido al movimiento térmico (Feynman et al., 1963). Este trabajo reversible equivale a la energía libre de unión, ΔG0, que está relacionada de manera directa con la constante de disociación, KD: Ecuación 11 Esto sería un cálculo masivo prohibitivo con la tecnología informática existente. Sin embargo, los investigadores han creado aproximaciones rápidas a tal cálculo ideal, cada uno con sus propias fortalezas y debilidades en términos de exactitud, rango de aplicabilidad y potencia de cómputo requerida Downloaded 20231229 9:10 P Your IP is 138.97.143.28 (fig. 1–5). 15 / 35 CAPÍTULO 1: Descubrimiento de fármacos: de las plantas medicinales al diseño de fármacos asistido por computadora, Michael K. Page Gilson; Laurence L. Brunton Figura 1–5 ©2023 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use • Privacy Policy • Notice • Accessibility Métodos computacionales basados en la física para estimar las afinidades de unión de proteínaligando. Estos métodos proporcionan una estimación libre de unión, ΔG0, que está relacionada de manera directa con la constante de disociación, KD: UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR UES Access Provided by: Ecuación 11 Esto sería un cálculo masivo prohibitivo con la tecnología informática existente. Sin embargo, los investigadores han creado aproximaciones rápidas a tal cálculo ideal, cada uno con sus propias fortalezas y debilidades en términos de exactitud, rango de aplicabilidad y potencia de cómputo requerida (fig. 1–5). Figura 1–5 Métodos computacionales basados en la física para estimar las afinidades de unión de proteínaligando. Estos métodos proporcionan una estimación de la constante de asociación, KA, para la unión de un ligando, L, a una proteína de estructura tridimensional conocida, P, para formar un complejo proteínaligando, PL, que se mantiene unido por interacciones no covalentes tales como puentes de hidrógeno y el efecto hidrofóbico. La ecuación relaciona KA con la energía libre estándar de unión ΔG0, la constante de los gases R y la temperatura absoluta T, además relaciona la energía libre de unión con la concentración estándar C0 y los integrales de configuración del complejo proteínaligando (ZPL), la proteína no unida (ZP) y el ligando no unido (ZL). A medida que cada molécula tiene más conformaciones de baja energía (PL, P, L), aumenta el valor correspondiente de Z. Por lo tanto, si el complejo proteínaligando puede acceder a más conformaciones de baja energía que la proteína y el ligando separados, la constante de equilibrio será grande, favoreciendo la unión. El cálculo directo de estas integrales de configuración es un reto computacional; sin embargo, los investigadores han creado diversos métodos computacionales, que van desde métodos rápidos y aproximados que se espera sean menos precisos, hasta métodos más detallados y exigentes que suelen ser más precisos (Gilson y Zhou, 2007). El acoplamiento, que se revisa en el texto, está en el extremo rápido del espectro; trata a la proteína como si fuera rígida, junto con otras aproximaciones. Los cálculos de energía libre, también discutidos en el texto, están en el extremo lento del espectro; tratan a la proteína y el ligando como si fueran flexibles. En el centro del espectro se encuentran la mecánica molecular generalizada de Born/ área de superficie (MMGBSA) (Srinivasan et al., 1998), la mecánica molecular de PoissonBoltzmann/área de superficie (MMPBSA) (Gouda et al., 2003) y métodos de análisis mínimo (Chen et al., 2010). Estos utilizan varios métodos para estimar de forma directa las integrales de configuración, ZPL, ZP y ZL. Por ejemplo, los métodos de análisis mínimo buscan conformaciones de baja energía de la proteína, el ligando y el complejo; estima sus contribuciones individuales a Z y suma estas contribuciones para proporcionar una estimación global de la configuración integral. Una aproximación importante utilizada en el modelado molecular es el campo de fuerza o función potencial, un modelo matemático para las fuerzas atómicas que pueden analizar órdenes de magnitud más rápido que resolver la ecuación de Schrödinger (DauberOsguthorpe y Hagler, 2019). Los campos de fuerza a menudo contienen parámetros apropiados ajustados para dar concordancia con las soluciones de referencia de la ecuación de Schrödinger. Con la disponibilidad de un campo de fuerza, resulta práctico utilizar simulaciones moleculares para estimar las energías libres de unión a proteínas y ligando (Tembe y McCammon, 1984; Kollmann, 1993; Gilson et al., 1997; Simonson et al., 2002). Tales métodos de energía libre se encuentran entre los más precisos disponibles para predecir las afinidades de unión de proteína con ligando (Schindler et al., 2020) y su uso por la comunidad encargada del descubrimiento de fármacos ha sido posible por la aceleración de simulaciones moleculares en unidades de procesamiento gráfico (GPU, graphics processing units) (SalomonFerrer R, et al., 2013). Sin embargo, incluso con las GPU, las simulaciones son demasiado lentas para reemplazar una detección experimental de alto rendimiento de millones de compuestos. En cambio, las simulaciones se usan más a menudo para ayudar a los químicos farmacéuticos a decidir qué variaciones químicas de un compuesto prometedor inicial vale la pena sintetizar y analizar. Las Downloaded 20231229 9:10 P Your IP is 138.97.143.28 simulaciones1:moleculares rápidas se de utilizan para explorar las diversas conformaciones una proteína puede adoptar. PorK. ejemplo, Page 16si/ una 35 CAPÍTULO Descubrimiento de también fármacos: las plantas medicinales al diseño de fármacosque asistido por computadora, Michael Gilson; Laurence L.muestra Bruntonque se podría formar una nueva cavidad de unión como resultado de los desplazamientos térmicos de las proteínas, es posible simulación ©2023 Hill.que All se Rights of Usehasta • Privacy Policy • Notice • Accessibility diseñarMcGraw un fármaco una aReserved. este sitio noTerms reconocido ahora. a proteínas y ligando (Tembe y McCammon, 1984; Kollmann, 1993; Gilson et al., 1997; Simonson et al., 2002). Tales métodos de energía libre se UNIVERSIDAD DE2020) EL SALVADOR encuentran entre los más precisos disponibles para predecir las afinidades de unión de proteína con ligando (Schindler et al., y su uso por laUES Access Provided by: comunidad encargada del descubrimiento de fármacos ha sido posible por la aceleración de simulaciones moleculares en unidades de procesamiento gráfico (GPU, graphics processing units) (SalomonFerrer R, et al., 2013). Sin embargo, incluso con las GPU, las simulaciones son demasiado lentas para reemplazar una detección experimental de alto rendimiento de millones de compuestos. En cambio, las simulaciones se usan más a menudo para ayudar a los químicos farmacéuticos a decidir qué variaciones químicas de un compuesto prometedor inicial vale la pena sintetizar y analizar. Las simulaciones moleculares rápidas también se utilizan para explorar las diversas conformaciones que una proteína puede adoptar. Por ejemplo, si una simulación muestra que se podría formar una nueva cavidad de unión como resultado de los desplazamientos térmicos de las proteínas, es posible diseñar un fármaco que se una a este sitio no reconocido hasta ahora. Otro método computacional, el acoplamiento molecular (Guedes et al., 2014; Huang, 2010; Meng, 2011), es lo suficientemente rápido como para sustituir (o complementar) una detección experimental de alto rendimiento a gran escala. En el acoplamiento, la mayor parte o toda la proteína se mantiene rígida y el software intenta un gran número de diferentes ubicaciones y conformaciones (posiciones) de una pequeña molécula en el sitio de unión del objetivo farmacológico, buscando la que tenga energía más baja y por lo tanto, sea más estable. Como el acoplamiento excluye tantas contribuciones conocidas a la energía libre de la unión (p. ej., flexibilidad de proteínas y entropía), el modelo de energía por lo general debe ser ajustado contra los datos experimentales de la unión para hacerlo más predictivo. El modelo resultante se denomina a menudo puntuación de acoplamiento, para diferenciarlo de un verdadero campo de fuerza. Los cálculos de acoplamiento se utilizan normalmente para HTS virtuales (fig. 1– 3), en los que miles o millones de compuestos de una biblioteca de productos químicos se ajustan con rapidez al sitio de unión de la proteína objetivo. Decenas o cientos de los compuestos que puntúan mejor pueden entonces ser sometidos a cálculos más detallados o probados de forma experimental. Aunque no todos los compuestos con buenas puntuaciones presentarán fijación, la fracción de fijación normalmente se enrique en relación con la biblioteca de productos químicos en su conjunto. Además, las posiciones de unión predichas pueden proporcionar una visión mecanicista y servir como puntos de partida para simulaciones moleculares (Guest et al., 2022; Heinzelmann y Gilson, 2021). Las funciones de puntuación ajustadas de manera empírica que se utilizan en el acoplamiento también se pueden utilizar para guiar la edición química manual de un fijador conocido con un software gráfico de modelado molecular. Por ejemplo, se puede editar de forma manual un compuesto existente en el contexto de una representación tridimensional de la cavidad de unión para diseñar un nuevo compuesto que llegue a una cavidad vecina y forme interacciones hidrófobas estabilizadoras y puentes de hidrógeno con la proteína. Este trabajo interactivo puede ser auxiliado por tecnologías de visualización y manipulación inmersivas, como la realidad virtual. Inteligencia artificial en el descubrimiento de fármacos Las redes neuronales profundas han demostrado su poder en tareas de inteligencia artificial de gran alcance, como el reconocimiento de imágenes y la traducción de idiomas; ahora los investigadores están explorando su uso en el descubrimiento de fármacos. Estos métodos pueden ser entrenados a partir de datos existentes, tales como en colecciones existentes de datos de unión proteínamolécula pequeña, los resultados de la biblioteca de compuestos codificados con DNA (DEL) y estructuras de proteínas, para permitir la predicción directa de la unión proteínamolécula pequeña y el diseño automatizado de ligandos para la proteína estudiada. También pueden apoyar el descubrimiento de fármacos de otras maneras, por ejemplo, prediciendo las estructuras tridimensionales de las proteínas (AlQuraishi, 2021; Baek et al., 2021; Jumper et al., 2021), las energías de las moléculas en función de la conformación (Smith et al., 2017) y las propiedades moleculares como si un compuesto es soluble en agua (Francoeur y Koes, 2021). Sin duda la inteligencia artificial y el aprendizaje automático desempeñarán un papel cada vez mayor en el descubrimiento de fármacos en los próximos años. DISEÑO DE MOLÉCULAS GRANDES COMO FÁRMACOS: EL AUMENTO DE LOS BIOFARMACÉUTICOS Las moléculas grandes son cada vez más importantes como agentes terapéuticos. Por ejemplo, los oligonucleótidos no codificantes se utilizan para bloquear la transcripción o traducción de genes, al igual que los siRNA y los mRNA modificados (como en varias vacunas contra el SARSCoV2 [síndrome respiratorio agudo grave por coronavirus 2]). Las proteínas importantes utilizadas con fines terapéuticos incluyen anticuerpos monoclonales, enzimas y hormonas peptídicas. Los tratamientos con proteínas eran poco comunes antes de la aparición de la tecnología de DNA recombinante, excepto por las pocas hormonas peptídicas que podían aislarse y purificarse. La insulina se introdujo en la medicina clínica para el tratamiento de la diabetes después de los experimentos de Banting y Best en 1921. Las insulinas purificadas a partir del páncreas porcino o bovino tienen actividad en seres humanos, aunque en ocasiones ocurren problemas por la presencia de anticuerpos contra las proteínas extrañas. La hormona del crecimiento, usada para tratar el enanismo hipofisario, muestra una especificidad de especie más estricta. Solo la hormona humana puede ser utilizada después de la purificación de las hipófisis obtenidas durante la autopsia y tal uso se acompañaba de riesgos (algunos pacientes que recibieron la hormona humana desarrollaron la enfermedad de CreutzfeldtJakob (el equivalente humano de la enfermedad de las vacas locas), una enfermedad neurológica degenerativa letal causada por proteínas priónicas que contaminaron la preparación del fármaco. Los tratamientos con proteínas ahora utilizan preparaciones purificadas de proteínas humanas (o humanizadas) gracias a la clonación de genes, la Downloaded 20231229 9:10 P Your IP is 138.97.143.28 expresión del gen clonado en bacterias o en células eucariotas y las técnicas de producción a gran escala. Las proteínas raras pueden ser Page producidas 17 / 35 CAPÍTULO 1: Descubrimiento de fármacos: de las plantas medicinales al diseño de fármacos asistido por computadora, Michael K. Gilson; en grandes cantidades y se reducen las reacciones inmunitarias. Las proteínas se pueden diseñar, personalizar y optimizar mediante técnicas de Laurence L. Brunton ©2023 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use • Privacy Policy • Notice • Accessibility ingeniería genética. hormona del crecimiento, usada para tratar el enanismo hipofisario, muestra una especificidad de especie más estricta. Solo la hormona humana UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR UES puede ser utilizada después de la purificación de las hipófisis obtenidas durante la autopsia y tal uso se acompañaba de riesgos (algunos pacientes Access Provided by: que recibieron la hormona humana desarrollaron la enfermedad de CreutzfeldtJakob (el equivalente humano de la enfermedad de las vacas locas), una enfermedad neurológica degenerativa letal causada por proteínas priónicas que contaminaron la preparación del fármaco. Los tratamientos con proteínas ahora utilizan preparaciones purificadas de proteínas humanas (o humanizadas) gracias a la clonación de genes, la expresión del gen clonado en bacterias o en células eucariotas y las técnicas de producción a gran escala. Las proteínas raras pueden ser producidas en grandes cantidades y se reducen las reacciones inmunitarias. Las proteínas se pueden diseñar, personalizar y optimizar mediante técnicas de ingeniería genética. Las proteínas utilizadas con fines terapéuticos incluyen hormonas, factores de crecimiento (p. ej., eritropoyetina, factor estimulante de colonias de granulocitos), citocinas y diversos anticuerpos monoclonales utilizados en el tratamiento del cáncer y las enfermedades autoinmunitarias (cap. 38, 39 y 40, 45 y 72). Los anticuerpos monoclonales murinos se pueden “humanizar” (sustituyendo las secuencias de aminoácidos de ratón por las de seres humanos). Otro método consiste en la genomanipulación de ratones sustituyendo genes murinos críticos por sus equivalentes humanos, de tal manera que producen anticuerpos completamente humanos. El tratamiento con proteínas se administra por vía parenteral y sus receptores u objetivos farmacológicos deben ser accesibles desde el espacio extracelular. Utilizando algunas de las estrategias antes descritas, las proteínas y péptidos terapéuticos sin anticuerpos se pueden optimizar en cuanto a estabilidad, actividad y orientación a tipos de células particulares. Se están desarrollando péptidos terapéuticos, en especial en el área de la interrupción de interacciones entre proteínas donde las grandes superficies de contacto pueden dificultar la acción de moléculas pequeñas. Los métodos computacionales están resultando muy útiles en el diseño de tratamientos con péptidos (Belvisi et al., 2021). Las proteínas terapéuticas suelen ser copias muy similares a proteínas naturales que están mejoradas para tener alta estabilidad (tanto durante la fabricación como después de la administración), para evitar una degradación rápida, para obtener una inmunogenicidad baja y tener una potencia alta cuando se administran a un paciente. Las estrategias incluyen la optimización de la expresión de la secuencia genética de una proteína en múltiples hospedadores, la exploración de estructuras similares a la proteína de interés y mutaciones (aleatorias y racionales), la introducción de modificaciones postraduccionales y la exploración de modificaciones biológicas como la fusión con macromoléculas (Dellas et al., 2021). Las estrategias de conjugación (p. ej., pegilación) pueden utilizarse para mejorar las propiedades farmacocinéticas de las proteínas terapéuticas (Moncalvo et al., 2020). La lista de proteínas diseñadas en años recientes que no son anticuerpos incluye fármacos para el tratamiento de cánceres, gota, coagulopatías y hemofilia, enfermedades metabólicas hereditarias, trastornos de almacenamiento lisosómico, insuficiencia pancreática exocrina, insuficiencias de hormonas y factores de crecimiento y degeneración macular, entre otros trastornos. El número de proteínas y péptidos terapéuticos no aprobados por la FDA está creciendo con rapidez (véase una base de datos de proteínas y péptidos aprobados por la FDA en la dirección electrónica https://webs.iiitd.edu.in/raghava/thpdb/index.html; Usmani et al., 2017). Algunas proteínas terapéuticas se administran en forma tópica o por vía oral, pero la mayor parte se administran por inyección. Sin embargo, esto está cambiando con el desarrollo de sistemas de liberación liposómica de fármacos, que se administran por vía parenteral, pero que pueden administrarse por inhalación, por vía ocular y tópica. SOLICITUD DE NUEVOS FÁRMACOS EN FASE DE INVESTIGACIÓN CLÍNICA Antes de que una molécula con potencial terapéutico pueda ser administrada a seres humanos en un estudio clínico, el patrocinador debe presentar una solicitud de nuevo fármaco en investigación (IND, Investigational New Drug), la cual es una solicitud a la FDA para obtener permiso para usar el fármaco en la investigación en seres humanos (véase más adelante la sección Estudios clínicos). La IND describe la justificación y las pruebas preliminares de la eficacia en los sistemas experimentales, así como en farmacología, toxicología, química, fabricación, etc. También describe el plan (protocolo) para investigar el fármaco en seres humanos. La FDA tiene 30 días para revisar la solicitud de la IND, momento en que la agencia puede rechazarla, solicitar más datos o permitir que se realicen pruebas clínicas iniciales. ESTUDIOS CLÍNICOS Participación de la FDA La FDA, una agencia reguladora federal del U.S. Department of Health and Human Services (DHHS), es responsable de proteger la salud pública garantizando la seguridad, eficacia y seguridad de los fármacos para uso en medicina veterinaria y en seres humanos, los productos biológicos, dispositivos médicos y alimentos, productos para uso cosmético y productos que emiten radiaciones en el territorio estadounidense (FDA, 2018). La FDA también es responsable de favorecer la salud pública ayudando a acelerar las innovaciones que hacen que los medicamentos y los alimentos sean más eficaces, seguros y asequibles, ayudando a las personas que necesitan utilizar medicamentos y alimentos para mejorar su salud, para que obtengan información precisa y basada en datos científicos. La primera legislación relacionada con los fármacos en Estados Unidos, la Federal Pure Food and Drugs Act de 1906, se refería solo al transporte interestatal de20231229 alimentos y9:10 fármacos adulterados o mal etiquetados. Las motivaciones para la regulación federal incluyeron a las “medicinas de Downloaded P Your IP is 138.97.143.28 Page 18 / 35 CAPÍTULO 1: Descubrimiento de fármacos: de las plantas medicinales al diseño de fármacos asistido por Michael Gilson; patente” y su adulteración, publicados por el periodista S. H. Adams (a través de artículos en Colliers Weekly ) y computadora, la novela The Jungle deK. Upton Sinclair Laurence L. Brunton (Law, 2004). En la ley de 1906, no había obligación de establecer la eficacia o seguridad de los medicamentos. Esta ley fue enmendada en 1938 después ©2023 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use • Privacy Policy • Notice • Accessibility de la muerte de más de 100 niños por “elixir de sulfanilamida”, una solución de sulfanilamida en dietilenglicol, un disolvente excelente pero altamente dispositivos médicos y alimentos, productos para uso cosmético y productos que emiten radiaciones en el territorio estadounidense (FDA, 2018). La UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR UES FDA también es responsable de favorecer la salud pública ayudando a acelerar las innovaciones que hacen que los medicamentos y los alimentos sean Access Provided by: más eficaces, seguros y asequibles, ayudando a las personas que necesitan utilizar medicamentos y alimentos para mejorar su salud, para que obtengan información precisa y basada en datos científicos. La primera legislación relacionada con los fármacos en Estados Unidos, la Federal Pure Food and Drugs Act de 1906, se refería solo al transporte interestatal de alimentos y fármacos adulterados o mal etiquetados. Las motivaciones para la regulación federal incluyeron a las “medicinas de patente” y su adulteración, publicados por el periodista S. H. Adams (a través de artículos en Colliers Weekly) y la novela The Jungle de Upton Sinclair (Law, 2004). En la ley de 1906, no había obligación de establecer la eficacia o seguridad de los medicamentos. Esta ley fue enmendada en 1938 después de la muerte de más de 100 niños por “elixir de sulfanilamida”, una solución de sulfanilamida en dietilenglicol, un disolvente excelente pero altamente tóxico y el ingrediente de los anticongelantes. La aplicación de la ley fue confiada a la FDA, que comenzó a solicitar estudios de toxicidad, así como la realización de solicitudes para aprobación de un nuevo fármaco (NDA, New Drug Application) (véase la sección La realización de estudios clínicos, más adelante) antes de que un fármaco pudiera ser distribuido. Aunque había que demostrar la seguridad de un nuevo fármaco, no se requería prueba de su eficacia. En el decenio de 1960 se introdujo en Europa la talidomida, un fármaco hipnótico sin ventajas obvias sobre otros. La investigación epidemiológica estableció que este medicamento, tomado en etapas iniciales del embarazo, causó una epidemia de un defecto congénito poco frecuente y grave, la focomelia, en la cual se presenta malformación de las extremidades. En reacción a esta catástrofe, el Congreso de Estados Unidos aprobó las enmiendas de HarrisKefauver a la Food, Drug, and Cosmetic Act en 1962. Estas enmiendas establecieron el requisito de la prueba de eficacia, así como la documentación de la seguridad relativa en términos de la relación riesgobeneficio para la entidad patológica que se va a tratar (cuanto más grave sea la enfermedad, mayor será el riesgo aceptable). Hoy en día, la FDA enfrenta un enorme desafío, en especial en vista de la creencia generalizada de que su misión no puede ser cumplida con los recursos asignados por el Congreso. Además, el daño causado por efectos adversos imprevistos por el consumo de fármacos no es el único riesgo de un sistema imperfecto; el daño también ocurre cuando el trámite retrasa la aprobación de un nuevo fármaco con efectos beneficiosos importantes. La realización de estudios clínicos Los estudios clínicos de fármacos se diseñan para adquirir información sobre las propiedades farmacocinéticas y farmacodinámicas de una molécula con potencial terapéutico en seres humanos y para establecer la eficacia y seguridad del fármaco antes de su venta en Estados Unidos. Los U.S. National Institutes of Health (NIH) de Estados Unidos identifican siete principios éticos que deben satisfacerse antes de que inicie un estudio clínico (NIH, 2021): 1. Utilidad social y clínica 2. Validez científica 3. Selección justa de los sujetos 4. Consentimiento informado 5. Relación riesgobeneficio favorable 6. Revisión independiente 7. Respeto por los sujetos incluidos en el estudio Los estudios clínicos regulados por la FDA por lo general se realizan en cuatro fases. Las fases I a III están diseñadas para establecer la seguridad y la eficacia. Los estudios clínicos y encuestas después de la comercialización de fase IV reúnen datos adicionales de poblaciones más grandes y un mayor número de dosis administradas. Esta fase proporciona información sobre nuevas indicaciones, riesgos y dosis y esquemas óptimos, como se menciona en el capítulo 8. En el cuadro 1–1 y en la figura 1–6 se resumen las características importantes de cada fase de los estudios clínicos; se observa el desgaste en cada etapa sucesiva durante un proceso relativamente largo y costoso. Cuando se completan los estudios clínicos iniciales de fase III, el patrocinador (por lo general una compañía farmacéutica) solicita a la FDA la aprobación para comercializar el medicamento; esta solicitud se denomina NDA o BLA (solicitud para la autorización de fármacos). Estas solicitudes contienen información completa, incluyendo formularios de reporte de casos individuales de los cientos o miles de individuos que han recibido el fármaco durante las pruebas de fase III. Las solicitudes son revisadas por equipos de especialistas y en casos complejos la FDA puede solicitar la colaboración de paneles de expertos externos. CUADRO 1–1 CARACTERÍSTICAS TÍPICAS DE LAS FASES DE LOS ESTUDIOS CLÍNICOS EXIGIDOS POR LA FDA ANTES DE LA COMERCIALIZACIÓN DE NUEVOS FÁRMACOS* Downloaded 20231229 9:10 P Your IP is 138.97.143.28 19 / 35 CAPÍTULO 1: Descubrimiento de fármacos: de las plantas medicinales al diseño de fármacos asistido por computadora, Michael K. Page Gilson; Laurence L. Brunton FASE IV ESTUDIOS ©2023FASE McGraw Hill. AllENRights Terms of Use • EN Privacy Policy • Notice • Accessibility I PRIMERO SERESReserved.FASE II PRIMERO ESTUDIO CLÍNICO MULTICÉNTRICO DE HUMANOS PACIENTES FASE III DESPUÉS DE LA fase III, el patrocinador (por lo general una compañía farmacéutica) solicita a la FDA la aprobación para comercializar el medicamento; esta solicitud se UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR UES denomina NDA o BLA (solicitud para la autorización de fármacos). Estas solicitudes contienen información completa, incluyendo formularios de Access Provided by: reporte de casos individuales de los cientos o miles de individuos que han recibido el fármaco durante las pruebas de fase III. Las solicitudes son revisadas por equipos de especialistas y en casos complejos la FDA puede solicitar la colaboración de paneles de expertos externos. CUADRO 1–1 CARACTERÍSTICAS TÍPICAS DE LAS FASES DE LOS ESTUDIOS CLÍNICOS EXIGIDOS POR LA FDA ANTES DE LA COMERCIALIZACIÓN DE NUEVOS FÁRMACOS* FASE I PRIMERO EN SERES FASE II PRIMERO EN ESTUDIO CLÍNICO MULTICÉNTRICO DE HUMANOS PACIENTES FASE III 10 a 100 participantes 50 a 500 participantes De unos cientos a unos miles de participantes FASE IV ESTUDIOS DESPUÉS DE LA COMERCIALIZACIÓN Varios miles de participantes Por lo general voluntarios sanos; en Pacientessujetos que reciben el Pacientessujetos que reciben el fármaco Pacientes en ocasiones en pacientes con fármaco experimental experimental tratamiento con un enfermedades avanzadas o poco fármaco aprobado frecuentes Estudios abiertos Seguridad y tolerabilidad Asignación al azar y con grupo Asignación al azar y con grupo testigo (el grupo testigo (el grupo testigo puede testigo puede recibir placebo) o podría no Estudios abiertos recibir placebo); puede ser un incluirse un grupo testigo; puede ser un estudio estudio ciego ciego Eficacia e intervalo de dosificación Confirmación de la eficacia en una población más Efectos adversos, grande apego terapéutico, interacciones farmacológicas 1 a 2 años 2 a 3 años 3 a 5 años No hay una duración fija De 10 a 15 millones de dólares De 20 a 40 millones de dólares estadounidenses estadounidenses Tasa de éxito: 50% Tasa de éxito: 30% 50 a 150 millones de dólares Variable Tasa de éxito: 25% a 50% — * Los costos de las diferentes fases de los estudios clínicos varían mucho según el área terapéutica del fármaco, el tamaño y la complejidad del estudio, si este debe demostrar la ausencia de inferioridad con respecto a los fármacos existentes, etc. El costo global del desarrollo de una nueva entidad molecular (NME), desde el laboratorio hasta la aprobación de la FDA, se estima entre 1 000 y 4 000 millones de dólares. Figura 1–6 Fases, plazos y desgaste que caracterizan el desarrollo de nuevos fármacos. Consulte también el cuadro 1–1. Downloaded 20231229 9:10 P Your IP is 138.97.143.28 20 / 35 CAPÍTULO 1: Descubrimiento de fármacos: de las plantas medicinales al diseño de fármacos asistido por computadora, Michael K. Page Gilson; Laurence L. Brunton ©2023 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use • Privacy Policy • Notice • Accessibility UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR UES Figura 1–6 Access Provided by: Fases, plazos y desgaste que caracterizan el desarrollo de nuevos fármacos. Consulte también el cuadro 1–1. En virtud de las disposiciones de la Prescription Drug User Fee Act (PDUFA, promulgada en 1992 y renovada cada 5 años, la más reciente en 2017), las compañías farmacéuticas proporcionan una porción significativa del presupuesto de la FDA a través de tarifas a los usuarios, un esfuerzo legislativo para acelerar el proceso de revisión de fármacos al proporcionar más recursos. El PDUFA también amplió el programa de seguridad de medicamentos de la FDA y aumentó los recursos para revisar la publicidad de medicamentos en televisión. Bajo el PDUFA, la revisión toma de 6 a 10 meses después de que un NDA es presentado a la FDA. Durante este tiempo, se realizan varias funciones de revisión, lo que incluye reuniones del comité asesor, correcciones, inspecciones de instalaciones de fabricación y revisiones de nombres de marca (FDA, 2013). Antes de que un fármaco sea aprobado para su comercialización, la compañía y la FDA deben acordar el contenido de la “etiqueta” (prospecto de envase), la información oficial de prescripción. En este prospecto de envase se describen las indicaciones aprobadas para el uso del fármaco y la información clínica farmacológica, incluidas la dosis, reacciones adversas y las advertencias y precauciones especiales (a veces incluidas en una “alerta”). Los materiales promocionales utilizados por las compañías farmacéuticas no pueden diferir de la información contenida en el prospecto de envase. Es importante destacar que el médico no está obligado por el prospecto de envase; un médico en Estados Unidos puede prescribir un fármaco para cualquier propósito que considere razonable. Sin embargo, los terceros pagadores (compañías de seguros, Medicare, etc.) por lo general no reembolsarán a un paciente el costo de un fármaco utilizado para una indicación “no autorizada”, a menos que el nuevo uso esté respaldado por un compendio legal (p. ej., el American Hospital Formulary Service–Drug Information [AHFSDI]). Además, un médico está expuesto a demandas si ocurren efectos adversos como consecuencia del uso no aprobado de un fármaco. Determinación de “seguridad” y “eficacia” Para demostrar ante la FDA la eficacia de un fármaco es necesario realizar “investigaciones adecuadas y bien controladas”, que por lo general se interpretan como la realización de dos estudios clínicos de repetición que suelen tener un diseño con asignación al azar, doble ciego y con grupo testigo con placebo (o con otro fármaco), aunque no siempre se realizan de esta forma. ¿Es el placebo adecuado para el grupo testigo? La World Medical Association’s Declaration of Helsinki (World Medical Association, 2013) desalienta el uso de grupo testigo con placebo cuando se dispone de un tratamiento alternativo para la comparación, ya que existe la preocupación de que los participantes asignados al grupo testigo recibirían placebo, con lo que se les negaría el tratamiento durante la realización del estudio clínico. ¿Qué se debe medir en los estudios clínicos? En un estudio clínico sencillo, se mide un parámetro que sea fácil de cuantificar (un criterio de valoración secundario o sustituto), que se cree que es predictivo de los resultados clínicos relevantes, en los grupos tratados con fármacos y placebo. Algunos ejemplos de criterios de valoración alternativos son el colesterol de lipoproteínas de baja densidad (LDL, lowdensity lipoprotein) como predictor de infarto de miocardio, bajas concentraciones de lipoproteínas de alta densidad (HDL, highdensity lipoprotein) como predictor de reducción del riesgo de infarto de miocardio (recuadro 1–2), la densidad mineral ósea como predictor de fracturas, o la hemoglobina A1c como predictor de las complicaciones de la diabetes mellitus. Los estudios clínicos más estrictos exigen la demostración de la reducción de la incidencia de infarto de miocardio en los pacientes que toman una molécula con potencial terapéutico en comparación con los que toman un inhibidor de la HMGCoA reductasa (estatina) u otro agente reductor del colesterol LDL, o bien, la reducción de la incidencia de fracturas en comparación con los que toman un bisfosfonato. El uso de criterios de valoración sustitutos reduce de manera significativa el costo y el tiempo requeridos para completar los estudios clínicos, pero hay muchos factores atenuantes, incluyendo la importancia del criterio de valoración que trataría la molécula con potencial terapéutico en estudio. RECUADRO 1–2. Una sorpresa tardía en la búsqueda de un éxito de ventas Downloaded 20231229 P Your IP is 138.97.143.28 El torcetrapib incrementa9:10 las concentraciones de colesterol HDL. Las concentraciones más elevadas de colesterol HDL se asocian estadísticamente 21 / 35 CAPÍTULO 1: Descubrimiento de fármacos: de las plantas medicinales al diseño de fármacos asistido por computadora, Michael K. Page Gilson; con menor Laurence L. incidencia Brunton de infarto de miocardio (representa un criterio de valoración indirecto). La administración clínica de torcetrapib provocó un aumento significativo la mortalidad porTerms eventos poniendo fin•aAccessibility una trayectoria de desarrollo de 15 años y 800 millones de ©2023 McGraw Hill. Allde Rights Reserved. ofcardiovasculares, Use • Privacy Policy • Notice dólares. En este caso, la aprobación del fármaco con base en este criterio de valoración indirecto habría sido un error (Cutler, 2007). Un análisis por potencial terapéutico en comparación con los que toman un inhibidor de la HMGCoA reductasa (estatina) u otro agente reductor del colesterol LDL, o UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR UES bien, la reducción de la incidencia de fracturas en comparación con los que toman un bisfosfonato. El uso de criterios de valoración sustitutos reduce Access Provided by: de manera significativa el costo y el tiempo requeridos para completar los estudios clínicos, pero hay muchos factores atenuantes, incluyendo la importancia del criterio de valoración que trataría la molécula con potencial terapéutico en estudio. RECUADRO 1–2. Una sorpresa tardía en la búsqueda de un éxito de ventas El torcetrapib incrementa las concentraciones de colesterol HDL. Las concentraciones más elevadas de colesterol HDL se asocian estadísticamente con menor incidencia de infarto de miocardio (representa un criterio de valoración indirecto). La administración clínica de torcetrapib provocó un aumento significativo de la mortalidad por eventos cardiovasculares, poniendo fin a una trayectoria de desarrollo de 15 años y 800 millones de dólares. En este caso, la aprobación del fármaco con base en este criterio de valoración indirecto habría sido un error (Cutler, 2007). Un análisis por computadora sugirió una explicación sobre los mecanismos para este fracaso (Xie et al., 2009). Algunas de las dificultades están bien ilustradas por las experiencias con ezetimiba, un fármaco que inhibe la absorción de colesterol en el tubo digestivo y reduce las concentraciones de colesterol LDL en la sangre, en especial cuando se utiliza en combinación con una estatina. Se asumió que la reducción del colesterol LDL era un criterio de valoración sustituto apropiado para conocer la eficacia de la ezetimiba para reducir el infarto de miocardio y el accidente cerebrovascular; el fármaco fue aprobado con base en esta información. De forma sorprendente, un estudio clínico posterior (ENHANCE) demostró que la combinación de ezetimiba y estatina no reducía el grosor de las capas íntima y media de las arterias carótidas (una medida más directa de la acumulación de colesterol subendotelial) en comparación con la estatina sola, a pesar del hecho de que la combinación de medicamentos redujo más las concentraciones de colesterol LDL que cualquier otro de los fármacos solos (Kastelein et al., 2008). Los críticos del estudio clínico ENHANCE argumentaron que los pacientes en el estudio tenían hipercolesterolemia familiar, habían sido tratados con estatinas durante años y no tenían engrosamiento de la arteria carótida al inicio del estudio. ¿Debería haber sido aprobada la ezetimiba? ¿Debemos volver a la medición de los criterios clínicos reales (p. ej., infarto de miocardio) antes de aprobar fármacos que reducen el colesterol mediante mecanismos novedosos? Los costos involucrados en tales estudios clínicos tan extensos y costosos deben ser solventados de alguna manera (véase más adelante). Un estudio de seguimiento de 7 años que incluyó a más de 18 000 pacientes (ENHANCEIT) reivindicó la decisión de utilizar ezetimiba (Jarcho y Keaney, 2015). Este fármaco tomado junto con una estatina redujo de manera significativa la incidencia de infarto de miocardio y accidente cerebrovascular en pacientes con alto riesgo. Ningún fármaco es seguro en su totalidad; en ciertas dosis todos los fármacos producen efectos indeseados en por lo menos algunas personas. Muchos efectos graves e indeseables de los fármacos ocurren con tan poca frecuencia, tal vez solo una vez en varios miles de pacientes, que no se detectan en las poblaciones relativamente pequeñas (unos pocos miles) en el estudio clínico estándar de fase III (cuadro 1–1). Detectar y verificar que tales efectos poco frecuentes tienen relación con el uso del fármaco podría llegar a requerir la administración del medicamento a decenas o cientos de miles de personas durante los estudios clínicos, lo que añadiría enormes gastos y tiempo al desarrollo del fármaco y retrasaría el acceso a tratamientos potencialmente beneficiosos. En general, el verdadero espectro y la incidencia de los efectos adversos se conocen solo después de que un medicamento es liberado en el mercado más amplio y utilizado por un gran número de personas (estudios de fase IV, vigilancia posterior a la comercialización). Los costos del desarrollo y los precios de los fármacos podrían reducirse de manera sustancial si el público estuviera dispuesto a aceptar más riesgos. Esto requiere cambiar la manera en que pensamos sobre la responsabilidad de una compañía farmacéutica por daños causados por un efecto no deseado de un fármaco que no fue detectado en estudios clínicos considerados adecuados por la FDA. ¿Aceptaría el público un fármaco con efectos no deseados graves, incluyendo la muerte, si su efecto terapéutico fuera único y valioso? Tales dilemas no son simples y pueden convertirse en temas de gran debate. Existen varias estrategias para detectar reacciones adversas después de la comercialización de un fármaco. Los métodos formales para la estimación de la magnitud de una respuesta adversa a un fármaco incluyen los estudios de seguimiento o en cohortes de pacientes que reciben un fármaco determinado; el estudio de casos y testigos, en el que se compara la frecuencia del uso de fármacos en casos con respuestas adversas con la de los testigos; además de metaanálisis de estudios realizados antes y después de la comercialización. La notificación voluntaria de acontecimientos adversos ha demostrado ser una forma eficaz de generar una señal temprana de que un fármaco puede estar causando una reacción adversa (Aagard y Hansen, 2009). Los informes se originan de los médicos tratantes, alertas médicas y terceros pagadores (administradores de farmacias, compañías de seguros); los consumidores también desempeñan papeles importantes. Otras fuentes útiles son las enfermeras, los farmacéuticos y los estudiantes de estas disciplinas. Además, los comités hospitalarios de farmacia y terapéutica y los comités de calidad de la atención médica se encargan con frecuencia de supervisar las reacciones adversas a los fármacos en pacientes hospitalizados. En Estados Unidos, la FDA patrocina MedWatch, un programa de información sobre seguridad de medicamentos y notificación de eventos adversos. La página electrónica de MedWatch (http://www.fda.gov/Safety/MedWatch/default.htm) proporciona formularios sencillos para informar y enumera las alertas de seguridad recientes sobre fármacos específicos. En Estados Unidos, además del acceso en línea, puede establecerse comunicación al número telefónico 800FDA1088. Los profesionales de la salud también pueden ponerse en contacto con el fabricante, quien está legalmente obligado a presentar informes ante la FDA. Downloaded 20231229 9:10 P Your IP is 138.97.143.28 22 / 35 CAPÍTULO 1: Descubrimiento de fármacos: de las plantas medicinales al diseño de fármacos asistido por computadora, Michael K. Page Gilson; Laurence L. Brunton MEDICINA PERSONALIZADA (INDIVIDUALIZADA, DE PRECISIÓN) ©2023 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use • Privacy Policy • Notice • Accessibility de estas disciplinas. Además, los comités hospitalarios de farmacia y terapéutica y los comités de calidad de la atención médica se encargan con UNIVERSIDAD DE ELMedWatch, SALVADOR frecuencia de supervisar las reacciones adversas a los fármacos en pacientes hospitalizados. En Estados Unidos, la FDA patrocina un UES Provided by: programa de información sobre seguridad de medicamentos y notificación de eventos adversos. La página Access electrónica de MedWatch (http://www.fda.gov/Safety/MedWatch/default.htm) proporciona formularios sencillos para informar y enumera las alertas de seguridad recientes sobre fármacos específicos. En Estados Unidos, además del acceso en línea, puede establecerse comunicación al número telefónico 800FDA1088. Los profesionales de la salud también pueden ponerse en contacto con el fabricante, quien está legalmente obligado a presentar informes ante la FDA. MEDICINA PERSONALIZADA (INDIVIDUALIZADA, DE PRECISIÓN) Las personas que diseñan medicamentos se esfuerzan por “adaptar” el medicamento al paciente individual. Sin embargo, para alcanzar todo el potencial de este método, se requiere un conocimiento profundo de la considerable heterogeneidad tanto de la población de pacientes como del proceso patológico que se pretende tratar. ¿Por qué un antidepresivo parece mejorar la depresión en un paciente dado, mientras que otro fármaco con el mismo mecanismo o muy similar no lo hace? ¿Se trata de una diferencia en la respuesta del paciente al fármaco, en la susceptibilidad del paciente a los efectos no deseados del fármaco, en la absorción, distribución, metabolismo o excreción o en la causa de la depresión? ¿Qué tanto de esta variabilidad es atribuible a factores ambientales y posiblemente a sus interacciones con la variabilidad genética específica del paciente? Los avances recientes, en especial en genética y genómica, proporcionan herramientas poderosas para comprender esta heterogeneidad. La única herramienta más poderosa para desenredar estos misterios es la capacidad de secuenciar el DNA en forma rápida y económica. El costo de secuenciar el genoma humano es ahora de menos de 1 000 dólares, casi seis órdenes de magnitud menos en comparación con su precio a inicio del siglo XXI (National Human Genome Research Institute, 2021). El centro de atención actual está en el análisis complejo de las cantidades enormes de datos que ahora se obtienen de muchas áreas de individuos, idealmente en combinación con el conocimiento profundo de sus características fenotípicas, en especial sus antecedentes médicos. Los biomarcadores de la enfermedad que se miden con facilidad son potentes complementos de la información de la secuenciación del DNA. Se pueden desarrollar pruebas simples de sangre u otras pruebas para controlar el progreso en tiempo real o el fracaso del tratamiento; muchos de estos ejemplos ya existen. Del mismo modo, las pruebas químicas, radiológicas y genéticas pueden ser útiles no solo para controlar el tratamiento, sino para predecir el éxito o el fracaso, anticipar los efectos indeseados del tratamiento o apreciar variables farmacocinéticas que pueden requerir ajustes de la dosis o la elección de los fármacos. Tales pruebas ya desempeñan una función importante en la elección de medicamentos para la quimioterapia del cáncer, y la lista de medicamentos específicos diseñados para actuar sobre un objetivo farmacológico mutado en un cáncer específico está creciendo. Esta información también se está volviendo cada vez más útil en la elección de pacientes para estudios clínicos de fármacos específicos, reduciendo así el tiempo necesario para tales estudios clínicos y su costo, por no decir nada sobre definir mejor a la población de pacientes que pueden beneficiarse del medicamento. Estos temas importantes se tratan con mayor detalle en el Capítulo 7, Farmacogenética y en el Capítulo 8, Seguridad de los fármacos después de la comercialización. CONSIDERACIONES DE POLÍTICA PÚBLICA La industria farmacéutica opera en una economía capitalista Los fármacos pueden salvar y prolongar vidas, además de mejorar la calidad de vida de las personas. Sin embargo, en una economía de libre mercado, el acceso a los fármacos no es equitativo. No es sorprendente que haya tensión entre quienes tienen los derechos sobre los fármacos y quienes los ven como productos de alta tecnología de una sociedad capitalista. Los que apoyan la posición de los poseedores de los derechos sobre los fármacos sostienen que el derecho constitucional a la atención sanitaria debería garantizar el acceso a los mismos y critican a las compañías farmacéuticas y a otras personas que se benefician del negocio de la fabricación y venta de medicamentos. Los partidarios del libre mercado señalan que, sin un motivo de lucro, sería difícil generar los recursos y la innovación necesarios para el desarrollo de nuevos fármacos. El desarrollo de fármacos es tanto un proceso científico como político y también un proceso sobre el cual las actitudes pueden cambiar con rapidez. Los críticos de la industria farmacéutica con frecuencia comienzan desde la posición de que las personas (y los animales) necesitan ser protegidos de empresas y científicos codiciosos y sin escrúpulos (Angell, 2015; Kassirer, 2005; Ryan y DeSanctis, 2005). En ausencia de una empresa de desarrollo de medicamentos controlada por el gobierno, nuestro sistema actual depende de compañías farmacéuticas que son propiedad de inversores que, como otras compañías, tienen fines de lucro y obligaciones con los accionistas. El precio de los fármacos de prescripción causa gran consternación entre los consumidores, en especial porque muchas aseguradoras buscan controlar los costos al elegir no cubrir ciertos fármacos “de patente” (véase más adelante). Además, en los últimos años se han introducido en el mercado algunos medicamentos (en especial para el tratamiento del cáncer) a precios que superaron en gran medida los costos de desarrollo, fabricación y comercialización del producto. Muchos de estos productos fueron descubiertos en laboratorios del gobierno o en laboratorios universitarios apoyados por subvenciones federales. Estados Unidos es el único país grande que no establece controles sobre los precios de los medicamentos y donde el precio no influye en el proceso de aprobación de estos. Muchos medicamentos estadounidenses cuestan mucho más en Estados Unidos que en el extranjero; por lo tanto, los consumidores estadounidenses subsidian los costos de los medicamentos para el resto del mundo y se sienten irritados por ese hecho. El ejemplo de nuevos fármacos para el tratamiento de la infección por hepatitis C pone en perspectiva muchas prioridades en conflicto (Recuadro 1–3). Downloaded 20231229 9:10 P Your IP is 138.97.143.28 23 / 35 CAPÍTULO 1: Descubrimiento de fármacos: de las plantas medicinales al diseño de fármacos asistido por computadora, Michael K. Page Gilson; RECUADRO 1–3. El costo del tratamiento de la hepatitis C Laurence L. Brunton ©2023 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use • Privacy Policy • Notice • Accessibility La infección por el virus de la hepatitis C (VHC) es una enfermedad crónica que afecta a millones de personas. Algunos sufren poco por esta medida los costos de desarrollo, fabricación y comercialización del producto. Muchos de estos productos fueron descubiertos en laboratorios del SALVADOR UES gobierno o en laboratorios universitarios apoyados por subvenciones federales. Estados Unidos es el únicoUNIVERSIDAD país grande queDE no EL establece controles Access Provided by: sobre los precios de los medicamentos y donde el precio no influye en el proceso de aprobación de estos. Muchos medicamentos estadounidenses cuestan mucho más en Estados Unidos que en el extranjero; por lo tanto, los consumidores estadounidenses subsidian los costos de los medicamentos para el resto del mundo y se sienten irritados por ese hecho. El ejemplo de nuevos fármacos para el tratamiento de la infección por hepatitis C pone en perspectiva muchas prioridades en conflicto (Recuadro 1–3). RECUADRO 1–3. El costo del tratamiento de la hepatitis C La infección por el virus de la hepatitis C (VHC) es una enfermedad crónica que afecta a millones de personas. Algunos sufren poco por esta enfermedad; muchos otros eventualmente desarrollan cirrosis o carcinoma hepatocelular. ¿Quién debe ser tratado? Se desconoce la respuesta. Hasta hace poco, el tratamiento preferido para las personas con VHC de genotipo 1 implicaba la administración de interferón durante un año (por vía parenteral) en combinación con ribavirina y un inhibidor de la proteasa. Los efectos no deseados de este régimen son frecuentes y graves (algunos mencionan que podrían ser peores a la enfermedad misma); las tasas de curación varían de 50% a 75%. Un tratamiento más reciente consiste en una tableta oral que contiene una combinación de sofosbuvir y ledipasvir (cap. 63). El tratamiento por lo general requiere la ingestión diaria de una tableta durante 8 a 12 semanas; las tasas de curación exceden 95% y los efectos secundarios son mínimos. La controversia rodea el precio del tratamiento, cerca de 1 000 dólares estadounidenses al día. Algunas aseguradoras se negaron a reembolsar este alto costo, relegando a muchos pacientes a un tratamiento menos efectivo, más tóxico, pero menos costoso. Sin embargo, estos terceros pagadores han negociado descuentos sustanciales del precio, basados en la disponibilidad de un producto competidor. ¿Es el costo exorbitante? ¿Deberían las aseguradoras, en lugar de los pacientes y sus médicos, tomar decisiones tan importantes? El incremento continuo y excesivo de los precios de los fármacos y otros gastos sanitarios arruinará el sistema sanitario. La cuestión del costo apropiado implica complejas consideraciones farmacoeconómicas. ¿Cuáles son los costos relativos de los dos regímenes de tratamiento? ¿Cuáles son los ahorros de la eliminación de las secuelas graves de la infección crónica por VHC? ¿Cómo se valora cuál es el régimen menos tóxico y más eficaz y conveniente para este paciente? ¿Cuáles son los márgenes de utilidad de la empresa? ¿Quién debe tomar decisiones sobre los costos y las opciones de los pacientes para recibir varios tratamientos? ¿Cómo se deben considerar los casos en los que los beneficios son bastante menores (a diferencia de lo que ocurre con el virus de la hepatitis C), como cuando un fármaco antineoplásico muy costoso prolonga la vida solo por periodos muy cortos? Un observador astuto (y un crítico de la industria de los precios de muchos fármacos) resumió la situación de la siguiente manera: “un problema grande e importante; un ejemplo equivocado”. El proceso de desarrollo de fármacos es largo, costoso y arriesgado (fig. 1–6 y cuadro 1–1). En consecuencia, los fármacos deben tener el precio para recuperar los costos sustanciales de invención y desarrollo y para financiar los esfuerzos de comercialización necesarios para introducir nuevos productos a médicos y pacientes. Dependiendo de los métodos de contabilidad para las ventas y la distribución, los fármacos de prescripción representan 9% a 13% del gasto total en atención médica de Estados Unidos (Conti et al., 2021). Aunque el aumento de los precios es significativo en ciertas clases de fármacos (p. ej., los agentes antineoplásicos), el precio total de los fármacos de prescripción está creciendo a un ritmo más lento que otros costos relacionados con la atención a la salud. Incluso reducciones drásticas en los precios de los fármacos que limitarían de forma grave la invención de nuevos medicamentos no reducirían el presupuesto general de atención sanitaria en gran medida. ¿Son excesivos los márgenes de beneficios entre las principales empresas farmacéuticas? No hay una respuesta objetiva a esta pregunta. Las respuestas pragmáticas provienen de los mercados y de las estadísticas de supervivencia de las empresas. El sistema de libre mercado estadounidense ofrece mayores recompensas para áreas de trabajo en particular riesgosas e importantes y mucha gente argumenta que las recompensas deberían ser mayores para aquellos que están dispuestos a asumir el riesgo. La industria farmacéutica es sin duda una de las más arriesgadas: Los costos de la comercialización de los productos son enormes. La tasa de éxito del desarrollo de fármacos es baja (lo que representa gran parte del costo). Tomando en consideración el tiempo prolongado de desarrollo, la protección efectiva de patente para la comercialización de un nuevo fármaco es de solo una década (véase la sección Propiedad intelectual y patentes). La regulación es estricta. La responsabilidad legal por el producto es grande. La competencia es feroz. Downloaded 20231229 9:10 P Your IP is 138.97.143.28 24 / 35 CAPÍTULO Descubrimiento de fármacos: de de lasempresas plantas medicinales diseño de fármacos asistido por computadora, Michael K. Page Gilson; Con las 1: fusiones y adquisiciones, el número en el mundoalfarmacéutico está disminuyendo. Laurence L. Brunton ©2023 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use • Privacy Policy • Notice • Accessibility Muchos piensan que los precios de los fármacos deberían estar impulsados más por su impacto terapéutico y su necesidad médica, en lugar de por consideraciones más simples de libre mercado; hay movimientos en esta dirección. Hay muchos componentes y puntos de contención en la es de solo una década (véase la sección Propiedad intelectual y patentes). UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR UES La regulación es estricta. Access Provided by: La responsabilidad legal por el producto es grande. La competencia es feroz. Con las fusiones y adquisiciones, el número de empresas en el mundo farmacéutico está disminuyendo. Muchos piensan que los precios de los fármacos deberían estar impulsados más por su impacto terapéutico y su necesidad médica, en lugar de por consideraciones más simples de libre mercado; hay movimientos en esta dirección. Hay muchos componentes y puntos de contención en la estimación del valor de un fármaco (Schnipper et al., 2015) y en consecuencia, no existe un método bien aceptado para responder a la pregunta del valor. ¿Quién paga? El costo de los fármacos de prescripción es sufragado por los consumidores (“de su bolsillo”), las aseguradoras privadas y los programas de seguros públicos como Medicare, Medicaid y el State Children’s Health Insurance Program (SCHIP). Algunos de los principales minoristas y farmacias de venta por correo administradas por aseguradoras privadas ofrecen incentivos al consumidor para la compra de fármacos genéricos y estas iniciativas han ayudado a contener parte de los gastos domésticos en productos farmacéuticos; sin embargo, en Estados Unidos más de 30% del total de los costos por fármacos al por menor se pagan con fondos públicos, con dólares de los impuestos. La atención médica en Estados Unidos es más cara que en cualquier otro sitio, pero no es, en promedio, mejor que en el resto del mundo de forma demostrable. Esta es una forma en la cual el sistema estadounidense se queda corto con respecto al acceso a los sistemas de salud. Aunque la Patient Protection and Affordable Care Act de 2010 (“Obamacare”) ha reducido el porcentaje de estadounidenses sin seguro de salud a un mínimo histórico, las soluciones prácticas al desafío de proporcionar atención de salud para todos los que la necesitan deben reconocer la importancia de incentivar la innovación. Propiedad intelectual y patentes La invención de fármacos produce propiedad intelectual elegible para la protección de patentes, protección que es enormemente importante para la innovación. Como señaló Abraham Lincoln, el único presidente de Estados Unidos en tener una patente (para un dispositivo para levantar barcos sobre bancos de arena, que nunca se produjo comercialmente): Antes [de las leyes de patentes], cualquier hombre podía usar instantáneamente lo que otro había inventado; de modo que el inventor no tenía ninguna ventaja especial de su propia invención. El sistema de patentes cambió esto; aseguró al inventor, por un tiempo limitado, el uso exclusivo de su invención y por lo tanto alimentó el interés en el ingenio, en el descubrimiento y en la producción de cosas nuevas y útiles. (Lincoln, 1859). El sistema de protección de patentes de Estados Unidos proporciona protección durante 20 años a partir del momento en que se presenta la patente. Durante este periodo, el propietario de la patente de un fármaco tiene derechos exclusivos para comercializar y vender el fármaco. Cuando la patente expira, los fármacos genéricos pueden entrar en el mercado. Un producto genérico debe ser equivalente al original en cuanto a actividad terapéutica, debe contener cantidades iguales del mismo ingrediente químico activo y alcanzar concentraciones iguales en sangre cuando se administra por las mismas vías. Estos preparados genéricos se venden a menor precio que el fármaco original y sin los enormes costos de desarrollo que soporta el titular original de la patente. El largo tiempo de desarrollo de fármacos, a menudo más de 10 años (fig. 1–6), reduce el tiempo durante el cual la protección de patentes funciona según lo previsto. La Drug Price Competition and Patent Term Restoration Act de 1984 (Public Law 98417, denominada informalmente Ley HatchWaxman) permite al titular de una patente solicitar la ampliación del plazo de esta para compensar los retrasos en la comercialización causados por los procesos de aprobación de la FDA; no obstante, el nuevo fármaco promedio que se introduce en el mercado goza ahora de solo entre 10 y 12 años de protección por patente. Algunos argumentan que la protección de patentes para los fármacos debería acortarse, de modo que una competencia genérica más temprana reduzca los costos de la atención sanitaria. El contraargumento es que los nuevos fármacos tendrían precios aún más altos para proporcionar una compensación adecuada a las empresas durante un periodo de protección más corto. Si eso es cierto, alargar la protección de las patentes permitiría en realidad precios más bajos. Recordemos que la protección de patentes vale poco si se inventa y se comercializa un producto competitivo superior. Ley BayhDole La Ley BayhDole (35 U.S.C., Sección 200) de 1980 creó fuertes incentivos para que los científicos financiados por el gobierno federal en centros médicos académicos abordaran la invención de fármacos con un espíritu empresarial. La ley transfirió los derechos de propiedad intelectual a los investigadores y a sus respectivas instituciones (en lugar de al gobierno) para fomentar asociaciones con la industria que llevarían nuevos productos al mercado en beneficio del público. Si bien la necesidad de proteger la propiedad intelectual es por lo general aceptada, este estímulo a las colaboraciones de investigación entre el sector público y el privado ha dado lugar a preocupaciones acerca de conflictos de intereses por parte de Downloaded 20231229 9:10 P Your IP is 138.97.143.28 científicos y universidades (Kaiser, 25 / 35 CAPÍTULO 1: Descubrimiento de 2009). fármacos: de las plantas medicinales al diseño de fármacos asistido por computadora, Michael K. Page Gilson; Laurence L. Brunton ©2023 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use • Privacy Policy • Notice • Accessibility Fármacos biosimilares UNIVERSIDAD EL SALVADOR La Ley BayhDole (35 U.S.C., Sección 200) de 1980 creó fuertes incentivos para que los científicos financiados por el gobiernoDE federal en centros UES Access Provided by: médicos académicos abordaran la invención de fármacos con un espíritu empresarial. La ley transfirió los derechos de propiedad intelectual a los investigadores y a sus respectivas instituciones (en lugar de al gobierno) para fomentar asociaciones con la industria que llevarían nuevos productos al mercado en beneficio del público. Si bien la necesidad de proteger la propiedad intelectual es por lo general aceptada, este estímulo a las colaboraciones de investigación entre el sector público y el privado ha dado lugar a preocupaciones acerca de conflictos de intereses por parte de científicos y universidades (Kaiser, 2009). Fármacos biosimilares El camino hacia la aprobación de una molécula pequeña sintetizada químicamente que es idéntica a un compuesto aprobado cuya protección de patente ha expirado es relativamente sencillo. No aplica lo mismo para moléculas grandes (por lo general proteínas), que por lo general se derivan de un organismo vivo (p. ej., células eucariotas o cultivo bacteriano). La modificación covalente de proteínas (p. ej., glucosilación) o las diferencias conformacionales pueden influir en la farmacocinética, farmacodinámica, inmunogenicidad u otras propiedades y la demostración de equivalencia terapéutica puede ser un proceso complejo. En 2010 se promulgó la Biologics Price Competition and Innovation Act como parte de la Affordable Care Act. La intención era implementar una vía corta de concesión de licencias para ciertos productos biológicos “similares”. La biosimilitud se define como “que el producto biológico es muy similar a un producto de referencia a pesar de diferencias menores en los componentes clínicamente inactivos” y que “no hay diferencias clínicamente significativas entre el producto biológico y el producto de referencia en términos de seguridad, pureza y potencia del producto”. En general, una solicitud de licencia de un fármaco biosimilar debe proporcionar datos satisfactorios de estudios analíticos, estudios con animales y uno o más estudios clínicos. Sin embargo, la interpretación de este lenguaje ha implicado discusiones interminables y las reglas duras y rápidas parecen poco probables. Publicidad de fármacos En un mundo ideal, los médicos aprenderían todo lo que necesitan saber sobre los fármacos a través de publicaciones médicas y los buenos fármacos deberían venderse por sí solos. En su lugar, hay publicidad impresa, visitas de representantes médicos y una amplia publicidad directa dirigida al público (en forma impresa, en la radio y en especial en la televisión). Hay casi 80 000 representantes de ventas de la industria farmacéutica en Estados Unidos, lo que representa casi 10 veces más que el número de médicos. El número de representantes disminuyó con respecto a los casi 100 000 que había en 2010, una disminución posiblemente relacionada con una mayor atención a los conflictos de intereses. La cantidad de dinero gastado en la publicidad de fármacos se aproxima o tal vez incluso supera al dinero gastado en investigación y desarrollo. Las empresas farmacéuticas han sido en especial vulnerables a las críticas por algunas de sus prácticas de comercialización (Angell, 2015). Los materiales promocionales utilizados por las compañías farmacéuticas no pueden diferir de la información contenida en el prospecto aprobado por la FDA. Además, debe haber un equilibrio aceptable entre la presentación de declaraciones terapéuticas para un producto y la revisión de los efectos indeseados. A pesar de tales requisitos, la publicidad directa al consumidor de medicamentos recetados sigue siendo motivo de controversia y solo se permite en Estados Unidos y Nueva Zelanda. Canadá permite una forma modificada de publicidad en la que se puede mencionar el producto o la indicación, pero no ambas. La eficacia del marketing televisado directo es mensurable (Gray et al., 2020; Sullivan et al., 2021) y los médicos ceden con frecuencia, aunque con recelos, a las peticiones de medicamentos específicos de los pacientes, impulsadas por la publicidad. El argumento contrario a tal comercialización es que los pacientes son educados por tales esfuerzos de comercialización y por lo tanto son alentados a buscar atención médica, en especial para enfermedades (p. ej., depresión) para las que podría haber cierto grado de negación (Avery et al., 2012). Una crítica importante de la comercialización del fármaco implica algunos de los acercamientos desagradables usados para influir en el comportamiento médico. Los regalos costosos (p. ej., entradas a eventos deportivos) están prohibidos, pero se utilizan mucho las cenas en las que se proporciona información sobre la prescripción de fármacos. Se paga a un gran número de médicos como “consultores” para hacer presentaciones en tales entornos. En muchos centros médicos de enseñanza y en varios estados está prohibido por ley que los médicos acepten regalos de las compañías farmacéuticas, sin importar qué tan pequeños sean. En 2009, la junta directiva de Pharmaceutical Research and Manufacturers of America (PhRMA) adoptó un Código sobre interacciones con profesionales de la salud mejorado que prohíbe la distribución de artículos no educativos, prohíbe a los representantes de ventas de la empresa proporcionar comidas de restaurante a los profesionales de la salud (aunque se conceden excepciones cuando un orador externo realiza la presentación) y exige que las empresas se aseguren de que sus representantes estén informados sobre las leyes y normativas que rigen las interacciones con los profesionales de la salud. Preocupaciones sobre la injusticia global El descubrimiento de fármacos es costoso (véase el cuadro 1–1), y las realidades económicas influyen en la dirección de la investigación farmacéutica. Por ejemplo, las empresas con inversionistas por lo general no pueden permitirse el lujo de desarrollar productos para enfermedades raras o para enfermedades que son comunes solo en las regiones del mundo con subdesarrollo económico. Los fondos para inventar medicamentos contra enfermedades raras o enfermedades que afectan principalmente a los países en desarrollo (p. ej., paludismo, esquistosomiasis y otras enfermedades parasitarias) a menudo provienen de contribuyentes o filántropos ricos. Downloaded 20231229 9:10 P Your IP is 138.97.143.28 26 / 35 CAPÍTULO 1: Descubrimiento de fármacos: de las plantas medicinales al diseño de fármacos asistido por computadora, Michael K. Page Gilson; Como el desarrollo de nuevos fármacos es tan caro, la inversión del sector privado en innovación farmacéutica se ha centrado en productos que Laurence L. Brunton tendránMcGraw mercados lucrativos enReserved. países ricos Terms como Estados combinan de patentes con una economía de libre mercado. En ©2023 Hill. All Rights of Use •Unidos, Privacyque Policy • Noticela•protección Accessibility consecuencia, existe preocupación sobre el grado en que las leyes de protección de patentes estadounidenses y europeas han restringido el acceso a DE EL SALVADOR UES El descubrimiento de fármacos es costoso (véase el cuadro 1–1), y las realidades económicas influyen en la UNIVERSIDAD dirección de la investigación farmacéutica. Access Provided by: Por ejemplo, las empresas con inversionistas por lo general no pueden permitirse el lujo de desarrollar productos para enfermedades raras o para enfermedades que son comunes solo en las regiones del mundo con subdesarrollo económico. Los fondos para inventar medicamentos contra enfermedades raras o enfermedades que afectan principalmente a los países en desarrollo (p. ej., paludismo, esquistosomiasis y otras enfermedades parasitarias) a menudo provienen de contribuyentes o filántropos ricos. Como el desarrollo de nuevos fármacos es tan caro, la inversión del sector privado en innovación farmacéutica se ha centrado en productos que tendrán mercados lucrativos en países ricos como Estados Unidos, que combinan la protección de patentes con una economía de libre mercado. En consecuencia, existe preocupación sobre el grado en que las leyes de protección de patentes estadounidenses y europeas han restringido el acceso a fármacos que pueden salvar vidas en los países en desarrollo. Para reducir los costos, las compañías farmacéuticas prueban cada vez más sus medicamentos experimentales fuera de Estados Unidos y en la Unión Europea, en países en desarrollo donde hay menos regulación y acceso más fácil a un gran número de pacientes. Según el U.S. DHHS, ha habido un aumento de 2 000% en los estudios clínicos de fármacos realizados fuera de Estados Unidos en los últimos 25 años. Cuando estos fármacos tienen éxito en la obtención de la aprobación de comercialización, los consumidores en los países donde se llevaron a cabo los estudios clínicos a menudo no pueden pagarlos. Algunos especialistas en ética han argumentado que esta práctica viola el principio de justicia articulado en el Informe Belmont (DHHS, 1979, pág. 10), que establece que “la investigación no debe involucrar indebidamente a personas de grupos que probablemente no se encuentren entre los beneficiarios de aplicaciones posteriores de la investigación”. Un contraargumento es que la realización de estudios clínicos en países en desarrollo también trae con frecuencia la atención médica necesaria a las poblaciones desatendidas. Este es otro motivo de controversia. Responsabilidad por los productos Las leyes de responsabilidad por los productos tienen por objeto proteger a los consumidores de los productos defectuosos. Las compañías farmacéuticas pueden ser demandadas por diseño o fabricación defectuosos, prácticas promocionales engañosas, violación de los requerimientos normativos o no advertir a los consumidores de los riesgos conocidos. Las demandas por información insuficiente pueden hacerse contra los fabricantes de los fármacos, incluso cuando el producto ha recibido la aprobación de la FDA. Con mayor frecuencia, los tribunales han encontrado responsabilidad de las empresas que venden de forma directa fármacos de prescripción a los consumidores cuando los anuncios no proporcionan una advertencia adecuada de los posibles efectos adversos. Aunque los pacientes lesionados tienen derecho a buscar remedios legales, los efectos negativos de las demandas por responsabilidad de productos contra las compañías farmacéuticas pueden ser considerables. En primer lugar, el miedo a la responsabilidad puede hacer que las compañías farmacéuticas sean cautelosas en exceso con respecto a las pruebas, retrasando así el acceso al fármaco. En segundo lugar, el costo de los fármacos aumenta para los consumidores cuando las empresas farmacéuticas aumentan la duración y el número de estudios clínicos que realizan para identificar incluso los riesgos más pequeños y cuando las agencias reguladoras aumentan el número o la intensidad de las revisiones reglamentarias. En tercer lugar, los costos excesivos de responsabilidad desaniman el desarrollo de los llamados fármacos huérfanos, productos farmacéuticos que benefician a un pequeño número de pacientes. ¿Deberían las compañías farmacéuticas ser responsables de no advertir cuando todas las reglas fueron seguidas y el producto fue aprobado por la FDA pero el efecto indeseado no fue detectado debido a su baja frecuencia o por otro factor de confusión? La única manera de encontrar “todos” los efectos no deseados que puede tener un medicamento es comercializarlo, para llevar a cabo un “estudio clínico” o un estudio observacional fase IV. Es poco probable que se resuelva esta diferencia entre el riesgo para los pacientes y el riesgo económico de desarrollar fármacos, excepto cuando se realice caso por caso ante un juez. La Corte Suprema de Estados Unidos retomó estos temas controversiales en 2009 en el caso Wyeth vs. Levine. Una paciente (Levine) sufrió gangrena de un brazo después de la administración arterial inadvertida de prometazina, un fármaco para el tratamiento de la náusea, y más tarde perdió la mano. El médico tenía la intención de administrar el fármaco en inyección intravenosa. La etiqueta aprobada por la FDA recomendaba evitar la administración intravenosa en bolo, pero no la prohibía de manera expresa. El tribunal estatal y luego la Suprema Corte de Estados Unidos responsabilizaron tanto al médico como a la compañía por daños y perjuicios. En específico, el tribunal de Vermont determinó que Wyeth, el fabricante del fármaco no había proporcionado información adecuada y suficiente. Esto significa que la aprobación de la información por la FDA no protege a una compañía de responsabilidad ni impide que los estados individuales impongan reglamentos más estrictos que los requeridos por el gobierno federal. “Fármacos de copia” frente a la verdadera innovación: El desarrollo de nuevos fármacos Como se mencionó antes, el término “fármaco de copia” describe un producto farmacéutico que suele ser de una estructura similar a un fármaco que ya está en el mercado. Otros nombres utilizados son medicamentos derivados, modificaciones moleculares y fármacos de seguimiento. En algunos casos, un fármaco de copia es una molécula diferente desarrollada de forma deliberada por una empresa de la competencia para recuperar participación contra los medicamentos existentes en el mercado. Cuando el mercado de una clase de fármacos es en especial grande, varias empresas pueden compartir el mercado y obtener ganancias. Otros fármacos de copia aparecen en forma casual por el desarrollo simultáneo de productos por parte de varias empresas sin saber qué medicamentos se aprobarán para la venta (Recuadro 1–4). Hay críticas válidas para los fármacos de copia. En primer lugar, un interés excesivo en las ganancias puede reprimir la verdadera innovación. En segundo lugar, algunos fármacos de copia son más Downloaded 20231229 9:10 P Your IPbuscan is 138.97.143.28 caros que las versiones más antiguas que sustituir, lo que aumenta los costos de la atención médica sin los correspondientes beneficios para Page 27 / 35 CAPÍTULO 1: Descubrimiento de fármacos: de las los plantas medicinales diseñotener de fármacos asistido por computadora, MichaeloK. Gilson; los pacientes. Sin embargo, para algunos pacientes, fármacos de copiaal pueden mejor eficacia o menos efectos secundarios favorecer el Laurence L. Brunton apego terapéutico. es conveniente un of fármaco que se puede una• vez al día en lugar de necesitar dosificación más frecuente, lo que ©2023 McGraw Hill.Por Allejemplo, Rights Reserved. Terms Use • Privacy Policytomar • Notice Accessibility favorece el apego terapéutico. Algunos fármacos de copia también añaden un gran valor desde el punto de vista comercial y médico. Por ejemplo, la ya está en el mercado. Otros nombres utilizados son medicamentos derivados, modificaciones moleculares y fármacos de seguimiento. En algunos UNIVERSIDAD ELrecuperar SALVADOR UES casos, un fármaco de copia es una molécula diferente desarrollada de forma deliberada por una empresa de la competenciaDE para Accesses Provided by: participación contra los medicamentos existentes en el mercado. Cuando el mercado de una clase de fármacos en especial grande, varias empresas pueden compartir el mercado y obtener ganancias. Otros fármacos de copia aparecen en forma casual por el desarrollo simultáneo de productos por parte de varias empresas sin saber qué medicamentos se aprobarán para la venta (Recuadro 1–4). Hay críticas válidas para los fármacos de copia. En primer lugar, un interés excesivo en las ganancias puede reprimir la verdadera innovación. En segundo lugar, algunos fármacos de copia son más caros que las versiones más antiguas que buscan sustituir, lo que aumenta los costos de la atención médica sin los correspondientes beneficios para los pacientes. Sin embargo, para algunos pacientes, los fármacos de copia pueden tener mejor eficacia o menos efectos secundarios o favorecer el apego terapéutico. Por ejemplo, es conveniente un fármaco que se puede tomar una vez al día en lugar de necesitar dosificación más frecuente, lo que favorece el apego terapéutico. Algunos fármacos de copia también añaden un gran valor desde el punto de vista comercial y médico. Por ejemplo, la atorvastatina fue la séptima estatina que se introdujo en el comercio y más tarde se convirtió en el fármaco más vendido del mundo. Los críticos argumentan que las compañías farmacéuticas no son innovadoras y no asumen riesgos, además que el progreso médico se ve frenado por su excesiva concentración en los fármacos de copia. RECUADRO 1–4. Un fármaco no tan nuevo Algunos fármacos de copia son solo formulaciones ligeramente alteradas de un fármaco de una empresa, envasadas y publicitadas como si realmente ofrecieran algo nuevo. Un ejemplo es el fármaco para la acidez estomacal esomeprazol, comercializado por la misma compañía que fabrica omeprazol. El omeprazol es una mezcla de dos estereoisómeros; el esomeprazol contiene solo uno de los isómeros y se elimina con menor rapidez. El desarrollo del esomeprazol creó un nuevo periodo de exclusividad en el mercado, aunque se comercializan versiones genéricas de omeprazol, al igual que las sustancias químicamente relacionadas de omeprazol/esomeprazol. Tanto el omeprazol como el esomeprazol están ahora disponibles sin receta, lo que redujo la diferencia de precios. La figura 1–7 resume algunos de los hechos que subyacen a este y otros argumentos. Solo un número pequeño de nuevas entidades moleculares (NME, new molecular entities), cerca de dos docenas al año, lograron la aprobación de la FDA entre 1980 y 2016. En los últimos años (de 2017 a 2021), el número anual de NME aprobadas ha sido de 38 en promedio (y la aprobación de productos biológicos ha sido de 13 al año en promedio). Por lo tanto, hay un reciente repunte en las NME y solicitudes de licencias para fármacos biológicos aprobadas por la FDA. Sin embargo, de 1980 a 2021, la inversión anual de la industria en investigación y desarrollo se multiplicó por 45, pasando de 2 mil millones a 91 mil millones. Esta desconexión entre la inversión en investigación y desarrollo y la aprobación de nuevos fármacos se produjo en un momento en que la química combinatoria estaba floreciendo, se estaba secuenciando el genoma humano y se estaban desarrollando técnicas de detección altamente automatizadas y las nuevas técnicas de biología molecular y genética estaban ofreciendo nuevas perspectivas de la fisiopatología de las enfermedades en seres humanos. Se necesitará un aumento continuo de la productividad para sostener a las empresas farmacéuticas de hoy en día mientras se enfrentan a oleadas de patentes caducadas. Hay argumentos sólidos de que el desarrollo de fármacos mucho más específicos e individualizados, basados en una nueva generación de técnicas de diagnóstico molecular y una mejor comprensión de la enfermedad en pacientes individuales mejorará la atención médica y la supervivencia de las empresas farmacéuticas. Muchos de los avances en genética y biología molecular son todavía nuevos, en particular cuando se miden en el marco temporal requerido para el desarrollo de fármacos. Además, las técnicas de química computacional y diseño computarizado de fármacos antes descritas en este capítulo todavía están avanzando y se han integrado al proceso. Cabe esperar que la medicina molecular moderna sostenga el desarrollo de tratamientos farmacológicos más eficaces y específicos para un espectro cada vez más amplio de enfermedades humanas. Figura 1–7 El costo de la invención de fármacos está aumentando. ¿Aumenta la productividad en consecuencia? Tally incluye enzimas, anticuerpos, péptidos y moléculas pequeñas y excluye vacunas y productos sanguíneos. Tomado de: Center for Drug Evaluation and Research, 2022; Congressional Budget Office, 2021; McClung, 2021; Mullard, 2022. Downloaded 20231229 9:10 P Your IP is 138.97.143.28 28 / 35 CAPÍTULO 1: Descubrimiento de fármacos: de las plantas medicinales al diseño de fármacos asistido por computadora, Michael K. Page Gilson; Laurence L. Brunton ©2023 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use • Privacy Policy • Notice • Accessibility Figura 1–7 UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR UES El costo de la invención de fármacos está aumentando. ¿Aumenta la productividad en consecuencia? Tally incluye enzimas, anticuerpos, péptidos y Access Provided by: moléculas pequeñas y excluye vacunas y productos sanguíneos. Tomado de: Center for Drug Evaluation and Research, 2022; Congressional Budget Office, 2021; McClung, 2021; Mullard, 2022. Agradecimiento Suzanne M. Rivera y Alfred Goodman Gilman contribuyeron con este capítulo en la edición anterior de este libro. Hemos conservado parte de su texto en la edición actual. BIBLIOGRAFÍA Aagard L, Hansen EH. 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Además de cruzar las barreras de membrana, el fármaco debe sobrevivir al metabolismo (sobre todo hepático) y a la eliminación (por vía hepática, renal o a través de las heces). La absorción, distribución, metabolismo y eliminación de fármacos, son los procesos que estudia la farmacocinética (fig. 2–1). La comprensión de estos procesos y de las interacciones, así como el empleo de principios farmacocinéticos aumentan la probabilidad de éxito terapéutico y reducen la aparición de efectos secundarios e interacciones farmacológicas. Figura 2–1 Interrelación entre la absorción, distribución, unión, metabolismo y excreción de un fármaco y su concentración en sus sitios de acción. No se representan la posible distribución y unión de metabolitos en relación con sus posibles acciones en los receptores. La absorción, distribución, metabolismo y excreción de un fármaco implica su paso a través de numerosas membranas celulares. Los mecanismos por los cuales los fármacos cruzan las membranas y las propiedades fisicoquímicas de las moléculas y membranas que influyen en esta transferencia son fundamentales para entender el destino de los fármacos en el cuerpo humano. Las características de un fármaco que predicen su desplazamiento y disponibilidad en los sitios de acción son su tamaño molecular (su peso molecular), sus características estructurales, grado de ionización, liposolubilidad relativa de sus formas ionizadas y no ionizadas y su unión a proteínas séricas e hísticas. Aunque las barreras físicas al movimiento de los fármacos pueden ser una sola capa de células (p. ej., epitelio intestinal) o varias capas de células y proteína extracelular asociada (p. ej., piel), la membrana plasmática es la barrera básica. ABREVIATURAS Abreviaturas ABC: casete de unión a ATP Downloaded 20231221 2:2 P de Your IP is 138.97.143.28 ACE: enzima convertidora angiotensina CAPÍTULO 2: Farmacocinética: la dinámica de la absorción, distribución, metabolismo y eliminación de los fármacos, Iain L. O. BuxtonPage 1 / 39 ©2023AUC: McGraw RightsdeReserved. Terms of Use •de Privacy Policy y• eliminación Notice • Accessibility área Hill. bajoAll la curva tiempo de concentración la absorción de fármacos BBB: barrera hematoencefálica los fármacos pueden ser una sola capa de células (p. ej., epitelio intestinal) o varias capas de células y proteína extracelular asociada (p. ej., piel), la UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR UES membrana plasmática es la barrera básica. Access Provided by: ABREVIATURAS Abreviaturas ABC: casete de unión a ATP ACE: enzima convertidora de angiotensina AUC: área bajo la curva de tiempo de concentración de la absorción y eliminación de fármacos BBB: barrera hematoencefálica C L: eliminación SNC: sistema nervioso central CNT1: transportador concentrador de nucleósidos 1 C p : concentración plasmática LCR: líquido cefalorraquídeo C ss: concentración en estado de equilibrio CYP: citocromo P450 F : biodisponibilidad FDA: Food and Drug Administration GI: gastrointestinal h : horas k : constante de velocidad de reacción MDR1: proteína de resistencia a múltiples fármacos MEC: concentración mínima efectiva min: minutos PLLR: reglas de etiquetado para el embarazo y lactancia SLC: transportador de soluto T, t: tiempo t 1/2: semivida V : volumen de distribución V ss: volumen de distribución en estado de equilibrio PASO DE FÁRMACOS A TRAVÉS DE LAS MEMBRANAS La membrana plasmática tiene permeabilidad selectiva Downloaded 20231221 2:2 P Your IP is 138.97.143.28 La membrana consistelaen una bicapa lipídica de lípidos anfipáticos con sus cadenas de hidrocarburos orientadas centro de la2 / 39 Page CAPÍTULO 2:plasmática Farmacocinética: dinámica de la absorción, distribución, metabolismo y eliminación de los fármacos, Iainhacia L. O.elBuxton bicapa lipídica una Reserved. fase hidrófoba continua, sus cabezas hacia el exterior. Las moléculas lipídicas individuales ©2023 McGrawpara Hill.formar All Rights Terms of Usecon • Privacy Policyhidrófilas • Notice orientadas • Accessibility en la bicapa varían según la membrana en particular y pueden desplazarse en sentido lateral y organizarse en microdominios (p. ej., regiones con esfingolípidos y colesterol, formando balsas lipídicas), lo que proporciona a la membrana fluidez, flexibilidad, organización funcional, alta resistencia UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR UES PASO DE FÁRMACOS A TRAVÉS DE LAS MEMBRANAS Access Provided by: La membrana plasmática tiene permeabilidad selectiva La membrana plasmática consiste en una bicapa lipídica de lípidos anfipáticos con sus cadenas de hidrocarburos orientadas hacia el centro de la bicapa lipídica para formar una fase hidrófoba continua, con sus cabezas hidrófilas orientadas hacia el exterior. Las moléculas lipídicas individuales en la bicapa varían según la membrana en particular y pueden desplazarse en sentido lateral y organizarse en microdominios (p. ej., regiones con esfingolípidos y colesterol, formando balsas lipídicas), lo que proporciona a la membrana fluidez, flexibilidad, organización funcional, alta resistencia eléctrica y relativa impermeabilidad a moléculas muy polares. Las proteínas de membrana incrustadas en la bicapa sirven como puntos de fijación estructural, receptores, conductos iónicos o transportadores para transducir vías de señalización eléctrica o química y para proporcionar objetivos selectivos para las acciones farmacológicas. Lejos de ser un mar de lípidos con proteínas flotando al azar, las membranas se encuentran ordenadas y compartimentalizadas (Banani et al., 2017; Kitamata et al., 2020) con elementos estructurales de andamiaje que se unen al interior de la célula. Las proteínas de membrana pueden asociarse con caveolina y secuestradas o excluidas de caveolas, o bien, organizadas en dominios de señalización ricos en colesterol y esfingolípidos que no contengan caveolina u otras proteínas de andamiaje. Modos de permeación y transporte La difusión pasiva domina el desplazamiento a través de la membrana de la mayor parte de los fármacos. Sin embargo, los mecanismos de transporte (transporte activo y difusión facilitada) desempeñan funciones importantes (figs. 2–2 y 4–4). Figura 2–2 Los fármacos se mueven a través de las barreras celulares y de membrana de diversas maneras. Consulte los detalles en las Figuras 4–1, 4–2, 4–3 y 4–4. Difusión pasiva En el transporte pasivo, la molécula del fármaco penetra por lo general por difusión siguiendo su gradiente de concentración en virtud de su solubilidad en la bicapa lipídica. Dicha transferencia es directamente proporcional a la magnitud del gradiente de concentración a través de la membrana, al coeficiente de reparto lípidos:agua del fármaco y a la superficie de la membrana expuesta al fármaco. En estado de equilibrio, la concentración del fármaco no unido es la misma en ambos lados de la membrana si el fármaco no es electrolítico. En el caso de los compuestos iónicos, las concentraciones en estado de equilibrio dependen del gradiente electroquímico del ion y de las diferencias de pH en la membrana, que influye en el estado de ionización de la molécula que puede diferir en ambos lados de la membrana y puede atrapar eficazmente el fármaco ionizado en un lado de la membrana. Influencia del pH en fármacos ionizables Muchos fármacos son ácidos o bases débiles que están presentes en solución como la forma no ionizada difusible, liposoluble y la forma ionizada que es relativamente insoluble en lípidos y poco difusible a través de una membrana. Los grupos ionizables comunes son los ácidos carboxílicos y los grupos amino (primarios, secundarios y terciarios; las aminas cuaternarias tienen una carga positiva permanente). La distribución transmembrana de un electrolito débil se ve influida por su pKa y el gradiente de pH a través de la membrana. El pKa es el pH al que la mitad del fármaco (ácido débil o base electrolítica) está en su forma ionizada. La relación entre el fármaco no ionizado y el ionizado a cualquier pH se puede calcular a partir de la ecuación de HendersonHasselbalch: Downloaded 20231221 2:2 P Your IP is 138.97.143.28 (Ecuación 2–1) CAPÍTULO 2: Farmacocinética: la dinámica de la absorción, distribución, metabolismo y eliminación de los fármacos, Iain L. O. BuxtonPage 3 / 39 ©2023 McGraw Hill. All Rights Terms ofalUse • Privacy Policy • Notice • Accessibility La ecuación 2–1 relaciona el pH Reserved. del medio que rodea fármaco y la constante de disociación ácida del mismo (pKa) con la relación entre las formas protonada (HA o BH+) y no protonada (A− o B), donde grupos amino (primarios, secundarios y terciarios; las aminas cuaternarias tienen una carga positiva permanente). La distribución transmembrana de UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR UES un electrolito débil se ve influida por su pKa y el gradiente de pH a través de la membrana. El pKa es el pH al que la mitad del fármaco (ácido débil o Access Provided by: base electrolítica) está en su forma ionizada. La relación entre el fármaco no ionizado y el ionizado a cualquier pH se puede calcular a partir de la ecuación de HendersonHasselbalch: (Ecuación 2–1) La ecuación 2–1 relaciona el pH del medio que rodea al fármaco y la constante de disociación ácida del mismo (pKa) con la relación entre las formas protonada (HA o BH+) y no protonada (A− o B), donde describe la disociación de un ácido, y describe la disociación de la forma protonada de una base. En estado de equilibrio, un fármaco ácido se acumulará en el lado más alcalino de la membrana y un fármaco alcalino en el lado más ácido. Este fenómeno, conocido como trampa iónica, es un proceso importante en la distribución de fármacos con posible beneficio terapéutico y en el tratamiento del paciente intoxicado (Ornillo y Harbord, 2020). La figura 2–3 ilustra este efecto y muestra los valores calculados para la distribución de un ácido débil entre el plasma y la cavidad gástrica. Figura 2–3 Influencia del pH en la distribución de un ácido débil (pKa = 4.4) entre el plasma y el jugo gástrico separados por una barrera lipídica. Un ácido débil se disocia en diferentes grados en el plasma (pH 7.4) y en el ácido gástrico (pH 1.4): El pH más alto facilita la disociación; el pH más bajo reduce la disociación. La forma sin carga (HA) se equilibra a través de la membrana. Los números azules entre corchetes muestran las concentraciones de equilibrio relativo de HA y A−, según se calcula a partir de la ecuación 2–1. Los efectos del pH en el reparto transmembrana pueden utilizarse para alterar la excreción de fármacos. En los túbulos renales, el pH de la orina puede variar en un amplio intervalo, de 4.5 a 8. A medida que el pH de la orina desciende (a medida que aumenta la concentración de H+), los ácidos débiles (A−) y las bases débiles (B) existirán en mayor medida en sus formas protonadas (HA y BH+); lo contrario es cierto a medida que aumenta el pH, donde A− y B serán favorecidos. Así, la orina alcalina favorece la excreción de ácidos débiles; la orina ácida favorece la excreción de bases débiles. La elevación del pH de la orina (mediante la administración de bicarbonato de sodio) favorecerá la excreción urinaria de ácidos débiles como el ácido acetilsalicílico (pKa cercano a 3.5) y el ácido úrico (pKa cercano a 5.8). Otra consecuencia útil de la ionización del fármaco a pH fisiológico se ilustra por la relativa falta de efectos sedantes de antagonistas de la histamina H1 de segunda generación (p. ej., loratadina): Los antihistamínicos de segunda generación son moléculas ionizadas (menos lipófilas, más hidrófilas) que atraviesan mal la barrera hematoencefálica en comparación con los fármacos de primera generación como la difenhidramina, que ahora se utilizan como ayudas al sueño. También es de destacar que la mayor parte de las infecciones bacterianas del tracto urinario hacen que la orina se convierta en alcalina, potencialmente alterando el tratamiento (Huang et al., 2020). Transporte de membrana mediado por transportador Las proteínas 20231221 en la membrana movimientos a través de la misma de muchos solutos fisiológicos; estas proteínas también median Downloaded 2:2 Pplasmática Your IP ismedian 138.97.143.28 Page 4 / 39 CAPÍTULO 2: Farmacocinética: la dinámica de la absorción, distribución, metabolismo y eliminación de losmediado fármacos, Iain L. O.como Buxton desplazamientos transmembrana de fármacos y pueden ser objetivos de acción farmacológica. El transporte se identifica difusión ©2023 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use • Privacy Policy • Notice • Accessibility facilitada o transporte activo (fig. 2–2; fig. 4–4). Los transportadores de membrana y sus funciones en la respuesta a los fármacos se presentan con detalle en el capítulo 4. generación son moléculas ionizadas (menos lipófilas, más hidrófilas) que atraviesan mal la barrera hematoencefálica en comparación con los fármacos de primera generación como la difenhidramina, que ahora se utilizan como ayudas al sueño. También es de destacar la mayor parte de UNIVERSIDAD DE que EL SALVADOR UES las infecciones bacterianas del tracto urinario hacen que la orina se convierta en alcalina, potencialmente alterando el tratamiento (Huang et al., 2020). Access Provided by: Transporte de membrana mediado por transportador Las proteínas en la membrana plasmática median movimientos a través de la misma de muchos solutos fisiológicos; estas proteínas también median desplazamientos transmembrana de fármacos y pueden ser objetivos de acción farmacológica. El transporte mediado se identifica como difusión facilitada o transporte activo (fig. 2–2; fig. 4–4). Los transportadores de membrana y sus funciones en la respuesta a los fármacos se presentan con detalle en el capítulo 4. Difusión facilitada La difusión facilitada es un proceso de transporte mediado por el transportador en el que la fuerza motriz es el gradiente electroquímico del soluto transportado; por lo tanto, estos transportadores pueden facilitar el movimiento del soluto dentro o fuera de las células, dependiendo de la dirección del gradiente electroquímico. La proteína transportadora puede ser muy selectiva para la estructura conformacional específica de un soluto endógeno o un fármaco cuya tasa de transporte por difusión pasiva a través de la membrana sería de otra manera bastante lenta. Por ejemplo, el transportador de cationes orgánicos OCT1 (SLC22A1) facilita el desplazamiento de un soluto fisiológico, tiamina (Jensen et al., 2020) y fármacos, lo que incluye metformina, que se utiliza en el tratamiento de la diabetes tipo 2. El capítulo 4 describe a OCT1 y a otros miembros de la superfamilia humana de transportadores SLC. Transporte activo El transporte activo se caracteriza por requerir energía, por la capacidad para desplazar un soluto contra un gradiente electroquímico, por la capacidad de saturación, selectividad e inhibición competitiva por compuestos transportados en forma simultánea. Na+/K+ATPasa es un ejemplo importante de un mecanismo de transporte activo, que exporta simultáneamente tres iones de sodio a cambio de dos iones de potasio utilizando ATP como sustrato energético. La digoxina es un inhibidor importante de la Na+/K+ATPasa utilizado en el tratamiento de la insuficiencia cardiaca (cap. 29). Un grupo de transportadores activos primarios, la familia ABC, hidroliza ATP para exportar sustratos a través de membranas. Por ejemplo, la glucoproteína P, también llamada ABCB1 o MDR1, exporta compuestos voluminosos neutros o catiónicos de las células; sus sustratos fisiológicos incluyen hormonas esteroides como la testosterona y la progesterona. MDR1 exporta también muchos fármacos, lo que incluye digoxina y muchos otros fármacos (cuadro 4–4). La glucoproteína P en el enterocito limita la absorción de algunos fármacos administrados por vía oral exportando compuestos a la luz del tubo digestivo después de su absorción (Gessner et al., 2019). Los transportadores ABC realizan una función similar en las células de la barrera hematoencefálica, con lo que reduce de manera eficaz la acumulación neta de algunos compuestos en el cerebro (caps. 4 y 17). Por el mismo mecanismo, la glucoproteína P también puede conferir resistencia a algunos quimioterapéuticos para el tratamiento del cáncer (caps. 69 a 73). Los miembros de la superfamilia SLC pueden mediar el transporte activo secundario utilizando la energía electroquímica almacenada en un gradiente (por lo general Na+) para desplazar solutos biológicos y fármacos a través de las membranas. Por ejemplo, la proteína de intercambio Na+/Ca2+ (SLC8 o NCX) utiliza la energía almacenada en el gradiente de Na+ establecido por Na+/K+ATPasa para exportar Ca2+ citosólico y mantenerlo a un nivel basal bajo, de casi 100 nM en la mayor parte de las células. SLC8 es por lo tanto un cotransportador bidireccional, utilizando el flujo interior de Na+ para impulsar un flujo exterior de Ca2+. SLC8 también ayuda a mediar los efectos inotrópicos positivos de digoxina y otros glucósidos cardiacos que inhiben la actividad de Na+/K+ATPasa y, por lo tanto, reducen la fuerza motriz para la extrusión de Ca2+ del miocito cardiaco ventricular. Otros cotransportadores SLC son cotransportadores unidireccionales, en los que la fuerza que favorece el desplazamiento de iones y solutos tienen la misma dirección. El CNT1 (SLC28A1), impulsado por el gradiente de Na+, favorece el desplazamiento de los nucleósidos de pirimidina y de los fármacos quimioterapéuticos antineoplásicos gemcitabina y citarabina hacia las células. DAT, NET y SERT, transportadores para los neurotransmisores dopamina, norepinefrina y serotonina, respectivamente, son transportadores activos secundarios que también dependen de la energía almacenada en el gradiente transmembrana de Na+. Estos cotransportadores unidireccionales coordinan el desplazamiento del Na+ y del neurotransmisor en la misma dirección (hacia la neurona). DAT, NET y SERT son también los objetivos de los fármacos activos en el SNC utilizados para tratar la depresión, la ansiedad o ambos. Los miembros de la superfamilia SLC son activos en el transporte de fármacos en el tubo digestivo, hígado y riñón, entre otros sitios y desempeñan una función importante en el depósito de fármacos (Liu, 2019). Transporte paracelular En el compartimiento vascular, el paso paracelular de solutos y líquido a través de los espacios intercelulares es lo suficientemente grande, de forma que la transferencia pasiva a través del endotelio capilar y venular poscapilar por lo general se ve limitada por el flujo sanguíneo. La evidencia de este fenómeno se puede ver con facilidad en el edema en regiones declive que se forma en los tobillos de pacientes con insuficiencia cardiaca. Los Downloaded 20231221 2:2 P Your IP is 138.97.143.28 capilares del2:SNC y varios tejidos epiteliales estrechas que limitan el movimiento paracelular defármacos, los fármacos et al.,Page 2015). 5 / 39 CAPÍTULO Farmacocinética: la dinámicatienen de la uniones absorción, distribución, metabolismo y eliminación de los Iain(Spector L. O. Buxton ©2023 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use • Privacy Policy • Notice • Accessibility ABSORCIÓN DE FÁRMACOS, BIODISPONIBILIDAD Y VÍAS DE ADMINISTRACIÓN UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR UES Transporte paracelular Access Provided by: En el compartimiento vascular, el paso paracelular de solutos y líquido a través de los espacios intercelulares es lo suficientemente grande, de forma que la transferencia pasiva a través del endotelio capilar y venular poscapilar por lo general se ve limitada por el flujo sanguíneo. La evidencia de este fenómeno se puede ver con facilidad en el edema en regiones declive que se forma en los tobillos de pacientes con insuficiencia cardiaca. Los capilares del SNC y varios tejidos epiteliales tienen uniones estrechas que limitan el movimiento paracelular de los fármacos (Spector et al., 2015). ABSORCIÓN DE FÁRMACOS, BIODISPONIBILIDAD Y VÍAS DE ADMINISTRACIÓN Absorción y biodisponibilidad La absorción es el desplazamiento de un fármaco desde su lugar de administración hacia el compartimiento central (p. ej., el torrente sanguíneo; fig. 2–1). Para las formas de dosificación sólidas, la absorción requiere primero la disolución de la tableta o cápsula, con lo que se libera el fármaco. Salvo en casos de síndromes de malabsorción, el médico se preocupa sobre todo de la biodisponibilidad más que de la absorción (Tran et al., 2013). La biodisponibilidad describe el grado fraccional en que una dosis administrada del fármaco alcanza su sitio de acción o un líquido biológico (por lo general, la circulación sistémica) desde el cual el fármaco tiene acceso a su sitio de acción. Un fármaco administrado por vía oral debe absorberse primero en el tubo digestivo, pero la absorción neta puede limitarse por las características de la forma de dosificación, por las propiedades fisicoquímicas del fármaco, por el ataque metabólico en el intestino y por el transporte a través del epitelio intestinal y hacia la circulación portal. El fármaco absorbido pasa a través del hígado, donde el metabolismo y la excreción biliar pueden ocurrir antes de que la fármaco alcance la circulación sistémica. En consecuencia, una cantidad menor a la dosis administrada puede alcanzar la circulación sistémica y distribuirse a los sitios de acción del fármaco. Si la capacidad metabólica o excretora del hígado y del intestino para el fármaco es grande, la biodisponibilidad se reducirá sustancialmente (efecto de primer paso). Esta disminución de la disponibilidad depende del sitio anatómico desde el que se produce la absorción; por ejemplo, la administración IV por lo general permite que todo el fármaco alcance la circulación sistémica. Otros factores anatómicos, fisiológicos y patológicos pueden influir en la biodisponibilidad (descritos más adelante en este capítulo) y la vía de administración de fármacos debe elegirse con base en la comprensión de estas condiciones. Podemos definir la biodisponibilidad F como: (Ecuación 2–2) donde 0 < F ≤ 1. Los factores que modifican la biodisponibilidad también se aplican a los profármacos, en cuyo caso la disponibilidad es consecuencia de procesos metabólicos que producen la forma activa del fármaco. Vías de administración En el cuadro 2–1 se comparan algunas características de las principales vías de administración empleadas para obtener el efecto sistémico de los fármacos. CUADRO 2–1 ALGUNAS CARACTERÍSTICAS DE LAS VÍAS COMUNES DE ADMINISTRACIÓN DE FÁRMACOSa RUTA Y BIODISPONIBILIDAD PATRÓN DE ABSORCIÓN UTILIDAD ESPECIAL LIMITACIONES Y PRECAUCIONES Se evita la absorción Útil en situaciones de urgencia Aumento en el riesgo de efectos (F ) Intravenoso adversos F = 1 por definición Efectos inmediatos potenciales Permite la valoración de la dosis Como regla, debe inyectarse en solución con lentitud Apto para grandes volúmenes y Por lo general es útil para la administración No es adecuado para soluciones sustancias irritantes, o mezclas de proteínas de alto peso molecular y oleosas o sustancias poco solubles fármacos peptídicos Downloaded 20231221 2:2 complejas, P Your IPdiluidas is 138.97.143.28 CAPÍTULO 2: Farmacocinética: la dinámica de la absorción, distribución, metabolismo y eliminación de los fármacos, Iain L. O. BuxtonPage 6 / 39 ©2023Subcutánea McGraw Hill. All< Rights Reserved. Terms acuosas of Use • Privacy Policy para • Notice • Accessibility 0.75 F Rápida para soluciones Adecuado algunas suspensiones poco No es adecuado para grandes <1 solubles y para la instilación de implantes de liberación lenta volúmenes Vías de administración UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR UES Access Provided by: En el cuadro 2–1 se comparan algunas características de las principales vías de administración empleadas para obtener el efecto sistémico de los fármacos. CUADRO 2–1 ALGUNAS CARACTERÍSTICAS DE LAS VÍAS COMUNES DE ADMINISTRACIÓN DE FÁRMACOSa RUTA Y BIODISPONIBILIDAD PATRÓN DE ABSORCIÓN UTILIDAD ESPECIAL LIMITACIONES Y PRECAUCIONES Se evita la absorción Útil en situaciones de urgencia Aumento en el riesgo de efectos (F ) Intravenoso adversos F = 1 por definición Efectos inmediatos potenciales Permite la valoración de la dosis Como regla, debe inyectarse en solución con lentitud Subcutánea 0.75 < F Apto para grandes volúmenes y Por lo general es útil para la administración No es adecuado para soluciones sustancias irritantes, o mezclas de proteínas de alto peso molecular y oleosas o sustancias poco solubles complejas, diluidas fármacos peptídicos Rápida para soluciones acuosas Adecuado para algunas suspensiones poco No es adecuado para grandes solubles y para la instilación de implantes de volúmenes <1 liberación lenta Intramuscular 0.75 < Lento y sostenido en las Posible dolor o necrosis por sustancias preparaciones de depósito irritantes Rápida para soluciones acuosas F<1 Adecuado para volúmenes moderados, Debe evitarse durante el tratamiento vehículos oleosos y algunas sustancias anticoagulante irritantes Lento y sostenido en las Adecuado para administración por el propio Puede interferir con la interpretación preparaciones de depósito paciente (p. ej., insulina) de ciertas pruebas diagnósticas (p. ej., creatina cinasa) Administración oral Variable, depende de muchos Más conveniente y económico; por lo general 0.05 < F < 1 factores (véase el texto) más seguro Requiere la participación del paciente Biodisponibilidad potencialmente variable e incompleta aVéase el texto para una revisión más completa y para otras vías Administración oral La ingestión oral es el método más común de administración de fármacos. También es el más seguro, conveniente y económico. Sus desventajas incluyen la absorción limitada de algunos fármacos a causa de sus características físicas (p. ej., baja hidrosolubilidad o mala permeabilidad de la membrana), vómito como resultado de irritación de la mucosa gastrointestinal, destrucción de algunos fármacos por enzimas digestivas o bajo pH gástrico, irregularidades en la absorción o propulsión en presencia de alimentos u otros fármacos y la necesidad de cooperación por parte del paciente. Además, los fármacos en el tubo digestivo pueden ser metabolizadas por las enzimas del microbioma intestinal, mucosa o hígado antes de que obtengan acceso a la circulación general. El microbioma intestinal comprende > 1 000 especies; su alteración puede afectar la progresión de la enfermedad y los resultados terapéuticos (cap. 6 y Ding et al., 2020). Downloaded 20231221 2:2 P Your IP is 138.97.143.28 7 / 39 CAPÍTULO dinámica depor la absorción, distribución, metabolismo y eliminación desanguíneo los fármacos, Iain O. BuxtonPage La absorción2:enFarmacocinética: el tubo digestivo la está mediada factores como el área superficial de absorción; el flujo al sitio deL.absorción; el estado ©2023 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use • Privacy Policy • Notice • Accessibility físico del fármaco (solución, suspensión o forma de dosificación sólida); hidrosolubilidad y la concentración del fármaco en el lugar de absorción. En el caso de los fármacos administrados en forma sólida, la tasa de disolución puede limitar su absorción. Como la mayor parte de la absorción de fármacos en el tubo digestivo ocurre por difusión pasiva, la absorción se favorece cuando el fármaco está en forma no ionizada, más lipófila. Con base incluyen la absorción limitada de algunos fármacos a causa de sus características físicas (p. ej., baja hidrosolubilidad o mala permeabilidad de la UNIVERSIDAD DEdigestivas EL SALVADOR UES membrana), vómito como resultado de irritación de la mucosa gastrointestinal, destrucción de algunos fármacos por enzimas o bajo pH Access Provided by: gástrico, irregularidades en la absorción o propulsión en presencia de alimentos u otros fármacos y la necesidad de cooperación por parte del paciente. Además, los fármacos en el tubo digestivo pueden ser metabolizadas por las enzimas del microbioma intestinal, mucosa o hígado antes de que obtengan acceso a la circulación general. El microbioma intestinal comprende > 1 000 especies; su alteración puede afectar la progresión de la enfermedad y los resultados terapéuticos (cap. 6 y Ding et al., 2020). La absorción en el tubo digestivo está mediada por factores como el área superficial de absorción; el flujo sanguíneo al sitio de absorción; el estado físico del fármaco (solución, suspensión o forma de dosificación sólida); hidrosolubilidad y la concentración del fármaco en el lugar de absorción. En el caso de los fármacos administrados en forma sólida, la tasa de disolución puede limitar su absorción. Como la mayor parte de la absorción de fármacos en el tubo digestivo ocurre por difusión pasiva, la absorción se favorece cuando el fármaco está en forma no ionizada, más lipófila. Con base en el concepto de reparto del pH (fig. 2–3), se podría predecir que los fármacos que son ácidos débiles se absorberían mejor en el estómago (pH 1 a 2) que en la porción proximal del intestino delgado (pH 3 a 6) y ocurriría lo contrario para bases débiles. Sin embargo, el área superficial del estómago es relativamente pequeña y el epitelio gástrico suele estar cubierto por una capa de moco. Por el contrario, las vellosidades de la porción proximal del intestino delgado proporcionan una superficie extremadamente grande (casi 200 m2). En consecuencia, la tasa de absorción de un fármaco en el intestino será mayor que la del estómago, incluso si el fármaco está predominantemente ionizado en el intestino y en gran medida no ionizado en el estómago. Por lo tanto, cualquier factor que acelere el vaciamiento gástrico (decúbito lateral derecho) por lo general aumentará la tasa de absorción del fármaco, mientras que cualquier factor que retrase el vaciamiento gástrico tendrá el efecto opuesto. La tasa de vaciamiento gástrico se ve influida por numerosos factores, lo que incluye el contenido calórico de los alimentos; volumen, osmolalidad, temperatura y pH del líquido ingerido; variación diurna e individual; estado metabólico (reposo o ejercicio) y la temperatura ambiental. El vaciamiento gástrico se ve influido en las mujeres por los efectos de los estrógenos (en comparación con los varones, el vaciamiento es más lento para las mujeres premenopáusicas y las que toman tratamiento de reemplazo de estrógenos). Los fármacos que son destruidos por las secreciones gástricas y el pH bajo o que causan irritación gástrica a veces se administran en forma de dosificación con un recubrimiento entérico que previene la disolución en el contenido gástrico ácido. Las cubiertas entéricas son útiles para fármacos que pueden causar irritación gástrica y para que fármacos como la mesalamina alcancen sus sitios de acción en el íleon y el colon (fig. 55–4). Preparaciones de liberación controlada La tasa de absorción de un fármaco administrado como tableta u otra forma de dosificación oral sólida depende en parte de su tasa de disolución en los líquidos del tubo digestivo. Esta es la base para las preparaciones farmacéuticas de liberación controlada, liberación prolongada, liberación sostenida y acción prolongada que están diseñadas para producir una absorción lenta y uniforme del fármaco durante 8 h o más. Las ventajas potenciales de estas preparaciones son la reducción de la frecuencia de administración en comparación con las formas de dosificación convencionales (a menudo con una mejor conformidad por parte del paciente), el mantenimiento de un efecto terapéutico durante la noche y la disminución de la incidencia e intensidad de los efectos indeseables (por la amortiguación de las concentraciones máximas del fármaco) y concentraciones no terapéuticas del fármaco (por la eliminación de la reducción en la concentración) que a menudo ocurren después de la administración de las formas de dosificación de liberación inmediata. Las formas de dosificación de liberación controlada son más apropiadas para fármacos con semividas cortas (t1/2 < 4 h) o en grupos de pacientes seleccionados, como los que reciben fármacos antiepilépticos o antipsicóticos (Bera, 2014). Las mujeres también se han beneficiado de la anticoncepción hormonal de acción prolongada producida por dispositivos de liberación controlada implantados (Friend, 2016) o de administración VO (Conley et al., 2006). Administración sublingual La absorción de la mucosa oral tiene especial importancia para ciertos fármacos a pesar de que la superficie disponible es pequeña. El drenaje venoso de la boca entra directamente en la vena cava superior, evitando así la circulación portal. Como consecuencia, un fármaco administrado por vía sublingual y absorbido en ese sitio está protegido del metabolismo rápido intestinal y hepático de primer paso. Por ejemplo, la nitroglicerina sublingual (cap. 31) tiene eficacia con rapidez porque es no iónica, tiene alta liposolubilidad y no está sujeta al efecto de primer paso antes de llegar al corazón y a las regiones del sistema circulatorio donde la nitroglicerina actúa para aliviar la isquemia miocárdica. Inyección parenteral La inyección parenteral de fármacos (no a través del tubo digestivo) tiene ventajas distintas sobre la administración VO. En algunos casos, la administración parenteral es esencial para la administración de un fármaco en su forma activa, como en el caso de anticuerpos monoclonales y vacunas. La disponibilidad suele ser más rápida, extensa y predecible cuando un fármaco se administra por vía inyectable; la dosis efectiva se puede administrar con mayor precisión con dosis exactas; esta vía es adecuada para la administración de dosis de carga de fármacos antes del inicio de la dosis de mantenimiento oral (por ejemplo, digoxina). En el tratamiento de urgencia y cuando un paciente está inconsciente, no coopera o no puede retener nada administrado porPVO, puede necesario el tratamiento parenteral. La administración parenteral también tiene desventajas: debe Downloaded 20231221 2:2 Your IP isser 138.97.143.28 Page 8 / 39 mantenerse 2: la asepsia, en especial se de administran fármacos a lo largo del tiempo (p. ej., administración IV o intratecal); ocurrir dolor en CAPÍTULO Farmacocinética: lacuando dinámica la absorción, distribución, metabolismo y eliminación de los fármacos, Iain L.puede O. Buxton ©2023 McGraw Hill. All of Use •aplicarse Privacy Policy • Noticelos• Accessibility el sitio de la inyección y aRights veces Reserved. es difícil paraTerms los pacientes ellos mismos fármacos inyectables. Las principales vías de administración parenteral son IV, subcutánea e intramuscular. La absorción de sitios subcutáneos e intramusculares se La inyección parenteral de fármacos (no a través del tubo digestivo) tiene ventajas distintas sobre la administración VO. En algunos casos, la UNIVERSIDAD DE monoclonales EL SALVADOR administración parenteral es esencial para la administración de un fármaco en su forma activa, como en el caso de anticuerpos y UES Provided by: vacunas. La disponibilidad suele ser más rápida, extensa y predecible cuando un fármaco se administra porAccess vía inyectable; la dosis efectiva se puede administrar con mayor precisión con dosis exactas; esta vía es adecuada para la administración de dosis de carga de fármacos antes del inicio de la dosis de mantenimiento oral (por ejemplo, digoxina). En el tratamiento de urgencia y cuando un paciente está inconsciente, no coopera o no puede retener nada administrado por VO, puede ser necesario el tratamiento parenteral. La administración parenteral también tiene desventajas: debe mantenerse la asepsia, en especial cuando se administran fármacos a lo largo del tiempo (p. ej., administración IV o intratecal); puede ocurrir dolor en el sitio de la inyección y a veces es difícil para los pacientes aplicarse ellos mismos los fármacos inyectables. Las principales vías de administración parenteral son IV, subcutánea e intramuscular. La absorción de sitios subcutáneos e intramusculares se produce por difusión simple a lo largo del gradiente del depósito de fármacos hacia el plasma. La tasa se ve limitada por el área de las membranas capilares absorbentes y por la solubilidad de la sustancia en el líquido intersticial. Los conductos acuosos relativamente grandes en la capa endotelial explican la difusión indiscriminada de moléculas independientemente de su liposolubilidad. Moléculas más grandes, como las proteínas, obtienen acceso con lentitud a la circulación por medio de conductos linfáticos. Los fármacos administrados en la circulación sistémica por cualquier vía, excluyendo la vía intraarterial, están sujetos a la posible eliminación del primer paso en el pulmón antes de su distribución al resto del cuerpo. Los pulmones también sirven como filtro para partículas que pueden administrarse por vía IV y proporcionan una vía de eliminación para sustancias volátiles. Intravenosa Los factores que limitan la absorción se evitan mediante la inyección intravenosa de fármacos en solución acuosa, porque la biodisponibilidad es completa (F = 1) y la distribución es rápida. Además, la administración de fármacos se controla y se logra con una precisión e inmediatez que no es posible mediante ningún otro procedimiento. Ciertas soluciones irritantes se pueden administrar solo de esta manera porque el fármaco, cuando se inyecta con lentitud, se diluye en gran medida en la sangre. La administración IV tiene ventajas y desventajas. Las reacciones desfavorables pueden ocurrir si se alcanzan con rapidez altas concentraciones de un fármaco en plasma y en los tejidos. Existen circunstancias terapéuticas para las que se recomienda administrar un fármaco mediante inyección en bolo (p. ej., activador hístico del plasminógeno) y otras circunstancias en las que se recomienda una administración más lenta o prolongada del fármaco (p. ej., antibióticos). La administración IV de fármacos justifica una determinación cuidadosa de la dosis y supervisión estrecha de la respuesta del paciente; una vez que se inyecta el fármaco, a menudo no hay vuelta atrás. Las inyecciones IV repetidas dependen de la capacidad de mantener una vena permeable. Los fármacos en un vehículo oleoso, que causan precipitación de los constituyentes de la sangre o que producen hemólisis de los eritrocitos, y las combinaciones de fármacos que causan precipitados, no deben administrarse por vía IV. Subcutánea La inyección en un sitio subcutáneo se puede hacer solo con fármacos que no irritan el tejido; de lo contrario, se puede presentar dolor intenso, necrosis y esfacelación de los tejidos. La tasa de absorción después de la inyección subcutánea de un fármaco es por lo general constante y lenta, lo que proporciona un efecto sostenido. Además, la alteración del período durante el cual se absorbe un fármaco puede variar intencionadamente, como se logra con la insulina inyectable utilizando el tamaño de partícula, la formación de complejos proteínicos y el pH. La incorporación de un agente vasoconstrictor en solución con un fármaco inyectable por vía subcutánea también retrasa la absorción. La absorción de fármacos implantados bajo la piel en forma de preparaciones sólidas se produce con lentitud durante un período de semanas o meses; algunas hormonas (p. ej., anticonceptivos) se administran de manera eficaz de esta manera. Intramuscular La absorción de fármacos en solución acuosa después de la inyección intramuscular depende de la tasa de flujo sanguíneo al sitio de la inyección y puede ser relativamente rápida. La absorción puede ser modulada hasta cierto punto por la temperatura local, masaje o el ejercicio. Por lo general, la tasa de absorción después de la inyección de una preparación acuosa en el músculo deltoides o vasto externo es más rápida que cuando la inyección se hace en el glúteo mayor. La tasa es particularmente más lenta para las mujeres después de la inyección en el glúteo mayor, una característica atribuida a la distribución diferente de la grasa subcutánea en los varones y mujeres y porque la grasa tiene una perfusión relativamente baja. Ocurre absorción lenta y constante en un sitio intramuscular si el fármaco se inyecta en solución oleosa o se suspende en varios vehículos de depósito. Intraarterial En ocasiones, un fármaco se inyecta directamente en una arteria para restringir su efecto en un tejido u órgano en particular, como en el tratamiento de tumores hepáticos y cánceres de cabeza y cuello. A veces se administran fármacos con fines diagnósticos por esta vía (p. ej., albúmina sérica humana marcada con tecnecio). La administración intraarterial inadvertida puede causar complicaciones graves y requiere un tratamiento cuidadoso (Ellis et al., 2015). Downloaded 20231221 2:2 P Your IP is 138.97.143.28 CAPÍTULO 2: Farmacocinética: la dinámica de la absorción, distribución, metabolismo y eliminación de los fármacos, Iain L. O. BuxtonPage 9 / 39 ©2023 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use • Privacy Policy • Notice • Accessibility Intratecal La barrera hematoencefálica y la barrera entre la sangre y el líquido cefalorraquídeo a menudo impiden o retrasan la entrada de fármacos al SNC, Intraarterial UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR UES Access Provided by: En ocasiones, un fármaco se inyecta directamente en una arteria para restringir su efecto en un tejido u órgano en particular, como en el tratamiento de tumores hepáticos y cánceres de cabeza y cuello. A veces se administran fármacos con fines diagnósticos por esta vía (p. ej., albúmina sérica humana marcada con tecnecio). La administración intraarterial inadvertida puede causar complicaciones graves y requiere un tratamiento cuidadoso (Ellis et al., 2015). Intratecal La barrera hematoencefálica y la barrera entre la sangre y el líquido cefalorraquídeo a menudo impiden o retrasan la entrada de fármacos al SNC, reflejando la actividad de la glucoproteína P (MDR1) y de otros transportadores para exportar xenobióticos del SNC. Por lo tanto, cuando se desean efectos locales y rápidos de los fármacos sobre las meninges o el eje cefalorraquídeo, como en la anestesia espinal, los fármacos a veces se inyectan directamente en el espacio subaracnoideo en la columna vertebral. Los tumores cerebrales o las infecciones graves del SNC también pueden tratarse mediante la administración directa de fármacos intraventriculares, cada vez más mediante el uso de dispositivos especializados de reservorio de larga duración (De Andrés et al., 2020). Las inyecciones en el LCR y en el espacio epidural se revisan en capítulos sobre analgesia y anestesia local (caps. 24 y 25, respectivamente). Absorción pulmonar Los fármacos gaseosos y volátiles pueden inhalarse y absorberse a través del epitelio pulmonar y las mucosas del aparato respiratorio. El acceso a la circulación es rápido por esta vía porque el área de la superficie pulmonar es grande. Además, se pueden atomizar las soluciones de fármacos y pueden inhalarse gotas finas en el aire (aerosol). Las ventajas son la absorción casi instantánea de un fármaco en la sangre, evitando la degradación de primer paso hepático y en el caso de la enfermedad pulmonar, la aplicación local del fármaco en el sitio de acción deseado (cap. 24 y 44), como el uso a corto plazo del óxido nítrico inhalado para la hipertensión pulmonar en recién nacidos casi a término y a término, así como en adultos (cap. 35). Aplicación tópica Mucosas Los fármacos se aplican a las mucosas de la conjuntiva, nasofaringe, orofaringe, vagina, colon, uretra y vejiga sobre todo por sus efectos locales. La absorción de estos sitios es por lo general excelente y puede proporcionar ventajas para la inmunoterapia porque la vacunación en las superficies mucosas proporciona la base para generar inmunidad protectora tanto en los compartimientos inmunitarios de la mucosa como en los sistémicos debido a la presencia de células que presentan antígenos en los tejidos subyacentes de la mucosa como el estrato córneo (Li et al., 2020). Ojos Los fármacos oftálmicos aplicados por vía tópica se utilizan sobre todo por sus efectos locales (cap. 69). El uso de lentes de contacto y de dispositivos oftálmicos impregnados con fármacos permite aplicar los fármacos en el sitio en que se necesitan. Piel: absorción transdérmica La absorción de fármacos capaces de penetrar la piel intacta depende de la superficie sobre la que se aplican y de su liposolubilidad (cap. 70). La absorción sistémica de los fármacos se produce con mayor facilidad a través de la piel erosionada, quemada o denudada. Los efectos tóxicos son el resultado de la absorción a través de la piel de sustancias muy liposolubles (p. ej., un insecticida liposoluble en un disolvente orgánico). La absorción a través de la piel puede incrementarse al suspender el fármaco en un vehículo oleoso y frotando la preparación resultante en la piel. Para facilitar la absorción se puede utilizar la hidratación de la piel con un apósito oclusivo. Cada vez se dispone más de parches tópicos de liberación controlada, con nicotina para el tratamiento de la abstinencia del tabaco, escopolamina para la cinetosis, nitroglicerina para la angina de pecho, testosterona y estrógenos para el tratamiento de sustitución hormonal, varios estrógenos y progestágenos para el control de la natalidad y fentanilo para la analgesia. Administración rectal Casi 50% del fármaco que se absorbe en el recto no pasará a través del hígado, con lo que se reduce el metabolismo hepático de primer paso. Sin embargo, la absorción rectal puede ser irregular e incompleta y ciertos fármacos pueden causar irritación de la mucosa rectal. En ciertas situaciones clínicas, la administración rectal puede ser deseable, como en el uso de opioides en cuidados paliativos. Métodos novedosos de suministro de fármacos Downloaded 20231221 2:2 P Your IP is 138.97.143.28 Page 10 / 39 CAPÍTULO 2: Farmacocinética: dinámica de la absorción, metabolismo yde eliminación de los fármacos,(Waghule Iain L. O.etBuxton Las endoprótesis farmacoactivas la y otros dispositivos, como losdistribución, parches de administración fármacos con microagujas al., 2019), se ©2023 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use • Privacy Policy • Notice • Accessibility están utilizando para la aplicación local de fármacos con el fin de llevar al máximo la eficacia y reducir la exposición sistémica. Los avances recientes en la administración de fármacos incluyen el uso de polímeros y nanopartículas biocompatibles para la administración de fármacos (Lee et al., 2018; Administración rectal UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR UES Casi 50% del fármaco que se absorbe en el recto no pasará a través del hígado, con lo que se reduce el metabolismo hepático de primer paso. Sin Access Provided by: embargo, la absorción rectal puede ser irregular e incompleta y ciertos fármacos pueden causar irritación de la mucosa rectal. En ciertas situaciones clínicas, la administración rectal puede ser deseable, como en el uso de opioides en cuidados paliativos. Métodos novedosos de suministro de fármacos Las endoprótesis farmacoactivas y otros dispositivos, como los parches de administración de fármacos con microagujas (Waghule et al., 2019), se están utilizando para la aplicación local de fármacos con el fin de llevar al máximo la eficacia y reducir la exposición sistémica. Los avances recientes en la administración de fármacos incluyen el uso de polímeros y nanopartículas biocompatibles para la administración de fármacos (Lee et al., 2018; Santos et al., 2018). BIOEQUIVALENCIA Los productos farmacéuticos se consideran equivalentes farmacéuticos si contienen los mismos ingredientes activos y son idénticos en potencia o concentración, forma de dosificación y vía de administración. Dos productos farmacéuticos equivalentes se consideran bioequivalentes cuando las tasas y el grado de biodisponibilidad del ingrediente activo en los dos productos no son significativamente diferentes bajo condiciones de prueba adecuadas e idénticas. La disponibilidad de formulaciones genéricas de fármacos de marca ha aumentado el acceso y la asequibilidad a estos. La bioequivalencia ha hecho posible que los farmacéuticos proporcionen estas alternativas cuando no estén restringidas por la elección del médico. Sin embargo, los tribunales no siempre han considerado que los fármacos genéricos y de marca sean legalmente equivalentes o han permitido que el farmacéutico elija la sustitución genérica (Sacks et al., 2021). DISTRIBUCIÓN DE FÁRMACOS No todos los tejidos son iguales Tras la absorción o administración sistémica en el torrente sanguíneo, un fármaco se distribuye en líquidos intersticiales e intracelulares en función de las propiedades fisicoquímicas del mismo, la frecuencia de administración de fármacos a órganos y compartimentos individuales y las diferentes capacidades de esas regiones para interactuar con el fármaco. El gasto cardiaco, el flujo sanguíneo regional, la permeabilidad capilar y el volumen hístico afectan la tasa de administración y la cantidad de fármaco distribuido en los tejidos (cuadro 2–2 y fig. 2–4). Al inicio, el hígado, el riñón, el cerebro y otros órganos bien perfundidos reciben la mayor parte del fármaco; la llegada de este a los músculos, a la mayor parte de las vísceras, la piel y la grasa es más lenta. Esta segunda fase de distribución puede requerir de minutos a varias horas antes de que la concentración del fármaco en el tejido esté en equilibrio con la de la sangre. La segunda fase también implica una fracción mucho mayor de la masa corporal (p. ej., músculo) que la fase inicial y por lo general representa la mayor proporción de la distribución extravascular. Con excepciones como el cerebro, la difusión del fármaco en el líquido intersticial ocurre con rapidez debido a la naturaleza muy permeable del endotelio capilar. Por lo tanto, la distribución en los tejidos se determina mediante el coeficiente de reparto del fármaco entre la sangre y un tejido en particular. CUADRO 2–2 DISTRIBUCIÓN DEL FLUJO SANGUÍNEO EN VARONES DE 70 KG EN REPOSO RIÑÓN CORAZÓN HÍGADO CEREBRO MÚSCULO ESTRIADO GRASA RESTO Σ Flujo sanguíneo (mL/min) 1100 250 1500 800 900 250 500 5500 Masa (kg) 0.3 0.3 2.6 1.3 34 10 21.5 70 Flujo/masa (mL/min/kg) 3667 833 654 615 26 25 23 % Gasto cardiaco 20 4.5 31 14.5 16.4 4.5 9.1 100 Figura 2–4 Redistribución. Las curvas representan la distribución del tiopental, un anestésico barbitúrico, en diferentes compartimentos corporales tras una única dosis IV rápida. Obsérvense los saltos y cambios de escala en ambos ejes. La concentración de tiopental en su sitio de acción en el tejido Downloaded 20231221 2:2 P Your IP is 138.97.143.28 encefálico refleja estrechamente la concentración plasmática del fármaco. La tasa de acumulación en los diversos compartimentos del cuerpo Page 11 / 39 CAPÍTULO 2: Farmacocinética: la dinámica absorción, distribución, metabolismo y eliminación de los fármacos,yIain L. O. Buxton depende del flujo sanguíneo regional; el gradode delaacumulación refleja las diferentes capacidades de los compartimentos el efecto constante pero ©2023 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use • Privacy Policy • Notice • Accessibility lento de la eliminación para reducir la cantidad de un fármaco disponible. La aparición del efecto anestésico de esta dosis única de tiopental depende de la redistribución, no del metabolismo. El fármaco se repartirá en los depósitos hísticos a medida que se llevan a cabo metabolismo y la eliminación UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR UES Figura 2–4 Access Provided by: Redistribución. Las curvas representan la distribución del tiopental, un anestésico barbitúrico, en diferentes compartimentos corporales tras una única dosis IV rápida. Obsérvense los saltos y cambios de escala en ambos ejes. La concentración de tiopental en su sitio de acción en el tejido encefálico refleja estrechamente la concentración plasmática del fármaco. La tasa de acumulación en los diversos compartimentos del cuerpo depende del flujo sanguíneo regional; el grado de acumulación refleja las diferentes capacidades de los compartimentos y el efecto constante pero lento de la eliminación para reducir la cantidad de un fármaco disponible. La aparición del efecto anestésico de esta dosis única de tiopental depende de la redistribución, no del metabolismo. El fármaco se repartirá en los depósitos hísticos a medida que se llevan a cabo metabolismo y la eliminación del fármaco. Su agotamiento en los compartimentos corporales seguirá el mismo orden que la acumulación, en función de su perfusión. Unión a proteínas plasmáticas Muchos fármacos circulan en el torrente sanguíneo unidos a proteínas plasmáticas y se han observado avances en tratamientos basados en preparaciones que toman en consideración la unión del fármaco a las proteínas. La albúmina es un importante portador de fármacos ácidos; la glucoproteína ácida α1 se une a los fármacos con pH alcalino. La unión inespecífica a otras proteínas plasmáticas por lo general ocurre en un grado mucho menor. La unión es por lo general reversible. Además, ciertos fármacos pueden unirse a proteínas que funcionan como proteínas transportadoras de hormonas específicas, como la unión de estrógenos o testosterona a la globulina transportadora de hormonas sexuales o la unión de la hormona tiroidea a la globulina transportadora de tiroxina. La unión a los fármacos y proteínas también puede verse influida por los alimentos, bebidas, productos herbolarios y por los complementos dietéticos (LópezYerena et al., 2020). La fracción del fármaco total en plasma que está unido a proteínas está determinada por la concentración del fármaco, la afinidad de los sitios de unión para la fármaco y la concentración de los sitios de unión disponibles. Para la mayor parte de los fármacos, el intervalo terapéutico de las concentraciones plasmáticas es limitado; por lo tanto, el grado de unión y la fracción no unida a proteínas son relativamente constantes. La extensión de la unión a las proteínas plasmáticas también puede verse afectada por factores relacionados con la enfermedad (p. ej., hipoalbuminemia). Las alteraciones que dan origen a respuesta inflamatoria de fase aguda (p. ej., cáncer, artritis, infarto de miocardio, enfermedad de Crohn) conducen a aumento de las concentraciones de glucoproteína ácida α1 y a una mayor unión de fármacos alcalinos. Los cambios en la unión a proteínas causadas por estados patológicos e interacciones farmacológicas tienen relevancia clínica, sobre todo en un subgrupo pequeño de fármaco denominados como de alta eliminación y con intervalo terapéutico estrecho que se administran por vía IV, como en el caso de la lidocaína. Cuando se producen cambios en la unión a proteínas plasmáticas en los pacientes, el fármaco no unido se equilibra con rapidez en todo el cuerpo y solo se producirá un cambio significativo transitorio en la concentración plasmática del fármaco no unido a proteínas. Solo los fármacos que muestran una relación casi instantánea entre la concentración plasmática libre y el efecto (p. ej., antiarrítmicos) mostrarán un efecto mensurable. Por lo tanto, las concentraciones plasmáticas del fármaco libre solo mostrarán cambios significativos cuando la administración de fármacos o la eliminación de fármaco libre ocurre como consecuencia del metabolismo o del transporte activo. Una situación similar ocurre cuando se agrega un nuevo fármaco que puede competir con un fármaco existente por los sitios de unión a proteínas plasmáticas. La competencia por los sitios de unión puede hacer que un fármaco eleve de forma transitoria la concentración de otro fármaco que se une con menor avidez a las proteínas, pero las concentraciones del Downloaded 20231221 2:2 P no Your IP is 138.97.143.28 fármaco en estado de equilibrio cambiarán a menos que cambie la eliminación. Un problema más común que se produce por competencia de Page 12 / 39 CAPÍTULO 2: Farmacocinética: la dinámica de la absorción, distribución, metabolismo y eliminación de losmedidas fármacos, L. O. en Buxton fármacos para los sitios de unión a proteínas plasmáticas es la interpretación errónea de las concentraciones de Iain fármacos plasma, ya que ©2023 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use • Privacy Policy • Notice • Accessibility la mayor parte de los análisis no distinguen el fármaco libre del fármaco unido a proteínas. La unión de un fármaco a las proteínas plasmáticas limita su concentración en los tejidos y en su sitio de acción porque solo el fármaco libre está en cambio significativo transitorio en la concentración plasmática del fármaco no unido a proteínas. Solo los fármacos que muestran una relación casi UNIVERSIDAD EL SALVADOR UES instantánea entre la concentración plasmática libre y el efecto (p. ej., antiarrítmicos) mostrarán un efecto mensurable. Por loDE tanto, las Accessde Provided by: concentraciones plasmáticas del fármaco libre solo mostrarán cambios significativos cuando la administración fármacos o la eliminación de fármaco libre ocurre como consecuencia del metabolismo o del transporte activo. Una situación similar ocurre cuando se agrega un nuevo fármaco que puede competir con un fármaco existente por los sitios de unión a proteínas plasmáticas. La competencia por los sitios de unión puede hacer que un fármaco eleve de forma transitoria la concentración de otro fármaco que se une con menor avidez a las proteínas, pero las concentraciones del fármaco en estado de equilibrio no cambiarán a menos que cambie la eliminación. Un problema más común que se produce por competencia de fármacos para los sitios de unión a proteínas plasmáticas es la interpretación errónea de las concentraciones medidas de fármacos en plasma, ya que la mayor parte de los análisis no distinguen el fármaco libre del fármaco unido a proteínas. La unión de un fármaco a las proteínas plasmáticas limita su concentración en los tejidos y en su sitio de acción porque solo el fármaco libre está en equilibrio entre las membranas celulares. En consecuencia, una vez alcanzado el equilibrio de distribución, la concentración del fármaco libre en el líquido intracelular es la misma que en el plasma, excepto cuando se trata de transporte activo mediado por transportador. La unión de un fármaco a las proteínas plasmáticas limita la filtración glomerular del fármaco y también puede limitar el transporte y metabolismo de los fármacos. Unión a tejidos Muchos fármacos se acumulan en los tejidos a concentraciones más altas en comparación con la que alcanzan en los líquidos extracelulares y en la sangre. La unión de los fármacos a los tejidos suele ocurrir con componentes celulares como proteínas, fosfolípidos o proteínas nucleares y por lo general es reversible. Una fracción grande del fármaco en el cuerpo puede permanecer unida de esta manera y servir como depósito que prolonga la acción del fármaco en ese mismo tejido o en un sitio distante que se alcanza a través de la circulación. Dicha unión y acumulación de tejidos también puede producir toxicidad local (p. ej., renal y ototoxicidad asociada con los aminoglucósidos). La acumulación intracelular de fármacos antimicrobianos tiene implicaciones clínicas, tanto terapéuticas como toxicológicas (Pea, 2018). SNC, barrera hematoencefálica y líquido cefalorraquídeo Las células del endotelio capilar encefálico tienen uniones estrechas continuas; por lo tanto, la penetración de fármacos en el cerebro depende del transporte transcelular en lugar de paracelular. Las características únicas de las células del endotelio capilar encefálico y las células gliales pericapilares que constituyen el barrera hematoencefálica se describen en detalle en el capítulo 17 y en el capítulo 4 se describen algunos aspectos específicos de las proteínas transportadoras que desplazan los fármacos dentro y fuera del SNC. En el plexo coroideo se encuentra una barrera sangrelíquido cefalorraquídeo, formada por células epiteliales que se unen por uniones estrechas. La liposolubilidad de las moléculas de un fármaco no ionizadas y no unidas a proteínas es un determinante importante de su absorción por el cerebro; cuanto más lipófilo sea un fármaco, más probable será que cruce la barrera hematoencefálica. En general, la función de la barrera hematoencefálica se mantiene bien; sin embargo, la inflamación meníngea y encefálica aumenta la permeabilidad local. Hueso Los antibióticos del grupo de las tetraciclinas (y otros fármacos quelantes de iones metálicos divalentes) y los metales pesados pueden acumularse en el hueso por adsorción en la superficie de cristales óseos y su eventual incorporación en estructura cristalina. El hueso puede convertirse en reservorio para la liberación lenta de fármacos tóxicos como el plomo o el radio; por lo tanto, sus efectos pueden persistir mucho después de que la exposición haya cesado. La destrucción local de la médula ósea también puede ocasionar reducción del flujo sanguíneo y prolongación del efecto reservorio a medida que el agente tóxico se aísla de la circulación; esto puede mejorar aún más el daño local directo al hueso. Ocurre un círculo vicioso, por lo que cuanto mayor es la exposición al agente tóxico, más lenta es su tasa de eliminación. La adsorción del fármaco en la superficie de los cristales óseos y su incorporación en la estructura cristalina tienen ventajas terapéuticas para el tratamiento de la osteoporosis como en el uso de fosfonatos (Black y Rosen, 2016). La grasa como reservorio Muchos fármacos liposolubles se almacenan por solución física en la grasa neutra. En los pacientes con obesidad, el contenido de grasa corporal puede ser de hasta 50% e incluso en los individuos magros, la grasa constituye 10% del peso corporal; por lo tanto, la grasa puede servir como reservorio para los fármacos y toxinas liposolubles. La grasa es un reservorio bastante estable porque tiene un flujo sanguíneo relativamente bajo. También puede complicar el tratamiento farmacológico al actuar como reservorio para fármacos para el tratamiento de enfermedades infecciosas como el VIH y al limitar el acceso a fármacos relativamente no lipófilos (Couturier y Lewis, 2018). Redistribución La terminación del efecto del fármaco después de la suspender la administración de un fármaco por lo general ocurre por metabolismo y excreción, pero también20231221 puede ser resultado de laIPredistribución del fármaco de su sitio de acción a otros tejidos o sitios. La redistribución es un factor en Downloaded 2:2 P Your is 138.97.143.28 Page 13 / 39 CAPÍTULO 2: Farmacocinética: la dinámica de la absorción, distribución, metabolismo y eliminación deolos fármacos, Iain L. O. Buxton terminar el efecto del fármaco sobre todo cuando un fármaco muy liposoluble que actúa sobre el cerebro el aparato cardiovascular se administra ©2023 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use • Privacy Policy • Notice • Accessibility con rapidez por vía IV o por inhalación. Tal es el caso del anestésico intravenoso tiopental, un fármaco liposoluble. Debido a que el flujo sanguíneo al cerebro es alto y el tiopental cruza con facilidad la barrera hematoencefálica, este fármaco alcanza su concentración máxima en el cerebro con rapidez También puede complicar el tratamiento farmacológico al actuar como reservorio para fármacos para el tratamiento de enfermedades infecciosas UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR UES como el VIH y al limitar el acceso a fármacos relativamente no lipófilos (Couturier y Lewis, 2018). Access Provided by: Redistribución La terminación del efecto del fármaco después de la suspender la administración de un fármaco por lo general ocurre por metabolismo y excreción, pero también puede ser resultado de la redistribución del fármaco de su sitio de acción a otros tejidos o sitios. La redistribución es un factor en terminar el efecto del fármaco sobre todo cuando un fármaco muy liposoluble que actúa sobre el cerebro o el aparato cardiovascular se administra con rapidez por vía IV o por inhalación. Tal es el caso del anestésico intravenoso tiopental, un fármaco liposoluble. Debido a que el flujo sanguíneo al cerebro es alto y el tiopental cruza con facilidad la barrera hematoencefálica, este fármaco alcanza su concentración máxima en el cerebro con rapidez después de su administración IV. Más tarde, las concentraciones plasmáticas y cerebrales disminuyen a medida que el tiopental se redistribuye a otros tejidos, como los músculos y, por último, al tejido adiposo. Esta redistribución es el mecanismo por el cual se termina el efecto anestésico del tiopental (fig. 2–4); su eliminación real del cuerpo es bastante lenta (t1/2 de eliminación después de una dosis única de 3 a 8 h). La concentración del fármaco en el cerebro sigue a la del plasma porque hay poca unión del fármaco a los componentes cerebrales. Por lo tanto, tanto el inicio como el término de la anestesia con tiopental son relativamente rápidos y ambos están relacionados directamente con la concentración del fármaco en el cerebro. Transferencia placentaria de fármacos La liposolubilidad, el grado de unión plasmática y el grado de ionización de ácidos y bases débiles son determinantes generales importantes en la transferencia de fármacos a través de la placenta. La placenta funciona como una barrera selectiva para proteger al feto contra los efectos nocivos de los fármacos. Los miembros de la familia de transportadores ABC limitan la entrada de fármacos y otros xenobióticos hacia la circulación fetal a través de la expulsión vectorial desde la placenta hasta la circulación materna (fig. 2–2 y cap. 4). El plasma fetal es ligeramente más ácido que el de la madre (pH 7 a 7.2 en comparación con 7.4, respectivamente), por lo que se produce la retención de fármacos alcalinos. El punto de vista de que la placenta es una barrera absoluta a los fármacos es inexacto, en parte porque también están presentes varios transportadores hacia la circulación fetal (Tetro et al., 2018). Hasta cierto punto, el feto está expuesto a todos los fármacos que toma la madre. La transferencia de fármacos a través de la placenta es de suma importancia ya que los fármacos pueden causar anomalías en el feto en desarrollo; por lo tanto, es primordial que durante el embarazo se usen fármacos con base en evidencia científica. La FDA solía clasificar los fármacos utilizados durante el embarazo en las categorías A a D y X, pasando de A (sin evidencia de riesgo fetal; por ejemplo, ácido fólico, levotiroxina) a D (evidencia positiva de riesgo fetal, pero se puede utilizar si es absolutamente necesario; por ejemplo, alprazolam, losartán) y a X (los riesgos de su uso superan cualquier beneficio; tales fármacos no deben usarse durante el embarazo; por ejemplo, estatinas, metotrexato). En 2015, la FDA estableció un nuevo sistema de etiquetado, la Pregnancy and Lactation Labeling Rule (PLLR). La PLLR reemplaza los códigos de letras con un código sobre 1) embarazo, 2) lactancia y 3) problemas que afectan a mujeres y varones en edad fértil, con la intención de permitir una mejor y más específica asesoría del paciente y una toma de decisiones informada para mujeres embarazadas que requieren tratamiento farmacológico (Dinatale, 2016; Pernia y Demaagd, 2016). Los médicos en Estados Unidos parecen estar adoptando el nuevo sistema con lentitud (Namazy et al., 2020). METABOLISMO DE LOS FÁRMACOS Algunos principios del metabolismo y eliminación Los numerosos fármacos terapéuticos que son lipófilos no pasan con facilidad al ambiente acuoso de la orina. El metabolismo de fármacos y otros xenobióticos en metabolitos más hidrófilos es esencial para su eliminación renal del cuerpo, así como para la terminación de su actividad biológica y farmacológica. Desde el punto de vista de la farmacocinética, los tres aspectos esenciales del metabolismo de los fármacos son los siguientes: Cinética de primer orden. Para la mayor parte de los fármacos en sus intervalos de concentración terapéutica, la cantidad de fármaco metabolizado por unidad de tiempo es proporcional a la concentración plasmática del fármaco (Cp) y la fracción de fármaco eliminada por el metabolismo es constante (es decir, cinética de primer orden). Cinética de orden cero. Para algunos fármacos, como el etanol y el difenilhidantoinato, la capacidad metabólica se satura a las concentraciones habitualmente empleadas y el metabolismo de los fármacos se convierte en cinética de orden cero; es decir, se metaboliza una cantidad constante de fármaco por unidad de tiempo. La cinética de orden cero también puede ocurrir con concentraciones altas (tóxicas) a medida que se satura la capacidad de metabolizar fármacos. Enzimas biotransformadoras inducibles. Los principales sistemas de metabolización de fármacos son enzimas inducibles de amplio espectro con algunas variaciones genéticas predecibles. Los fármacos que son sustratos comunes para una enzima metabolizadora pueden Downloaded 20231221 2:2 P Your IP is 138.97.143.28 interferir el metabolismolade la otra ode bien, un fármacodistribución, puede inducir o mejorar elymetabolismo dellos fármaco mismo deO. otros fármacos. Page 14 / 39 CAPÍTULO 2:con Farmacocinética: dinámica la absorción, metabolismo eliminación de fármacos, Iaino L. Buxton ©2023 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use • Privacy Policy • Notice • Accessibility En general, las reacciones metabolizadoras de fármacos generan metabolitos más polares e inactivos que se excretan con facilidad. Sin embargo, en algunos casos se generan metabolitos con actividad biológica potente o propiedades tóxicas. Muchos de los sistemas enzimáticos que transforman concentraciones habitualmente empleadas y el metabolismo de los fármacos se convierte en cinética de orden cero; es decir, se metaboliza una UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR UES cantidad constante de fármaco por unidad de tiempo. La cinética de orden cero también puede ocurrir con concentraciones altas (tóxicas) a medida que se satura la capacidad de metabolizar fármacos. Access Provided by: Enzimas biotransformadoras inducibles. Los principales sistemas de metabolización de fármacos son enzimas inducibles de amplio espectro con algunas variaciones genéticas predecibles. Los fármacos que son sustratos comunes para una enzima metabolizadora pueden interferir con el metabolismo de la otra o bien, un fármaco puede inducir o mejorar el metabolismo del fármaco mismo o de otros fármacos. En general, las reacciones metabolizadoras de fármacos generan metabolitos más polares e inactivos que se excretan con facilidad. Sin embargo, en algunos casos se generan metabolitos con actividad biológica potente o propiedades tóxicas. Muchos de los sistemas enzimáticos que transforman los fármacos en metabolitos inactivos también generan metabolitos biológicamente activos de compuestos endógenos, como en la biosíntesis de esteroides. La biotransformación de fármacos se produce sobre todo en el hígado e implica reacciones de fase 1 (oxidación, reducción o reacciones hidrolíticas y las actividades de las enzimas CYP) y reacciones de fase 2 (conjugaciones del producto de fase 1 con una segunda molécula que genera un compuesto polar) y pasos subsiguientes que involucran transportadores que eliminan conjugados hacia el medio extracelular del que se excretan. Otros órganos con una capacidad significativa de metabolización de fármacos incluyen el tubo digestivo, riñones y pulmones. Las enzimas metabolizadoras de fármacos, en especial CYP, son inducibles por algunos fármacos y son inhibidas por fármacos y sustratos competidores y se ven afectadas por enfermedades (Coutant y Hall, 2018). Las diferencias étnicas y de género desempeñan una función crítica en la respuesta a los fármacos debido a factores como la composición corporal, así como la expresión y actividad de las enzimas metabolizadoras de fármacos (Farkouh et al., 2020). El capítulo 5 (Metabolismo farmacológico) cubre en detalle la enzimología básica del metabolismo farmacológico. Los capítulos 4 (Transportadores de membrana y respuesta a fármacos), 6 (Microbioma GI y respuesta a fármacos) y 7 (Farmacogenética) presentan aspectos relacionados con el metabolismo de fármacos. Entender el metabolismo de un fármaco dado y cómo otros fármacos pueden afectar ese metabolismo es crucial para un buen tratamiento farmacológico y el futuro de la medicina personalizada. Profármacos Los profármacos son compuestos inactivos desde el punto de vista farmacológico que se convierten a sus formas activas por el metabolismo. Diseñar profármacos con la forma activa como plantilla puede incrementar la cantidad de compuestos activos que llegan a su sitio de acción. Los profármacos inactivos se convierten con rapidez en metabolitos con actividad biológica, a menudo por la hidrólisis de un enlace éster o amida. Tal es el caso de una serie de inhibidores de la ACE empleados en el tratamiento de la hipertensión arterial. El enalapril, por ejemplo, es relativamente inactivo hasta que se convierte al enalaprilat diácido por la actividad de la esterasa (cap. 30). Farmacogenética Para una serie de áreas terapéuticas, la farmacogenética clínica, el estudio del impacto de las variaciones genéticas o genotipos de individuos en su respuesta a fármacos o metabolismo de fármacos, permite un mejor tratamiento de individuos o grupos (Ramamoorthy et al., 2015; cap. 7). EXCRECIÓN DE FÁRMACOS Los fármacos se eliminan del cuerpo sin modificaciones o como metabolitos. Los órganos excretores, excluidos los pulmones, eliminan los compuestos polares de manera más eficiente que las sustancias con alta liposolubilidad. Por lo tanto, los fármacos liposolubles no se eliminan con facilidad hasta que se metabolizan en compuestos más polares. El riñón es el órgano más importante para excretar fármacos y sus metabolitos. La excreción renal del fármaco sin cambios es una vía importante de eliminación para 25% a 30% de los fármacos administrados a los seres humanos. Las sustancias excretadas en las heces son sobre todo fármacos ingeridos por VO o metabolitos de fármacos excretadas en la bilis o secretadas directamente en el tubo digestivo y no se reabsorben. La excreción pulmonar es importante sobre todo para la eliminación de gases anestésicos (cap. 24). La excreción de fármacos en la leche materna es importante porque los fármacos excretados pueden afectar al lactante (con baja masa corporal y capacidad poco desarrollada para metabolizar xenobióticos). A la fecha no se cuenta con suficiente información para que el médico guíe a las madres lactantes en los peligros potenciales de la excreción de fármacos en la leche materna. Se estima que entre 50% y 70% de las madres lactantes en Estados Unidos toman algún tipo de fármaco; sin embargo, tan solo 15% de los fármacos aprobados en fecha reciente proporcionan información sobre la lactancia materna (Byrne y Spong, 2019). La información más completa sobre los fármacos a los que los lactantes pueden estar expuestos a la leche materna se puede encontrar en LactMed®, una base de datos de fármacos y otros productos químicos a los que pueden estar expuestas las madres lactantes; la base de datos está disponible en la National Library of Medicine Bookshelf. A medida que la PLLR de la FDA incremente su uso general, dicha información está cada vez más disponible como parte requerida de la información sobre fármacos en los anexos de los paquetes. Excreción renal Downloaded 20231221 2:2 P Your IP is 138.97.143.28 La excreción de fármacos y metabolitos en la orina implica tres procesos distintos: filtración glomerular, secreción tubular activa y reabsorción tubular Page 15 / 39 CAPÍTULO 2: Farmacocinética: la dinámica de la absorción, distribución, metabolismo y eliminación de los fármacos, Iain L. O. Buxton pasiva (fig. 2–5). La cantidad de fármaco que entra en la luz tubular por filtración depende de la tasa de filtración glomerular y del grado de unión ©2023 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use • Privacy Policy • Notice • Accessibility plasmática del fármaco; solo se filtra el fármaco no unido a proteínas. En el túbulo renal proximal, la secreción tubular activa mediada por transportador también puede añadir fármaco al líquido tubular (figs. 4–3 y 4–4 y cap. 29). De hecho, la mayor parte de los fármacos no entran en el leche materna se puede encontrar en LactMed®, una base de datos de fármacos y otros productos químicos a los que pueden estar expuestas las UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR UES madres lactantes; la base de datos está disponible en la National Library of Medicine Bookshelf. A medida que la PLLR de la FDA incremente su uso Access Provided by: general, dicha información está cada vez más disponible como parte requerida de la información sobre fármacos en los anexos de los paquetes. Excreción renal La excreción de fármacos y metabolitos en la orina implica tres procesos distintos: filtración glomerular, secreción tubular activa y reabsorción tubular pasiva (fig. 2–5). La cantidad de fármaco que entra en la luz tubular por filtración depende de la tasa de filtración glomerular y del grado de unión plasmática del fármaco; solo se filtra el fármaco no unido a proteínas. En el túbulo renal proximal, la secreción tubular activa mediada por transportador también puede añadir fármaco al líquido tubular (figs. 4–3 y 4–4 y cap. 29). De hecho, la mayor parte de los fármacos no entran en el túbulo renal por filtración glomerular sino por secreción tubular. La secreción tubular involucra transportadores de fármacos alcalinos (p. ej., amilorida, dopamina, histamina) y portadores de fármacos ácidos (p. ej., furosemida, penicilina, indometacina) (fig. 4–10 y 4–11). La penicilina se excreta con rapidez del cuerpo (t1/2 = 30 min), en gran parte a través de la secreción tubular, con eliminación de la mayor parte de la dosis inyectada en 2 h. El fármaco de la luz tubular puede reabsorberse en la circulación sistémica. En los túbulos renales, en especial en el túbulo contorneado distal, las formas no ionizadas de ácidos y bases débiles se someten a una reabsorción pasiva neta. Las células tubulares son menos permeables a las formas ionizadas de electrolitos débiles; por lo tanto, la reabsorción pasiva de estas sustancias depende del pH (fig. 2–3). Cuando la orina tubular se hace más alcalina, los ácidos débiles se ionizan en gran medida y se excretan más con rapidez y en mayor medida; a la inversa, la acidificación de la orina reducirá la ionización fraccional y la excreción de ácidos débiles. Los efectos de cambiar el pH de la orina son opuestos para bases débiles. En el tratamiento de la intoxicación por fármacos, la excreción de algunos fármacos puede acelerarse mediante una alcalinización o acidificación adecuadas de la orina. Figura 2–5 Manipulación renal de fármacos. Los fármacos pueden filtrarse de la sangre en el glomérulo renal, secretarse en el túbulo proximal, reabsorberse del líquido tubular distal hacia la circulación sistémica y acumularse en la orina. Los transportadores de membrana (OAT, OCT, MDR1 y MRP2, entre otros) median la secreción en el túbulo proximal (véanse las figs. 4–12 y 4–13 para más detalles). La reabsorción de compuestos en el líquido tubular distal (por lo general ácidos) es sensible al pH: Los fármacos ionizables están sujetos a la retención iónica; alterar el pH urinario para favorecer la ionización puede mejorar la excreción de moléculas con carga (fig. 2–2). Downloaded 20231221 2:2 P Your IP is 138.97.143.28 La excreción2: y reabsorción de fármacos pueden ser modificadas pormetabolismo medios farmacológicos. Porde ejemplo, la administración conjunta Pagede 16 / 39 CAPÍTULO Farmacocinética: la dinámica dealaveces absorción, distribución, y eliminación los fármacos, Iain L. O. Buxton fármacos que compiten eficazmente por la secreción tubular de penicilina puede prolongar el efecto terapéutico de este antibiótico. La penicilina es ©2023 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use • Privacy Policy • Notice • Accessibility secretada en la orina por los transportadores de aniones orgánicos OAT1 y OAT3; el fármaco ácido probenecid compite con la penicilina al nivel de OAT1 y OAT3, con lo que disminuye la excreción y prolongando las concentraciones efectivas del antibiótico. El probenecid también puede afectar la líquido tubular distal hacia la circulación sistémica y acumularse en la orina. Los transportadores de membrana (OAT, OCT, MDR1 y MRP2, entre otros) UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR UES median la secreción en el túbulo proximal (véanse las figs. 4–12 y 4–13 para más detalles). La reabsorción de compuestos en el líquido tubular distal Access Provided by: (por lo general ácidos) es sensible al pH: Los fármacos ionizables están sujetos a la retención iónica; alterar el pH urinario para favorecer la ionización puede mejorar la excreción de moléculas con carga (fig. 2–2). La excreción y reabsorción de fármacos pueden a veces ser modificadas por medios farmacológicos. Por ejemplo, la administración conjunta de fármacos que compiten eficazmente por la secreción tubular de penicilina puede prolongar el efecto terapéutico de este antibiótico. La penicilina es secretada en la orina por los transportadores de aniones orgánicos OAT1 y OAT3; el fármaco ácido probenecid compite con la penicilina al nivel de OAT1 y OAT3, con lo que disminuye la excreción y prolongando las concentraciones efectivas del antibiótico. El probenecid también puede afectar la manipulación renal del ácido úrico. El ácido úrico es excretado en la orina por el riñón a través de la interacción de los procesos de filtración, secreción y reabsorción. El probenecid también inhibe URAT1, el transportador de ácido úrico que se encuentra en la superficie apical de las células tubulares renales y facilita la reabsorción de ácido úrico de la orina (Tan et al., 2016). La prevención de la reabsorción del ácido úrico (p. ej., mediante la administración de probenecid) favorece la excreción de ácido úrico, un efecto útil en el tratamiento de la hiperuricemia (gota). Estas acciones de probenecid se tratan con mayor detalle en los capítulos sobre uricosúricos y antibióticos βlactámicos (caps. 42 y 58, respectivamente). En los adultos mayores, la función renal disminuye gradualmente en casi 1% anual. Los cambios en la excreción renal para los fármacos eliminados sobre todo por vía renal se verán afectados, lo que da origen a un aumento de las concentraciones máximas de los fármacos y una mayor duración del efecto. Por lo tanto, los pacientes de edad avanzada pueden requerir ajustes de fármacos (O’Mahony, 2020); la FDA publica una guía útil (https://www.fda.gov/drugs/guidancecomplianceregulatoryinformation/guidancesdrugs). Existe insuficiente conocimiento sobre los efectos del embarazo, por sí mismo sobre la farmacocinética. Si bien se ha encontrado una mayor eliminación de fármacos en varios casos, las alteraciones asociadas en las respuestas y resultados clínicos, o la falta de estos, siguen siendo en gran medida desconocidas. En los recién nacidos, la función renal es baja en comparación con la masa corporal, pero madura con rapidez en los primeros meses después del nacimiento. La iniciativa PLLR debería aportar más información a este sentido. Excreción biliar y fecal Los transportadores presentes en la membrana canalicular del hepatocito (fig. 4–6) secretan activamente fármacos y metabolitos en la bilis. En última instancia, los fármacos y metabolitos presentes en la bilis se liberan en el tubo digestivo durante el proceso digestivo. Más tarde, los fármacos y Downloaded 20231221 2:2 P Your en IP el is cuerpo 138.97.143.28 metabolitos pueden ser reabsorbidos desde el intestino, que, en el caso de metabolitos conjugados como glucurónidos, puede requerir Page 17 / 39 CAPÍTULO 2: Farmacocinética: la dinámica deintestinal. la absorción, distribución, metabolismo, ysi eliminación de los prolongar fármacos,significativamente Iain L. O. Buxton hidrólisis enzimática por acción de la microflora La circulación enterohepática es extenso, puede la ©2023 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use • Privacy Policy • Notice • Accessibility presencia de un fármaco (o toxina) y sus efectos dentro del cuerpo antes de su eliminación por otras vías. Para interrumpir el ciclo enterohepático, se pueden administrar sustancias por VO que se unan a metabolitos excretados en la bilis (véase el cap. 37, Farmacoterapia en dislipidemias, en la meses después del nacimiento. La iniciativa PLLR debería aportar más información a este sentido. Excreción biliar y fecal UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR UES Access Provided by: Los transportadores presentes en la membrana canalicular del hepatocito (fig. 4–6) secretan activamente fármacos y metabolitos en la bilis. En última instancia, los fármacos y metabolitos presentes en la bilis se liberan en el tubo digestivo durante el proceso digestivo. Más tarde, los fármacos y metabolitos pueden ser reabsorbidos en el cuerpo desde el intestino, que, en el caso de metabolitos conjugados como glucurónidos, puede requerir hidrólisis enzimática por acción de la microflora intestinal. La circulación enterohepática, si es extenso, puede prolongar significativamente la presencia de un fármaco (o toxina) y sus efectos dentro del cuerpo antes de su eliminación por otras vías. Para interrumpir el ciclo enterohepático, se pueden administrar sustancias por VO que se unan a metabolitos excretados en la bilis (véase el cap. 37, Farmacoterapia en dislipidemias, en la sección de fijadores de ácidos biliares y ezetimiba). Las excreciones biliares y los fármacos no absorbidos se eliminan en las heces. Excreción por otras vías La excreción de fármacos en el sudor, saliva y lágrimas es cuantitativamente poco importante. Debido a que la leche es más ácida que el plasma, los compuestos alcalinos pueden estar ligeramente concentrados en este líquido; por el contrario, la concentración de compuestos ácidos en la leche es menor que en el plasma. Los compuestos no electrolíticos (p. ej., etanol y urea) entran con facilidad en la leche materna y alcanzan la misma concentración que en el plasma, independientemente del pH de la leche (Rowe et al., 2015). La leche materna también puede contener metales pesados derivados de exposiciones ambientales. La administración de fármacos a mujeres que amamantan debe acompañarse de la precaución general que el lactante estará expuesto al fármaco o a sus metabolitos. La insuficiencia de datos dificulta la comprensión completa de este problema. La iniciativa PLLR y el uso de modelos farmacocinéticos en el desarrollo de fármacos preclínicos en lugar de pruebas convencionales en animales para la excreción de fármacos en la leche materna mejorarán la orientación necesaria en este sentido (Anderson, 2018). Aunque la excreción en el cabello y la piel es cuantitativamente poco importante, los métodos sensibles de detección de fármacos en estos tejidos tienen importancia forense. FARMACOCINÉTICA CLÍNICA La farmacocinética clínica relaciona los efectos farmacológicos de un fármaco y la concentración del fármaco en un compartimiento corporal accesible (p. ej., en sangre o plasma) a medida que cambian en el tiempo. En la mayor parte de los casos, la concentración del fármaco en sus sitios de acción estará relacionada con la concentración del fármaco en la circulación sistémica (fig. 2–1). El efecto farmacológico resultante puede ser el efecto clínico deseado o un efecto adverso o tóxico. La farmacocinética clínica intenta proporcionar: Una relación cuantitativa entre la dosis y el efecto Un marco dentro del cual interpretar las mediciones de la concentración de fármacos en líquidos biológicos y su ajuste a través de cambios en la dosificación para beneficio del paciente La importancia de la farmacocinética en la atención al paciente se basa en la mejora de la eficacia terapéutica y en la prevención de efectos indeseados que pueden lograrse mediante la aplicación de sus principios cuando se eligen y modifican los regímenes de dosificación. Los siguientes son los cuatro parámetros más importantes que rigen la eliminación de los fármacos: 1. Biodisponibilidad, la fracción de un fármaco absorbida en la circulación sistémica 2. Volumen de distribución, una medida del espacio aparente en el cuerpo disponible para contener el fármaco basado en cuánto se administra en comparación con lo que se encuentra en la circulación sistémica 3. Depuración, una medida de la eficiencia del cuerpo en la eliminación de fármacos de la circulación sistémica 4. Semivida de eliminación (t1/2 de eliminación), una medida de la tasa de eliminación del fármaco de la circulación sistémica Eliminación La depuración es el concepto más importante a considerar al diseñar un régimen racional para la administración de fármacos a largo plazo. El médico por lo general desea mantener las concentraciones de un fármaco en estado de equilibrio dentro de un intervalo terapéutico o rango asociado con eficacia terapéutica y un mínimo de efectos tóxicos para un fármaco determinado. Suponiendo una biodisponibilidad completa, la concentración del fármaco en estado de equilibrio en el cuerpo se logrará cuando la tasa de eliminación del fármaco sea igual a la velocidad de administración del fármaco. Así, Downloaded 20231221 2:2 P Your IP is 138.97.143.28 Page 18 / 39 CAPÍTULO 2: Farmacocinética: la dinámica de la absorción, distribución, metabolismo y eliminación de los fármacos, Iain L. O. Buxton (Ecuación 2–3) Hill. All Rights Reserved. Terms of Use • Privacy Policy • Notice • Accessibility ©2023 McGraw donde CL es la depuración del fármaco de la circulación sistémica (en unidades de volumen/tiempo) y Css es la concentración del fármaco en estado de equilibrio (en unidades de masa/volumen). Cuando se conoce la concentración deseada del fármaco en estado de equilibrio en plasma o sangre, la por lo general desea mantener las concentraciones de un fármaco en estado de equilibrio dentro de un intervalo terapéutico o rango asociado con UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR UES eficacia terapéutica y un mínimo de efectos tóxicos para un fármaco determinado. Suponiendo una biodisponibilidad completa, la concentración del Access Provided by: fármaco en estado de equilibrio en el cuerpo se logrará cuando la tasa de eliminación del fármaco sea igual a la velocidad de administración del fármaco. Así, (Ecuación 2–3) donde CL es la depuración del fármaco de la circulación sistémica (en unidades de volumen/tiempo) y Css es la concentración del fármaco en estado de equilibrio (en unidades de masa/volumen). Cuando se conoce la concentración deseada del fármaco en estado de equilibrio en plasma o sangre, la tasa de depuración del fármaco dictará la frecuencia con la que se tiene que administrar el fármaco. Conocer la depuración de un fármaco es útil porque su valor para un fármaco en particular suele ser constante en el intervalo de las concentraciones que se encuentran en la clínica. Esto es cierto porque las enzimas metabolizadoras y los transportadores por lo general no están saturados; por lo tanto, la tasa absoluta de eliminación del fármaco es en esencia una función lineal de su concentración en el plasma (cinética de primer orden), donde se elimina una fracción constante del fármaco presente en el cuerpo por unidad de tiempo. Si los mecanismos para la eliminación de un determinado fármaco se saturan, la cinética se aproxima al orden cero (el caso del etanol y el difenilhidantoinato en dosis altas), en cuyo caso se elimina una cantidad constante del fármaco por unidad de tiempo. Con la cinética de primer orden, la depuración (CL) variará con la concentración del fármaco (C), a menudo de acuerdo con la ecuación 2–4: (Ecuación 2–4) donde Km representa la concentración a la que se alcanza la mitad de la tasa máxima de eliminación (en unidades de masa/volumen) y νm es igual a la tasa máxima de eliminación (en unidades de masa/tiempo). Por lo tanto, la depuración se obtiene en unidades de volumen eliminado del fármaco/tiempo. Esta ecuación es análoga a la ecuación de MichaelisMenten para la cinética enzimática. La depuración de un fármaco es su tasa de eliminación por todas las vías, normalizada para la concentración del fármaco C en algún líquido biológico donde se puede realizar la medición: (Ecuación 2–5) Por lo tanto, cuando la depuración es constante, la tasa de eliminación de fármacos es directamente proporcional a la concentración del fármaco. La depuración indica el volumen del líquido biológico, como la sangre o el plasma, del que se tendría que retirar completamente el fármaco para tener en cuenta la depuración por unidad de peso corporal (p. ej., mL/min/kg). La depuración se puede definir más a fondo como depuración de sangre CLb, depuración de plasma CLp o depuración basado en la concentración de fármaco no unido a proteínas CLu, dependiendo de la medición realizada (Cb, Cp o Cu). La depuración del fármaco por varios órganos es aditiva. La eliminación del fármaco de la circulación sistémica puede ocurrir como resultado de procesos que ocurren en el riñón, hígado y en otros órganos. La división de la tasa de eliminación por cada órgano por una concentración de fármaco (p. ej., concentración plasmática) dará la depuración respectiva para ese órgano. En conjunto, estas mediciones independientes de la depuración equivaldrán a la depuración sistémica: (Ecuación 2–6) Cualquier alteración significativa en la función renal o hepática puede ocasionar una disminución de la depuración para aquellos fármacos con un depuración renal o hepática alta. La depuración sistémica se puede determinar en estado de equilibrio mediante la ecuación 2–3. Para una dosis única de un fármaco con biodisponibilidad de 1 y cinética de eliminación de primer orden, la depuración sistémica puede determinarse a partir del equilibrio de masas y la integración de la ecuación 2–5 con el tiempo: (Ecuación 2–7) El área bajo la curva (AUC) total describe la concentración medida del fármaco en la circulación sistémica en función del tiempo (de cero a infinito), como en la figura 2–10, imagen A. Ejemplos de depuración La depuración plasmática del antibiótico cefalexina es de 4.3 mL/min/kg; 90% del fármaco se excreta sin cambios en la orina. Para un varón de 70 kg, la Downloaded 20231221 2:2deP301 Your IP is 138.97.143.28 depuración plasmática sería mL/min y la depuración renal representa 90% de esta eliminación. En otras palabras, el riñón es capaz de excretar Page 19 / 39 CAPÍTULO 2: Farmacocinética: la dinámica deextrae la absorción, distribución, metabolismo y eliminación fármacos, Iain L. O. Buxton cefalexina a una velocidad tal que el fármaco se por completo (se elimina) de alrededor de 270 mLde delos plasma cada minuto (depuración renal = ©2023 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use • Privacy Policy • Notice • Accessibility 90% de la depuración total). Debido a que por lo general se asume que la depuración permanece constante en un paciente estable desde el punto de vista médico (p. ej., no hay disminución aguda de la función renal), la tasa de eliminación de la cefalexina dependerá de la concentración del fármaco El área bajo la curva (AUC) total describe la concentración medida del fármaco en la circulación sistémica en función del tiempo (de cero a infinito), UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR UES como en la figura 2–10, imagen A. Access Provided by: Ejemplos de depuración La depuración plasmática del antibiótico cefalexina es de 4.3 mL/min/kg; 90% del fármaco se excreta sin cambios en la orina. Para un varón de 70 kg, la depuración plasmática sería de 301 mL/min y la depuración renal representa 90% de esta eliminación. En otras palabras, el riñón es capaz de excretar cefalexina a una velocidad tal que el fármaco se extrae por completo (se elimina) de alrededor de 270 mL de plasma cada minuto (depuración renal = 90% de la depuración total). Debido a que por lo general se asume que la depuración permanece constante en un paciente estable desde el punto de vista médico (p. ej., no hay disminución aguda de la función renal), la tasa de eliminación de la cefalexina dependerá de la concentración del fármaco en el plasma (ecuación 2–5). El antagonista del receptor βadrenérgico propranolol se elimina de la sangre a una velocidad de 16 mL/min/kg (o 1 600 mL/min en un varón de 100 kg), casi exclusivamente por vía hepática. Así, el hígado puede eliminar la cantidad de propranolol contenida en 1 600 mL de sangre en 1 min, casi igual que el flujo sanguíneo hepático total (cuadro 2–2). De hecho, la depuración plasmática de algunos fármacos excede la tasa de flujo sanguíneo a este órgano. A menudo, esto es así porque el fármaco se reparte con facilidad dentro y fuera de los eritrocitos (RBC) y la velocidad con la que se entrega el fármaco al órgano que lo eliminará es considerablemente más elevada de lo esperado con base en las concentraciones plasmáticas. La relación entre la depuración plasmática (Clp) y la depuración sanguínea (Clb; todos los componentes de la sangre) en estado de equilibrio está dada por (Ecuación 2–8) Por lo tanto, la depuración sanguínea puede estimarse al dividir la depuración plasmática entre la relación de concentración en sangre/plasma del fármaco, obtenida a partir del conocimiento del hematocrito (H = 0.45) y la relación de concentración de eritrocitos/plasma. En la mayor parte de los casos, la depuración sanguínea será menor que el flujo sanguíneo hepático (1.5 a 1.7 L/min) o, si la excreción renal está involucrada, la suma de los flujos de sangre a cada órgano que participa en la eliminación. Por ejemplo, la depuración plasmática del inmunomodulador tacrolimús es de casi 2 L/min, más del doble de la tasa de flujo plasmático hepático, e incluso excede el flujo sanguíneo del órgano a pesar de que el hígado es el sitio predominante del metabolismo extenso de este fármaco. Sin embargo, después de tener en cuenta la extensa distribución de tacrolimús en los eritrocitos, su eliminación de la sangre es de solo unos 63 mL/min y en realidad es un fármaco con un depuración bastante baja, no es un producto de depuración alta, como podría esperarse si se considera solo el valor de la depuración plasmática. La depuración de la sangre por metabolismo puede exceder el flujo sanguíneo del hígado, lo que indica el metabolismo extrahepático. En el caso del antagonista del receptor β1 esmolol, el valor de la depuración sanguínea (11.9 L/min) es mayor que el gasto cardiaco (casi 5.5 L/min) porque el fármaco se metaboliza eficazmente por acción de las esterasas presentes en los eritrocitos. Una nueva definición de depuración es útil para comprender los efectos de las variables patológicas y fisiológicas sobre la eliminación de fármacos, en particular con respecto a un órgano individual. La tasa de presentación del fármaco al órgano es el producto del flujo sanguíneo Q y la concentración arterial del fármaco CA y la tasa de salida del fármaco del órgano es el producto del flujo sanguíneo y la concentración venosa del fármaco CV. La diferencia entre estas tasas en estado de equilibrio es la tasa de eliminación de fármacos por ese órgano: (Ecuación 2–9) Al dividir la ecuación 2–8 entre la concentración de un fármaco que entra en el órgano que llevará a cabo la eliminación, CA, se produce una expresión para la depuración del fármaco por el órgano en cuestión: (Ecuación 2–10) La expresión (CA – CV)/CA en la ecuación 2–10 puede denominarse la relación de extracción E del fármaco. Aunque no se emplean en la práctica médica general, los cálculos de la proporción o proporciones de extracción de un fármaco son útiles para modelar los efectos de la enfermedad de un determinado órgano metabolizador en la depuración y para el diseño de las propiedades terapéuticas ideales de los fármacos en desarrollo. Depuración hepática (C LH ) Para un fármaco que se elimina eficientemente de la sangre mediante procesamiento hepático (metabolismo o excreción de fármaco en la bilis), la concentración del fármaco en la sangre que sale del hígado será baja, la proporción de extracción se acercará a la unidad y la depuración del fármaco de la sangre se20231221 verá limitado flujo hepático (800 a 1 500 mL/min). Los fármacos que son eliminados eficientemente por el hígado (p. Downloaded 2:2por P el Your IPsanguíneo is 138.97.143.28 Page 20 39 CAPÍTULO 2: Farmacocinética: la dinámica de la absorción,como distribución, metabolismo eliminación de losyfármacos, Iain L. O.restringidas Buxton ej., los fármacos con depuraciones sistémicas > 6 mL/min/kg, diltiazem , imipramina,ylidocaína, morfina propranolol ) están en/su ©2023 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use • Privacy Policy • Notice • Accessibility tasa de eliminación no por procesos intrahepáticos, sino por la velocidad a la que pueden ser transportados en la sangre hacia el hígado. Los modelos farmacocinéticos indican que cuando la capacidad del órgano para metabolizar y eliminar el fármaco es grande en comparación con la determinado órgano metabolizador en la depuración y para el diseño de las propiedades terapéuticas ideales de los fármacos en desarrollo. UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR UES Depuración hepática (C LH ) Access Provided by: Para un fármaco que se elimina eficientemente de la sangre mediante procesamiento hepático (metabolismo o excreción de fármaco en la bilis), la concentración del fármaco en la sangre que sale del hígado será baja, la proporción de extracción se acercará a la unidad y la depuración del fármaco de la sangre se verá limitado por el flujo sanguíneo hepático (800 a 1 500 mL/min). Los fármacos que son eliminados eficientemente por el hígado (p. ej., los fármacos con depuraciones sistémicas > 6 mL/min/kg, como diltiazem, imipramina, lidocaína, morfina y propranolol) están restringidas en su tasa de eliminación no por procesos intrahepáticos, sino por la velocidad a la que pueden ser transportados en la sangre hacia el hígado. Los modelos farmacocinéticos indican que cuando la capacidad del órgano para metabolizar y eliminar el fármaco es grande en comparación con la tasa de presentación del fármaco al órgano, la depuración se aproximará al flujo sanguíneo del órgano. Por el contrario, cuando la capacidad de metabolización del fármaco es pequeña en comparación con la tasa de presentación del fármaco, la depuración será proporcional a la fracción del fármaco en sangre no unido a proteínas (funb) y al depuración intrínseca del fármaco (CLint), donde la depuración intrínseca representa la unión del fármaco a los componentes de la sangre y los tejidos o la capacidad intrínseca del hígado para eliminar un fármaco en ausencia de limitaciones impuestas por el flujo sanguíneo (Guner y Bowen, 2013). Por lo tanto, la depuración hepática será: (Ecuación 2–11) Depuración renal La depuración renal de un fármaco ocasiona su aparición en la orina. Al considerar la depuración de un fármaco a través del riñón, se debe tomar en cuenta la filtración glomerular, la secreción, reabsorción y el flujo sanguíneo glomerular (fig. 2–5). La tasa de filtración de un fármaco depende del volumen de líquido que se filtra en el glomérulo y de la concentración de fármaco no unido a proteínas en plasma (porque el fármaco unido a proteínas no se filtra). La tasa de secreción del fármaco en el líquido tubular es el factor más importante para determinar la excreción renal. La secreción dependerá de los transportadores involucrados en la secreción activa, que se verán afectados por la unión del fármaco a las proteínas plasmáticas, el grado de saturación de estos transportadores, la velocidad de suministro del fármaco al sitio de su excreción y la presencia de fármacos que puedan competir por estos transportadores. Además, se deben considerar los procesos de reabsorción de fármacos del líquido tubular de vuelta al torrente sanguíneo, como ocurre con el ácido úrico. La depuración renal se verá afectada por los cambios en la unión de proteínas, el flujo sanguíneo y el estado funcional de las nefronas. El ácido acetilsalicílico demuestra la interacción entre la absorción renal y la secreción. Este fármaco tiene un efecto bimodal en el manejo renal del ácido úrico: las dosis altas de ácido acetilsalicílico (> 3 g/día) son uricosúricas (tal vez mediante el bloqueo de la reabsorción de ácido úrico), mientras que las dosis bajas (1 a 2 g/día) causan retención de ácido úrico (quizá a través de la inhibición de la secreción de ácido úrico). El ácido acetilsalicílico en dosis bajas, que está indicada para la profilaxis de eventos cardiovasculares, puede causar cambios en la función renal y el tratamiento del ácido úrico en adultos mayores. Distribución Volumen de distribución El volumen de distribución V relaciona la cantidad de fármaco en el cuerpo con la concentración de fármaco C en la sangre o el plasma, dependiendo del líquido medido. Este volumen no necesariamente se refiere a un volumen fisiológico identificable, sino al volumen de líquido que se necesitaría para contener todo el fármaco en el cuerpo a la misma concentración medida en la sangre o el plasma: o (Ecuación 2–12) Considérese a V como un volumen imaginario porque el valor V para muchos fármacos excede el volumen conocido de todos los compartimientos corporales (Recuadro 2–1). Por ejemplo, el valor de V para el antipalúdico cloroquina, un fármaco muy lipófilo, es de casi 15 000 L, mientras que el volumen de agua corporal total es de casi 42 L en un varón de 70 kg. El beneficio de determinar V es entender la distribución del fármaco al cuerpo lejos del torrente sanguíneo como una indicación de su distribución a los sitios de acción. Downloaded 20231221 2:2 P Your IP is 138.97.143.28 RECUADRO2: 2–1 ¿Los valores de la V son mayores que cualquierdistribución, volumen fisiológico? Page 21 / 39 CAPÍTULO Farmacocinética: dinámica de la absorción, metabolismo y eliminación de los fármacos, Iain L. O. Buxton ©2023 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use • Privacy Policy • Notice • Accessibility Para muchos fármacos, la ecuación 2–12 proporcionará valores V que excedan cualquier volumen fisiológico. Por ejemplo, si 500 mcg del glucósido cardiaco digoxina se añaden al cuerpo de un sujeto de 70 kg, se observaría una concentración plasmática de casi 0.75 ng/mL. Al dividir la cantidad (Ecuación 2–12) Considérese a V como un volumen imaginario porque el valor V para muchos fármacos excede el volumen conocido de todosDE losEL compartimientos UNIVERSIDAD SALVADOR UES corporales (Recuadro 2–1). Por ejemplo, el valor de V para el antipalúdico cloroquina, un fármaco muy lipófilo, es de casi 15 000 L, mientras que el Access Provided by: volumen de agua corporal total es de casi 42 L en un varón de 70 kg. El beneficio de determinar V es entender la distribución del fármaco al cuerpo lejos del torrente sanguíneo como una indicación de su distribución a los sitios de acción. RECUADRO 2–1 ¿Los valores de V son mayores que cualquier volumen fisiológico? Para muchos fármacos, la ecuación 2–12 proporcionará valores V que excedan cualquier volumen fisiológico. Por ejemplo, si 500 mcg del glucósido cardiaco digoxina se añaden al cuerpo de un sujeto de 70 kg, se observaría una concentración plasmática de casi 0.75 ng/mL. Al dividir la cantidad de fármaco en el cuerpo entre la concentración plasmática, se obtiene un volumen de distribución de digoxina de casi 667 L o un valor de aproximadamente 15 veces mayor que el volumen total del cuerpo de un varón de 70 kg. De hecho, la digoxina se distribuye en forma preferente al músculo y al tejido adiposo y se une a sus receptores específicos, la Na+/K+ATPasa, dejando una cantidad muy pequeña de fármaco en el plasma a medir. Por lo tanto, el volumen de distribución de un fármaco puede reflejar la medida en que está presente en los tejidos extravasculares y no en el plasma. Por el contrario, un valor pequeño para V puede indicar la permanencia del fármaco en el torrente sanguíneo deseable en el tratamiento de las leucemias. Muchas preparaciones de fármacos más recientes encapsulan uno o más fármacos en liposomas o nanopartículas diseñadas para regular la distribución de los fármacos (Filipczak et al., 2020). Por lo tanto, V puede variar ampliamente dependiendo de los grados relativos de unión a los sitios receptores de alta afinidad, proteínas plasmáticas e hísticas, el coeficiente de reparto del fármaco en la grasa, la acumulación en tejidos poco perfundidos y estrategias diseñadas como la encapsulación. El volumen de distribución de un fármaco determinado puede variar según la edad, el sexo, la composición corporal y la presencia de enfermedades en el paciente. Por ejemplo, el agua corporal total de los niños < 1 año es de 75% a 80% del peso corporal, mientras que la de los varones adultos es de 60% y en mujeres de 55%. En el caso de los fármacos que se unen ampliamente a las proteínas plasmáticas pero que no se unen a los componentes del tejido, el volumen de distribución se acercará al volumen plasmático, ya que el fármaco unido a las proteínas plasmáticas es mensurable en el análisis de medición para la mayor parte de los fármacos. Por el contrario, ciertos fármacos tienen altos volúmenes de distribución, aunque la mayor parte de los fármacos en la circulación están ligados a la albúmina porque estos fármacos se secuestran en otras partes del cuerpo. El volumen de distribución definido en la ecuación 2–12 considera el cuerpo como un único compartimiento homogéneo. En este modelo de un solo compartimiento, toda la administración de fármacos se produce directamente en el compartimiento central y la distribución del fármaco es instantánea en todo el volumen V. La depuración del fármaco de este compartimiento sigue una cinética de primer orden, como se define en la ecuación 2–5; es decir, la cantidad de un fármaco eliminada por unidad de tiempo depende de la cantidad (concentración) de un fármaco en el compartimiento corporal en ese momento. La figura 2–6A y la ecuación 2–9 describen la disminución de la concentración plasmática con el tiempo para un fármaco introducido en este compartimiento central: Figura 2–6 Curvas de concentración plasmática/tiempo tras la administración IV de un fármaco (500 mg) a un paciente de 70 kg. A . Las concentraciones de fármacos se miden en plasma a intervalos de 2 h tras su administración. El gráfico semilogarítmico de la concentración plasmática Cp en comparación con el tiempo sugiere que el fármaco se elimina de un solo compartimiento siguiendo una cinética de primer orden (ecuación 2–13) con una t1/2 de 4 h (k = 0.693/t1/2 = 0.173 h1). El volumen de la distribución V podrá determinarse a partir del valor de Cp obtenido por extrapolación al tiempo cero. El volumen de distribución (véase la ecuación 2–12) para el modelo de un compartimiento es de 31.3 L, o 0.45 L/kg (V = dosis/C0p). La holgura para este fármaco es de 90 mL/min; para un modelo de un compartimiento, CL=kV. B . Muestreo antes de las 2 h indica que el fármaco sigue la cinética multiexponencial. La disposición del terminal t1/2 es de 4 h, el espacio libre es de 84 mL/min (consulte la ecuación 2–7) y Vss es de 26.8 L (consulte la ecuación 2–14). El volumen de distribución inicial o “central” del fármaco (V = dosis/C0p) es de 16.1 L. El ejemplo indica que la cinética de múltiples compartimientos puede pasarse por alto cuando se omite el muestreo en etapas tempranas. En este caso particular, solo hay un error de 10% en la estimación de eliminación cuando se desconocen las características de múltiples compartimientos. Para muchos fármacos, la cinética de múltiples compartimientos puede observarse durante períodos de tiempo significativos y si no se tiene en cuenta la fase de distribución, se pueden producir errores significativos en las estimaciones de depuración y en las predicciones de dosis adecuadas. Downloaded 20231221 2:2 P Your IP is 138.97.143.28 Page 22 / 39 CAPÍTULO 2: Farmacocinética: la dinámica de la absorción, distribución, metabolismo y eliminación de los fármacos, Iain L. O. Buxton ©2023 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use • Privacy Policy • Notice • Accessibility compartimientos puede pasarse por alto cuando se omite el muestreo en etapas tempranas. En este caso particular, solo hay un error de 10% en la UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR UES estimación de eliminación cuando se desconocen las características de múltiples compartimientos. Para muchos fármacos, la cinética de múltiples Access Provided by: compartimientos puede observarse durante períodos de tiempo significativos y si no se tiene en cuenta la fase de distribución, se pueden producir errores significativos en las estimaciones de depuración y en las predicciones de dosis adecuadas. (Ecuación 2–13) donde k es la constante de velocidad de eliminación que refleja la fracción de fármaco extraída del compartimiento por unidad de tiempo. Esta constante de velocidad tiene relación inversamente proporcional con la t1/2 del fármaco [kt1/2 = ln 2 = 0.693]. El modelo idealizado de un compartimiento no describe la concentración plasmática todo el tiempo. Ciertos reservorios de tejido pueden diferenciarse del compartimiento central y la concentración de fármaco parece disminuir de una manera que puede describirse mediante múltiples términos exponenciales (fig. 2–6B). Tasas de distribución En muchos casos, todos los grupos de tejidos con relaciones similares de perfusión/reparto se equilibran básicamente a la misma velocidad, de forma que solo se observa una fase aparente de distribución (disminución inicial rápida de la concentración de fármaco inyectado por vía IV, como se observa en la fig. 2–6B). En esencia, el fármaco comienza en un volumen “central” (fig. 2–1), que consiste en depósitos en plasma y tejidos que alcanzan un estado de equilibrio con rapidez y luego se distribuye a un volumen “final”, en cuyo punto las concentraciones plasmáticas disminuyen en forma lineal logarítmica a una velocidad constante k (fig. 2–6B). El modelo de múltiples compartimientos para la eliminación de un fármaco se puede considerar como si la sangre y los órganos magros muy perfundidos tales como corazón, cerebro, hígado, pulmón y riñones se agruparan como un solo compartimiento central, mientras que los tejidos perfundidos más con lentitud tales como músculo, piel, grasa y hueso se comportan como el compartimiento final (compartimiento hístico). Si el flujo sanguíneo a ciertos tejidos cambia en un individuo, las tasas de distribución de fármacos a estos tejidos también cambiarán. Los cambios en el flujo sanguíneo pueden hacer que algunos tejidos que originalmente se encontraban en el volumen “central” se equilibren con lentitud suficiente, por lo que solo aparecen en el volumen “final”. Esto significa que los volúmenes centrales parecerán variar con los estados patológicos que causan alteración del flujo sanguíneo regional (como se observa en pacientes con cirrosis hepática). Después de una dosis en bolo IV, las concentraciones de fármacos en plasma pueden ser más altas en individuos con mala perfusión (p. ej., estado de choque) en comparación con individuos con mejor perfusión. Estas concentraciones sistémicas más altas pueden a su vez causar concentraciones más altas (y mayores efectos) en tejidos como el cerebro y el corazón, cuya perfusión por lo general alta no se ha reducido. Por lo tanto, el efecto de un fármaco en varios sitios de acción puede variar dependiendo de la perfusión de estos sitios. Volúmenes de múltiples compartimientos En la cinética de múltiples compartimientos, un término del volumen de distribución es útil en especial cuando se va a determinar el efecto de los estados patológicos sobre la farmacocinética. El volumen de distribución en estado de equilibrio Vss representa el volumen en el que un fármaco parece estar distribuido en estado de equilibrio si el fármaco estuviera presente en ese volumen a la misma concentración que en el líquido medido (plasma o sangre). El Vss también puede apreciarse como se muestra en la ecuación 2–14, donde VC es el volumen de distribución del fármaco en el compartimiento central y VT es el término de volumen del fármaco en el compartimiento de tejidos: (Ecuación 2–14) Downloaded 20231221 2:2 P Your IP is 138.97.143.28 Concentración en estado ladedinámica equilibrio Page 23 / 39 CAPÍTULO 2: Farmacocinética: de la absorción, distribución, metabolismo y eliminación de los fármacos, Iain L. O. Buxton ©2023 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use • Privacy Policy • Notice • Accessibility La ecuación 2–3 (tasa de dosificación = CL · Css) indica que finalmente se logrará una concentración en estado de equilibrio cuando se administre un fármaco a una velocidad constante. En este punto, la eliminación de fármacos (el producto de la depuración y la concentración; ecuación 2–5) igualará ss C compartimiento central y VT es el término de volumen del fármaco en el compartimiento de tejidos: UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR UES Access Provided by: (Ecuación 2–14) Concentración en estado de equilibrio La ecuación 2–3 (tasa de dosificación = CL · Css) indica que finalmente se logrará una concentración en estado de equilibrio cuando se administre un fármaco a una velocidad constante. En este punto, la eliminación de fármacos (el producto de la depuración y la concentración; ecuación 2–5) igualará la tasa de disponibilidad de fármacos. Este concepto también se extiende a la dosificación intermitente regular (p. ej., 250 mg de fármaco cada 8 h). Durante cada intervalo entre dosis, la concentración de fármaco aumenta con la absorción y disminuye con la eliminación. En estado de equilibrio, todo el ciclo se repite de forma idéntica en cada intervalo (fig. 2–7). La ecuación 2–3 todavía se aplica a la dosificación intermitente, pero describe la concentración media de fármacos en estado de equilibrio durante un intervalo entre las dosis. Obsérvese la ampliación de esta idea para calcular la Css durante la administración en goteo continuo de fármacos IV, como se explica en la leyenda de la figura 2–7. Figura 2–7 Relaciones farmacocinéticas fundamentales para la administración repetida de fármacos. La línea roja representa patrón de acumulación de fármacos durante la administración repetida de un fármaco a intervalos iguales en su semivida de eliminación. Con la absorción instantánea, cada dosis añadiría 1 unidad de concentración a Cp al momento de la administración y, a continuación, la mitad de esa cantidad se eliminaría antes de la administración de la siguiente dosis, lo que daría lugar a la oscilación de Cp entre 1 y 2 después de cuatro o cinco semividas de eliminación. Sin embargo, esta simulación más realista utiliza una tasa de absorción de fármacos que no es instantánea, pero es 10 veces más rápida que la eliminación; el fármaco se elimina a lo largo del proceso de absorción, lo que hace que después de cada dosis se alcance el nivel máximo en sangre. Con la administración repetida, la Cp alcanza un estado de equilibrio, oscilando alrededor de la línea azul en 1.5 unidades. La línea azul muestra el patrón durante la administración de la dosis equivalente mediante goteo IV continuo. Las curvas se basan en el modelo de un compartimiento. La concentración media del fármaco en estado de equilibrio Css es: donde la tasa de dosificación es la dosis por intervalo de tiempo y es dosis/T, F es la biodisponibilidad fraccionada y CL representa la depuración. Obsérvese que la sustitución de la velocidad de administración por goteo para [F ⋅ dosis/T] proporciona la concentración en estado de equilibrio durante la administración en goteo intravenoso continuo (F = 1 con la administración intravenosa). Semivida Downloaded 20231221 2:2 P Your IP is 138.97.143.28 Page 24 / 39 CAPÍTULO 2: Farmacocinética: la dinámica de la absorción, distribución, metabolismo y eliminación de los fármacos, Iain L. O. Buxton ©2023 McGraw Hill. Alltarda Rights Terms of Use del • Privacy Policy • Notice en • Accessibility La t1/2 es el tiempo que la Reserved. concentración plasmática fármaco en reducirse 50%. Para el modelo de un compartimiento que se muestra en la figura 2–6A, la t1/2 puede determinarse con facilidad mediante la inspección de los datos y utilizarse para tomar decisiones sobre la dosis del fármaco. UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR UES Access Provided by: Semivida La t1/2 es el tiempo que tarda la concentración plasmática del fármaco en reducirse en 50%. Para el modelo de un compartimiento que se muestra en la figura 2–6A, la t1/2 puede determinarse con facilidad mediante la inspección de los datos y utilizarse para tomar decisiones sobre la dosis del fármaco. Sin embargo, como se indica en la figura 2–6B, las concentraciones de fármacos en plasma suelen seguir un patrón de disminución de múltiples componentes. Semivida, volumen de distribución y eliminación Al utilizar la farmacocinética para calcular la dosis de fármacos en la enfermedad, tenga en cuenta que la t1/2 cambia en función de la depuración y del volumen de distribución: (Ecuación 2–15) Esta t1/2 refleja la disminución de las concentraciones sistémicas de fármacos durante un intervalo de dosificación en estado de equilibrio, como se muestra en la figura 2–7. Semivida terminal Con una dosificación prolongada (o con altas concentraciones de fármacos), un fármaco puede penetrar más allá del compartimiento central en compartimentos corporales “profundos” o secundarios que se equilibran con lentitud con el plasma. Cuando se detiene la dosificación, el fármaco se eliminará inicialmente del plasma, como sería de esperarse. Entonces la concentración disminuirá a un punto en el cual comienza la difusión neta de los compartimientos secundarios y este equilibrio lento producirá una prolongación de la semivida del fármaco, conocida como la semivida terminal. Comparación de la t1/2 terminal con la t1/2 en estado de equilibrio Ejemplos de fármacos con diferencias marcadas en la t1/2 terminal en comparación con la t1/2 en estado de equilibrio incluyen la gentamicina y la indometacina. La gentamicina tiene una t1/2 de 2 a 3 h después de una sola administración, pero una t1/2 terminal de 53 h porque el fármaco se acumula en espacios como el parénquima renal (donde esta acumulación puede ocasionar efectos tóxicos). La circulación enterohepática probablemente causa el valor terminal de 120 h de la indometacina (en comparación con el valor en estado de equilibrio de 2.4 h). Los anestésicos IV ofrecen un buen ejemplo; muchos tienen semividas sensibles a la situación clínica; estos fármacos, con semividas cortas después de dosis IV únicas, muestran semividas más largas en proporción con la duración de la exposición cuando se usan en la anestesia de mantenimiento (fig. 21–2). La depuración es la medición de la capacidad del organismo para eliminar un fármaco. Así pues, a medida que disminuye la depuración, debido a un proceso patológico, por ejemplo, la t1/2 aumentará mientras el volumen de distribución permanezca inalterado. Alternativamente, el volumen de distribución puede cambiar, pero la depuración permanece constante o ambas pueden cambiar. Por ejemplo, la t1/2 del diazepam aumenta con la edad; sin embargo, esto no refleja un cambio en la depuración, más bien un cambio en el volumen de distribución. Del mismo modo, los cambios en la unión de un fármaco a proteínas (p. ej., hipoalbuminemia) pueden afectar su depuración así como su volumen de distribución, lo que conduce a cambios impredecibles en la t1/2 en función de la enfermedad. La t1/2 definida en la ecuación 2–15 proporciona una aproximación del tiempo necesario para alcanzar el estado de equilibrio después de que se inicie o se cambie un régimen de dosificación (p. ej., cuatro semividas para alcanzar casi 94% de un nuevo estado de equilibrio). Extensión y tasa de absorción Biodisponibilidad Es importante distinguir entre la cantidad de fármaco que se administra y la cantidad de fármaco que finalmente alcanza la circulación sistémica. La disolución y absorción del fármaco puede ser incompleta; algún fármaco puede destruirse antes de entrar a la circulación sistémica, en especial por el metabolismo hepático de primer paso. El efecto de primer paso es extenso para muchos fármacos orales que entran en la vena porta y pasan directamente al hígado. La fracción de una dosis F que se absorbe y escapa de la eliminación de primer paso mide la biodisponibilidad del fármaco; Downloaded 2:2 P2–2). Your IP is 138.97.143.28 por lo tanto, 020231221 < F ≤ 1 (ecuación Page 25 / 39 CAPÍTULO 2: Farmacocinética: la dinámica de la absorción, distribución, metabolismo y eliminación de los fármacos, Iain L. O. Buxton ©2023 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use • Privacy Policy • Notice • Accessibility En el caso de algunos fármacos, el metabolismo extenso de primer paso impide su uso como fármaco oral (p. ej., lidocaína, naloxona), mientras que otros fármacos, aunque pueden administrarse por VO, deben administrarse por medios que eviten el metabolismo hepático (p. ej., trinitrato de Biodisponibilidad UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR UES Access Provided by:la circulación sistémica. La Es importante distinguir entre la cantidad de fármaco que se administra y la cantidad de fármaco que finalmente alcanza disolución y absorción del fármaco puede ser incompleta; algún fármaco puede destruirse antes de entrar a la circulación sistémica, en especial por el metabolismo hepático de primer paso. El efecto de primer paso es extenso para muchos fármacos orales que entran en la vena porta y pasan directamente al hígado. La fracción de una dosis F que se absorbe y escapa de la eliminación de primer paso mide la biodisponibilidad del fármaco; por lo tanto, 0 < F ≤ 1 (ecuación 2–2). En el caso de algunos fármacos, el metabolismo extenso de primer paso impide su uso como fármaco oral (p. ej., lidocaína, naloxona), mientras que otros fármacos, aunque pueden administrarse por VO, deben administrarse por medios que eviten el metabolismo hepático (p. ej., trinitrato de glicerilo) o puede administrarse tomando en consideración el gran efecto de primer paso (p. ej., propranolol). Para otros fármacos, el grado de absorción puede ser muy bajo, reduciendo así la biodisponibilidad. Cuando los fármacos se administran por una vía sujeta a una eliminación significativa de primer paso o a una absorción incompleta, las ecuaciones presentadas con anterioridad que contienen los términos dosis o tasa de dosificación (véanse las ecuaciones 2–3, 2–7 y 2–13) también debe incluir el término de biodisponibilidad F de forma que se utilice la dosis o la tasa de dosificación disponibles (Recuadro 2–2). Por ejemplo, la ecuación 2–2 se modifica a (Ecuación 2–16) donde el valor de F se encuentra entre 0 y 0.85. RECUADRO 2–2. A pesar de la mala absorción, algunos fármacos con baja biodisponibilidad son eficaces por VO El valor de F varía ampliamente para los fármacos administrados por VO y aún se puede lograr un tratamiento exitoso para algunos fármacos con valores de F tan bajos como 0.03 (p. ej., etidronato y aliskiren). El aliskiren es el primer inhibidor directo de renina que se administra por VO, aprobado para el tratamiento de la hipertensión; su biodisponibilidad es de 2.6%. El etidronato, un bisfosfonato utilizado para estabilizar la matriz ósea en el tratamiento de la enfermedad de Paget y la osteoporosis, tiene una biodisponibilidad igualmente baja de 0.03, lo que significa que solo 3% del fármaco aparece en el torrente sanguíneo después de la administración VO. En estos casos, el tratamiento VO sigue siendo útil, aunque la dosis administrada del fármaco por kilogramo sea mayor que la que necesaria por vía parenteral. Tasa de absorción La tasa de absorción puede ser importante con un fármaco administrado como una sola dosis, como un fármaco que induce el sueño y que debe actuar en un intervalo de tiempo razonable y lograr concentraciones efectivas en sangre que se mantiene durante un tiempo adecuado. Sin embargo, con la dosificación periódica y repetida, en términos generales no influye la tasa de absorción del fármaco en la concentración media del fármaco en plasma en estado de equilibrio, siempre que el fármaco sea estable antes de ser absorbido; sin embargo, la tasa de absorción puede seguir influyendo en la farmacoterapia. Si un fármaco se absorbe con rapidez (p. ej., una dosis administrada como un bolo IV) y tiene un pequeño volumen “central”, la concentración del fármaco inicialmente será alta. Luego disminuirá a medida que el fármaco se distribuye a su volumen “final” (más grande) (fig. 2– 6B). Si el mismo fármaco se absorbe con mayor lentitud (p. ej., por administración en goteo lento), se distribuirá una cantidad significativa del fármaco mientras se administra y las concentraciones máximas serán más bajas y ocurrirán en etapa tardía. Las preparaciones orales de liberación controlada están diseñadas para proporcionar una tasa de absorción lenta y sostenida para producir fluctuaciones más pequeñas en el perfil de tiempo de concentración plasmática durante el intervalo de dosificación en comparación con formulaciones de liberación más inmediata. Debido a que los efectos beneficiosos y no tóxicos de los fármacos se basan en el conocimiento del intervalo ideal o deseado de concentración plasmática, mantener ese intervalo al tiempo que se evitan grandes oscilaciones entre las concentraciones máxima y mínima puede mejorar el resultado terapéutico. Farmacocinética no lineal La falta de linealidad en la farmacocinética (cambios en parámetros como la depuración, el volumen de distribución y la t1/2 en función de la dosis o la concentración del fármaco) suele estar causada por la saturación de la unión a proteínas, el metabolismo hepático o el transporte renal activo del fármaco. Unión saturable a proteínas A medida que aumenta la concentración molar de las moléculas de fármacos pequeños, la fracción no ligada finalmente también debe aumentar (a medida que todos los sitios2:2 dePunión cuando las concentraciones de fármacos en plasma están en el intervalo de decenas a cientos de Downloaded 20231221 YourseIPsaturan is 138.97.143.28 Page microgramos2:por mililitro). En el caso de un fármaco metabolizado por el hígado con una relación de depuraciónextracción baja, la 26 / 39 CAPÍTULO Farmacocinética: la dinámica de la absorción, distribución, metabolismo y eliminación de los fármacos, Iainintrínseca L. O. Buxton ©2023 McGraw Hill. Allplasmática Rights Reserved. of Useque • Privacy • Notice • Accessibility saturación de la unión a proteínaTerms ocasionará tanto VPolicy como CL aumenten a medida que aumenten las concentraciones de fármacos; t1/2 puede permanecer constante (ecuación 2–15). Para tal fármaco, Css no aumentará linealmente a medida que aumente la velocidad de administración concentración del fármaco) suele estar causada por la saturación de la unión a proteínas, el metabolismo hepático o el transporte renal activo del fármaco. UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR UES Unión saturable a proteínas Access Provided by: A medida que aumenta la concentración molar de las moléculas de fármacos pequeños, la fracción no ligada finalmente también debe aumentar (a medida que todos los sitios de unión se saturan cuando las concentraciones de fármacos en plasma están en el intervalo de decenas a cientos de microgramos por mililitro). En el caso de un fármaco metabolizado por el hígado con una relación de depuraciónextracción intrínseca baja, la saturación de la unión plasmática a proteína ocasionará que tanto V como CL aumenten a medida que aumenten las concentraciones de fármacos; t1/2 puede permanecer constante (ecuación 2–15). Para tal fármaco, Css no aumentará linealmente a medida que aumente la velocidad de administración de fármacos. En el caso de fármacos que se eliminan con altas relaciones intrínsecas de eliminación y extracción, Css puede permanecer linealmente proporcional a la tasa de administración de fármacos. En este caso, la depuración hepática no cambiará y el incremento en V aumentará la semivida de eliminación al reducir la fracción del fármaco total en el cuerpo que llega al hígado por unidad de tiempo. La mayor parte de los fármacos se encuentran entre estos dos extremos. Eliminación saturable En el caso de la eliminación saturable, la ecuación de MichaelisMenten (ecuación 2–4) describe por lo general la ausencia de linealidad. Sin duda, todos los procesos activos son saturables, pero parecerán ser lineales si los valores de las concentraciones de los fármacos encontradas en la práctica son iguales o inferiores a Km para ese proceso (Recuadro 2–3). Cuando las concentraciones de fármacos superan la Km, se observa cinética no lineal. El metabolismo saturable hace que el metabolismo oral de primer paso sea menor de lo esperado (mayor biodisponibilidad fraccional), lo que ocasiona un aumento fraccional mayor en Css que el aumento fraccionario correspondiente en la tasa de administración del fármaco; básicamente, la tasa de entrada de fármacos en la circulación sistémica excede la tasa máxima posible de metabolismo de fármacos y la eliminación se convierte en cinética de orden cero. Las principales consecuencias de la saturación del metabolismo o del transporte son las opuestas a las de la saturación de la unión a proteínas. La saturación de la unión a proteínas llevará a un aumento de la depuración porque esta aumenta a medida que se incrementan las concentraciones de fármacos, mientras que la saturación del metabolismo o el transporte puede disminuir la depuración. RECUADRO 2–3 Metabolismo saturable: Difenilhidantoinato: El anticonvulsivo difenilhidantoinato es un fármaco para el cual el metabolismo puede saturarse por concentraciones del fármaco en el intervalo terapéutico. Los factores que contribuyen a esto son la semivida y la depuración variables del difenilhidantoinato; una concentración efectiva que varía puede saturar los mecanismos de depuración, de manera que la Css puede estar saturando los mecanismos de depuración o estar muy por arriba o por debajo de ese valor. La t1/2 de difenilhidantoinato es de 6 a 24 h. Para la depuración, la Km (5 a 10 mg/L) suele estar cerca del extremo inferior del intervalo terapéutico (10 a 20 mg/L). Para algunos individuos, en especial niños pequeños y recién nacidos que reciben tratamiento urgente para convulsiones, Km puede ser tan bajo como 1 mg/L. Consideremos un caso extremo de un adulto de 70 kg en el que la concentración ideal (Css) es de 15 mg/L, Km es de 1 mg/L y la tasa máxima de eliminación, νm (del Apéndice I) es de 5.9 mg/kg por día o 413 mg/día por 70 kg. Al sustituir en la ecuación 2–17: En este caso, la tasa de dosificación está justo por debajo de la capacidad de eliminación. Si la tasa de dosificación varía al alza en 10% (a 387 + 38.7 o casi 426 mg/día), la tasa de dosificación excedería la capacidad de eliminación en 13 mg/día y la Cp de difenilhidantoinato comenzaría un ascenso lento a concentraciones tóxicas a causa de la acumulación. Por el contrario, si la tasa de dosificación varía a la baja en 10% (a 387 – 38.7 o casi 348 mg/día), la Css conseguida sería de 5.4 mg/L, una reducción drástica a un nivel por debajo del intervalo terapéutico. Considérese un Km más común, 8 mg/L, de tal manera que el Css ideal de 15 mg/L esté más lejos de saturar la capacidad de eliminación. En un sujeto de 70 kg (νm = 413 mg/día), estos datos requieren una tasa de dosificación de solo 269 mg/día. Un aumento de esta tasa en 10% (a 296 mg/día) no saturaría la capacidad de eliminación, sino que llevaría a una Css = 20.2 mg/L. Una variación descendente de 10% en la tasa de dosificación (a 242 mg/día) producirá una Css = 11.3 mg/L, una disminución mucho menos drástica que la antes mencionada y aún en el intervalo terapéutico. Puede ser difícil considerar todas las variables, la predicción y el control de la dosis de forma tan precisa (error < 10%). Por lo tanto, para los pacientes en los que la concentración ideal de difenilhidantoinato es ≥ 10 veces superior a la Km, es común alternar entre tratamiento ineficaz y toxicidad, por lo que es esencial una vigilancia estrecha y puede ser apropiado realizar una valoración farmacocinética para establecer o revisar la dosis. Downloaded 20231221 2:2 P Your IP is 138.97.143.28 Page 27 / 39 CAPÍTULO 2: Farmacocinética: la dinámica de la absorción, distribución, metabolismo y eliminación de los fármacos, Iain L. O. Buxton Otros fármacos que muestran saturación del metabolismo en o cerca de las concentraciones comúnmente empleadas incluyen ácido ©2023 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use • Privacy Policy • Notice • Accessibility acetilsalicílico, fluoxetina, verapamilo y etanol. entrada de fármacos en la circulación sistémica excede la tasa máxima posible de metabolismo de fármacos y la eliminación se convierte en cinética de UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR UES orden cero. Las principales consecuencias de la saturación del metabolismo o del transporte son las opuestas a las de la saturación de la unión a Access Provided by: proteínas. La saturación de la unión a proteínas llevará a un aumento de la depuración porque esta aumenta a medida que se incrementan las concentraciones de fármacos, mientras que la saturación del metabolismo o el transporte puede disminuir la depuración. RECUADRO 2–3 Metabolismo saturable: Difenilhidantoinato: El anticonvulsivo difenilhidantoinato es un fármaco para el cual el metabolismo puede saturarse por concentraciones del fármaco en el intervalo terapéutico. Los factores que contribuyen a esto son la semivida y la depuración variables del difenilhidantoinato; una concentración efectiva que varía puede saturar los mecanismos de depuración, de manera que la Css puede estar saturando los mecanismos de depuración o estar muy por arriba o por debajo de ese valor. La t1/2 de difenilhidantoinato es de 6 a 24 h. Para la depuración, la Km (5 a 10 mg/L) suele estar cerca del extremo inferior del intervalo terapéutico (10 a 20 mg/L). Para algunos individuos, en especial niños pequeños y recién nacidos que reciben tratamiento urgente para convulsiones, Km puede ser tan bajo como 1 mg/L. Consideremos un caso extremo de un adulto de 70 kg en el que la concentración ideal (Css) es de 15 mg/L, Km es de 1 mg/L y la tasa máxima de eliminación, νm (del Apéndice I) es de 5.9 mg/kg por día o 413 mg/día por 70 kg. Al sustituir en la ecuación 2–17: En este caso, la tasa de dosificación está justo por debajo de la capacidad de eliminación. Si la tasa de dosificación varía al alza en 10% (a 387 + 38.7 o casi 426 mg/día), la tasa de dosificación excedería la capacidad de eliminación en 13 mg/día y la Cp de difenilhidantoinato comenzaría un ascenso lento a concentraciones tóxicas a causa de la acumulación. Por el contrario, si la tasa de dosificación varía a la baja en 10% (a 387 – 38.7 o casi 348 mg/día), la Css conseguida sería de 5.4 mg/L, una reducción drástica a un nivel por debajo del intervalo terapéutico. Considérese un Km más común, 8 mg/L, de tal manera que el Css ideal de 15 mg/L esté más lejos de saturar la capacidad de eliminación. En un sujeto de 70 kg (νm = 413 mg/día), estos datos requieren una tasa de dosificación de solo 269 mg/día. Un aumento de esta tasa en 10% (a 296 mg/día) no saturaría la capacidad de eliminación, sino que llevaría a una Css = 20.2 mg/L. Una variación descendente de 10% en la tasa de dosificación (a 242 mg/día) producirá una Css = 11.3 mg/L, una disminución mucho menos drástica que la antes mencionada y aún en el intervalo terapéutico. Puede ser difícil considerar todas las variables, la predicción y el control de la dosis de forma tan precisa (error < 10%). Por lo tanto, para los pacientes en los que la concentración ideal de difenilhidantoinato es ≥ 10 veces superior a la Km, es común alternar entre tratamiento ineficaz y toxicidad, por lo que es esencial una vigilancia estrecha y puede ser apropiado realizar una valoración farmacocinética para establecer o revisar la dosis. Otros fármacos que muestran saturación del metabolismo en o cerca de las concentraciones comúnmente empleadas incluyen ácido acetilsalicílico, fluoxetina, verapamilo y etanol. La figura 2–8 presenta curvas hipotéticas que muestran los efectos de la alteración del metabolismo/eliminación en las concentraciones de fármacos plasmáticos en función de la dosificación de fármacos. Figura 2–8 Efecto de la alteración de la eliminación en las concentraciones en estado de equilibrio de un fármaco en el compartimiento central. La línea azul representa el efecto de la dosis sobre el nivel terapéutico de un fármaco administrado una vez al día y eliminado por metabolismo hepático y por excreción renal. Se muestra en color verde el efecto del aumento en la tasa de eliminación, vm, como podría observarse con la administración concurrente de fármacos que inducen el metabolismo (p. ej., difenilhidantoinato, rifampicina). El efecto de un aumento en Km para la eliminación, como podría verse con la administración simultánea de inhibidores de CYP hepático (p. ej., fluconazol, fluoxetina), se muestra en color naranja. La línea roja representa el efecto de la cirrosis hepática, de la insuficiencia renal o de ambas, tal como se puede encontrar en un paciente de edad avanzada. Una t1/2 significativamente prolongada provocaría un rápido desarrollo de toxicidad. Downloaded 20231221 2:2 P Your IP is 138.97.143.28 Page 28 / 39 CAPÍTULO 2: Farmacocinética: la dinámica de la absorción, distribución, metabolismo y eliminación de los fármacos, Iain L. O. Buxton ©2023 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use • Privacy Policy • Notice • Accessibility concurrente de fármacos que inducen el metabolismo (p. ej., difenilhidantoinato, rifampicina). El efecto de un aumento en Km para la eliminación, UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR UES como podría verse con la administración simultánea de inhibidores de CYP hepático (p. ej., fluconazol, fluoxetina), se muestra en color naranja. La Access Provided by: línea roja representa el efecto de la cirrosis hepática, de la insuficiencia renal o de ambas, tal como se puede encontrar en un paciente de edad avanzada. Una t1/2 significativamente prolongada provocaría un rápido desarrollo de toxicidad. El difenilhidantoinato ofrece un buen ejemplo clínico de cómo el metabolismo alterado puede modificar el resultado clínico del tratamiento farmacológico. El difenilhidantoinato es un fármaco antiepiléptico ampliamente utilizado en el tratamiento de la epilepsia focal y el estado epiléptico y es eficaz en el control de las crisis epilépticas focales con y sin la generalización tónicoclónica y en el estado epiléptico (cap. 20). Casi 90% del metabolismo del difenilhidantoinato se lleva a cabo a través de CYP2C9. Los polimorfismos genéticos del CYP2C9 pueden reducir el metabolismo del difenilhidantoinato en 25% a 50% en los pacientes. La distribución de frecuencia de alelos polimorfismos CYP2C9 en pacientes con epilepsia en todo el mundo oscila entre 4.5% y 13.6%, siendo menos frecuente en afroamericanos y asiáticos. El difenilhidantoinato tiene un intervalo terapéutico estrecho y un perfil farmacocinético no lineal. Las alteraciones en el metabolismo del difenilhidantoinato pueden tener implicaciones clínicas significativas que causan efectos adversos frecuentes y más graves que requieren la interrupción del tratamiento, a pesar de la eficacia clínica. En el cuadro 2–3 se resumen algunas de estas alteraciones y en el Recuadro 2–3 se utiliza el ejemplo de difenilhidantoinato para presentar cuestiones que deben considerarse cuando el metabolismo de un fármaco puede ser saturado por las concentraciones plasmáticas de fármacos dentro de un intervalo terapéutico estrecho y el monitoreo y ajuste de la dosis se vuelve crítico. CUADRO 2–3 ENFERMEDADES QUE MODIFICAN EL METABOLISMO DEL DIFENILHIDANTOINATO CYP2C9 ENFERMEDAD O TRASTORNO EJEMPLOS Aumento de Inducción enzimática Administración simultánea de fenobarbital, rifampicina o carbamazepina Cirrosis hepática Disminución de la actividad enzimática: Presencia de cualquiera de los 2 polimorfismos CYP2C9 Vmáx. Disminución de Vmáx Aumento de significativos en la clínica Inhibición competitiva Km Administración simultánea de antidepresivos (p. ej., fluoxetina), antimicrobianos (p. ej., cloranfenicol) u otros, lo que incluye cimetidina Disminución Disminución de la unión a de Km proteínas plasmáticas Hipoalbuminemia, competencia por la unión (p. ej., ácido valproico o salicilatos) Km, a la cual tasa de metabolismo [del fármaco] = 50% de Vmáx; Vmáx, tasa máxima de metabolismo. Css se puede calcular sustituyendo la ecuación 2–4 (con C = Css) en la ecuación 2–3 y resolviendo la concentración de estado de equilibrio: Downloaded 20231221 2:2 P Your IP is 138.97.143.28 Page 29 / 39 CAPÍTULO 2: Farmacocinética: la dinámica de la absorción, distribución, metabolismo y eliminación de los fármacos, Iain L. O. Buxton ©2023 McGraw (Ecuación 2–17) Hill. All Rights Reserved. Terms of Use • Privacy Policy • Notice • Accessibility A medida que la tasa de dosificación se acerca a la tasa de eliminación máxima νm, el denominador de la ecuación 2–17 se acerca a cero y Css aumenta UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR UES Km, a la cual tasa de metabolismo [del fármaco] = 50% de Vmáx; Vmáx, tasa máxima de metabolismo. Access Provided by: Css se puede calcular sustituyendo la ecuación 2–4 (con C = Css) en la ecuación 2–3 y resolviendo la concentración de estado de equilibrio: (Ecuación 2–17) A medida que la tasa de dosificación se acerca a la tasa de eliminación máxima νm, el denominador de la ecuación 2–17 se acerca a cero y Css aumenta desproporcionadamente. Como la saturación del metabolismo no debe tener ningún efecto en el volumen de distribución, la depuración y la tasa relativa de eliminación de fármacos disminuyen a medida que aumenta la concentración; por lo tanto, la curva de tiempo log Cp es cóncava hacia abajo hasta que el metabolismo se desature lo suficiente, de forma que se observe la eliminación con cinética de primer orden (fig. 2–9). Figura 2–9 Parámetros farmacocinéticos comparativos con eliminación de cinética de primer orden y de orden cero. Las líneas negras representan las relaciones bajo cinética de eliminación de primer orden. Las líneas rojas punteadas indican los efectos de la transición a una región de eliminación saturada (cinética de orden cero). Por lo tanto, durante la saturación del metabolismo, no es aplicable el concepto de una t1/2 constante. En consecuencia, cambiar la tasa de dosificación de un fármaco con metabolismo no lineal es difícil e impredecible porque el estado de equilibrio resultante se alcanza más con lentitud y, lo que es más importante, el efecto es desproporcionado con la modificación de la tasa de dosificación. En la figura 2–9 se comparan los efectos de la cinética de eliminación de primer orden y de orden cero sobre parámetros farmacocinéticos importantes. Diseño y optimización de regímenes de dosificación Intervalo terapéutico La intensidad del efecto de un fármaco está relacionada con su concentración (por lo general Cp) por arriba de una concentración efectiva mínima, mientras que la duración del efecto del fármaco refleja el tiempo que la concentración del fármaco está por arriba de este valor (fig. 2–10). Estas consideraciones, en general, se aplican tanto a los efectos farmacológicos deseados como a los indeseados (adversos); como resultado, existe un intervalo terapéutico que refleja un intervalo de concentración que proporciona eficacia sin toxicidad inaceptable. Después de la administración de una sola dosis, un periodo de retardo precede al inicio del efecto del fármaco, después del cual la magnitud del efecto aumenta hasta un máximo y luego disminuye; si no se administra una dosis posterior, el efecto finalmente desaparece a medida que se elimina el fármaco. Esta evolución a lo largo del tiempo refleja los cambios en la concentración del fármaco según lo determinado por la farmacocinética de su absorción, distribución y eliminación. Figura 2–10 A . Características temporales del efecto del fármaco y su relación con el intervalo terapéutico (p. ej., dosis única, administración oral). Existe un retraso antes de que la concentración plasmática del fármaco Cp supere la concentración efectiva mínima (MEC) para el efecto deseado, MECdeseada. Tras el inicio de la respuesta, la intensidad del efecto aumenta a medida que el fármaco continúa siendo absorbido y distribuido. Esto alcanza un Downloaded 20231221 P Your IP is punto máximo, tras el cual2:2 la eliminación del138.97.143.28 fármaco provoca una disminución en Cp y en la intensidad del efecto. El efecto desaparece cuando la Page 30 / 39 CAPÍTULO 2: Farmacocinética: la dinámica de la absorción, distribución, metabolismo y eliminación de los fármacos, Iain L. O. Buxton concentración del fármaco disminuye por debajo MEC• deseada . La duración de la• acción de un fármaco está determinada por el período de tiempo ©2023 McGraw Hill. All Rights Reserved. TermsdeoflaUse Privacy Policy • Notice Accessibility durante el cual las concentraciones superan la MECdeseada. También existe una MEC para cada respuesta adversa (MECadversa) y si la concentración del Figura 2–10 UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR UES Access Provided by: A . Características temporales del efecto del fármaco y su relación con el intervalo terapéutico (p. ej., dosis única, administración oral). Existe un retraso antes de que la concentración plasmática del fármaco Cp supere la concentración efectiva mínima (MEC) para el efecto deseado, MECdeseada. Tras el inicio de la respuesta, la intensidad del efecto aumenta a medida que el fármaco continúa siendo absorbido y distribuido. Esto alcanza un punto máximo, tras el cual la eliminación del fármaco provoca una disminución en Cp y en la intensidad del efecto. El efecto desaparece cuando la concentración del fármaco disminuye por debajo de la MECdeseada. La duración de la acción de un fármaco está determinada por el período de tiempo durante el cual las concentraciones superan la MECdeseada. También existe una MEC para cada respuesta adversa (MECadversa) y si la concentración del fármaco excede esto, se producirán efectos tóxicos. El objetivo terapéutico es obtener y mantener concentraciones dentro del intervalo terapéutico para la respuesta deseada con un mínimo de toxicidad. La respuesta del fármaco por debajo de la MECdeseada será subterapéutica; por arriba de la MECadversa, aumentará la probabilidad de toxicidad. El AUC (rojo claro) se puede utilizar para calcular la depuración (ecuación 2–7) para la eliminación con cinética de primer orden. El AUC también se utiliza como medida de la biodisponibilidad (definida como 100% para un fármaco administrado por vía IV). La biodisponibilidad es inferior a 100% para los fármacos administrados por VO, debido sobre todo a la absorción incompleta y al metabolismo y eliminación de primer paso. El cambio de la dosis del fármaco desplaza la curva hacia arriba o hacia abajo en la escala de Cp y se utiliza para modular el efecto del fármaco, como se muestra en la imagen B. B . Efectos de alteraciones en la absorción, eliminación y dosificación y el perfil temporal de una sola dosis VO. La curva en color verde es la misma que la que se muestra en la imagen A. El aumento de la dosis (línea azul) disminuye el periodo de retraso y prolonga la duración de la eficacia del fármaco, pero con el riesgo de aumentar la probabilidad de efectos adversos. A menos que el fármaco no sea tóxico (p. ej., penicilinas), aumentar la dosis no es una estrategia útil para incrementar la duración de la acción si el aumento coloca las concentraciones del fármaco cerca de la MECadversa. En su lugar, se debe administrar otra dosis de fármaco, con horario para mantener las concentraciones dentro del intervalo terapéutico (fig. 2–7). Una mayor tasa de absorción de la dosis (línea naranja) reduce el periodo de retraso, conduce a un Cp máximo en un periodo menor, pero acorta la duración de acción (tiempo por arriba de la MECdeseada). Al aumentar la tasa de eliminación de la dosis se reduce el valor máximo de Cp y se reduce el tiempo de Cp > MECdeseada. Consideraciones similares se aplican después de la dosificación múltiple asociada con el tratamiento a largo plazo y determinan la cantidad y la frecuencia de la administración del fármaco para lograr un efecto terapéutico óptimo. En general, el límite inferior del intervalo terapéutico de un fármaco es casi igual a la concentración del fármaco que produce alrededor de la mitad del mayor efecto terapéutico posible y el límite superior del intervalo terapéutico es tal que no más de 5% a 10% de los pacientes experimentarán un efecto tóxico. Para algunos fármacos, esto puede significar que el límite superior del intervalo no es más del doble del límite inferior. Por supuesto, estas cifras pueden ser muy variables y algunos pacientes pueden beneficiarse en gran medida de concentraciones de fármacos que exceden el intervalo terapéutico, mientras que otros pueden sufrir una toxicidad significativa con valores mucho más bajos (p. ej., digoxina). Para un número limitado de fármacos, se mide con facilidad algún efecto del fármaco (p. ej., presión arterial, glucosa en la sangre) y se puede utilizar para optimizar la dosis mediante un método de ensayo y error. Incluso en un caso ideal, surgen ciertas cuestiones cuantitativas, como la frecuencia con la que se cambia la dosis y la cantidad. Estos por lo general pueden ser resueltos con reglas simples que se basan en los principios presentados (p. ej., cambiar la dosis en no más de 50% y no más a menudo que cada tres o cuatro semividas para asegurar que se alcance una concentración cercana al estado de equilibrio). Algunos fármacos tienen poca toxicidad relacionada con la dosis y normalmente se desea la máxima eficacia. En tales casos, las dosis muy superiores al promedio requerido asegurarán la eficacia (si esto es posible) y prolongarán la acción del fármaco. Esta estrategia de “dosis máxima” se suele utilizar para las penicilinas. Para muchos fármacos, los efectos terapéuticos son difíciles de medir (o el fármaco se administra con fines profilácticos); por lo tanto, la toxicidad del fármaco y la falta de eficacia son peligros potenciales, en especial si el índice terapéutico es estrecho. En estas circunstancias, las dosis deben valorarse cuidadosamente y la dosis del fármaco se ve limitada por la toxicidad en lugar de la eficacia. Downloaded 20231221 2:2 P Your IP is 138.97.143.28 Por lo tanto,2: el Farmacocinética: objetivo terapéutico es mantener lasabsorción, concentraciones de fármacos en estado de equilibrio del intervalo terapéutico. Cuando no Page 31 / 39 CAPÍTULO la dinámica de la distribución, metabolismo y eliminación dedentro los fármacos, Iain L. O. Buxton se conocen las concentraciones asociadas con el intervalo es suficiente entender que la eficacia y la toxicidad dependen de la concentración ©2023 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use •deseado, Privacy Policy • Notice • Accessibility y de cómo la dosis y la frecuencia de administración del fármaco afectan las concentraciones sanguíneas del fármaco. Sin embargo, para un pequeño número de fármacos para los que hay una pequeña diferencia (dos a tres veces) entre las concentraciones que resultan en eficacia y toxicidad (p. ej., las dosis muy superiores al promedio requerido asegurarán la eficacia (si esto es posible) y prolongarán la acción del fármaco. Esta estrategia de UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR UES “dosis máxima” se suele utilizar para las penicilinas. Para muchos fármacos, los efectos terapéuticos son difíciles de medir (o el fármaco se administra Access Provided by: con fines profilácticos); por lo tanto, la toxicidad del fármaco y la falta de eficacia son peligros potenciales, en especial si el índice terapéutico es estrecho. En estas circunstancias, las dosis deben valorarse cuidadosamente y la dosis del fármaco se ve limitada por la toxicidad en lugar de la eficacia. Por lo tanto, el objetivo terapéutico es mantener las concentraciones de fármacos en estado de equilibrio dentro del intervalo terapéutico. Cuando no se conocen las concentraciones asociadas con el intervalo deseado, es suficiente entender que la eficacia y la toxicidad dependen de la concentración y de cómo la dosis y la frecuencia de administración del fármaco afectan las concentraciones sanguíneas del fármaco. Sin embargo, para un pequeño número de fármacos para los que hay una pequeña diferencia (dos a tres veces) entre las concentraciones que resultan en eficacia y toxicidad (p. ej., digoxina, teofilina, lidocaína, aminoglucósidos, ciclosporina, tacrolimús, sirolimús, warfarina y algunos anticonvulsivos), se ha definido un intervalo de concentración plasmática asociado con un tratamiento eficaz. En estos casos, se elige una concentración deseada (ideal) en estado de equilibrio del fármaco (por lo general en plasma) asociada con la eficacia y la toxicidad mínima y se calcula una dosis que se espera que alcance este valor. Más tarde se miden las concentraciones de los fármacos y la dosis se ajusta si es necesario (se describe más adelante en el capítulo). Dosis de mantenimiento En la mayor parte de las situaciones clínicas, los fármacos se administran en una serie de dosis repetitivas o en goteo continuo para mantener una concentración de fármaco en estado de equilibrio asociada con el intervalo terapéutico. El principal objetivo es calcular la dosis de mantenimiento adecuada. Para mantener el estado de equilibrio o la concentración ideal elegidas, la tasa de administración de fármacos se ajusta de forma que los ingresos sean equiparables con las pérdidas. Esta relación se expresa aquí en términos de la concentración ideal deseada: (Ecuación 2–18) Si el médico elige la concentración deseada de un fármaco en plasma y conoce la depuración y la biodisponibilidad de dicho fármaco en un paciente determinado, se puede calcular la dosis y el intervalo de dosificación adecuados (Recuadro 2–4). RECUADRO 2–4 Cálculo de la dosis de digoxina en la insuficiencia cardiaca La digoxina VO debe utilizarse como dosis de mantenimiento para “digitalizar” de manera gradual a un paciente de 63 años de edad y 84 kg con insuficiencia cardiaca congestiva. Se selecciona una concentración plasmática en estado de equilibrio de 0.7 a 0.9 ng/mL como objetivo conservador con base en el conocimiento previo de la acción del fármaco en pacientes con insuficiencia cardiaca para mantener en el intervalo de 0.5 a 1 ng/mL o por debajo de esta cifra (Bauman et al., 2006). La depuración de creatinina de este paciente (CLCr) fue de 56 mL/min/84 kg; sabiendo que la depuración de digoxina puede estimarse consultando la información para este fármaco en el Apéndice I: CL = 0.88 ClCr + 0.33 mL/min/kg. Así, Para este paciente de 84 kg: Sabiendo que la biodisponibilidad VO de digoxina es de 70% (F = 0.7) y con una Cp ideal de 0.75 ng/mL, se puede utilizar la ecuación 2–18 para calcular una dosis adecuada para este paciente de 84 kg: En la práctica, la tasa de dosificación se redondea al tamaño de dosis oral más cercana, 0.125 mg/día, lo que daría como resultado una Css de 0.79 ng/mL (0.75 × 125/119 o utilizando la ecuación 2–16). La digoxina es un ejemplo bien identificado de un fármaco que es difícil de dosificar, tiene un índice terapéutico bajo (casi 2 a 3) y tiene un gran coeficiente de variación para la ecuación de depuración en pacientes con insuficiencia cardiaca (52%); la concentración sanguínea eficaz en un paciente puede ser tóxica o ineficaz en otro individuo. Por lo tanto, la vigilancia del estado clínico de los pacientes (edema de tobillos con deterioro o de aparición reciente, incapacidad para dormir en una posición recostada, disminución de la tolerancia al ejercicio), ya sea realizada mediante el seguimiento de la salud en el hogar o visitas regulares al médico, es esencial para evitar resultados indeseados (cap. 33). Downloaded 20231221 2:2 P Your IP is 138.97.143.28 Page 32 / 39 CAPÍTULO 2: Farmacocinética: la dinámica de la absorción, distribución, metabolismo y eliminación de los fármacos, Iain L. O. Buxton ©2023 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use • Privacy Policy • Notice • Accessibility Intervalo para dosificación intermitente UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR UES (Ecuación 2–18) Access Provided by: Si el médico elige la concentración deseada de un fármaco en plasma y conoce la depuración y la biodisponibilidad de dicho fármaco en un paciente determinado, se puede calcular la dosis y el intervalo de dosificación adecuados (Recuadro 2–4). RECUADRO 2–4 Cálculo de la dosis de digoxina en la insuficiencia cardiaca La digoxina VO debe utilizarse como dosis de mantenimiento para “digitalizar” de manera gradual a un paciente de 63 años de edad y 84 kg con insuficiencia cardiaca congestiva. Se selecciona una concentración plasmática en estado de equilibrio de 0.7 a 0.9 ng/mL como objetivo conservador con base en el conocimiento previo de la acción del fármaco en pacientes con insuficiencia cardiaca para mantener en el intervalo de 0.5 a 1 ng/mL o por debajo de esta cifra (Bauman et al., 2006). La depuración de creatinina de este paciente (CLCr) fue de 56 mL/min/84 kg; sabiendo que la depuración de digoxina puede estimarse consultando la información para este fármaco en el Apéndice I: CL = 0.88 ClCr + 0.33 mL/min/kg. Así, Para este paciente de 84 kg: Sabiendo que la biodisponibilidad VO de digoxina es de 70% (F = 0.7) y con una Cp ideal de 0.75 ng/mL, se puede utilizar la ecuación 2–18 para calcular una dosis adecuada para este paciente de 84 kg: En la práctica, la tasa de dosificación se redondea al tamaño de dosis oral más cercana, 0.125 mg/día, lo que daría como resultado una Css de 0.79 ng/mL (0.75 × 125/119 o utilizando la ecuación 2–16). La digoxina es un ejemplo bien identificado de un fármaco que es difícil de dosificar, tiene un índice terapéutico bajo (casi 2 a 3) y tiene un gran coeficiente de variación para la ecuación de depuración en pacientes con insuficiencia cardiaca (52%); la concentración sanguínea eficaz en un paciente puede ser tóxica o ineficaz en otro individuo. Por lo tanto, la vigilancia del estado clínico de los pacientes (edema de tobillos con deterioro o de aparición reciente, incapacidad para dormir en una posición recostada, disminución de la tolerancia al ejercicio), ya sea realizada mediante el seguimiento de la salud en el hogar o visitas regulares al médico, es esencial para evitar resultados indeseados (cap. 33). Intervalo para dosificación intermitente En general, las fluctuaciones marcadas en las concentraciones de fármacos entre las dosis. Si la absorción y la distribución fueran instantáneas, las fluctuaciones en las concentraciones de fármacos entre dosis se regirían por completo por la t1/2 de eliminación del fármaco. Si el intervalo de dosificación T se eligió para ser igual a la t1/2, entonces la fluctuación total sería del doble; esto es a menudo una variación tolerable. Las consideraciones farmacodinámicas modifican esto. Si un fármaco es relativamente no tóxico, de forma que se pueda tolerar con facilidad una concentración varias veces la necesaria para el tratamiento, se puede utilizar la estrategia de dosis máxima y el intervalo de dosificación puede ser mucho más largo que la t1/2 de eliminación (para comodidad del paciente). El t1/2 de la amoxicilina es de casi 2 h, pero la dosificación cada 2 h sería poco práctica. En cambio, la amoxicilina suele administrarse en dosis grandes cada 8 o 12 h. Para algunos fármacos con un intervalo terapéutico estrecho, puede ser importante estimar las concentraciones máximas y mínimas que se producirán para un intervalo de dosificación determinado. La concentración mínima en estado de equilibrio Css,min puede determinarse razonablemente mediante: (Ecuación 2–19) donde k es igual a 0.693 dividido entre la t1/2 plasmática de relevancia clínica y T es el intervalo de dosificación. El término e−KT es la fracción de la última dosis (corregida para la biodisponibilidad) que permanece en el cuerpo al final de un intervalo de dosificación. Downloaded 20231221 2:2 P Your IP is 138.97.143.28 Page 33 / 39 CAPÍTULO 2: Farmacocinética: la dinámica de la absorción, distribución, metabolismo y eliminación de los fármacos, Iain L. O. Buxton Para los fármacos que siguen la cinética multiexponencial (administrados por VO), la estimación de la concentración máxima en estado de equilibrio ©2023 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use • Privacy Policy • Notice • Accessibility Css,max implica un conjunto de parámetros para la distribución y absorción (Recuadro 2–5). Si estos términos son ignorados para la dosificación oral múltiple, uno puede estimar con facilidad una concentración máxima en estado de equilibrio omitiendo el término e−KT en el numerador de la UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR UES Access Provided by: (Ecuación 2–19) donde k es igual a 0.693 dividido entre la t1/2 plasmática de relevancia clínica y T es el intervalo de dosificación. El término e−KT es la fracción de la última dosis (corregida para la biodisponibilidad) que permanece en el cuerpo al final de un intervalo de dosificación. Para los fármacos que siguen la cinética multiexponencial (administrados por VO), la estimación de la concentración máxima en estado de equilibrio Css,max implica un conjunto de parámetros para la distribución y absorción (Recuadro 2–5). Si estos términos son ignorados para la dosificación oral múltiple, uno puede estimar con facilidad una concentración máxima en estado de equilibrio omitiendo el término e−KT en el numerador de la ecuación 2–19 (ecuación 2–20 en el Recuadro 2–5). Debido a la aproximación, la concentración máxima prevista de la ecuación 2–20 será mayor que la observada en la realidad. RECUADRO 2–5 Estimación de las concentraciones máximas y mínimas de digoxina en la sangre En el paciente de 84 kg con insuficiencia cardiaca congestiva que se analiza en el Recuadro 2–4, se calculó una dosis de mantenimiento oral de 0.125 mg de digoxina por 24 h para lograr una concentración plasmática media de 0.79 ng/mL durante el intervalo de dosificación. La digoxina tiene un índice terapéutico estrecho y las concentraciones plasmáticas ≤ 1.0 ng/mL por lo general se asocian con la eficacia y la toxicidad mínima. ¿Cuáles son las concentraciones plasmáticas máximas y mínimas asociadas con este régimen? En primer lugar, se requiere una estimación del volumen de distribución de digoxina basada en datos farmacocinéticos (apéndice I). o 497 L en este paciente de 84 kg. La combinación de este valor con el de la depuración de digoxina proporciona una estimación de la eliminación de digoxina t1/2 en el paciente (ecuación 2–15). En consecuencia, la constante fraccionaria de la eliminación k es igual a 0.22 días−1 (0.693/3.1 días). Las concentraciones plasmáticas de digoxina máximas y mínimas pueden predecirse en función del intervalo de dosificación. Con T = 1 días (es decir, 0.125 mg administrados todos los días), (Ecuación 2–20) (Ecuación 2–21) Por lo tanto, las concentraciones plasmáticas fluctuarían de manera mínima con respecto a la concentración en estado de equilibrio de 0.79 ng/mL, dentro del intervalo terapéutico recomendado de 0.5 a 1.0 ng/mL. Downloaded 20231221 2:2 P Your IP is 138.97.143.28 Page 34 / 39 CAPÍTULO 2: Farmacocinética: la dinámica de la absorción, distribución, metabolismo y eliminación de los fármacos, Iain L. O. Buxton ©2023 McGraw Dosis de carga Hill. All Rights Reserved. Terms of Use • Privacy Policy • Notice • Accessibility Como se ha señalado, la administración repetida de un fármaco con más frecuencia que su eliminación completa dará lugar a la acumulación del Css,max implica un conjunto de parámetros para la distribución y absorción (Recuadro 2–5). Si estos términos son ignorados para la dosificación oral UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR UES múltiple, uno puede estimar con facilidad una concentración máxima en estado de equilibrio omitiendo el término e−KT en el numerador de la Access Provided by: ecuación 2–19 (ecuación 2–20 en el Recuadro 2–5). Debido a la aproximación, la concentración máxima prevista de la ecuación 2–20 será mayor que la observada en la realidad. RECUADRO 2–5 Estimación de las concentraciones máximas y mínimas de digoxina en la sangre En el paciente de 84 kg con insuficiencia cardiaca congestiva que se analiza en el Recuadro 2–4, se calculó una dosis de mantenimiento oral de 0.125 mg de digoxina por 24 h para lograr una concentración plasmática media de 0.79 ng/mL durante el intervalo de dosificación. La digoxina tiene un índice terapéutico estrecho y las concentraciones plasmáticas ≤ 1.0 ng/mL por lo general se asocian con la eficacia y la toxicidad mínima. ¿Cuáles son las concentraciones plasmáticas máximas y mínimas asociadas con este régimen? En primer lugar, se requiere una estimación del volumen de distribución de digoxina basada en datos farmacocinéticos (apéndice I). o 497 L en este paciente de 84 kg. La combinación de este valor con el de la depuración de digoxina proporciona una estimación de la eliminación de digoxina t1/2 en el paciente (ecuación 2–15). En consecuencia, la constante fraccionaria de la eliminación k es igual a 0.22 días−1 (0.693/3.1 días). Las concentraciones plasmáticas de digoxina máximas y mínimas pueden predecirse en función del intervalo de dosificación. Con T = 1 días (es decir, 0.125 mg administrados todos los días), (Ecuación 2–20) (Ecuación 2–21) Por lo tanto, las concentraciones plasmáticas fluctuarían de manera mínima con respecto a la concentración en estado de equilibrio de 0.79 ng/mL, dentro del intervalo terapéutico recomendado de 0.5 a 1.0 ng/mL. Dosis de carga Como se ha señalado, la administración repetida de un fármaco con más frecuencia que su eliminación completa dará lugar a la acumulación del fármaco hasta alcanzar el estado de equilibrio o cerca de él (fig. 2–7). Cuando se administra una dosis constante, alcanzar un nivel de fármaco en estado de equilibrio (la concentración terapéutica deseada) llevará de cuatro a cinco veces la eliminación. Este periodo puede ser demasiado largo cuando el tratamiento requiere una respuesta terapéutica más inmediata. En tal caso, se puede emplear una dosis de carga, una o una serie de dosis administradas al inicio del tratamiento con el objetivo de alcanzar con rapidez la concentración ideal. La dosis de carga se calcula como Downloaded 20231221 2:2 P Your IP is 138.97.143.28 Page 35 / 39 CAPÍTULO 2: Farmacocinética: la dinámica de la absorción, distribución, metabolismo y eliminación de los fármacos, Iain L. O. Buxton ©2023 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use • Privacy Policy • Notice • Accessibility (Ecuación 2–22) Considere el caso para el tratamiento de arritmias con lidocaína, por ejemplo. La t1/2 de lidocaína es por lo general de 1 a 2 h. Las arritmias UNIVERSIDAD SALVADOR Como se ha señalado, la administración repetida de un fármaco con más frecuencia que su eliminación completa dará lugarDE a laEL acumulación del UES Access Provided by: fármaco hasta alcanzar el estado de equilibrio o cerca de él (fig. 2–7). Cuando se administra una dosis constante, alcanzar un nivel de fármaco en estado de equilibrio (la concentración terapéutica deseada) llevará de cuatro a cinco veces la eliminación. Este periodo puede ser demasiado largo cuando el tratamiento requiere una respuesta terapéutica más inmediata. En tal caso, se puede emplear una dosis de carga, una o una serie de dosis administradas al inicio del tratamiento con el objetivo de alcanzar con rapidez la concentración ideal. La dosis de carga se calcula como (Ecuación 2–22) Considere el caso para el tratamiento de arritmias con lidocaína, por ejemplo. La t1/2 de lidocaína es por lo general de 1 a 2 h. Las arritmias encontradas después del infarto de miocardio pueden ser mortales y no se puede esperar cuatro semividas (4–8 h) para lograr una concentración terapéutica de lidocaína por administración IV del fármaco a la velocidad requerida para alcanzar esta concentración. Por lo tanto, el uso de una dosis de carga de lidocaína en la unidad de cuidados coronarios es estándar. El uso de una dosis de carga también tiene desventajas significativas. Primero, el individuo particularmente sensible puede estar expuesto abruptamente a una concentración tóxica de un fármaco que puede tomar mucho tiempo para disminuir (es decir, t1/2 largo). Las dosis de carga tienden a ser grandes y a menudo se administran parenteralmente y con rapidez. Esto puede ser particularmente peligroso si se producen efectos tóxicos debido a las acciones de los fármacos en sitios en rápido equilibrio con el plasma. Esto ocurre porque la dosis de carga calculada sobre la base de Vss posterior a la distribución del fármaco se limita al principio dentro del volumen de distribución “central” inicial y menor. Por lo tanto, normalmente es aconsejable dividir la dosis de carga en una serie de dosis fraccionarias más pequeñas que se administran durante un periodo de tiempo (Recuadro 2–6). Como alternativa, la dosis de carga debe administrarse vía IV continua durante un periodo de tiempo utilizando bombas de administración computarizadas. RECUADRO 2–6 Dosis de carga de digoxina En el paciente de 84 kg antes descrito, la acumulación de digoxina a un nivel estable efectivo fue gradual cuando se administró una dosis de mantenimiento diaria de 0.125 mg (durante al menos 12.4 días, con base en una t1/2 = 3.1 días). Se podría obtener una respuesta más rápida (si se considera necesario) utilizando una estrategia de dosis de carga y la ecuación 2–22. La elección de una Cp ideal de 0.9 ng/mL (el valor Css,max calculado en el Recuadro 2–5 y por debajo del máximo recomendado de 1 ng/mL): Utilizando dosis estándar, se utilizaría una dosis de carga de 0.625 mg administrada en dosis divididas. Para evitar la toxicidad, esta dosis de carga VO se administraría en una dosis inicial de 0.25 mg seguida de una dosis de 0.25 mg de 6 a 8 h más tarde, con una supervisión cuidadosa del paciente y la dosis final de 0.125 mg se administraría de 6 a 8 h más tarde. La estrategia de carga equivalente se puede lograr administrando digoxina en inyección IV. VIGILANCIA DE FÁRMACOS TERAPÉUTICOS El uso principal de las concentraciones medidas de fármacos (en estado de equilibrio) es refinar la estimación de CL/F para el paciente que se está tratando, utilizando la ecuación 2–16 después de los despejes pertinentes: (Ecuación 2–23) La nueva estimación de CL/F para un paciente individual se puede utilizar en la ecuación 2–18 para ajustar la dosis de mantenimiento para lograr la concentración deseada (Recuadro 2–7). RECUADRO 2–7 Ajuste de la dosis en estado de equilibrio Si un fármaco sigue una cinética de primer orden, las concentraciones media, mínima y máxima en estado de equilibrio tienen relación lineal con la dosis y la tasa de dosificación (ecuaciones 2–16, 2–19 y 2–20). Por lo tanto, la relación entre las concentraciones medidas y deseadas se puede utilizar para ajustar la dosis, de acuerdo con los tamaños de dosis disponibles: Downloaded 20231221 2:2 P Your IP is 138.97.143.28 Page 36 / 39 CAPÍTULO 2: Farmacocinética: la dinámica de la absorción, distribución, metabolismo y eliminación de los fármacos, Iain L. O. Buxton ©2023 McGraw (Ecuación 2–24)Hill. All Rights Reserved. Terms of Use • Privacy Policy • Notice • Accessibility Por ejemplo, considere que el paciente antes descrito recibió 0.125 mg de digoxina cada 24 h. Si la concentración mínima en estado de equilibrio medida fuera de 0.35 ng/mL en lugar del nivel previsto de 0.7 ng/mL, un cambio práctico y apropiado en el régimen de dosificación sería aumentar UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR UES (Ecuación 2–23) Access Provided by: La nueva estimación de CL/F para un paciente individual se puede utilizar en la ecuación 2–18 para ajustar la dosis de mantenimiento para lograr la concentración deseada (Recuadro 2–7). RECUADRO 2–7 Ajuste de la dosis en estado de equilibrio Si un fármaco sigue una cinética de primer orden, las concentraciones media, mínima y máxima en estado de equilibrio tienen relación lineal con la dosis y la tasa de dosificación (ecuaciones 2–16, 2–19 y 2–20). Por lo tanto, la relación entre las concentraciones medidas y deseadas se puede utilizar para ajustar la dosis, de acuerdo con los tamaños de dosis disponibles: (Ecuación 2–24) Por ejemplo, considere que el paciente antes descrito recibió 0.125 mg de digoxina cada 24 h. Si la concentración mínima en estado de equilibrio medida fuera de 0.35 ng/mL en lugar del nivel previsto de 0.7 ng/mL, un cambio práctico y apropiado en el régimen de dosificación sería aumentar la dosis diaria en 0.125 mg a 0.25 mg de digoxina diaria Se deben tener en cuenta los detalles prácticos asociados con la vigilancia terapéutica de fármacos. La primera de ellas se refiere al tiempo de muestreo para la medición de la concentración del fármaco. El propósito del muestreo durante el estado de equilibrio supuesto es modificar la estimación de CL/F y por lo tanto la elección de la dosis. Las concentraciones tempranas después de la absorción no reflejan la depuración. Están determinados sobre todo por la tasa de absorción, el volumen de distribución “central” (en lugar del estado de equilibrio) y la tasa de distribución, todas ellas características farmacocinéticas que prácticamente no tienen importancia en la elección de la dosis de mantenimiento a largo plazo. Cuando el objetivo de la medición es el ajuste de la dosis, la muestra debe tomarse justo antes de la siguiente dosis planificada, cuando la concentración se encuentre en su valor mínimo. Si no está claro si se están logrando concentraciones eficaces de fármaco, una muestra tomada poco después de una dosis puede ser útil. Por otro lado, si la preocupación es si una depuración baja (como la que ocurre en individuos con insuficiencia renal) puede causar acumulación del fármaco, las concentraciones medidas justo antes de la siguiente dosis revelarán tal acumulación y son considerablemente más útiles que la concentración máxima. Se recomienda determinar las concentraciones máxima y mínima. Estos dos valores pueden ofrecer una imagen más completa del comportamiento del fármaco en un paciente específico (en especial si se obtiene durante más de un periodo de dosificación) y pueden apoyar mejor el modelado farmacocinético para ajustar el tratamiento. Se debe recordar que cuando se administra una dosis constante, se alcanza el estado de equilibrio después de cuatro a cinco semividas de eliminación. Si se obtiene una muestra demasiado pronto después de comenzar la dosis, no reflejará el estado de equilibrio ni la depuración con precisión. En tales casos, la primera muestra debe tomarse después de dos t1/2 (75% de la Css esperada) suponiendo que no se haya administrado ninguna dosis de carga. Si la concentración ya supera 90% de la concentración media esperada en estado de equilibrio, la tasa de dosificación debe reducirse a la mitad; se obtiene otra muestra en dos t1/2 y la dosis se reducirá de nuevo a la mitad si esta muestra excede las concentraciones ideales. Si la primera concentración no es demasiado alta, la dosis inicial continúa. Incluso si la concentración es inferior a lo esperado, suele ser razonable esperar a que se alcance el estado de equilibrio después de dos semividas adicionales y, a continuación, se ajusta la dosis como se describe en el Recuadro 2–7. BIBLIOGRAFÍA Anderson PO. Drugs in lactation. Pharm Res , 2018, 35 :45. [PubMed: 29411152] Banani SF, et al. Biomolecular condensates: organizers of cellular biochemistry. Nat Rev Mol Cell Biol , 2017, 18 :285–298. [PubMed: 28225081] Bauman JL, et al. A method of determining the dose of digoxin for heart failure in the modern era. Arch Intern Med , 2006, 166 :2539–2545. [PubMed: 17159022] Downloaded 20231221 2:2 P Your IP is 138.97.143.28 Bera, RB. Patient Outcomes within Schizophrenia Treatment: A Look at the Role of LongActing Injectable Antipsychotics. The Journal of Clinical Page 37 / 39 CAPÍTULO 2: Farmacocinética: la dinámica de la absorción, distribución, metabolismo y eliminación de los fármacos, Iain L. O. Buxton Psychiatry , 2014, 75 :All 30–33. ©2023 McGraw Hill. Rights Reserved. Terms of Use • Privacy Policy • Notice • Accessibility Black DM, Rosen CJ. Postmenopausal osteoporosis. N Engl J Med , 2016, 374 :254–262. [PubMed: 26789873] UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR Banani SF, et al. Biomolecular condensates: organizers of cellular biochemistry. Nat Rev Mol Cell Biol , 2017, 18 :285–298. [PubMed: 28225081] UES Access Provided by: Bauman JL, et al. A method of determining the dose of digoxin for heart failure in the modern era. Arch Intern Med , 2006, 166 :2539–2545. [PubMed: 17159022] Bera, RB. Patient Outcomes within Schizophrenia Treatment: A Look at the Role of LongActing Injectable Antipsychotics. The Journal of Clinical Psychiatry , 2014, 75 : 30–33. Black DM, Rosen CJ. Postmenopausal osteoporosis. N Engl J Med , 2016, 374 :254–262. [PubMed: 26789873] Byrne JJ, Spong CY. “Is it safe?”: the many unanswered questions about medications and breastfeeding. 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Adv Exp Med Biol 2019, 1141 :1–12. 31571163] Page 38 / 39 CAPÍTULO 2: Farmacocinética: la dinámica de ladisposition absorción,and distribución, y eliminación de,los fármacos, Iain [PubMed: L. O. Buxton ©2023 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use • Privacy Policy • Notice • Accessibility LópezYerena A, et al. Insights into the binding of dietary phenolic compounds to human serum albumin and fooddrug interactions. Pharmaceutics , 2020, 12 :1123. [PubMed: 33233356] 48 :837–851. [PubMed: 32597479] UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR UES Lee HJ, et al. MEMS devices for drug delivery. Adv Drug Deliv Rev , 2018, 128 :132–147. [PubMed: 29117510]Access Provided by: Li M, et al. Mucosal vaccines: strategies and challenges. Immunol Lett , 2020, 217 :116–125. [PubMed: 31669546] Liu X. Overview: role of drug transporters in drug disposition and its clinical significance. Adv Exp Med Biol , 2019, 1141 :1–12. [PubMed: 31571163] LópezYerena A, et al. 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Terms of Use • Privacy Policy • Notice • Accessibility UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR UES Access Provided by: Goodman & Gilman: Las bases farmacológicas de la terapéutica, 14e CAPÍTULO 3: Farmacodinámica: mecanismos moleculares de la acción farmacológica David R. Manning; Donald K. Blumenthal ABREVIATURAS Abreviaturas AC: adenilil ciclasa ACE: enzima convertidora de angiotensina ACh: acetilcolina AKAP: proteína de fijación cinasa A AMPA: ácido αamino3hidroxi5metil4isoxazol propiónico AMPK: proteína cinasa activada por AMP AngII: angiotensina II ANP: péptido natriurético auricular AP1: proteína1 activadora (factor de transcripción) Apaf1: factor 1 de la proteasa activadora de la apoptosis A T G: gen de autofagia A T1 R : receptor para angiotensina subtipo 1 BNP: péptido natriurético cerebral CaM: calmodulina CAR: receptor constitutivo para androstano CNP: péptido natriurético tipo C CYP: citocromo P450 DAG: diacilglicerol DHFR: dihidrofolato reductasa EC50: concentración efectiva media máxima E D50: dosis efectiva media máxima EGF: factor de crecimiento epidérmico Downloaded 2:3 P Your IP is 138.97.143.28 eNOS: NOS 20231221 endotelial (NOS3) CAPÍTULO 3: Farmacodinámica: mecanismos moleculares de la acción farmacológica, David R. Manning; Donald K. Blumenthal ©2023 All Rights Reserved. Terms of Use • Privacy Policy • Notice • Accessibility EPAC:McGraw proteínaHill. de intercambio activada por AMP cíclico ER: retículo endoplásmico Page 1 / 62 EC50: concentración efectiva media máxima E D50: dosis efectiva media máxima UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR UES Access Provided by: EGF: factor de crecimiento epidérmico eNOS: NOS endotelial (NOS3) EPAC: proteína de intercambio activada por AMP cíclico ER: retículo endoplásmico FBP: fructosa 1,6bisfosfato FXR: receptor farnesoide X (receptor para ácidos biliares) GABA: ácido γaminobutírico GC: guanilil ciclasa GEF: factor de intercambio de nucleótido de guanina GnRH: hormona liberadora de gonadotropina GPCR: receptor acoplado con proteína G GRK: GPCR cinasa HMGCoA: hidroximetilglutarilcoenzima A HRE: elemento de respuesta hormonal 5HT: 5hidroxitriptamina (serotonina) IFN: interferón IL: interleucina iNOS: NOS inducible (NOS2) I P3 : inositol 1,4,5trisfosfato JAK: cinasa Janus JNK: extremo amino terminal de la cinasa cJun K i : afinidad de un antagonista competitivo K i r: canal rectificador de entrada de K+ L D50: dosis letal media máxima LKB1: cinasa hepática B1 LXR: receptor hepático X MAPK: proteína cinasa activada por mitógeno MLCK: cinasa de cadena ligera de la miosina mTOR: blanco mecanicista (o de mamíferos) de la rapamicina, una proteína cinasa mTORC: complejo de blanco mecanicista (o de mamíferos) del complejo de rapamicina Downloaded 20231221 2:3 P Your IP is 138.97.143.28 NAM: modulador alostérico negativo CAPÍTULO 3: Farmacodinámica: mecanismos moleculares de la acción farmacológica, David R. Manning; Donald K. Blumenthal ©2023 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use • Privacy Policy • Notice • Accessibility NE: norepinefrina NFκB : factor nuclear κB Page 2 / 62 MLCK: cinasa de cadena ligera de la miosina mTOR: blanco mecanicista (o de mamíferos) de la rapamicina, una proteína cinasa UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR UES Access Provided by: mTORC: complejo de blanco mecanicista (o de mamíferos) del complejo de rapamicina NAM: modulador alostérico negativo NE: norepinefrina NFκB : factor nuclear κB NMDA: NmetilDaspartato nNOS: NOS neuronal NO: óxido nítrico NOS: NO sintasa NPR: receptor para péptido natriurético NSAID: fármaco antiinflamatorio no esteroideo PAMP: patrón molecular relacionado con un patógeno PDE: nucleótido cíclico fosfodiesterasa PAM: modulador alostérico positivo PDGF: factor de crecimiento derivado de las plaquetas PI3K: fosfatidilinositol 3cinasa PIP2 : fosfatidilinositol 4,5bisfosfato PK: proteína cinasa, p. ej., PKA, PKB (también conocida como Akt), PKC PLC: fosfolipasa C PPAR: receptor activado por el proliferador de peroxisoma PTB: unión con fosfotirosina PXR: receptor para pregnano X RAR: receptor para ácido retinoico RGS: regulador de la señalización de la proteína G RhoGEF: factor de intercambio de nucleótido de RhoA guanina RIP1: proteína 1 de interacción con receptor ROCK: proteína cinasa relacionada con Rho RXR: receptor retinoide X SERM: modulador selectivo del receptor para estrógenos sGC: guanilil ciclasa soluble SH2: homología 2 de Src SMAC: segundo activador de caspasa derivado de la mitocondria Downloaded 20231221 2:3 P Your IP is 138.97.143.28 CAPÍTULO 3: Farmacodinámica: mecanismos moleculares de la acción farmacológica, David R. Manning; Donald K. Blumenthal SMN1:McGraw proteínaHill. de supervivencia de la neurona ©2023 All Rights Reserved. Termsmotora of Use • Privacy Policy • Notice • Accessibility S T A T : transductor de señal y activador de transcripción Page 3 / 62 SERM: modulador selectivo del receptor para estrógenos UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR UES sGC: guanilil ciclasa soluble Access Provided by: SH2: homología 2 de Src SMAC: segundo activador de caspasa derivado de la mitocondria SMN1: proteína de supervivencia de la neurona motora S T A T : transductor de señal y activador de transcripción TGFβ: factor de crecimiento transformador β TLR: receptor de tipo toll TNFα: factor de necrosis tumoral α TNFR: receptor de TNFα TOR: objetivo de la rapamicina TRAIL: ligando inductor de apoptosis relacionado con TNF TRP: potencial receptor transitorio VEGF: factor de crecimiento endotelial vascular VSMC: célula de músculo liso vascular CONCEPTOS FARMACODINÁMICOS La farmacodinámica es el estudio de las acciones bioquímicas, celulares y fisiológicas de los fármacos, incluidos los mecanismos moleculares por los cuales se realizan estas acciones. La mayor parte de los fármacos tiene una molécula pequeña que interactúa con entidades macromoleculares u objetivos farmacológicos, intrínsecos al cuerpo o a los patógenos. Los objetivos farmacológicos incluyen receptores para factores endocrinos y paracrinos; enzimas, conductos iónicos activados por voltaje, transportadores de membrana y, sobre todo para patógenos, estructuras relevantes para la viabilidad y replicación celulares. Por tanto, los objetivos farmacológicos pueden localizarse en cualquier parte sobre o dentro de una célula, incluidos la membrana de la superficie celular, el citosol y el núcleo o por completo, en el compartimiento extracelular. En concordancia con la naturaleza de estos objetivos farmacológicos, los fármacos casi siempre alteran el ritmo o magnitud de procesos celulares o fisiológicos intrínsecos, en lugar de crear fenómenos biológicos nuevos. Entre los nuevos fármacos aprobados por la FDA (U.S. Food and Drug Administration), una proporción cada vez mayor, que promedió 25% en los últimos cinco años (fig. 1–7), son productos biológicos terapéuticos. La FDA los define (en las Therapeutic Biologics Applications) como: Anticuerpos monoclonales para uso in vivo. Citocinas, factores de crecimiento, enzimas, inmunomoduladores y trombolíticos. Proteínas diseñadas para uso terapéutico que se extraen de animales o microorganismos, incluidas versiones recombinantes de estos productos y otras formas de inmunoterapia distintas a las vacunas. A menudo se hace una distinción entre estos productos, que con frecuencia son proteínas y los fármacos de molécula pequeña, cuyo número es mucho mayor. Los objetivos farmacológicos en el caso de los anticuerpos monoclonales y ciertas proteínas recombinantes incluyen mediadores inflamatorios, inhibidores de puntos de verificación inmunitaria y moléculas de la superficie celular (caps. 39, 42, 44 y 72). A los virus con modificaciones genéticas (p. ej., virus oncolíticos) y los microorganismos también se les considera productos biológicos y son objeto de investigaciones en curso como vectores recombinantes para prospectos de vacunas (cap. 40). Otra dimensión importante de la farmacodinámica es la genoterapia. La genoterapia utiliza virus como vectores para reponer los genes defectuosos que causan enfermedades debilitantes o letales o puede introducir otros genes por completo. Los ejemplos recién aprobados de la genoterapia incluyen tratamientos de una forma congénita de retinoblastoma y de atrofia muscular espinal con proteínas (RPE65 [proteína específica del epitelio retiniano de 65 kDa, retinal2:3 epitheliumspecific 65kDa protein] y SMN1 [supervivencia de neurona motora 1, survival motor neuron 1], Downloaded 20231221 P Your IP is 138.97.143.28 Page 4 / 62 CAPÍTULO 3: Farmacodinámica: mecanismos moleculares de la acción Davidadenoassociated R. Manning; Donald Blumenthal respectivamente) introducidas mediante vectores virales relacionados con farmacológica, los adenovirus (AAV, virusK. ). La inserción de un receptor ©2023 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use • Privacy Policy • Notice • Accessibility para antígeno quimérico antiCD19 en los linfocitos T para el tratamiento de la leucemia linfoblástica aguda de linfocitos B utiliza un vector lentiviral (cap. 72). La genoterapia también tiene la capacidad de desactivar genes, por ejemplo, en el tratamiento de la amiloidosis hereditaria mediada por transtiretina con patisirán e inotersén, dos RNA cortos de interferencia (siRNA, short interfering RNA) dirigidos a la transtiretina. La omisión de exones investigaciones en curso como vectores recombinantes para prospectos de vacunas (cap. 40). UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR UES Access Provided by: Otra dimensión importante de la farmacodinámica es la genoterapia. La genoterapia utiliza virus como vectores para reponer los genes defectuosos que causan enfermedades debilitantes o letales o puede introducir otros genes por completo. Los ejemplos recién aprobados de la genoterapia incluyen tratamientos de una forma congénita de retinoblastoma y de atrofia muscular espinal con proteínas (RPE65 [proteína específica del epitelio retiniano de 65 kDa, retinal epitheliumspecific 65kDa protein] y SMN1 [supervivencia de neurona motora 1, survival motor neuron 1], respectivamente) introducidas mediante vectores virales relacionados con los adenovirus (AAV, adenoassociated virus). La inserción de un receptor para antígeno quimérico antiCD19 en los linfocitos T para el tratamiento de la leucemia linfoblástica aguda de linfocitos B utiliza un vector lentiviral (cap. 72). La genoterapia también tiene la capacidad de desactivar genes, por ejemplo, en el tratamiento de la amiloidosis hereditaria mediada por transtiretina con patisirán e inotersén, dos RNA cortos de interferencia (siRNA, short interfering RNA) dirigidos a la transtiretina. La omisión de exones es otra faceta de la genoterapia, ejemplificada por el tratamiento de ciertas formas de distrofia muscular de Duchenne con el oligonucleótido no codificante eteplirsén. El sistema para edición del genoma CRISPRCas9 (repeticiones palindrómicas cortas regularmente intercaladas agrupadas, clustered regularly interspersed short palindromic repeats/proteína 9 relacionada con CRISPR) tiene un potencial considerable para permitir formas de edición muy dirigidas. Los fármacos también pueden actuar mediante regulación epigenética. Por ejemplo, el tazemetostat, usado en el tratamiento del carcinoma epitelioide, es un inhibidor de la histona metiltransferasa EZH2 recién aprobado. Está claro que las fronteras entre la farmacología, la inmunología y la genética se superponen. Los capítulos electrónicos de la Sección X de la versión en línea de esta obra, actualizados cada trimestre, proporcionan al lector revisiones de las aprobaciones nuevas y notables de la FDA, incluidos fármacos que son los primeros en su clase y tratamientos novedosos (véase AccessMedicine.com o AccessPharmacy.com; seleccionar Goodman & Gilman). Objetivos farmacológicos Las acciones de la mayor parte de los fármacos pueden adjudicarse a sus interacciones con un número relativamente pequeño de clases de proteínas. En los seres humanos, estas clases son receptores para factores endocrinos y paracrinos; enzimas; conductos iónicos activados por voltaje y otros conductos iónicos aparte de los receptores, y transportadores de membrana (fig. 3–1). Entre estos, los receptores y las enzimas son los objetivos de la mayor parte de los fármacos que se usan con fines terapéuticos hoy en día y son el objeto de revisión en este capítulo. En este capítulo se revisan los conductos iónicos activados por voltaje, así como en los capítulos 16 y 25. Los transportadores de membrana son tema del capítulo 4. Figura 3–1 Objetivos farmacológicos en seres humanos. Se muestran las categorías de los objetivos farmacológicos expresados en los seres humanos como porcentaje del número total de objetivos. Las categorías principales son receptores para factores endocrinos y paracrinos, enzimas, conductos iónicos activados por voltaje (más unos cuantos conductos iónicos aparte de los clasificados como receptores) y transportadores de membrana. “Otros” incluye DNA, RNA y ribosomas, las propias moléculas de señalización, proteínas que interactúan con enzimas y proteínas estructurales. La fuente de estos datos es RaskAndersen et al. (2011), con adaptaciones acordes con las diferenciaciones en este capítulo entre conductos iónicos y transportadores de membrana. El lector también puede consultar Imming et al. (2006) y Santos et al. (2017). La figura no toma en cuenta los objetivos farmacológicos microbianos. Los fármacos entre los 100 más prescritos en Estados Unidos en 2018 (fuente: CliniCalc) para receptores incluyen: para GPCR, antagonistas del receptor AT1, salbutamol, carvedilol, tramadol y otros opioides, tamsulosina y otros agonistas de los receptores adrenérgicos α, atenolol, clopidogrel, propranolol, ciclobenzaprina, ranitidina, loratadina y otros antagonistas del receptor H1 para histamina, clonidina y otros agonistas de los receptores α2, buspirona, latanoprost y sumatriptán; para conductos iónicos activados por ligando, alprazolam y otras benzodiazepinas y moduladores positivos del receptor GABAA y ondansetrón; para receptores de tirosina cinasa, varias formas de insulina; para receptores hormonales nucleares, levotiroxina, fluticasona y otros agonistas glucocorticoides, estradiol y otros agonistas del receptor para estrógenos, noretindrona y otros agonistas del receptor para progesterona, ergocalciferol, espironolactona y fenofibrato. Los fármacos para enzimas incluyen lisinoprilo y otros inhibidores de la ACE, atorvastatina y otros inhibidores de la HMGCoA reductasa, metformina, ibuprofeno y otros NSAID, warfarina, alopurinol, finasterida, apixabán y sitagliptina. Los fármacos para conductos iónicos activados por voltaje y otros conductos iónicos incluyen amlodipino, gabapentina y otros anticonvulsivos que inhiben los conductos de calcio activados por voltaje neuronales, glipizida y otros activadores del conducto de K+ regulado por ATP, lamotrigina y otros anticonvulsivos que inhiben los conductos de sodio activados por voltaje y diltiazem. Los fármacos para transportadores de membrana incluyen omeprazol y otros inhibidores de la bomba de protones, hidroclorotiazida, sertralina y otros inhibidores de la recaptación de monoaminas, digoxina y furosemida. Downloaded 20231221 2:3 P Your IP is 138.97.143.28 CAPÍTULO 3: Farmacodinámica: mecanismos moleculares de la acción farmacológica, David R. Manning; Donald K. Blumenthal ©2023 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use • Privacy Policy • Notice • Accessibility Page 5 / 62 iónicos incluyen amlodipino, gabapentina y otros anticonvulsivos que inhiben los conductos de calcio activados por voltaje neuronales, glipizida y UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR UES otros activadores del conducto de K+ regulado por ATP, lamotrigina y otros anticonvulsivos que inhiben los conductos de sodio activados por voltaje y Access Provided by: diltiazem. Los fármacos para transportadores de membrana incluyen omeprazol y otros inhibidores de la bomba de protones, hidroclorotiazida, sertralina y otros inhibidores de la recaptación de monoaminas, digoxina y furosemida. Algunos fármacos operan por medio de múltiples mecanismos y el conocimiento de sus acciones continúa en evolución. Por ejemplo, desde hace mucho tiempo se sabe que las anfetaminas son inhibidores competitivos del transportador de la dopamina, pero ahora se reconoce que además actúan mediante el desplazamiento de la dopamina de las reservas vesiculares y su acción en el receptor relacionado con aminas traza TAAR1 (caps. 15 y 16). La metformina ejerce sus acciones hipoglucémicas en gran medida a través de la proteína cinasa dependiente de AMP (AMPdependent protein kinase) y por inhibición de la glicerol fosfato deshidrogenasa mitocondrial, pero es muy probable que tenga mecanismos adicionales (cap. 51). Las acciones hipolipidémicas de la niacina se logran a través de uno o más receptores acoplados con proteína G (GPCR, G proteincoupled receptors) en los adipocitos, pero también mediante la inhibición de la diacilglicerol aciltransferasa en los hepatocitos, entre otras acciones (cap. 37). El mecanismo por el cual los estrógenos actúan en ciertas situaciones va más allá de los receptores nucleares para los GPCR en la superficie celular (cap. 48). Hay que notar que los múltiples mecanismos por los que un fármaco puede actuar también son elementos muy importantes de las respuestas farmacológicas adversas no intencionales. Las acciones de algunos fármacos no requieren objetivos farmacológicos por sí mismos. Los hidróxidos de aluminio y magnesio reducen el ácido gástrico por acción química, neutralizan el H+ y elevan el pH gástrico. La metenamina logra un efecto antibacteriano dependiente del formaldehído en el pH urinario (cap. 57). El manitol actúa por mecanismo osmótico para producir cambios en la distribución del agua a fin de fomentar la diuresis, catarsis, expansión del volumen circulante en el compartimiento vascular o reducción del edema cerebral. Los quelantes se usan en casos de intoxicación aguda con metales (caps. 9 y 76). Sin embargo, algunas diferencias de los objetivos biológicos son cuestión de perspectiva. Los captadores de ácidos biliares reducen el colesterol plasmático por inhibición del reciclaje de los ácidos biliares en la luz intestinal; los ácidos biliares no son los “objetivos farmacológicos”, tal como se definen en este capítulo, pero una clave del mecanismo por el que los captadores de ácidos biliares actúan es en realidad consecuencia de la eliminación de la represión de la 7αhidroxilasa, que bien podría ser considerada un objetivo farmacológico. Un gran número de fármacos se unen con la albúmina sérica, una proteína importante para la presión oncótica y el transporte de los ácidos grasos libres en la corriente sanguínea. Los fármacos que se unen con la albúmina suelen ser ácidos orgánicos. Aun así, la albúmina no puede ser considerada como objetivo de los fármacos en ningún sentido farmacodinámico, ya que la unión del fármaco no se asocia con alguna acción terapéutica. Por la misma razón, tampoco la glucoproteína ácida α1, una proteína sérica que se une con bases orgánicas, puede ser clasificada como un objetivo farmacológico. Es más apropiado considerar las interacciones de los fármacos con estas proteínas en el contexto de la farmacocinética, ya que la unión impide la distribución de los fármacos en los tejidos (cap. 2). De igual manera, la redistribución de los fármacos lipófilos como el tiopental en el tejido adiposo (fig. 2–4), tan importante para la forma en que el cuerpo procesa los anestésicos generales, es campo de la farmacocinética, ya que la partición del fármaco carece de efecto farmacodinámico en un objetivo farmacológico. Receptores Los farmacólogos a menudo definen un receptor como una proteína que reconoce una molécula de señalización endógena al organismo; es decir, un factor endocrino, paracrino, autocrino o yuxtacrino (recuadro 3–1) y que traduce ese reconocimiento en un fenómeno celular significativo. Los receptores incluyen receptores acoplados con proteína G (GPCR, G proteincoupled receptor), conductos iónicos activados por ligando, receptores vinculados con enzima (catalíticos), otros receptores relacionados con la membrana y receptores nucleares. Muchos receptores reconocen las señales en la superficie celular; otros, como los receptores nucleares, reconocen las que pasan a través de la membrana celular. El término ligando se usa para cualquier molécula que se une con un receptor, sea endógena o no. RECUADRO 3–1. Tipos de moléculas de señalización intercelular Factor 20231221 endocrino:2:3 mensajero que se libera a la circulación para producir efectos distantes al punto de liberación. También se le Downloaded P Your químico IP is 138.97.143.28 Page 6 / 62 CAPÍTULO Farmacodinámica: mecanismos moleculares la acción farmacológica, David R. Manning; Donaldpero K. Blumenthal conoce3:como hormona. Al principio, las hormonas erande consideradas producto de una glándula sin conducto, ahora a numerosos ©2023órganos McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use • Privacy Policy • Notice • Accessibility se les considera “endocrinos”. Factor paracrino: mensajero químico que se libera de una célula para ejercer efectos en una célula vecina. Los neurotransmisores, citocinas, receptores incluyen receptores acoplados con proteína G (GPCR, G proteincoupled receptor), conductos iónicos activados por ligando, receptores UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR UES vinculados con enzima (catalíticos), otros receptores relacionados con la membrana y receptores nucleares. Muchos receptores reconocen las señales Access Provided by: en la superficie celular; otros, como los receptores nucleares, reconocen las que pasan a través de la membrana celular. El término ligando se usa para cualquier molécula que se une con un receptor, sea endógena o no. RECUADRO 3–1. Tipos de moléculas de señalización intercelular Factor endocrino: mensajero químico que se libera a la circulación para producir efectos distantes al punto de liberación. También se le conoce como hormona. Al principio, las hormonas eran consideradas producto de una glándula sin conducto, pero ahora a numerosos órganos se les considera “endocrinos”. Factor paracrino: mensajero químico que se libera de una célula para ejercer efectos en una célula vecina. Los neurotransmisores, citocinas, morfógenos y muchos factores de crecimiento tienen efectos paracrinos. Factor autocrino: mensajero químico que realiza acciones en la misma célula de la cual se libera. Muchos factores endocrinos y paracrinos también tienen funciones en la señalización autocrina al ejercer retroalimentación negativa o positiva sobre su propia liberación, funciones que tienen importancia especial en la señalización neuronal y de citocinas. Factor yuxtacrino: mensajero químico que permanece fijo en la célula en que se produce y ejerce acciones en una célula yuxtapuesta. El mecanismo por el que un linfocito T y una célula presentadora de antígenos establecen una “sinapsis” inmunitaria es un ejemplo de señalización yuxtacrina. Agonismo se refiere a la capacidad de un ligando para activar un receptor. Si un ligando se une con el mismo sitio que la molécula de señalización endógena para producir la activación, se dice que este, como la molécula endógena, es un agonista ortostérico. Si, por el contrario, el ligando se une con un sitio diferente para producir la activación, se le identifica como agonista alostérico. Los ligandos que producen una respuesta máxima para una población de receptores determinada son agonistas plenos, mientras los que producen una respuesta, pero no una respuesta máxima a pesar de ocupar por completo esa población, son agonistas parciales. El uso de “respuesta” en lugar de “activación del receptor” para definir el agonismo total y parcial es pragmático. Es difícil determinar lo que constituye una conformación o un conjunto de conformaciones activadas de un receptor; es más fácil medir las respuestas subsiguientes. Existe una salvedad importante en ambos casos: cualquier jerarquización de ligandos acorde con el agonismo para un receptor determinado puede cambiar con el tejido y respuesta específicos que se miden; es decir, el ordenamiento según el agonismo, que más tarde se describe en términos de eficacia, puede estar en función del contexto. El contexto se discute con más detalle en la sección Agonismo selectivo. El antagonismo al nivel del receptor se relaciona con la propiedad de un ligando, casi siempre un ligando exógeno (es decir, un fármaco) o toxina para bloquear la acción de un agonista. Muchos antagonistas son de naturaleza ortostérica y competitiva; es decir, se unen con el mismo sitio del receptor que usa el agonista endógeno y lo hacen en forma reversible. Unos cuantos antagonistas se unen de manera irreversible. El clopidogrel y el prasugrel, que inhiben la activación plaquetaria como antagonistas del subtipo P2Y12 del receptor para ADP (cap. 36), son ejemplos de inhibidores irreversibles. Numerosos antagonistas ortostéricos son relativamente neutros en el sentido de que tienen poco o ningún efecto por sí mismos en la actividad basal del receptor; su efecto se vuelve notable solo en presencia de un agonista. Otros antagonistas son agonistas inversos, como se explica más adelante. Existen formas de antagonismo que operan de manera independiente del receptor. El antagonismo químico implica la neutralización de un agonista mediante su introducción en complejos físicos. Adalimumab y infliximab, usados en el tratamiento de varios trastornos autoinmunitarios (caps. 39 y 55), se unen con firmeza al factor de necrosis tumoral α (TNFα, tumor necrosis factor α) y antagonizan sus acciones. El bevacizumab, usado en el tratamiento de ciertos cánceres y trastornos oculares, antagoniza la acción del factor de crecimiento del endotelio vascular (VEGF, vascular endotelial growth factor) por un proceso similar de formación de complejos (cap. 72). El antagonismo funcional es la inhibición de la acción de un agonista distal al receptor. El uso de epinefrina para contrarrestar la anafilaxia es un ejemplo de antagonismo funcional. La epinefrina aumenta la concentración de AMP cíclico dentro de las células de músculo liso bronquiolar, lo que a su vez inhibe la cinasa de la cadena ligera de miosina y así disminuye la respuesta contráctil generada por la histamina, el tromboxano A2 y otras sustancias liberadas por los mastocitos (cap. 43). El antagonismo farmacocinético es el impedimento de la absorción o distribución o la intensificación de la eliminación de un fármaco terapéutico, como se explica en el capítulo 2. Muchos receptores presentan al menos una actividad constitutiva mínima; es decir, actividad en ausencia de un ligando, producto del equilibrio termodinámico normal entre las conformaciones activa e inactiva. El agonismo inverso se refiere a la supresión de esta actividad mediante ligandos y a Downloaded 20231221 2:3 P Your IP is 138.97.143.28 tales ligandos les denomina agonistas inversos; estos actúan estabilización David de los receptores enDonald una conformación inactiva.Page Según 7 /el62 CAPÍTULO 3:se Farmacodinámica: mecanismos moleculares demediante la acciónlafarmacológica, R. Manning; K. Blumenthal nivel de actividad constitutiva y el grado de supresión, puede ser difícil distinguir los agonistas inversos de los antagonistas neutros. En un nivel ©2023 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use • Privacy Policy • Notice • Accessibility ortostérico, ambos pueden ser considerados antagonistas con acción agonista parcial o plena. sustancias liberadas por los mastocitos (cap. 43). UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR UES El antagonismo farmacocinético es el impedimento de la absorción o distribución o la intensificación de la eliminación de un fármaco terapéutico, como se explica en el capítulo 2. Access Provided by: Muchos receptores presentan al menos una actividad constitutiva mínima; es decir, actividad en ausencia de un ligando, producto del equilibrio termodinámico normal entre las conformaciones activa e inactiva. El agonismo inverso se refiere a la supresión de esta actividad mediante ligandos y a tales ligandos se les denomina agonistas inversos; estos actúan mediante la estabilización de los receptores en una conformación inactiva. Según el nivel de actividad constitutiva y el grado de supresión, puede ser difícil distinguir los agonistas inversos de los antagonistas neutros. En un nivel ortostérico, ambos pueden ser considerados antagonistas con acción agonista parcial o plena. Las acciones de los agonistas plenos, agonistas parciales, antagonistas neutros y agonistas inversos son fáciles de organizar con un modelo de dos estados de la actividad del receptor, en el cual el equilibrio entre los estados inactivo y activo de una población de cualquier receptor determinado bascula hacia uno u otro lado (o no, en el caso de los antagonistas neutros) por los ligandos (fig. 3–2). Existen modelos más elaborados para explicar lo que parece ser un gran número de estados funcionales de los GPCR, ya sean intrínsecos o dependientes de las proteínas con las cuales interactúan los receptores (Weiss y Kobilka, 2018). Figura 3–2 Modelo de dos estados de la actividad del receptor. En este modelo, el receptor R puede existir en conformaciones activa (Ra, mostrada como un hexágono) e inactiva (Ri, mostrada como un cuadrado) en equilibrio termodinámico. El equilibrio en ausencia de fármaco o ligandos endógenos (una “respuesta” establecida de manera arbitraria en “100” unidades en la gráfica a la izquierda e indicada entre paréntesis en la presentación de los estados del receptor a la derecha) constituye lo que se conoce a menudo como actividad “basal” o “constitutiva”, términos que conllevan cierto nivel de actividad del receptor, aunque bajo. Los fármacos que se unen con un estado individual del receptor o con ambos estados al mismo tiempo pueden influir en el equilibrio entre estas dos formas de R y el efecto neto de los fenómenos controlados por el receptor. El eje de las ordenadas en la gráfica, a la izquierda, es la respuesta del receptor producida por Ra, la conformación activa del receptor (p. ej., estimulación de la adenilil ciclasa [AC] por una conformación activa del receptor adrenérgico β). Si un fármaco L (L, por ligando) se une con Ra con cierto grado de selectividad respecto a Ri, producirá una respuesta positiva; mientras mayor sea la selectividad por Ra, mayor será la respuesta. La diferencia en selectividad distingue a los agonistas plenos de los parciales. Sin embargo, es probable que ningún agonista “pleno” desvíe por completo el equilibrio a la derecha. Si L tiene la misma afinidad por Ri que por Ra, no alterará el equilibrio basal entre ellos y, por lo tanto, no tendrá efecto en la actividad basal; este es el caso de un antagonista neutral. Si el fármaco se une de manera selectiva con Ri, entonces la influencia neta y la cantidad de Ra disminuirán. Si existe suficiente Ra para producir una respuesta basal observable y L se une de manera selectiva con Ri, esa respuesta basal será inhibida; L será entonces un agonista inverso. En sistemas en que la actividad basal no es observable, los agonistas inversos parecen comportarse como antagonistas neutros, lo que ayuda a explicar por qué hasta hace poco no se habían apreciado las propiedades de los agonistas inversos y el número de agentes descritos antes como antagonistas competitivos. La imagen de la derecha representa los equilibrios con concentraciones de saturación de L; no se muestra si los ligandos se unen por ajuste inducido o por selección conformacional. Como se indicó antes en el caso de los agonistas inversos, lo que define un ligando como antagonista en el ámbito operativo a veces puede ser asunto de semántica. Si uno se enfoca en los ligandos ortostéricos por el momento, los agonistas inversos pueden antagonizar las acciones de los agonistas parciales y plenos. Un agonista parcial antagonizará las acciones de un agonista pleno o de un agonista inverso para el caso, obstruyendo de manera similar el sitio de unión. La dualidad de agonismo y antagonismo de los agonistas parciales tiene relevancia terapéutica. La vareniclina, usada en el Downloaded 20231221 2:3 P Your IP is 138.97.143.28 tratamiento de la adicción a la nicotina, es un agonista parcial en el receptor nicotínico α4β2; se afirma que bloquea al menos parcialmentePage las 8 / 62 CAPÍTULO 3: Farmacodinámica: mecanismos moleculares de la acción farmacológica, David R. Manning; Donald K. Blumenthal acciones de la nicotina proveniente de productos que la contienen, pero tiene actividad suficiente como agonista nicotínico parcial para amortiguar ©2023 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use • Privacy Policy • Notice • Accessibility los deseos intensos por la nicotina (cap. 13). Es probable que la buprenorfina opere por un principio similar en el tratamiento del abuso y abstinencia de opioides (cap. 23). El aripiprazol es un agonista parcial usado en el tratamiento de la psicosis; inhibe la activación del receptor D2 mediante la UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR UES Access Provided by: Como se indicó antes en el caso de los agonistas inversos, lo que define un ligando como antagonista en el ámbito operativo a veces puede ser asunto de semántica. Si uno se enfoca en los ligandos ortostéricos por el momento, los agonistas inversos pueden antagonizar las acciones de los agonistas parciales y plenos. Un agonista parcial antagonizará las acciones de un agonista pleno o de un agonista inverso para el caso, obstruyendo de manera similar el sitio de unión. La dualidad de agonismo y antagonismo de los agonistas parciales tiene relevancia terapéutica. La vareniclina, usada en el tratamiento de la adicción a la nicotina, es un agonista parcial en el receptor nicotínico α4β2; se afirma que bloquea al menos parcialmente las acciones de la nicotina proveniente de productos que la contienen, pero tiene actividad suficiente como agonista nicotínico parcial para amortiguar los deseos intensos por la nicotina (cap. 13). Es probable que la buprenorfina opere por un principio similar en el tratamiento del abuso y abstinencia de opioides (cap. 23). El aripiprazol es un agonista parcial usado en el tratamiento de la psicosis; inhibe la activación del receptor D2 mediante la dopamina endógena, pero también produce una activación ligera que es importante (cap. 19). Ciertos antagonistas selectivos del receptor β1 (p. ej., pindolol y acebutolol) en realidad son agonistas parciales cuya “actividad simpaticomimética intrínseca” evita la bradicardia profunda y el inotropismo negativo (cap. 14). Los ligandos de receptores también incluyen los moduladores alostéricos, tanto positivos como negativos. Estos se describen en la sección Modulación alostérica de la función del receptor. Enzimas Las enzimas son objetivos farmacológicos importantes por dos razones esenciales. Primera, las enzimas tienen funciones muy variadas y selectivas en procesos esenciales para la vida. Segunda, los mecanismos de catálisis y de regulación alostérica están bien definidos y por lo tanto, son susceptibles de manipulación farmacológica. Las enzimas que son objetivos farmacológicos casi siempre son las que limitan el ritmo del proceso metabólico de interés o que son necesarias para este. Por ejemplo, la hidroximetilglutarilcoenzima A (HMGCoA) reductasa, que participa en la síntesis de colesterol, es inhibida con estatinas (cap. 37); la enzima convertidora de angiotensina (ACE, angiotensinconverting enzyme) en la síntesis de angiotensina II, que se antagoniza con los inhibidores de la ACE (cap. 30); la ciclooxigenasa en la síntesis de prostaglandinas, que se inhibe con ácido acetilsalicílico (acetilsalicilato) y otros antiinflamatorios no esteroideos (NSAID, nonsteroidal antiinflammatory drugs; cap. 42), y la dihidrofolato reductasa en la síntesis del nucleótido timidilato, que se inhibe con metotrexato (cap. 70). La mayor parte de los fármacos que tienen enzimas como objetivos farmacológicos pueden dividirse a grandes rasgos en inhibidores reversibles e irreversibles del proceso catalítico. Los inhibidores reversibles se unen con la enzima en una manera que bien puede describirse como constantes de encendido y apagado que sirven para establecer un equilibrio químico dinámico (fig. 3–3). La mayor parte de estos inhibidores son competitivos, ya que la unión del inhibidor y el sustrato con la enzima es mutuamente excluyente. Otros son no competitivos o acompetitivos. La inhibición no competitiva se refiere a un mecanismo en que el inhibidor se une con la enzima sin importar que esté unido el sustrato, mientras la inhibición acompetitiva es aquella en que la unión del inhibidor requiere la unión conjunta del sustrato. Tanto en la inhibición no competitiva como en la acompetitiva, la enzima a la que se unen el sustrato y el inhibidor es menos capaz de catalizar la reacción que con el sustrato solo. Figura 3–3 Inhibición enzimática reversible. Se muestran las tres formas diferentes de inhibición reversible de las enzimas. E, enzima; S, sustrato; I, inhibidor; P, producto. Se recomienda al lector una excelente monografía publicada por Copeland (2013) que trata sobre la inhibición enzimática, tanto reversible como irreversible, en un contexto farmacológico. Downloaded 20231221 2:3 P Your IP is 138.97.143.28 CAPÍTULO 3: Farmacodinámica: mecanismos moleculares de la acción farmacológica, David R. Manning; Donald K. Blumenthal ©2023 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use • Privacy Policy • Notice • Accessibility Page 9 / 62 Figura 3–3 UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR UES Inhibición enzimática reversible. Se muestran las tres formas diferentes de inhibición reversible de las enzimas. E, enzima; S, sustrato; I, inhibidor; P, Access Provided by: producto. Se recomienda al lector una excelente monografía publicada por Copeland (2013) que trata sobre la inhibición enzimática, tanto reversible como irreversible, en un contexto farmacológico. Los inhibidores enzimáticos irreversibles forman enlaces covalentes estables con la enzima, lo que altera la actividad catalítica, casi siempre por el resto de la vida de la enzima. El ácido acetilsalicílico, que acetila las ciclooxigenasas cerca del sitio catalítico, es un inhibidor irreversible de la conversión del ácido araquidónico en las prostaglandinas G2 y H2, los primeros intermediarios en la síntesis de una variedad de prostanoides (cap. 41). Los inhibidores irreversibles también incluyen los basados en el mecanismo, a menudo denominados sustratos de suicidio. Estos inhibidores son reconocidos por la enzima como un sustrato, pero durante el proceso catalítico, casi siempre en el estado de transición, se convierten en intermediarios capaces de atacar a la enzima. Los organofosforados, que inhiben de manera irreversible la acetilcolinesterasa por fosforilación, son un ejemplo de esta inhibición irreversible basada en el mecanismo (cap. 12). El omeprazol, un inhibidor de la H+/K+ ATPasa gástrica, es otro ejemplo (cap. 53). La heparina, un anticoagulante, potencia la capacidad del sustrato suicida endógeno, la antitrombina, para inhibir de manera irreversible la trombina y el factor Xa (cap. 36). No todos los fármacos que actúan en las enzimas son inhibidores. Los nitratos orgánicos, por ejemplo, activan la guanilil ciclasa soluble. En este caso, el óxido nítrico (NO), un producto de la transformación enzimática de los nitratos orgánicos, se combina con el hem de la enzima para lograr su activación. El aumento consecuente en el GMP cíclico intracelular es la base para la vasodilatación inducida por NO (cap. 31). Conductos iónicos Los cambios en el flujo de iones a través de la membrana plasmática, que ocurre a través de conductos iónicos, son fenómenos reguladores vitales en las células, tanto excitables como no excitables. Estos cambios se superponen a los gradientes electroquímicos, de manera notable a los que generan el potencial eléctrico de la membrana en la superficie celular, que se establece mediante transportadores iónicos para Na+, K+, Ca2+ y Cl−. Por ejemplo, la Na+/K+ATPasa consume ATP celular para bombear Na+ fuera de la célula y K+ hacia el interior de la célula. Los gradientes electroquímicos establecidos de esta manera son usados por los tejidos excitables, como nervio y músculo, para generar y transmitir impulsos eléctricos a través de Downloaded 20231221 P Your IP is 138.97.143.28 conductos iónicos; por las 2:3 células no excitables para impulsar fenómenos bioquímicos y secretores y por todas las células para mantener diversos Page 10 / 62 CAPÍTULO 3: Farmacodinámica: mecanismos moleculares de la acción farmacológica, David R. Manning; Donald K. Blumenthal procesos de cotransporte unidireccional y cotransporte bidireccional (figs. 2–2 y 4–4). ©2023 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use • Privacy Policy • Notice • Accessibility Los seres humanos expresan cerca de 230 conductos iónicos (Jegla et al., 2009). Estos conductos se dividen en familias con base en los iones que Los cambios en el flujo de iones a través de la membrana plasmática, que ocurre a través de conductos iónicos, son fenómenos reguladores vitales en UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR UES las células, tanto excitables como no excitables. Estos cambios se superponen a los gradientes electroquímicos, manera notable a los que generan Access de Provided by: el potencial eléctrico de la membrana en la superficie celular, que se establece mediante transportadores iónicos para Na+, K+, Ca2+ y Cl−. Por ejemplo, la Na+/K+ATPasa consume ATP celular para bombear Na+ fuera de la célula y K+ hacia el interior de la célula. Los gradientes electroquímicos establecidos de esta manera son usados por los tejidos excitables, como nervio y músculo, para generar y transmitir impulsos eléctricos a través de conductos iónicos; por las células no excitables para impulsar fenómenos bioquímicos y secretores y por todas las células para mantener diversos procesos de cotransporte unidireccional y cotransporte bidireccional (figs. 2–2 y 4–4). Los seres humanos expresan cerca de 230 conductos iónicos (Jegla et al., 2009). Estos conductos se dividen en familias con base en los iones que conducen, su estructura molecular y su método de activación. Se subdividen según sus propiedades de conducción, incluida su cinética de activación y desactivación. Los que tienen relevancia farmacológica son los conductos iónicos activados por voltaje, por proteína G y por ligando. Los conductos iónicos activados por voltaje se describen aquí; los activados por proteína G y por ligando se describen en la sección Mecanismos de acción farmacológica mediada por receptores. Los conductos iónicos activados por voltaje son sensibles a los cambios en el potencial electroquímico a través de una membrana y se activan con la despolarización de la membrana. Cualquier introducción a la farmacodinámica debe prestar atención a ellos: son objetivos farmacológicos de enorme importancia; muchos ocurren después de la activación del receptor por factores endocrinos y paracrinos, como los neurotransmisores, y ofrecen contexto para comprender todos los demás tipos de conductos. Además, las mutaciones en los conductos iónicos activados por voltaje pueden causar enfermedades (llamadas conductopatías) que incluyen varios trastornos convulsivos (cap. 20), otras enfermedades neurológicas y arritmias cardiacas (cap. 34). Conductos de Na+ activados por voltaje Los conductos de Na+ activados por voltaje permiten la propagación de potenciales de acción enérgicos que despolarizan la membrana de las células nerviosas y musculares desde su potencial de reposo aproximado de −70 mV, dependiente de la célula, hasta un potencial de +20 mV en unos cuantos milisegundos. La activación de estos conductos que inicia el avance del potencial de acción suele ocurrir en respuesta a una despolarización localizada producida por conductos catiónicos activados por ligando en neuronas y músculo estriado y por conductos de Ca2+ tipo L activados en el nodo sinoauricular del corazón; la propagación del potencial de acción se logra mediante la activación secuencial de los propios conductos de Na+. Los conductos de Na+ activados por voltaje tienen tres subunidades, una subunidad α formadora del poro y dos subunidades reguladoras β (Catterall et al., 2020). La subunidad α es una única proteína de 260 kDa que contiene cuatro dominios, cada uno consistente en hélices que cruzan la membrana seis veces (S1S6) y se disponen en forma seudotetramérica para constituir un poro selectivo para el ion Na+ (figs. 3–4A y 25–2). Las subunidades β son proteínas de 36 kDa que cruzan la membrana una vez. Un asa extracelular entre los segmentos S5 y S6 de la subunidad α, llamada asa formadora de poro o asa P, se sumerge de nuevo en el poro y, combinada con residuos de las asas P correspondientes de los otros dominios, constituye un filtro de selectividad para el ion Na+. Cuatro hélices más alrededor del poro (una hélice S4 de cada uno de los dominios) contienen un conjunto de aminoácidos cargados que forman el sensor de voltaje y hacen que el poro se abra con voltajes de membrana más positivos, los cuales inician la activación. Figura 3–4 Conductos de Na+, Ca2+ y K+ dependientes de voltaje. Los conductos dependientes del voltaje producen cambios rápidos en la permeabilidad iónica en los axones y las dendritas, así como para el acoplamiento excitaciónsecreción que induce la liberación de neurotransmisores en los sitios presinápticos. A . Estructura de los conductos de Ca2+ y de Na+. La subunidad α de los conductos de Ca2+ y de Na+ consiste en cuatro subsubunidades o segmentos (denominados I a IV), cada uno con seis dominios transmembrana (TM) hidrófobos (cilindros azules). Las regiones hidrófobas que conectan TM5 y TM6 en cada segmento se asocian para formar el poro del conducto. El segmento 4 de cada dominio incluye el sensor de voltaje. (Adaptada con autorización de Catterall W. Neuron 2000, 26:13–25. © Elsevier). B . Diversidad estructural de los conductos de K+. Entrante rectificadora, Kir: la subunidad básica de la proteína del conducto de K+ de entrada rectificadora Kir tiene la configuración general de TM5 y TM6 de un segmento de la subunidad α mostrado en la imagen A. Cuatro de estas subunidades se ensamblan para crear el poro. Conducto de K+ sensible al voltaje, Kv: las subunidades α del conducto de K+ sensible al voltaje Kv y el conducto de K+ de activación rápida KA comparten una estructura de seis cruces parecida en su configuración general a un solo segmento de la estructura del conducto de Na+ y Ca2+, con seis dominios TM. Cuatro de estos se ensamblan para formar el poro. Las subunidades β reguladoras (citosólicas) pueden alterar las funciones del conducto Kv. C . Ensamble de múltiples subunidades de conductos de Ca2+. Los conductos de Ca2+ tienen un requerimiento variable de varias proteínas auxiliares pequeñas (α2, β, γ y δ); las subunidades α2 y δ están unidas con un puente de disulfuro. De igual manera, también existen subunidades reguladoras para los conductos de Na+. D. Gradientes Downloaded 20231221 2:3 P Your IP is 138.97.143.28 iónicos a través de la membrana de una célula nerviosa de mamífero. El riñón es el principal regulador del ambiente iónico extracelular. ElPage transporte 11 / 62 CAPÍTULO 3: Farmacodinámica: mecanismos moleculares de la acción farmacológica, David R. Manning; Donald K. Blumenthal activo de cationes y las permeabilidades selectivas relativas de los conductos iónicos mantienen el ambiente intracelular. En esta figura, los números ©2023 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use • Privacy Policy • Notice • Accessibility debajo de los diversos iones son las concentraciones en estado de reposo en mM; las letras grandes en negritas de los elementos indican la localización de la concentración más alta del ion; las flechas rojas y verdes indican la dirección de los gradientes eléctrico y de concentración. En subunidades α del conducto de K+ sensible al voltaje Kv y el conducto de K+ de activación rápida KA comparten una estructura de seis cruces parecida UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR UES en su configuración general a un solo segmento de la estructura del conducto de Na+ y Ca2+, con seis dominios TM. Cuatro de estos se ensamblan para Access Provided by: formar el poro. Las subunidades β reguladoras (citosólicas) pueden alterar las funciones del conducto Kv. C . Ensamble de múltiples subunidades de conductos de Ca2+. Los conductos de Ca2+ tienen un requerimiento variable de varias proteínas auxiliares pequeñas (α2, β, γ y δ); las subunidades α2 y δ están unidas con un puente de disulfuro. De igual manera, también existen subunidades reguladoras para los conductos de Na+. D. Gradientes iónicos a través de la membrana de una célula nerviosa de mamífero. El riñón es el principal regulador del ambiente iónico extracelular. El transporte activo de cationes y las permeabilidades selectivas relativas de los conductos iónicos mantienen el ambiente intracelular. En esta figura, los números debajo de los diversos iones son las concentraciones en estado de reposo en mM; las letras grandes en negritas de los elementos indican la localización de la concentración más alta del ion; las flechas rojas y verdes indican la dirección de los gradientes eléctrico y de concentración. En estado de reposo, los conductos de Na+ están cerrados, los conductos de K+ están abiertos y el potencial de membrana se aproxima al potencial de Nernst para K+. La abertura de los conductos de Na+ causa la despolarización. Por el contrario, el gradiente de K+ es tal que el aumento en la permeabilidad al K+ produce hiperpolarización. Los cambios en la concentración intracelular de Ca2+ (conductos de Ca2+ vía de entrada y movilización del Ca2+ secuestrado en la célula) afectan múltiples procesos celulares y son cruciales para la liberación de neurotransmisores. El Cl− fluye a través de los conductos de la membrana, una gran fracción de los cuales se activan por GABA o glicina. La activación de neuronal los receptores GABAA casi siempre conduce a la entrada neta de Cl−, lo que produce hiperpolarización de la membrana e inhibición de la despolarización. El potencial de equilibrio para el Cl− es relativamente cercano al potencial de reposo de la membrana y los pequeños cambios en el Cl− celular, el potencial de membrana y las actividades de los transportadores de Cl− (p. ej., KCC2 y NKCC1) pueden influir en los desplazamientos del Cl− a través de la membrana. Downloaded 20231221 2:3 P Your IP is 138.97.143.28 CAPÍTULO 3: Farmacodinámica: mecanismos moleculares de la acción farmacológica, David R. Manning; Donald K. Blumenthal ©2023 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use • Privacy Policy • Notice • Accessibility Page 12 / 62 Los conductos de Na+ activados por voltaje en las neuronas que perciben el dolor (nocicepción) son objetivos farmacológicos de los anestésicos los conductos de la membrana, una gran fracción de los cuales se activan por GABA o glicina. La activación de neuronal los receptores GABAA casi DE El ELpotencial SALVADOR siempre conduce a la entrada neta de Cl−, lo que produce hiperpolarización de la membrana e inhibición deUNIVERSIDAD la despolarización. de UES Access Provided by: equilibrio para el Cl− es relativamente cercano al potencial de reposo de la membrana y los pequeños cambios en el Cl− celular, el potencial de membrana y las actividades de los transportadores de Cl− (p. ej., KCC2 y NKCC1) pueden influir en los desplazamientos del Cl− a través de la membrana. Los conductos de Na+ activados por voltaje en las neuronas que perciben el dolor (nocicepción) son objetivos farmacológicos de los anestésicos locales, como la lidocaína y la tetracaína, que bloquean el poro e inhiben la despolarización; de esta manera impiden la transmisión relevante para la sensación dolorosa (fig. 25–3). También son objetivos farmacológicos de ciertos antiepilépticos (cap. 20) y antiarrítmicos (cap. 34). Catterall et al. (2020) publicaron una amplia descripción del bloqueo dependiente de estado con estos fármacos (la dependencia de estos fármacos del potencial de membrana en reposo y la frecuencia del potencial de acción). Los conductos también son objetivos farmacológicos de las toxinas marinas naturales, como la tetrodotoxina, saxitoxina y diversas conotoxinas. Conductos de Ca2+ activados por voltaje Los conductos de Ca2+ activados por voltaje tienen una estructura bastante similar a la de los conductos de Na+, con una subunidad α grande (cuatro dominios de 6 hélices que cruzan la membrana) y subunidades reguladoras auxiliares (p. ej., subunidades β y α2δ; figs. 3–4C y 16–2) (Catterall et al., 2+ pueden 2020). Los conductos de Ca2:3 sustanciales de un potencial de acción, como en las células marcapaso del corazón, pero más a Downloaded 20231221 P Yourser IP componentes is 138.97.143.28 Page 13 / 62 CAPÍTULO 3: Farmacodinámica: mecanismos moleculares de la acción farmacológica, David R. Manning; Donald K. Blumenthal menudo permiten la traducción, mediante la entrada de Ca2+, de los potenciales de acción en respuestas intracelulares. Existen tres tipos generales de ©2023 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use • Privacy Policy • Notice • Accessibility conductos de Ca2+. Los conductos de Ca2+ de tipo L se expresan en células de músculos cardiaco, liso y estriado, así como en células de tejidos endocrinos, donde participan en el acoplamiento excitacióncontracción y en la secreción. Las corrientes conducidas por los conductos de Ca2+ tipo L Conductos de Ca2+ activados por voltaje UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR UES Access Provided by: Los conductos de Ca2+ activados por voltaje tienen una estructura bastante similar a la de los conductos de Na+, con una subunidad α grande (cuatro dominios de 6 hélices que cruzan la membrana) y subunidades reguladoras auxiliares (p. ej., subunidades β y α2δ; figs. 3–4C y 16–2) (Catterall et al., 2020). Los conductos de Ca2+ pueden ser componentes sustanciales de un potencial de acción, como en las células marcapaso del corazón, pero más a menudo permiten la traducción, mediante la entrada de Ca2+, de los potenciales de acción en respuestas intracelulares. Existen tres tipos generales de conductos de Ca2+. Los conductos de Ca2+ de tipo L se expresan en células de músculos cardiaco, liso y estriado, así como en células de tejidos endocrinos, donde participan en el acoplamiento excitacióncontracción y en la secreción. Las corrientes conducidas por los conductos de Ca2+ tipo L pueden requerir una despolarización potente y son de larga duración (de ahí la “L” como identificador del tipo). Estos conductos se bloquean con dihidropiridinas, como la nifedipina y por diltiazem y verapamilo, fármacos usados con frecuencia para tratar hipertensión, angina y ciertas arritmias cardiacas (caps. 31, 32 y 34). Los conductos de Ca2+ tipos P/Q, N y R se expresan sobre todo en neuronas y participan en la liberación de neurotransmisores. También requieren una despolarización fuerte para activarse. Los conductos tipo T se expresan en neuronas y en células de músculos cardiaco y liso. Las corrientes generadas por el flujo iónico a través de estos conductos se activan por despolarizaciones débiles y son transitorias. Estos conductos facilitan la despolarización del marcapasos cardiaco. También se encuentran en las neuronas talámicas, donde la corriente amplifica las oscilaciones en el potencial de membrana, una oscilación es lo que se observa en una convulsión de ausencia (cap. 20); la etosuximida y el valproato son antiepilépticos usados para inhibir los conductos de tipo T. Los conductos de Ca2+ tipo L son modulados por la fosforilación mediante la proteína cinasa A (PKA, protein kinase A), mientras los conductos tipos P/Q, N y R están modulados en un punto más proximal mediante los GPCR, como se explica más adelante (Mecanismos de acción farmacológica mediados por un receptor). Conductos de K+ activados por voltaje Los conductos de K+ activados por voltaje son los más numerosos de la familia de conductos iónicos activados por voltaje (Gutmann et al., 2005; Wulff et al., 2009). Estos conductos son tetrámeros de cuatro subunidades KVα similares o idénticas de seis cruces transmembrana que en conjunto forman un poro de conductancia con capacidad de percibir el voltaje (fig. 3–4B). Existen 40 genes humanos KVα que se distribuyen en 12 subfamilias. Los conductos regulan la onda y el patrón de los potenciales de acción (Attali et al., 2019). Varios fármacos antiarrítmicos, como la amiodarona y el sotalol, modulan estos conductos en forma directa o indirecta y casi siempre junto con otros conductos iónicos activados por voltaje (cap. 34). Un mecanismo común por el cual los fármacos prolongan los potenciales de acción en el corazón y causan arritmias es la inhibición de una corriente rectificadora tardía específica generada por hERG, un conducto más a menudo denominado KV11.1 (el producto de KCNH2; cap. 34). Especificidad de las respuestas farmacológicas El grado en que un fármaco logra una acción buscada en relación con otras acciones es conocido como especificidad o selectividad de acción. La afinidad de un fármaco por su blanco molecular tiene importancia obvia, ya que una interacción de alta afinidad reduce la probabilidad de efectos fuera del objetivo farmacológico con concentraciones terapéuticas. La especificidad depende también de otros factores. Uno es la medida en que el sitio donde interactúa el fármaco es exclusivo de ese objetivo farmacológico. La conservación de sitios ortostéricos entre los subtipos de receptores muscarínicos dificulta la actividad farmacológica en algún subtipo específico (cap. 11). Además, ciertos receptores o enzimas en apariencia dispares tienen sitios de unión ortostéricos con un origen ontológico común. Este es el caso de los receptores muscarínicos y el receptor H1 para histamina, como se manifiesta en los efectos atropínicos de los antihistamínicos típicos (cap. 43). Aclarado esto, un ejemplo de sitio ortostérico en el cual se ha tenido cierto éxito en lograr una especificidad de objetivo farmacológico relativamente alta es el sitio de unión para ATP de las proteína cinasas, para el cual existen cerca de 800 genes diferentes en el genoma humano, muchos de los cuales participan en la patogenia del cáncer (cap. 71). El imatinib actúa en el sitio de unión de ATP de la BcrAbl proteína cinasa y se usa para tratar la leucemia mieloide crónica; el imatinib fue el primer inhibidor de la proteína cinasa dirigido a una proteína cinasa específica que recibió la aprobación de la FDA (Cohen et al., 2021). La especificidad de acción también puede depender del grado en que el objetivo farmacológico se distribuye entre los tejidos. Es casi seguro que un objetivo expresado en uno o solo en unos cuantos tejidos favorezca un grado más alto de especificidad terapéutica que uno que se expresa en todo el cuerpo, ya que los efectos farmacológicos en este último caso ocurrirían en tejidos que muy probablemente sean irrelevantes para el fenómeno patológico. La forma en que el fármaco mismo se distribuye entre los tejidos, un concepto importante en la farmacocinética, también influye en su especificidad de acción. Los antagonistas del receptor opioide μ que se limitan a la periferia, como la metilnaltrexona, a diferencia de la naloxona o la naltrexona, tienen poco efecto en las acciones analgésicas (centrales) de los opioides (cap. 23). Ningún fármaco es del todo específico en cuanto a su acción. La desviación de un alto grado de especificidad puede ser ventajosa en ciertas circunstancias. Por ejemplo, la sedación que ejercen los antihistamínicos típicos puede ser una acción secundaria bienvenida para el bloqueo periférico de la histamina en el tratamiento del prurito. Sin embargo, lo más frecuente es que las acciones no deseadas de un fármaco pueden ser una Downloaded 20231221 2:3estos P Your IP isaumentan 138.97.143.28 molestia o algo peor cuando efectos el daño físico o psicológico (al grado de convertirse en fenómenos farmacológicos adversos). Page 14 / 62 CAPÍTULO 3: Farmacodinámica: mecanismos moleculares de la acción farmacológica, David R. Manning; Donald K. Blumenthal ©2023 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use • Privacy Policy • Notice • Accessibility En ocasiones, la “promiscuidad” no es del fármaco, sino del objetivo farmacológico. El conducto K 11.1 (hERG) contiene un sitio que puede interactuar V con diversas moléculas de estructuras distintas. La prolongación del intervalo QT con la consecuente taquicardia ventricular polimorfa en entorchado especificidad de acción. Los antagonistas del receptor opioide μ que se limitan a la periferia, como la metilnaltrexona, a diferencia de la naloxona o la UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR UES naltrexona, tienen poco efecto en las acciones analgésicas (centrales) de los opioides (cap. 23). Access Provided by: Ningún fármaco es del todo específico en cuanto a su acción. La desviación de un alto grado de especificidad puede ser ventajosa en ciertas circunstancias. Por ejemplo, la sedación que ejercen los antihistamínicos típicos puede ser una acción secundaria bienvenida para el bloqueo periférico de la histamina en el tratamiento del prurito. Sin embargo, lo más frecuente es que las acciones no deseadas de un fármaco pueden ser una molestia o algo peor cuando estos efectos aumentan el daño físico o psicológico (al grado de convertirse en fenómenos farmacológicos adversos). En ocasiones, la “promiscuidad” no es del fármaco, sino del objetivo farmacológico. El conducto KV11.1 (hERG) contiene un sitio que puede interactuar con diversas moléculas de estructuras distintas. La prolongación del intervalo QT con la consecuente taquicardia ventricular polimorfa en entorchado (torsades de pointes) es un efecto grave de muchos fármacos que actúan fuera del objetivo farmacológico. Ahora la FDA requiere que todos los nuevos fármacos sean valorados para conocer su capacidad de unirse con el conducto KV11.1 y prolongar el intervalo QT. Para complicar más el problema de la especificidad, algunos fármacos se administran como mezclas racémicas de estereoisómeros, cada uno de los cuales puede tener una farmacodinámica y propiedades farmacocinéticas diferentes. El fármaco antiarrítmico sotalol es un buen ejemplo. Aunque los enantiómeros D y L de sotalol son equipotentes como antagonistas de los conductos de K+, el enantiómero L es un antagonista adrenérgico β mucho más potente. Múltiples fármacos que al principio estaban disponibles como mezclas racémicas ahora se encuentran en formas de un solo estereoisómero, lo que a menudo resalta las diferencias en las propiedades de los enantiómeros por separado. La conversión metabólica de un fármaco en uno o más metabolitos que conservan la actividad también es un factor de confusión para la especificidad. Los metabolitos activos casi siempre difieren del compuesto original en eficacia, pero algunos tienen también diferencias cualitativas en sus acciones. Aparte de los profármacos, a menudo se les reconoce como metabolitos tóxicos e incluyen, por ejemplo, la normeperidina, un metabolito de la meperidina que es probable causante de estimulación del sistema nervioso central (SNC) (cap. 23) y la Nacetilpbenzoquinona imina, un metabolito del paracetamol que produce necrosis hepática y renal (cap. 5). Aditividad y sinergismo: isobologramas Los fármacos con diferentes mecanismos de acción a menudo se usan en combinación para lograr efectos aditivos y sinérgicos positivos. Tales interacciones de dos compuestos pueden permitir el uso de menores concentraciones de cada uno, lo que reduce los efectos adversos dependientes de la concentración. El sinergismo positivo se refiere a los efectos “superaditivos” de fármacos usados en combinación, cuando el efecto de los dos fármacos juntos es mayor que la suma de sus efectos individuales. Los fármacos usados en combinación también pueden tener sinergismo negativo o efectos subaditivos, cuando la eficacia de la combinación es menor de lo que se esperaría si los efectos fueran aditivos. Los isobologramas, como el mostrado en la figura 3–5, ofrecen una representación cuantitativa del sinergismo positivo y negativo. La base para el uso de isobologramas fue desarrollada y revisada por Tallarida (2012) y se explica en el pie de la figura 3–5. El uso de isobologramas para identificar las posibles interacciones farmacodinámicas sinérgicas de varios fármacos anticonvulsivos diferentes en un modelo de ratón fue demostrado por Metcalf et al. (2018). Figura 3–5 Isobolograma que muestra el efecto aditivo y sinergia de una combinación farmacológica. El isobolograma muestra la línea de efecto aditivo de 50% obtenido con una combinación de dos fármacos (las concentraciones de fármaco A están en el eje x, las del fármaco B están en el eje y) que tienen efectos similares, pero diferentes mecanismos de acción. La intersección de la línea de adición (efecto de 50%) con el eje x es la EC50 para A, mientras la intersección en el eje y es la EC50 para B. Si la combinación de A y B muestra un sinergismo positivo (“superaditividad”), entonces 50% del efecto con una combinación de los dos fármacos caerá en algún punto debajo de la línea de efecto aditivo, mientras el sinergismo negativo (“subaditividad”) caerá por arriba de la línea de efecto aditivo. Las líneas de efecto aditivo para diferentes porcentajes de efectos (p. ej., 90% de efecto) son paralelas a la línea de 50% de efecto aditivo. El isobolograma puede usarse para calcular las concentraciones de dos fármacos necesarias para obtener un efecto determinado cuando se usan combinados. Una explicación completa del concepto y la utilidad de los isóbolos puede consultarse en Tallarida (2012). Downloaded 20231221 2:3 P Your IP is 138.97.143.28 CAPÍTULO 3: Farmacodinámica: mecanismos moleculares de la acción farmacológica, David R. Manning; Donald K. Blumenthal ©2023 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use • Privacy Policy • Notice • Accessibility Page 15 / 62 una combinación de los dos fármacos caerá en algún punto debajo de la línea de efecto aditivo, mientras el sinergismo negativo (“subaditividad”) UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR UES caerá por arriba de la línea de efecto aditivo. Las líneas de efecto aditivo para diferentes porcentajes de efectos (p. ej., 90% de efecto) son paralelas a la Access Provided by: línea de 50% de efecto aditivo. El isobolograma puede usarse para calcular las concentraciones de dos fármacos necesarias para obtener un efecto determinado cuando se usan combinados. Una explicación completa del concepto y la utilidad de los isóbolos puede consultarse en Tallarida (2012). Atenuación de las respuestas farmacológicas La regulación de la retroalimentación es una característica definitoria de los sistemas biológicos. Una célula o un organismo pueden percibir las acciones de un fármaco como una perturbación de la homeostasis e intentar contrarrestar tales acciones para restaurar el estado de equilibrio mediante mecanismos moleculares y fisiológicos. Los mecanismos incluyen los ejercidos por el sistema nervioso simpático y el sistema renina angiotensinaaldosterona (caps. 29 y 32), entre muchos otros ciclos de retroalimentación celular y sistémica. La taquicardia refleja mediada por el sistema nervioso simpático es una respuesta frecuente a los vasodilatadores usados para reducir la presión arterial, como las dihidropiridinas, hidralazina y nitratos orgánicos, lo que en ocasiones requiere la administración de un βbloqueador para amortiguar el aumento de la frecuencia cardiaca (caps. 31, 32 y 33). Taquifilaxia y desvanecimiento son términos superpuestos para una reducción de la respuesta a un fármaco con la aplicación repetida o con el tiempo, respectivamente. Por lo general, los dos términos tienen una connotación fisiológica. Aunque no es necesario implicar algún mecanismo (Neubig et al., 2003), los procesos subyacentes incluyen modulación de la expresión y función del objetivo farmacológico, respuestas de mecanismos homeostáticos hísticos superpuestos y, en casos extremos, mecanismos de resistencia franca a tratamientos contra el cáncer o patógenos. La desensibilización también se refiere a la atenuación de la respuesta, pero por lo general al nivel del objetivo farmacológico mismo. A menudo se distingue la desensibilización de la regulación descendente, la pérdida de un objetivo farmacológico con la exposición prolongada al ligando, aunque las dos pueden tener mecanismos muy relacionados. En particular, la desensibilización y la regulación descendente de los GPCR han sido bien comprendidas. La desensibilización homóloga se refiere a una reducción relativamente rápida en la respuesta de un GPCR a un agonista como consecuencia de una interacción entre los dos. Una forma de desensibilización homóloga incluye la fosforilación de los GPCR mediante cinasas del receptor acoplado con proteína G (GRK, G proteincoupled receptor kinase) con la implicación subsiguiente de arrestinas e interiorización de receptores, como se explica en la sección Desensibilización mediada por GRK y arrestina. Existen otras formas de desensibilización homóloga, incluidas las mediadas por proteína cinasas, con o sin arrestinas y que implican otras formas de interiorización. La desensibilización heteróloga se refiere a un decremento en la respuesta de un receptor a un agonista como resultado de la activación de una vía receptorseñalización diferente, por lo general mediante un agonista distinto. La fosforilación de receptores mediante PKA y PKC tiene un sitio prominente en la desensibilización heteróloga, igual que otras modificaciones posteriores a la traducción, como la ubiquitinación y la palmitoilación (Patwardhan et al., 2021). Aunque la desensibilización de los GPCR permite un grado variable de reciclaje desde los endosomas, predispone a los receptores a la regulación a la baja mediante degradación lisosómica. Aunque por lo general se considera que la desensibilización y la regulación descendente amortiguan la eficacia de los agonistas, en algunos casos tienen utilidad terapéutica. Se cree que los mecanismos por los cuales los inhibidores selectivos de la recaptación de serotonina (SSRI, selective Downloaded 20231221 2:3 P) atenúan Your IP la is depresión, 138.97.143.28 serotonine reuptake inhibitors implican la reducción de receptores autoinhibidores 5HT1A, 5HT1D y 5HT7 y receptores Page 16 / 62 CAPÍTULO 3: Farmacodinámica: mecanismos moleculares de la acción farmacológica, David R. Manning; Donald K. Blumenthal postsinápticos mientras otros receptores serotoninérgicos su capacidad de respuesta a las concentraciones ahora más elevadas de 2A,All ©2023 McGraw5HT Hill. Rights Reserved. Terms of Use • Privacyconservan Policy • Notice • Accessibility serotonina (cap. 18). La reducción del receptor para hormona liberadora de gonadotropina (GnRH, gonadotropinreleasing hormone) mediante la señalización sostenida lograda con congéneres de la GnRH es la base de la utilidad de estos fármacos en el tratamiento de la pubertad precoz receptores mediante PKA y PKC tiene un sitio prominente en la desensibilización heteróloga, igual que otras modificaciones posteriores a la UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR UES traducción, como la ubiquitinación y la palmitoilación (Patwardhan et al., 2021). Aunque la desensibilización de los GPCR permite un grado variable de Access Provided by: reciclaje desde los endosomas, predispone a los receptores a la regulación a la baja mediante degradación lisosómica. Aunque por lo general se considera que la desensibilización y la regulación descendente amortiguan la eficacia de los agonistas, en algunos casos tienen utilidad terapéutica. Se cree que los mecanismos por los cuales los inhibidores selectivos de la recaptación de serotonina (SSRI, selective serotonine reuptake inhibitors) atenúan la depresión, implican la reducción de receptores autoinhibidores 5HT1A, 5HT1D y 5HT7 y receptores postsinápticos 5HT2A, mientras otros receptores serotoninérgicos conservan su capacidad de respuesta a las concentraciones ahora más elevadas de serotonina (cap. 18). La reducción del receptor para hormona liberadora de gonadotropina (GnRH, gonadotropinreleasing hormone) mediante la señalización sostenida lograda con congéneres de la GnRH es la base de la utilidad de estos fármacos en el tratamiento de la pubertad precoz dependiente de GnRH (cap. 46). El fenómeno de supersensibilidad refleja también un proceso de adaptación, a menudo una adaptación a la supresión prolongada de la señalización del receptor y que por lo general se manifiesta como una mayor expresión del receptor. Es más notable cuando un inhibidor o antagonista se interrumpe de manera súbita. Se ha planteado que la supersensibilidad relacionada con el receptor dopaminérgico D2 explica la tolerancia a los antipsicóticos (cap. 19) y la mayor capacidad de respuesta adrenérgica β de los pacientes físicamente activos que, después de un tratamiento prolongado con un βbloqueador, suspenden este fármaco de manera súbita (cap. 14). La supersensibilidad también es fácil de observar en ciertos receptores postsinápticos para neurotransmisores en caso de desnervación crónica. La atenuación de la respuesta a los fármacos que inhiben enzimas puede relacionarse con un aumento en la expresión del objetivo farmacológico. La inhibición que ejercen las estatinas de la HMGCoA reductasa se contrarresta, aunque de manera incompleta, con un aumento sustancial en la concentración de la enzima mediante formas autorreguladoras de la transcripción génica y menor degradación de la proteína. La atenuación de la respuesta farmacológica, sin importar su objetico farmacológico, puede ser resultado de la expresión autoinducida de las enzimas que degradan el fármaco, un fenómeno farmacocinético. La inducción de CYP3A4 (citocromo P450 isoforma 3A4) mediante carbamazepina es un ejemplo típico: después de una sola dosis, la semivida (t1/2) de la carbamazepina es cercana a 36 h; después de la administración repetida, la t1/2 disminuye a la mitad. El término resistencia farmacológica se usa casi exclusivamente en relación con el tratamiento antimicrobiano y oncológico y se refiere a la capacidad del patógeno o de la célula para evitar la destrucción por el fármaco. El abuso de antimicrobianos conduce a la selección de cepas microbianas resistentes a los antibióticos, un problema crítico en la medicina humana y en la crianza de animales para producción de alimentos. Los mecanismos frecuentes de resistencia antimicrobiana, descritos con detalle en el capítulo 56, son: Reducción de la entrada del fármaco al patógeno o célula. Incremento de la exportación del fármaco fuera del patógeno o célula. Alteración de las proteínas donde el fármaco ejerce su efecto. Desarrollo de vías alternativas para evitar las que inhibe el fármaco. Liberación de enzimas que modifican o destruyen el fármaco. En las células neoplásicas, uno de varios mecanismos de resistencia al metotrexato, un inhibidor competitivo de la dihidrofolato reductasa (DHFR), es el incremento de la enzima mediante amplificación génica o modificación de la regulación génica (cap. 70). Otros mecanismos de resistencia al metotrexato incluyen alteración del transporte farmacológico hacia las células debido a la baja expresión del portador de folato reducido, menor retención intracelular del fármaco debido a disminución de la poliglutamilación y aumento en la expresión de un transportador de salida y producción de formas alteradas de DHFR que tienen menor afinidad por el metotrexato. Interacciones farmacodinámicas Aunque los fármacos pueden usarse en combinación para lograr un efecto terapéutico aditivo o sinérgico, las combinaciones también se utilizan para el tratamiento de varias enfermedades que se presentan en forma simultánea. En cualquier caso, deben considerarse las interacciones farmacológicas. El término interacciones, como suele usarse, no se relaciona con las interacciones terapéuticas, sino con las interacciones de los fármacos que tienen la capacidad de causar efectos adversos. La comprensión de las bases de tales interacciones brinda el contexto para prevenirlas. Con mayor frecuencia, las interacciones farmacológicas se enmarcan dentro de una perspectiva farmacocinética en la que un fármaco altera la absorción, distribución, metabolismo o eliminación (ADME) de otro. Las interacciones farmacocinéticas se describen en el capítulo 2. Las de naturaleza farmacodinámica descrito menos. Quizá el tipo de interacción farmacodinámica más frecuente se relaciona con la sedación. Un gran Downloaded 20231221 2:3se P han Your IP is 138.97.143.28 17 / 62 CAPÍTULO 3: Farmacodinámica: mecanismos de la aditivas acción farmacológica, R. Manning; DonalddeK.tales Blumenthal número de fármacos tienen acciones sedantes y,moleculares ya sea por formas o sinérgicas de David su efecto, la combinación compuestosPage puede ©2023 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use • Privacy Policy • Notice • Accessibility producir sedación excesiva, pérdida del estado de alerta e incluso la muerte. Otro tipo de interacción farmacológica farmacodinámica es la prolongación del intervalo QTc, en la cual la administración concurrente de dos fármacos que prolongan este intervalo conlleva una mayor el tratamiento de varias enfermedades que se presentan en forma simultánea. En cualquier caso, deben considerarse las interacciones UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR UES farmacológicas. El término interacciones, como suele usarse, no se relaciona con las interacciones terapéuticas, sino con las interacciones de los Access Provided by: fármacos que tienen la capacidad de causar efectos adversos. La comprensión de las bases de tales interacciones brinda el contexto para prevenirlas. Con mayor frecuencia, las interacciones farmacológicas se enmarcan dentro de una perspectiva farmacocinética en la que un fármaco altera la absorción, distribución, metabolismo o eliminación (ADME) de otro. Las interacciones farmacocinéticas se describen en el capítulo 2. Las de naturaleza farmacodinámica se han descrito menos. Quizá el tipo de interacción farmacodinámica más frecuente se relaciona con la sedación. Un gran número de fármacos tienen acciones sedantes y, ya sea por formas aditivas o sinérgicas de su efecto, la combinación de tales compuestos puede producir sedación excesiva, pérdida del estado de alerta e incluso la muerte. Otro tipo de interacción farmacológica farmacodinámica es la prolongación del intervalo QTc, en la cual la administración concurrente de dos fármacos que prolongan este intervalo conlleva una mayor probabilidad de causar taquicardia ventricular polimorfa que cualquiera de esos compuestos solo. Otras interacciones farmacodinámicas son más selectivas o idiosincrásicas. Por ejemplo, los nitratos vasodilatadores producen dilatación mediante la elevación del GMP cíclico dependiente de NO en el músculo liso vascular, mientras que el sildenafilo, tadalafilo y vardenafilo ejercen sus efectos en la vasculatura por inhibición de la fosfodiesterasa (PDE) 5, que hidroliza el GMP cíclico hasta 5′GMP. Por lo tanto, la administración simultánea de un donador de NO (p. ej., nitroglicerina) con un inhibidor de PDE5 puede producir vasodilatación intensa con hipotensión potencialmente catastrófica. La warfarina tiene un estrecho margen entre la inhibición terapéutica del desarrollo del coágulo y las complicaciones hemorrágicas y está sujeta a numerosas interacciones farmacológicas importantes, tanto farmacocinéticas como farmacodinámicas. Las alteraciones en el consumo de vitamina K pueden tener una influencia significativa en la farmacodinámica de la warfarina y obligar al cambio de dosis; los antibióticos que alteran la flora intestinal reducen la síntesis bacteriana de vitamina K, lo que intensifica el efecto de la warfarina y la administración simultánea de NSAID y warfarina aumenta el riesgo de hemorragia de tubo digestivo en casi cuatro veces en comparación con el uso de warfarina sola. ¿Qué ocurre con la farmacocinética y la farmacodinámica en los extremos de la vida? La mayor parte de los fármacos se valora en adultos jóvenes y de edad madura. Los datos de niños y ancianos son relativamente escasos. No obstante, los parámetros farmacocinéticos y farmacodinámicos en los extremos de la edad pueden diferir mucho de los obtenidos del adulto prototípico, lo que obliga a evitar ciertos fármacos o a modificar mucho la dosis o el régimen posológico a fin de obtener el efecto clínico deseado en forma segura. Hay diversos recursos que revisan la farmacología neonatal y pediátrica. Respecto a los ancianos, la American Geriatrics Society publica los Beers Criteria for Potentially Inappropriate Medication Use in Older Adults, que es una lista explícita de fármacos que deben evitarse en los adultos de edad avanzada, fármacos que deben evitarse o usarse en menores dosis en el paciente geriátrico con hipofunción renal e interacciones farmacológicas específicas y entre los fármacos y la enfermedad que son dañinas para esta población. Medicina de precisión: una perspectiva farmacodinámica El propósito de la medicina de precisión es comprender la constitución genética, el ambiente y el estilo de vida de un individuo a fin de optimizar las estrategias para prevenir y tratar la enfermedad. Desde la perspectiva de la farmacodinámica, la clave de esta tarea es la identificación de biomarcadores u otros sustitutos que anticipen una respuesta, ya sea terapéutica o adversa, a un fármaco determinado. Hasta ahora se ha puesto un énfasis abrumador en los biomarcadores genéticos, en parte por la facilidad relativa de la secuenciación del DNA. La clasificación de tales biomarcadores es el terreno de la farmacogenética y la farmacogenómica, que se describen en el capítulo 7. Es casi un hecho que la epigenética, el estudio de modificaciones y cambios en la estructura de la cromatina superpuestos a la secuencia del DNA, resultará ser igual de importante, sobre todo en relación con el ambiente y el estilo de vida. Hasta ahora, los ejemplos de biomarcadores genéticos tienen que ver sobre todo con cambios singulares en la estructura del DNA mediante mutaciones somáticas y polimorfismos en nucleótidos individuales o estructurales. Algunos ejemplos apropiados de biomarcadores relativos a la efectividad terapéutica son la mutación V600E en RafB, necesaria para el tratamiento del melanoma con vemurafenib; la sobreexpresión del receptor HER2/neu, necesaria para el tratamiento del cáncer mamario con trastuzumab y la presencia necesaria del cromosoma Philadelphia para el tratamiento de la leucemia mielógena crónica con imatinib (cap. 71). Los panoramas de múltiples polimorfismos y mutaciones, cuyo efecto funcional individual no siempre se conoce, también son importantes. Por ejemplo, una “carga mutacional” alta y neoantígenos específicos del tumor relacionados con el reconocimiento de los linfocitos T se vinculan con el grado de beneficio clínico obtenido con el bloqueo de CTLA4 (proteína 4 relacionada con el linfocito T citotóxico) en el melanoma (Snyder et al., 2014). Las pruebas genéticas requeridas que se relacionan con la disminución de efectos adversos muy dañinos incluyen las del polimorfismo del alelo del antígeno leucocítico humano B*1502 antes de administrar carbamazepina a pacientes de origen asiático y la prueba para deficiencia de glucosa6 fosfato deshidrogenasa antes de administrar rasburicasa a pacientes de ascendencia africana o mediterránea. Las pruebas para la variante polimórfica AA del complejo 1 de la vitamina K epóxido reductasa (junto con variantes polimórficas de CYP2C9) ofrecen una guía para la posología inicial de warfarina. ¿Por qué? Porque la dosis óptima varía hasta más de 10 veces entre los pacientes, con consecuencias significativas para las dosis demasiado altas (complicaciones hemorrágicas) o demasiado bajas (formación de coágulos). Downloaded 20231221 2:3 P Your IP is 138.97.143.28 Page 18 / 62 CAPÍTULO 3: Farmacodinámica: mecanismos moleculares de la acción farmacológica, David R. Manning; Donald K. Blumenthal Las perspectivas farmacocinéticas relativas a la medicina de precisión y a la farmacogenética/ farmacogenómica en general se presentan en el capítulo ©2023 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use • Privacy Policy • Notice • Accessibility 7. La Pharmacogenomics Knowledge Base (PharmGKB) y la información de los fármacos de la FDA/European Medicines Agency proporcionan guías farmacodinámicas y farmacocinéticas. Las pruebas genéticas requeridas que se relacionan con la disminución de efectos adversos muy dañinos incluyen las del polimorfismo del alelo del UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR UES antígeno leucocítico humano B*1502 antes de administrar carbamazepina a pacientes de origen asiático y la prueba para deficiencia de glucosa6 Access Provided by: fosfato deshidrogenasa antes de administrar rasburicasa a pacientes de ascendencia africana o mediterránea. Las pruebas para la variante polimórfica AA del complejo 1 de la vitamina K epóxido reductasa (junto con variantes polimórficas de CYP2C9) ofrecen una guía para la posología inicial de warfarina. ¿Por qué? Porque la dosis óptima varía hasta más de 10 veces entre los pacientes, con consecuencias significativas para las dosis demasiado altas (complicaciones hemorrágicas) o demasiado bajas (formación de coágulos). Las perspectivas farmacocinéticas relativas a la medicina de precisión y a la farmacogenética/ farmacogenómica en general se presentan en el capítulo 7. La Pharmacogenomics Knowledge Base (PharmGKB) y la información de los fármacos de la FDA/European Medicines Agency proporcionan guías farmacodinámicas y farmacocinéticas. Relaciones concentraciónrespuesta y dosisrespuesta Los términos usados más a menudo para describir la capacidad de un fármaco para lograr un efecto son eficacia y potencia. Estos términos pueden analizarse a partir de la valoración de la relación entre la concentración o la dosis de un fármaco y la(s) respuesta(s) inducida(s). Por lo general, las curvas de concentraciónrespuesta o dosisrespuesta se trazan, como se hace aquí, para los efectos de los agonistas a través de receptores, pero son extensibles a todos los objetivos farmacológicos. El enfoque de estas curvas tiende a concentrarse en los individuos y no en las poblaciones o en las células, tejidos o muestras experimentales, de tal forma que se optimice la variabilidad. Las poblaciones son más fáciles de analizar mediante curvas binarias de concentraciónefecto o dosisefecto (véase la siguiente sección). La curva de concentraciónrespuesta o de dosisrespuesta en relación con los receptores muestra el efecto observado de un agonista en función de su concentración en el compartimiento del receptor o de la dosis administrada a un individuo. La figura 3–6 muestra una curva de concentración respuesta, casi siempre graficada como se presenta en la figura 3–6B. La colocación y forma exactas de la curva dependerán de la afinidad del fármaco por el receptor, el grado en que la población de receptores pueda exceder al número necesario para una respuesta máxima (receptores de reserva) y de efectos cooperadores. Las respuestas que se ajustan a la relación mostrada comparten la propiedad de ser matemáticamente continuas, a diferencia de las de naturaleza binaria, descritas más adelante. Figura 3–6 Curva de concentraciónrespuesta. A . La respuesta seleccionada a un agonista “D” en función de la concentración del agonista se grafica como porcentaje de la respuesta máxima al agonista. La concentración de agonista que produce 50% de la respuesta máxima se expresa como EC50 (concentración efectiva, indexada a 50% de la respuesta máxima). B . La forma hiperbólica de la curva en la imagen A se vuelve sigmoidea cuando se grafica de manera semilogarítmica. El intervalo de concentraciones necesario para presentar por completo la relación dosisrespuesta (casi 3 unidades log10 [10]) es demasiado amplio para ser útil en el formato lineal de la figura 3–6A; por lo tanto, la mayor parte de las curvas de dosis respuesta usan log [fármaco] en el eje x, como en la figura 3–6B. La forma sigmoidea tiene tres características notables: umbral, pendiente y asíntota máxima. Algunos agonistas inducen una respuesta en un intervalo de concentraciones y suprimen la misma respuesta en un intervalo más alto. En general se desconoce la base de esta relación bifásica, en ocasiones denominada hormesis; sin embargo, es posible que sea el origen de algunas respuestas farmacológicas adversas (fig. 9–2). Al nivel molecular, la eficacia se relaciona con la capacidad de un ligando para unirse con el receptor y favorecer un cambio en la conformación de este que induzca la respuesta distal medida. Las diferencias en eficacia entre ligandos son más fáciles de valorar en concentraciones de saturación de los ligandos cuando los receptores estudiados están ocupados por completo y se obtiene la respuesta máxima para cada ligando. Esto se muestra en la figura 3–7A, donde las asíntotas relativas a los efectos máximos de los fármacos y, por tanto, sus eficacias difieren. Los agonistas total y parcial difieren en eficacia; un antagonista neutral, que no tiene efecto en la conformación del receptor, tiene una eficacia de cero. Figura 3–7 Downloaded 20231221 2:3 P Your IP is 138.97.143.28 Page 19 / 62 CAPÍTULO 3: cuantificar Farmacodinámica: mecanismos moleculares la acción farmacológica, David AR. Manning; Blumenthal Dos formas de el agonismo. 1 . Se valora la eficacia de relativa de dos agonistas (fármaco , fármaco B) Donald para un K. tipo de receptor determinado ©2023 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use • Privacy Policy • Notice • Accessibility en la misma célula o tejido con base en una comparación de respuestas. La respuesta asintótica del fármaco A es dos veces mayor a la del fármaco B; por tanto, el fármaco A es dos veces más eficaz que el fármaco B. 2 . La EC50 del fármaco C es un décimo de la del fármaco D; por tanto, el fármaco C es que induzca la respuesta distal medida. Las diferencias en eficacia entre ligandos son más fáciles de valorar en concentraciones de saturación de los DEEsto EL SALVADOR ligandos cuando los receptores estudiados están ocupados por completo y se obtiene la respuesta máximaUNIVERSIDAD para cada ligando. se muestra en UES la Access Provided by: figura 3–7A, donde las asíntotas relativas a los efectos máximos de los fármacos y, por tanto, sus eficacias difieren. Los agonistas total y parcial difieren en eficacia; un antagonista neutral, que no tiene efecto en la conformación del receptor, tiene una eficacia de cero. Figura 3–7 Dos formas de cuantificar el agonismo. 1 . Se valora la eficacia relativa de dos agonistas (fármaco A, fármaco B) para un tipo de receptor determinado en la misma célula o tejido con base en una comparación de respuestas. La respuesta asintótica del fármaco A es dos veces mayor a la del fármaco B; por tanto, el fármaco A es dos veces más eficaz que el fármaco B. 2 . La EC50 del fármaco C es un décimo de la del fármaco D; por tanto, el fármaco C es 10 veces más potente que el fármaco D. La potencia es la expresión de la actividad de un fármaco en términos de la concentración o cantidad necesaria para producir un efecto definido (Neubig et al., 2003). A menudo se usa la media de la concentración efectiva (EC50) o de la dosis efectiva (ED50). En este caso, se dice que un fármaco cuya curva de concentraciónrespuesta se sitúa a la izquierda de otra, como en la figura 3–7B, es más potente, al margen de las diferencias en las respuestas máximas. Por otra parte, la idea de un “efecto definido” en la acepción anterior se presta a otras interpretaciones de potencia; por ejemplo, las no basadas en la EC50 o la ED50, sino en las concentraciones o dosis necesarias para alcanzar un efecto terapéutico absoluto o determinado. En cualquier caso, la potencia no se refiere al efecto máximo obtenible. Las diferencias de eficacias y potencias entre dos o más fármacos que operan a través de un receptor determinado pueden cambiar según la respuesta medida y el contexto celular. El contexto puede referirse a la proximidad relativa de los efectores subsiguientes, a las conformaciones del receptor reconocidas de manera diferencial en distintas células, a que los receptores sean limitantes para la respuesta medida y a las respuestas adaptativas. Además, la traducción de eficacia de un plano molecular a uno fisiológico o clínico, en el cual el efecto terapéutico deseado es la principal preocupación, puede ser un proceso riesgoso. El efecto terapéutico a menudo ocurre mucho después de los cambios en la conformación del receptor y representa una integración de acciones y reacciones en células, tejidos y mecanismos homeostáticos superpuestos. Asimismo, la variabilidad entre seres humanos en términos de respuesta es un factor de confusión (véase más adelante). Además, no puede decirse que aunque un antagonista no tenga un efecto en un receptor por sí mismo, carezca de efecto in vivo si bloquea las acciones de un agonista endógeno, lo que bien podría considerarse una respuesta terapéutica mensurable. Variabilidad farmacodinámica: individual y poblacional Los individuos presentan variaciones en la magnitud de su respuesta a la misma concentración de un mismo fármaco y es posible que un individuo determinado no siempre responda de la misma manera al mismo fármaco. Los factores que generan esta variabilidad no han sido comprendidos del todo, pero son de naturaleza farmacocinética y farmacodinámica (fig. 3–8). Por lo tanto, estos factores pueden cambiar en relación con el estado Downloaded 20231221 2:3 P Your IP is 138.97.143.28 fisiológico y 3: fisiopatológico, por ejemplo con el embarazo, la edad las funciones cardiovascular, hepática o renal. ParaK.complicar más el Page aspecto 20 /de 62la CAPÍTULO Farmacodinámica: mecanismos moleculares de layacción farmacológica, David R. Manning; Donald Blumenthal ©2023 McGraw Hill. All Rights Reserved. of Use • Privacy Policy • Notice • Accessibility variabilidad, los objetivos moleculares de losTerms fármacos a menudo aumentan o se reducen por factores endógenos o exógenos, incluso por la administración anterior o concurrente de otro fármaco. Variabilidad farmacodinámica: individual y poblacional UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR UES Access Provided by: Los individuos presentan variaciones en la magnitud de su respuesta a la misma concentración de un mismo fármaco y es posible que un individuo determinado no siempre responda de la misma manera al mismo fármaco. Los factores que generan esta variabilidad no han sido comprendidos del todo, pero son de naturaleza farmacocinética y farmacodinámica (fig. 3–8). Por lo tanto, estos factores pueden cambiar en relación con el estado fisiológico y fisiopatológico, por ejemplo con el embarazo, la edad y las funciones cardiovascular, hepática o renal. Para complicar más el aspecto de la variabilidad, los objetivos moleculares de los fármacos a menudo aumentan o se reducen por factores endógenos o exógenos, incluso por la administración anterior o concurrente de otro fármaco. Figura 3–8 Factores que influyen en la respuesta a una dosis prescrita de fármaco. Los datos sobre la correlación de la concentración farmacológica con la respuesta terapéutica y la toxicidad para una población deben interpretarse dentro de este contexto de variabilidad. Por lo general, las curvas de concentraciónrespuesta y dosisrespuesta descritas antes, que intentan reducir la variabilidad, serán suficientes. La potencia y eficacia en una población deben considerarse mediante curvas binarias de concentraciónefecto o dosisefecto (fig. 3–9). La respuesta binaria significa que un individuo responda o no a una concentración o dosis determinada del fármaco; cuando se usa la concentración del fármaco en lugar de la dosis, casi siempre se refiere a la plasmática. En caso de fenómenos biológicos que son binarios en sí mismos (p. ej., la conciencia, una convulsión o la muerte), la respuesta es solo la presencia del fenómeno. En caso de criterios de valoración que son un continuo matemático (p. ej., presión arterial, intensidad del dolor, concentración plasmática de la glucosa, PCO2), un cambio de magnitud especificada constituye una respuesta binaria. En cualquier caso, el número o porcentaje de individuos que responde de esta forma binaria se grafica en función de la concentración o dosis del fármaco. La concentración o dosis necesarias para producir una respuesta especificada en 50% de la población es la EC50 o ED50. Figura 3–9 Curvas binarias de concentraciónrespuesta y dosisrespuesta. A . Distribución por frecuencia y curva de concentraciónrespuesta. Se realizó un experimento en 100 sujetos, en los que se determinó la concentración plasmática del fármaco que producía una respuesta binaria en cada individuo, en este caso, hipnosis. Se graficó el número de sujetos que respondieron a cada concentración, lo que produjo una distribución de frecuencia logarítmicanormal (barras de color morado). Cuando se suma la distribución normal por frecuencia, se obtiene la distribución por frecuencia acumulativa, una curva sigmoidea que es una curva concentraciónrespuesta (barras rojas, línea roja). B . Curvas binarias de dosisrespuesta. Se inyectaron a animales varias dosis de un fármaco, luego se identificaron las respuestas y se graficaron. El índice terapéutico, el cociente entre la LD50 y Downloaded 20231221 2:3 P Your IP is 138.97.143.28 la ED50, es un3:indicador de la selectividad de un fármaco para producir los efectos deseadosDavid en relación con su Donald letalidad. el texto para obtener Page 21 / 62 CAPÍTULO Farmacodinámica: mecanismos moleculares de la acción farmacológica, R. Manning; K.Véase Blumenthal ©2023 McGrawmás Hill. amplia. All Rights Reserved. Terms of Use • Privacy Policy • Notice • Accessibility una explicación Curvas binarias de concentraciónrespuesta y dosisrespuesta. A . Distribución por frecuencia y curva de concentraciónrespuesta. Se realizó un DE EL en SALVADOR UES experimento en 100 sujetos, en los que se determinó la concentración plasmática del fármaco que producíaUNIVERSIDAD una respuesta binaria cada individuo, Access Provided by: en este caso, hipnosis. Se graficó el número de sujetos que respondieron a cada concentración, lo que produjo una distribución de frecuencia logarítmicanormal (barras de color morado). Cuando se suma la distribución normal por frecuencia, se obtiene la distribución por frecuencia acumulativa, una curva sigmoidea que es una curva concentraciónrespuesta (barras rojas, línea roja). B . Curvas binarias de dosisrespuesta. Se inyectaron a animales varias dosis de un fármaco, luego se identificaron las respuestas y se graficaron. El índice terapéutico, el cociente entre la LD50 y la ED50, es un indicador de la selectividad de un fármaco para producir los efectos deseados en relación con su letalidad. Véase el texto para obtener una explicación más amplia. En estudios preclínicos de los fármacos, la media de la dosis letal (lethal dose, LD50) se determina en animales de experimentación (fig. 3–9B). El índice LD50/ED50 en animales es una indicación del índice terapéutico en seres humanos, un término que refleja la selectividad del fármaco para producir los efectos deseados frente a los efectos adversos. Otro término, el intervalo terapéutico, es el rango de concentraciones o dosis de fármaco que tienen eficacia terapéutica con toxicidad mínima (figs. 2–11 y 3–10). La concentración o dosis de un fármaco necesaria para producir un efecto terapéutico en la mayor parte de la población casi siempre se superpone en cierta medida con la necesaria para producir toxicidad en parte de la población. Por tanto, un intervalo terapéutico definido para una población expresa un intervalo de concentraciones o dosis que tienen una elevada probabilidad de eficacia y baja probabilidad de efectos adversos, pero no garantiza la eficacia ni la seguridad para ningún individuo particular. Por tanto, el uso del intervalo terapéutico para optimizar la dosis de un fármaco en un paciente determinado debe complementarse con la vigilancia de los efectos del fármaco mediante marcadores clínicos y sustitutos apropiados. Figura 3–10 Relación del intervalo terapéutico de las concentraciones farmacológicas con los efectos terapéuticos y adversos en la población. El eje de las ordenadas es lineal, el de las abscisas es logarítmico. Este intervalo terapéutico particular representa la diferencia en las concentraciones farmacológicas que inducen una respuesta terapéutica en 50% de los pacientes y efectos adversos en 10%. Downloaded 20231221 2:3 P Your IP is 138.97.143.28 CAPÍTULO 3: Farmacodinámica: mecanismos moleculares de la acción farmacológica, David R. Manning; Donald K. Blumenthal ©2023 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use • Privacy Policy • Notice • Accessibility Farmacodinámica antimicrobiana Page 22 / 62 Figura 3–10 UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR UES Relación del intervalo terapéutico de las concentraciones farmacológicas con los efectos terapéuticos y adversos en la población. El eje de las Access Provided by: ordenadas es lineal, el de las abscisas es logarítmico. Este intervalo terapéutico particular representa la diferencia en las concentraciones farmacológicas que inducen una respuesta terapéutica en 50% de los pacientes y efectos adversos en 10%. Farmacodinámica antimicrobiana En la farmacología antimicrobiana, las macromoléculas que cubren necesidades metabólicas, replicativas y estructurales distintas a las del hospedador destacan como objetivos farmacológicos. Estos permiten la toxicidad selectiva (del microorganismo, no del hospedador humano). Un buen ejemplo es la inhibición de la síntesis de ácido fólico mediante una combinación de una sulfonamida con trimetoprim (cap. 57). Un gran número de microorganismos deben sintetizar ácido fólico, mientras las células de mamíferos requieren el ácido fólico ya formado que obtienen de la dieta. Las sulfonamidas bloquean la síntesis del ácido dihidropteroico, un precursor del ácido dihidrofólico, mediante inhibición competitiva de la enzima dihidropteroato sintasa, cuyo sustrato normal es el ácido paraaminobenzoico. El trimetoprim bloquea la conversión subsiguiente del ácido dihidrofólico en ácido tetrahidrofólico mediante inhibición competitiva de la DHFR. Aunque esta última conversión es necesaria en las células de los mamíferos, el trimetoprim tiene una afinidad varios miles de veces mayor por la reductasa microbiana. Las diferencias entre microorganismos y hospedador explotables en farmacología son abundantes. Entre los numerosos ejemplos adicionales están la producción del cofactor hem en los plasmodios causantes del paludismo, que constituye la base para las acciones terapéuticas de la artemisinina, las quinolinas y la cloroquina (cap. 66), los componentes del transporte electrónico de ciertos protozoarios y bacterias que tienen un potencial de oxidorreducción negativo particular que conduce a la activación del metronidazol (caps. 57 y 67), un conducto de Cl− activado por glutamato encontrado solo en los invertebrados, que se usa como objetivo farmacológico para las avermectinas (cap. 68); la pared celular bacteriana, cuya síntesis es el objetivo farmacológico de los βlactámicos, glucopéptidos y lipopéptidos (cap. 58); la subunidad ribosómica 30S peculiar de las bacterias, el objetivo farmacológico de los aminoglucósidos y las tetraciclinas (caps. 59 y 60); la subunidad ribosómica 50S, también peculiar de las bacterias, el objetivo farmacológico del cloranfenicol, macrólidos, lincosamidas y oxazolidinonas (cap. 60); los reordenamientos topológicos únicos del enrollado del DNA representados por los requerimientos de DNA girasa y topoisomerasa IV, los objetivos farmacológicos de los antibióticos quinolonas (cap. 57); la composición única de las membranas celulares de los protozoarios, hongos y bacterias, cuyos elementos son el objetivo farmacológico de la anfotericina B, polimixina, daptomicina e isoniazida (caps. 59, 61 y 65); las formas virales de la timidilato cinasa y la DNA polimerasa, relevantes para las acciones del aciclovir y ganciclovir (cap. 62), y enzimas y estructuras particulares de la replicación retroviral, objetivo farmacológico de los inhibidores de fusión, desenrollamiento, transcripción inversa y la liberación y maduración virales (caps. 62, 63 y 64). MECANISMOS DE ACCIÓN FARMACOLÓGICA MEDIADOS POR UN RECEPTOR La investigación de los receptores en términos de sus identidades y propiedades ha sido fundamental en el desarrollo de la farmacología como disciplina. La mayor parte de los fármacos de uso terapéutico se dirige a receptores o a ligandos que los receptores reconocen. Debido a esto y a que los conductos iónicos activados por voltaje, transportadores y enzimas reciben mayor atención en otros capítulos de este libro o en otras fuentes, el resto del capítulo se enfocará sobre todo en receptores y en particular en los mecanismos por los cuales los receptores median la acción farmacológica. Downloaded 20231221 2:3 P Your IP is 138.97.143.28 CAPÍTULO 3: Farmacodinámica: mecanismos moleculares de la acción farmacológica, David R. Manning; Donald K. Blumenthal ©2023 McGraw Hill. All Rightsde Reserved. Terms of Use •farmacológicas Privacy Policy • Notice Accessibility Aspectos cuantitativos las interacciones con• los receptores Unión y ocupación fraccional Page 23 / 62 UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR UES La investigación de los receptores en términos de sus identidades y propiedades ha sido fundamental en el desarrollo de la farmacología como Access Provided by: disciplina. La mayor parte de los fármacos de uso terapéutico se dirige a receptores o a ligandos que los receptores reconocen. Debido a esto y a que los conductos iónicos activados por voltaje, transportadores y enzimas reciben mayor atención en otros capítulos de este libro o en otras fuentes, el resto del capítulo se enfocará sobre todo en receptores y en particular en los mecanismos por los cuales los receptores median la acción farmacológica. Aspectos cuantitativos de las interacciones farmacológicas con los receptores Unión y ocupación fraccional Las reacciones que describen la interacción de un fármaco o de manera más general el ligando L, con un receptor se ilustran en la ecuación 3–1. La primera reacción es la formación reversible del complejo ligandoreceptor LR. La segunda, dependiendo de la naturaleza del ligando, es la conversión del complejo en LR*, en la que el receptor asume una conformación capaz de generar una respuesta biológica: (Ecuación 3–1) La afinidad del ligando por el receptor, R, ignorando la conversión momentánea en LR*, depende del avance o constante de la tasa de asociación, k+1 y el inverso o constante de la tasa de disociación, k−1. La concentración de LR en cualquier instante determinado es igual a la tasa de su formación, k+1[L] [R], menos la tasa de su disociación, k−1[LR]. En equilibrio, donde [LR] no cambia: (Ecuación 3–2) El índice entre las constantes de las tasas de disociación y de asociación, k−1/k+1 define lo que se conoce como constante de disociación en equilibrio, KD. Por tanto, con un ligero reordenamiento de los términos y en equilibrio: (Ecuación 3–3) Una KD numéricamente baja significa una elevada afinidad del ligando por el receptor, mientras una KD elevada indica baja afinidad. En la práctica, las diferencias en las afinidades de compuestos similares muy a menudo reflejan diferencias en las constantes de la tasa de disociación. También hay que notar que la constante de afinidad o constante de asociación en equilibrio, KA, es el recíproco de la constante de disociación en equilibrio (es decir, KA = 1/KD). Dado que la concentración del receptor libre es igual a la del receptor total, Rt, menos el receptor unido con el ligando y asumiendo que la concentración del fármaco no se altera por la unión con el receptor, la ecuación 3–3 puede reordenarse para describir la ocupación fraccional o f, que es el índice entre [LR] y [Rt] como función de la concentración del ligando: (Ecuación 3–4) La ecuación 3–4 describe una relación hiperbólica (fig. 3–11). En este caso, KD se revela como una “constante de posicionamiento”; es decir, KD es la concentración del ligando que produce una ocupación media máxima del receptor. Esto se deriva del ajuste de la ocupación fraccional en la ecuación 3–4 en 0.5 (es decir, 50% de ocupación). Figura 3–11 Ocupación fraccional del receptor. Se presenta la unión de un ligando, expresado como ocupación fraccional, con una población de receptores homogéneos como función de la concentración de ligando. En este ejemplo, la constante de disociación en equilibrio, KD, es 0.1 μM. La KD, definida como el índice k−1/k+1, es igual a la concentración de ligando que mantiene una ocupación media máxima; puede verse de manera gráfica como una constante de posición. Si el ligando tuviera mayor afinidad (es decir, menor KD), la curva se desplazaría a la izquierda. Si el ligando tuviera una menor afinidad (es decir, mayor KD), la curva se desplazaría a la derecha. Downloaded 20231221 2:3 P Your IP is 138.97.143.28 CAPÍTULO 3: Farmacodinámica: mecanismos moleculares de la acción farmacológica, David R. Manning; Donald K. Blumenthal ©2023 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use • Privacy Policy • Notice • Accessibility Page 24 / 62 homogéneos como función de la concentración de ligando. En este ejemplo, la constante de disociación en equilibrio, KD, es 0.1 μM. La KD, definida UNIVERSIDAD DE ELgráfica SALVADOR UES como el índice k /k , es igual a la concentración de ligando que mantiene una ocupación media máxima; puede verse de manera como una −1 +1 Access Provided by: constante de posición. Si el ligando tuviera mayor afinidad (es decir, menor KD), la curva se desplazaría a la izquierda. Si el ligando tuviera una menor afinidad (es decir, mayor KD), la curva se desplazaría a la derecha. Aunque la derivación de la ocupación fraccional es correcta para la formación de complejos de L con R y también es apropiada para el comportamiento de un antagonista para el cual no ocurre transición a LR*, la conversión a LR* en el caso de un agonista resulta en una mayor ocupación fraccional de lo que predeciría la KD sola. Esto se debe a que existe más ligando unido al receptor del que puede explicar el LR o dicho de otra manera, la conversión en LR* desplaza el equilibrio a la derecha. Con los GPCR, la unión de LR* con una proteína G para formar el llamado complejo ternario distorsiona aún más el equilibrio. Si los receptores unidos con ligando son limitantes respecto a la respuesta medida final en todo el intervalo de ocupación, la KD y la concentración del fármaco que produce el efecto medio máximo (EC50) serán casi iguales, pese a los efectos de LR* en la unión. Sin embargo, debido a la amplificación distal, muchos sistemas de señalización pueden alcanzar una respuesta biológica total con solo una fracción de los receptores ocupados. En este caso, la EC50 se desplaza a la izquierda de la KD y se dice que existe un exceso de receptores o que existen receptores de repuesto. Cuantificación del antagonismo Los patrones característicos de antagonismo se relacionan con ciertos mecanismos de bloqueo del receptor. Uno es el antagonismo competitivo directo, en el que un fármaco con afinidad por un receptor, pero que carece de eficacia intrínseca, compite con el agonista por el sitio ortostérico. El patrón característico de tal antagonismo es una desviación paralela a la derecha de la curva de concentraciónrespuesta o dosisrespuesta del agonista sin cambio en la respuesta máxima (fig. 3–12A). La magnitud del desplazamiento a la derecha depende de la concentración del antagonista y su afinidad por el receptor (Schild, 1957). Un antagonista competitivo en concentraciones suficientemente altas respecto al agonista puede reducir la respuesta casi a cero; sin embargo, el antagonismo aún es superable. Figura 3–12 Mecanismos de antagonismo del receptor. El efecto logrado por un agonista no modulado por un antagonista se muestra en cada panel con la curva verde. A . El antagonismo competitivo ocurre cuando el agonista A y el antagonista I compiten por el mismo sitio de unión en el receptor. Las curvas de respuesta para el agonista se desplazan a la derecha en forma dependiente de la concentración del antagonista, de manera que la EC50 para el agonista aumenta (p. ej., L vs L′, L″ y L′″). B . El antagonismo irreversible ocurre cuando el antagonista forma un enlace covalente con el receptor, en este ejemplo, en el mismo sitio que el agonista, lo que produce depresión progresiva de la respuesta máxima conforme la concentración del antagonista aumenta; al principio, el desplazamiento a la derecha en la EC50 sugeriría cierto grado de receptores de repuesto. No es necesario que el antagonismo ocurra en el sitio ortostérico y en ocasiones el antagonismo en realidad es seudoirreversible, en cuyo caso el antagonista no forma un enlace covalente, pero se disocia con mucha lentitud. Downloaded 20231221 2:3 P Your IP is 138.97.143.28 CAPÍTULO 3: Farmacodinámica: mecanismos moleculares de la acción farmacológica, David R. Manning; Donald K. Blumenthal ©2023 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use • Privacy Policy • Notice • Accessibility Page 25 / 62 este ejemplo, en el mismo sitio que el agonista, lo que produce depresión progresiva de la respuesta máxima conforme la concentración del UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR UES antagonista aumenta; al principio, el desplazamiento a la derecha en la EC50 sugeriría cierto grado de receptores de repuesto. No es necesario que el Access Provided by: antagonismo ocurra en el sitio ortostérico y en ocasiones el antagonismo en realidad es seudoirreversible, en cuyo caso el antagonista no forma un enlace covalente, pero se disocia con mucha lentitud. Otros mecanismos de bloqueo del receptor son el antagonismo seudoirreversible y el antagonismo irreversible, en los que una vez que el antagonista se une al receptor, ya sea por mecanismos no covalentes o covalentes, respectivamente, se disocia con mucha lentitud o no se disocia. Ambos tipos de antagonistas producirán el patrón de antagonismo mostrado en la figura 3–12B. Las formas seudoirreversible e irreversible de antagonismo no son superables. La mayor parte de los antagonistas ortostéricos del receptor son de tipo competitivo. Podrían escribirse expresiones matemáticas de la ocupación fraccional del receptor por un agonista, f y por el agonista en presencia de un antagonista competitivo, f+I. Para el agonista solo, la ocupación fraccional se obtiene de la ecuación 3–4 desarrollada antes: Para el agonista más el antagonista, deben considerarse primero dos equilibrios. El primero es el equilibrio ya descrito entre el agonista, L y el receptor, R y se resume aquí como la ecuación 3–5. (Ecuación 3–5) El segundo es el equilibrio entre el antagonista, definido como el inhibidor I y R. (Ecuación 3–6) La ocupación fraccional por el agonista L en presencia de I se define como: (Ecuación 3–7) La concentración de agonista necesaria para alcanzar una ocupación fraccional designada en presencia del antagonista, [L′] será mayor que la concentración del agonista necesaria para alcanzar la misma ocupación fraccional en ausencia del inhibidor [L]. Usando las ecuaciones 3–5 y 3–6 y aplicando ciertos arreglos algebraicos al lado derecho de la ecuación 3–7, la ocupación fraccional en presencia del inhibidor competitivo, f+I, puede Downloaded 20231221 2:3 P Your IP is 138.97.143.28 Page 26 / 62 expresarse en de L′, KD, Kmecanismos CAPÍTULO 3: términos Farmacodinámica: moleculares de la acción farmacológica, David R. Manning; Donald K. Blumenthal i e I: ©2023 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use • Privacy Policy • Notice • Accessibility UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR UES Access Provided by: (Ecuación 3–7) La concentración de agonista necesaria para alcanzar una ocupación fraccional designada en presencia del antagonista, [L′] será mayor que la concentración del agonista necesaria para alcanzar la misma ocupación fraccional en ausencia del inhibidor [L]. Usando las ecuaciones 3–5 y 3–6 y aplicando ciertos arreglos algebraicos al lado derecho de la ecuación 3–7, la ocupación fraccional en presencia del inhibidor competitivo, f+I, puede expresarse en términos de L′, KD, Ki e I: (Ecuación 3–8) Si se asume que se obtienen respuestas iguales de ocupaciones fraccionales del receptor iguales tanto en ausencia como en presencia de un antagonista, puede establecerse que las ocupaciones fraccionales igualan a las concentraciones del agonista determinadas por medios experimentales ([L] y [L′]) que generan respuestas equivalentes, como se muestra en la figura 3–12A. Por tanto, (Ecuación 3–9) (Ecuación 3–10) Al simplificar se obtiene (Ecuación 3–11) en la que todos los valores se conocen, salvo el de Ki. Por consiguiente, puede obtenerse la Ki para un antagonista competitivo reversible sin conocer la KD para el agonista y sin necesidad de definir la relación precisa entre el receptor y la respuesta. Modulación alostérica de la función del receptor Algunos fármacos interactúan con receptores por mecanismos alostéricos, en los cuales la unión del fármaco en un sitio diferente al sitio ortostérico puede alterar la afinidad del receptor por el agonista ortostérico y también puede alterar la capacidad del agonista ortostérico para inducir o estabilizar los cambios conformacionales equivalentes a la activación. A estos fármacos se les denomina moduladores alostéricos. Algunos patrones de modulación alostérica se presentan en la figura 3–13. El cinacalcet es un modulador alostérico positivo (PAM, positive allosteric modulator) que intensifica las acciones del Ca2+ en el receptor sensible al calcio (cap. 52). Las benzodiacepinas y los barbitúricos también son PAM; potencian las acciones del ácido γaminobutírico (GABA, γaminobutyric acid) en el receptor GABAA (fig. 16–11 y cap. 22). El maraviroc es un modulador alostérico negativo (NAM, negative allosteric modulator) que bloquea la unión de la proteína gp120 de la envoltura exterior de HIV con el receptor para quimiocina CCR5 y, por tanto, impide la fusión y entrada de HIV a los macrófagos y los linfocitos T CD4+ (fig. 64–7). El ticagrelor y el cangrelor también son NAM; bloquean las acciones de la unión del ADP con el sitio ortostérico en los receptores plaquetarios P2Y12 (cap. 36). La modulación alostérica no está limitada a los receptores. Los moduladores alostéricos también pueden actuar en conductos iónicos activados por voltaje, incluidos los conductos de Ca2+ tipo L y tipo T. Por ejemplo, la dihidropiridina antagonista de los conductos de Ca2+ amlodipino modula de manera alostérica la unión de diltiazem y Ca2+ al poro del conducto de Ca2+ tipo L al hacer que el conducto simule la conformación del estado inactivo. Hay que señalar que el diltiazem puede ejercer un bloqueo directo y también modulación alostérica de la unión del Ca2+ en el poro del conducto (Tang et al., 2019). Figura 3–13 Modulación alostérica. A . Curvas de concentraciónrespuesta para un agonista ortostérico en ausencia y presencia de dos moduladores alostéricos positivos (PAM). Para mayor claridad, se asume la ocupación máxima de la población de receptores por los PAM. El PAM X desplaza la EC50 del agonista a la izquierda (es decir, aumenta la potencia del agonista), mientras el PAM Y aumenta la Emax para el agonista (incrementa la eficacia). Nótese que ninguno de los moduladores tiene efecto alguno en ausencia del agonista, lo que implica que no son agonistas alostéricos. B . Curvas de Downloaded 20231221 2:3 P Your IP is 138.97.143.28 concentraciónrespuesta para un agonista ortostérico en ausencia presencia de concentraciones de un modulador alostérico negativo Page 27 / 62 CAPÍTULO 3: Farmacodinámica: mecanismos moleculares de la yacción farmacológica, David R.ascendentes Manning; Donald K. Blumenthal (NAM). En este caso, tieneReserved. un efecto negativo la EC , reduciendo potencia y la eficacia. ©2023 McGraw Hill.elAllNAM Rights Terms ofenUse • Privacy Policy • Notice •laAccessibility 50 y la Emax Figura 3–13 UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR UES Modulación alostérica. A . Curvas de concentraciónrespuesta para un agonista ortostérico en ausencia y presencia de dos moduladores alostéricos Access Provided by: positivos (PAM). Para mayor claridad, se asume la ocupación máxima de la población de receptores por los PAM. El PAM X desplaza la EC50 del agonista a la izquierda (es decir, aumenta la potencia del agonista), mientras el PAM Y aumenta la Emax para el agonista (incrementa la eficacia). Nótese que ninguno de los moduladores tiene efecto alguno en ausencia del agonista, lo que implica que no son agonistas alostéricos. B . Curvas de concentraciónrespuesta para un agonista ortostérico en ausencia y presencia de concentraciones ascendentes de un modulador alostérico negativo (NAM). En este caso, el NAM tiene un efecto negativo en la EC50 y la Emax, reduciendo la potencia y la eficacia. A pesar del pequeño número de moduladores alostéricos reconocidos hasta ahora, se realizan grandes esfuerzos para el desarrollo de aquellos que distinguen los subtipos de receptor en los cuales los sitios ortostéricos están muy conservados, como se explica en el capítulo 1 (véase Unión proteína fármaco: afinidad y alosterismo) y en el capítulo 11 la información sobre los receptores muscarínicos. Ya que numerosos moduladores alostéricos positivos no tienen actividad por sí mismos, sino que condicionan al receptor a la activación por el agonista endógeno, tienen la ventaja de conservar el patrón espacial y temporal de la activación del receptor cuando están presentes (Foster y Conn, 2017). Clases de receptores relevantes para las acciones farmacológicas Los receptores celulares relevantes para el tratamiento incluyen los GPCR, conductos iónicos activados por ligando, receptores vinculados con enzimas (catalíticos), otros receptores de la membrana superficial y los receptores nucleares (cuadro 3–1). CUADRO 3–1 RECEPTORES CELULARES RELEVANTES PARA LA TERAPÉUTICA CLASES SUBCLASES O FAMILIAS LIGANDOS FISIOLÓGICOS TRANSDUCTORES, EFECTOS PRINCIPALES O IONES Downloaded 20231221 Your IP is 138.97.143.28 Receptores acoplados 2:3 PAdhesión Numerosos factores endocrinos y Proteínas G CAPÍTULO 3: Farmacodinámica: mecanismos moleculares de la acción farmacológica, David R. Manning; Donald K. Blumenthal con proteína G (GPCR)a Frizzled paracrinos, pero también otros tipos Gs: adenilil ciclasas (estimulación) ©2023 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use • Privacy Policy • Notice • Accessibility Glutamato Rodopsina de ligandos Page 28 / 62 Gi: adenilil ciclasas (inhibición), conducto de K+ rectificador tardío (estimulación), conducto de Ca2+ tipo N activado por RECEPTORES CELULARES RELEVANTES PARA LA TERAPÉUTICA UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR UES Access Provided by: CLASES SUBCLASES O FAMILIAS LIGANDOS FISIOLÓGICOS TRANSDUCTORES, EFECTOS PRINCIPALES O IONES Proteínas G Receptores acoplados Adhesión Numerosos factores endocrinos y con proteína G (GPCR)a Frizzled paracrinos, pero también otros tipos Gs: adenilil ciclasas (estimulación) Glutamato de ligandos Gi: adenilil ciclasas (inhibición), conducto de K+ rectificador Rodopsina tardío (estimulación), conducto de Ca2+ tipo N activado por Secretina voltaje (inhibición) Gq: fosfolipasa Cβ (estimulación) G12/13: Rho GEF (estimulación) Arrestinas: MAP cinasas, tirosina cinasas no receptoras, factores de transcripción Conductos iónicos Glutaminérgico Glutamato activados por ligandob Na+ y K+ principalmente, pero también Ca2+ en ciertas circunstancias Colinérgico ACh Na+, K+, Ca2+ P2X ATP Na+, K+, Ca2+ 5HT3 5HT3 Na+, K+, Ca2+ TRP Muchos ligandos Na+, Ca2+, Mg2+ GABAA GABA Cl− Glicina Glicina Cl− Receptores vinculados Receptores de Insulina, PDGF, EGF, VEGF, factores Proteínas con SH2 y dominios PTB con enzima (catalíticos) tirosina cinasa de crecimientod Receptores de Familia TGFβ SMAD Péptidos natriuréticos GMP cíclico JAK/STAT, tirosina cinasas solubles nicotínico serina cinasa GC unido con membrana Otros receptores de la Receptores de Interleucinas y otras citocinas, membrana superficial citocinas hormona del crecimiento, prolactina Receptores PAMP TIRAP, TRAM TNFα TRADD, RIP1, TRAF2 Receptores de Corticoesteroides, hormonas Coactivadores esteroides sexuales de la célula semejantes a toll Receptores para TNFα Receptores nuclearesc (subfamilia 3) Receptores no Tiroxina, ácido retinoico, Coactivadores, correpresores Downloaded 20231221 2:3 Pesteroides Your IP is 138.97.143.28 hidroxicolesteroles, ácidos biliares, CAPÍTULO 3: Farmacodinámica: mecanismos (subfamilias 1, 2, 4– moleculares vitamina Dde la acción farmacológica, David R. Manning; Donald K. Blumenthal ©2023 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use • Privacy Policy • Notice • Accessibility 6) Page 29 / 62 Receptores nuclearesc Receptores de Corticoesteroides, hormonas esteroides sexuales Coactivadores UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR UES Access Provided by: (subfamilia 3) Receptores no Tiroxina, ácido retinoico, esteroides hidroxicolesteroles, ácidos biliares, (subfamilias 1, 2, 4– vitamina D Coactivadores, correpresores 6) SMAD, una concatenación de SMA (fenotipo de gusano pequeño de C. elegans) y MAD (Mothers Against Decapentaplegic en Drosophila); TIRAP, proteína adaptadora que contiene dominio para receptor de interleucina 1toll; TRADD, dominio de muerte relacionada con el receptor para TNF; TRAF2, factor 2 relacionado con el receptor para TNF; TRAM, molécula adaptadora relacionada con TRIF, en la que TRIF es interferón β inductor de adaptador que contiene el dominio TIR y TIR es el receptor para interleucina 1toll. aLas familias de GPCR se enumeran según el sistema GRAFS (Fredriksson et al., 2003), que se basa en análisis filogenéticos del genoma humano; existen otros sistemas de clasificación. Es importante señalar que cada familia de GPCR contiene un gran número de receptores que responden a agonistas y se comunican con transductores distintos al nombre de la familia. Véase la figura 3–14 y su pie de figura. b Los receptores glutaminérgicos incluyen los receptores AMPA, de cainato y NMDA. Existen numerosas permutaciones de cada uno de estos subtipos y de otras subclases de conductos iónicos activados por ligando debido a la diversidad de combinaciones en la composición de subunidades. Los conductos iónicos activados por ligandos internos no se enumeran con fines de brevedad, pero se describen en el texto. cEn general, los receptores nucleares se agrupan en seis subfamilias. El cuadro agrupa las subfamilias en dos clases principales: los receptores de esteroides y receptores de no esteroides, igual que lo hace la IUPHAR/BPS Guide to Pharmacology, disponible en: https://www.guidetopharmacology.org/. dLa lista incluye solo una selección de los muchos agonistas diferentes. La activación de los receptores por agonistas desencadena diversos fenómenos subcelulares proximales. Uno de estos conjuntos de fenómenos, iniciado sobre todo por los GPCR a través de las proteínas G como transductores, es la generación o movilización de segundos mensajeros. Los segundos mensajeros son pequeñas moléculas intracelulares y a veces interdependientes que incluyen los nucleótidos cíclicos AMP cíclico y GMP cíclico, NO, trifosfato de inositol (IP3), diacilglicerol (DAG) y Ca2+. Los GPCR y de manera más directa conductos iónicos activados por ligando, también inician cambios en la permeabilidad de la membrana para uno o más iones, en particular Na+, K+, Ca2+ y Cl−. Los cambios en la permeabilidad generan modificaciones en el potencial eléctrico a través de la membrana celular y, por tanto, en el grado de excitabilidad de la célula. Otras acciones son atribuibles a los receptores que tienen actividad enzimática intrínseca, como las tirosina cinasas receptoras. La fosforilación de la tirosina favorece la interacción estable de las proteínas fosforiladas, incluidos los receptores mismos por autofosforilación, con proteínas que contienen homología 2 de Src (SH2) y dominios para unión con fosfotirosina (PTB, phosphotyrosinebinding); los cambios en la conformación de las proteínas interactuantes y el propio proceso de andamiaje propagan la señal interna. Los receptores sin actividad enzimática intrínseca también pueden lograr interacciones estables con proteínas mediante cambios conformacionales autoinducidos o inducidos por la fosforilación mediante proteína cinasas distintas al receptor. Esto es lo que ocurre con las citocinas y los receptores tipo toll en su interacción con proteínas adaptadoras, con los receptores nucleares con coactivadores y correpresores y con los GPCR con las arrestinas. Otro mecanismo importante para la actividad del receptor es la transcripción. Aunque todos los fenómenos mencionados pueden influir en la transcripción, los receptores hormonales nucleares interactúan en forma directa con elementos reguladores de la transcripción. Se tiende a pensar en un receptor activado como uno que induce una sola cadena lineal de fenómenos. Esto es cierto en algunos casos, pero casi siempre es más realista visualizar los fenómenos en vías múltiples y ramificadas. Muchos GPCR interactúan con dos o más proteínas G que tienen diferentes acciones distales y con transductores distintos de las proteínas G, como las arrestinas. Las señales de múltiples vías con frecuencia se integran dentro de la célula que responde y existe abundante comunicación cruzada entre múltiples vías de señalización. Por ejemplo, las vías que emplean el AMP cíclico y Ca2+ están integradas en la mayor parte de los tejidos excitables, mientras la concentración de AMP cíclico es controlada por los GPCR y la del Ca2+ intracelular por conductos iónicos activados por ligando o por voltaje o por otros GPCR. En los miocitos cardiacos, la activación de la vía receptor β1Gsadenilil ciclasa (AC)AMP cíclicoPKA intensifica la contractilidad cardiaca mediante el incremento en la entrada vía de Ca2+ a través de conductos de Ca2+ activados por voltaje y movilización de Ca2+ desde las reservas intracelulares a través del receptor para rianodina; por lo tanto, tanto el AMP cíclico como el Ca2+ son señales positivas para la contracción en los miocitos cardiacos. Por el contrario, las células de músculo liso integran estas señales de manera diferente: en el músculo liso, el Ca2+ es una señal contráctil, pero un aumento del AMP cíclico induce relajación a Downloaded 20231221de 2:3 P Your que IP ismedian 138.97.143.28 través de la fosforilación proteínas la señalización del Ca2+, como la cinasa de la cadena ligera de la miosina (MLCK, myosin light chain Page 30 / 62 CAPÍTULO 3: Farmacodinámica: mecanismos moleculares de la acción farmacológica, David R. Manning; Donald K. Blumenthal kinase ©2023).McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use • Privacy Policy • Notice • Accessibility Señalización transmembrana por GPCR y proteínas G los GPCR y la del Ca2+ intracelular por conductos iónicos activados por ligando o por voltaje o por otros GPCR. En los miocitos cardiacos, la activación UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR UES de la vía receptor β1Gsadenilil ciclasa (AC)AMP cíclicoPKA intensifica la contractilidad cardiaca mediante el incremento en la entrada vía de Ca2+ a Access Provided by: través de conductos de Ca2+ activados por voltaje y movilización de Ca2+ desde las reservas intracelulares a través del receptor para rianodina; por lo tanto, tanto el AMP cíclico como el Ca2+ son señales positivas para la contracción en los miocitos cardiacos. Por el contrario, las células de músculo liso integran estas señales de manera diferente: en el músculo liso, el Ca2+ es una señal contráctil, pero un aumento del AMP cíclico induce relajación a través de la fosforilación de proteínas que median la señalización del Ca2+, como la cinasa de la cadena ligera de la miosina (MLCK, myosin light chain kinase). Señalización transmembrana por GPCR y proteínas G En términos generales, los agonistas en la superficie celular interactúan con los GPCR que se acoplan con las proteínas G en la hoja interna de la membrana, que a su vez interactúan con efectores en situación similar o presentes en el citosol. A continuación se consideran estos elementos individuales de la señalización transmembrana. El estudio de la señalización a través de los GPCR y las proteínas G ha sido reconocido con varios premios Nobel (recuadro 3–2). RECUADRO 3–2. Terreno fértil Las investigaciones sobre la señalización celular mediante GPCR, proteínas G y nucleótidos cíclicos han obtenido varios premios Nobel en fisiología o medicina y en química. Los trabajos iniciales sobre la señalización celular incluyeron los relacionados con la regulación del metabolismo del glucógeno, a partir de los logros de Gerty y Carl Cori, quienes compartieron el Premio Nobel de Fisiología o Medicina de 1947 “por su descubrimiento del trayecto de la conversión catalítica del glucógeno”. Earl Sutherland, quien descubrió el AMP cíclico, ganó el Premio Nobel de Fisiología o Medicina de 1972 “por sus descubrimientos referentes a los mecanismos de acción de las hormonas”. En 1992, Edmond Fischer y Edwin Krebs ganaron “por sus descubrimientos concernientes a la fosforilación reversible de las proteínas como mecanismo regulatorio biológico”. Dos años más tarde, Alfred Goodman Gilman y Martin Rodbell ganaron “por su descubrimiento de las proteínas G y el papel de estas proteínas en la transducción de señales en las células”. Tres farmacólogos, Robert Furchgott, Louis Ignarro y Ferid Murad, compartieron el Premio Nobel de Fisiología o Medicina de 1998 “por sus descubrimientos referentes al óxido nítrico como molécula de señalización en el aparato cardiovascular” y en 2000, Arvid Carlsson, Paul Greengard y Eric Kandel compartieron el galardón “por sus descubrimientos referentes a la transducción de señales en el sistema nervioso”. En 2012, Robert Lefkowitz y Brian Kobilka ganaron el Premio Nobel de Química “por sus estudios de los receptores acoplados con la proteína G”. En verdad es un campo de estudio fértil. Receptores acoplados con proteína G Los GPCR son una gran familia de receptores (fig. 3–14) que tienen siete hélices α transmembrana. De los más de 800 GPCR expresados por el genoma humano, cerca de 130 son objetivos de fármacos terapéuticos, ya sean agonistas o antagonistas (Sriram e Insel, 2018). El resto incluyen receptores “huérfanos” (alrededor de 130) a los que aún no se adjudican ligandos endógenos y funciones; receptores sensores (alrededor de 420), la mayor parte de los cuales es de tipo olfatorio, aunque también es probable que tengan otras funciones, y receptores aún no estudiados. Los GPCR suelen situarse en la membrana de la superficie celular, aunque no siempre es así. Reconocen un gran número de factores endocrinos y paracrinos, así como estímulos visuales, olfatorios y gustativos. Los GPCR usan proteínas G, arrestinas o ambos como transductores en la cara citoplásmica de la membrana. Muchas células contienen varias docenas de GPCR diferentes y de cientos a miles de copias de cada uno. La variedad, accesibilidad, especificidad, distribución y relevancia de los GPCR para la enfermedad los hacen objetivos farmacológicos importantes. Figura 3–14 La superfamilia de GPCR humanos. Los GPCR humanos son el objetivo farmacológico de cerca de 30% de los fármacos comercializados. Este dendrograma, elaborado usando las similitudes de secuencia dentro de la región de siete dominios transmembrana, identifica los GPCR por sus nombres en la base de datos UniProt. Existen más de 825 GPCR humanos, que pueden subdividirse en grupos codificados por color nombrados por las letras mayúsculas en el borde externo del dendrograma (el número de miembros del grupo está entre paréntesis). Estos grupos pueden subdividirse además con base en su similitud de secuencia. La gran clase Rodopsina se subdivide en cuatro grupos amplios: α, β, δ y γ. Los receptores olfatorios constituyen la fracción más grande de la clase Rodopsina de los GPCR, con 422 miembros. Los receptores en el dendrograma que los lectores encontrarán con frecuencia incluyen AA2AR, receptor para adenosina A2A; ACM3, receptor muscarínico para acetilcolina M3; ADRB1, receptor adrenérgico β1; AGTR1, receptor para angiotensina AT1; CNR1, receptor cannabinoide CB1; CXCR4, receptor para quimiocina CXC4; DRD2, receptor dopamina D2; EDNRA, receptor para endotelina ETA; FPR1, receptor fMetLeuPhe; GCGR, receptor para glucagón; GRM1, mGluR1 receptor metabotrópico para glutamato; HRH1, receptor para histamina H1; 5HT2B, el receptor para serotonina 5HT2B; OPRM, receptor opioide μ; RHO, Downloaded 20231221 2:3 P Your IP is 138.97.143.28 rodopsina; SMO, homólogo suavizado; S1PR1, receptor para esfingosina1fosfato S1P1, también conocido como EDG1K. ; TSHR, receptor para Page 31 / 62 CAPÍTULO 3: Farmacodinámica: mecanismos moleculares de la acción farmacológica, David R. Manning; Donald Blumenthal ©2023 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use • Privacy Policy • Notice • Accessibility tirotropina (TSH); y VIPR1, receptor para péptido intestinal vasoactivo V . Los detalles de los datos en el dendrograma están disponibles en la GPCR 1 Network (http://gpcr.usc.edu). Existe información adicional sobre los GPCR en la IUPHAR/BPS Guide to Pharmacology olfatorios constituyen la fracción más grande de la clase Rodopsina de los GPCR, con 422 miembros. Los receptores en el dendrograma que los UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR UES lectores encontrarán con frecuencia incluyen AA2AR, receptor para adenosina A2A; ACM3, receptor muscarínico para acetilcolina M3; ADRB1, receptor Access Provided by: adrenérgico β1; AGTR1, receptor para angiotensina AT1; CNR1, receptor cannabinoide CB1; CXCR4, receptor para quimiocina CXC4; DRD2, receptor dopamina D2; EDNRA, receptor para endotelina ETA; FPR1, receptor fMetLeuPhe; GCGR, receptor para glucagón; GRM1, mGluR1 receptor metabotrópico para glutamato; HRH1, receptor para histamina H1; 5HT2B, el receptor para serotonina 5HT2B; OPRM, receptor opioide μ; RHO, rodopsina; SMO, homólogo suavizado; S1PR1, receptor para esfingosina1fosfato S1P1, también conocido como EDG1; TSHR, receptor para tirotropina (TSH); y VIPR1, receptor para péptido intestinal vasoactivo V1. Los detalles de los datos en el dendrograma están disponibles en la GPCR Network (http://gpcr.usc.edu). Existe información adicional sobre los GPCR en la IUPHAR/BPS Guide to Pharmacology (http://www.guidetopharmacology.org). (Reproducida con autorización de Angela Walker, Vsevolod Katrich, and Raymond Stevens of the GPCR Network at the University of Southern California, como se elaboró Yekaterina Kadyshevskaya para el laboratorio Stevens.) Subtipos de GPCR Con frecuencia, un agonista endógeno (p. ej., un factor endocrino o paracrino) es reconocido por dos o más GPCR. Estos receptores son definidos como subtipos de receptor. Por ejemplo, la acetilcolina es reconocida por cinco subtipos de receptores muscarínicos (M), del M1 al M5; la histamina, por cuatro subtipos de receptor, H1 a H4; la 5hidroxitriptamina (5HT) o serotonina, por al menos 10 subtipos, etc. En realidad, la existencia de subtipos de receptores es más la regla que la excepción. En un principio identificados mediante estudios de unión con ligandos endógenos y sintéticos, el número ha aumentado mediante análisis genómicos. Aunque los subtipos de receptor reconocen un agonista endógeno determinado, pueden diferir entre ellos en varios aspectos importantes. En primer lugar, los subtipos a menudo presentan diferencias en su afinidad por los ligandos endógenos o sintéticos (los subtipos pueden distinguirse por medios farmacológicos). En segundo lugar, los subtipos pueden tener una distribución diferente entre las células o tejidos y la distribución de un solo subtipo puede ser más bien restringida. Por lo tanto, la acción de un fármaco en un subtipo determinado puede disminuir la aparición de efectos adversos. Los subtipos del receptor adrenérgico β son un buen ejemplo. Los agonistas del receptor adrenérgico β2 como la terbutalina se usan para inducir broncodilatación en el tratamiento del asma con la esperanza de reducir los efectos colaterales cardiacos causados por la estimulación del receptor adrenérgico cardiaco β1 (cap. 14). Por el contrario, el uso de agonistas selectivos del receptor β1 en pacientes tratados por hipertensión o angina (caps. 14, 31 y 32) disminuye la probabilidad de broncoconstricción. Los subtipos de receptor también pueden diferir respecto a las proteínas G (u otros transductores) con los que interactúan. Por ejemplo, los 2+ Downloaded 20231221M2:3 P Your IP is 138.97.143.28 receptores muscarínicos 1, M3 y M5 se acoplan con la proteína G Gq, con aumentos consecuentes en el Ca intracelular; los receptores M2 y M4 se Page 32 / 62 CAPÍTULO 3: Farmacodinámica: mecanismos moleculares de la acción farmacológica, David R. Manning; Donald K. Blumenthal acoplan con Gi y reducen la actividad de la adenilil que disminuye acumulación intracelular de AMP cíclico) y en diversas células excitables ©2023 McGraw Hill. All Rights Reserved. Termsciclasa of Use (lo • Privacy Policy • la Notice • Accessibility activan los conductos de K+ rectificadores de entrada e inhiben los conductos de Ca2+ activados por voltaje. adversos. Los subtipos del receptor adrenérgico β son un buen ejemplo. Los agonistas del receptor adrenérgico β2 como la terbutalina se usan para UNIVERSIDAD DE la ELestimulación SALVADORdel UES inducir broncodilatación en el tratamiento del asma con la esperanza de reducir los efectos colaterales cardiacos causados por Provided by: receptor adrenérgico cardiaco β1 (cap. 14). Por el contrario, el uso de agonistas selectivos del receptor β1 enAccess pacientes tratados por hipertensión o angina (caps. 14, 31 y 32) disminuye la probabilidad de broncoconstricción. Los subtipos de receptor también pueden diferir respecto a las proteínas G (u otros transductores) con los que interactúan. Por ejemplo, los receptores muscarínicos M1, M3 y M5 se acoplan con la proteína G Gq, con aumentos consecuentes en el Ca2+ intracelular; los receptores M2 y M4 se acoplan con Gi y reducen la actividad de la adenilil ciclasa (lo que disminuye la acumulación intracelular de AMP cíclico) y en diversas células excitables activan los conductos de K+ rectificadores de entrada e inhiben los conductos de Ca2+ activados por voltaje. Proteínas G Los GPCR se acoplan con las proteínas heterotriméricas reguladoras de unión con GTP o proteínas G. Al activarse por los GPCR ocupados con un agonista, las proteínas G activan o inhiben diversas enzimas y conductos iónicos; por tanto, las proteínas G son transductores en el proceso de transducción transmembrana de señales. La estructura de una proteína G es la de un heterotrímero con subunidades α, β y γ (fig. 3–15). Con base en las similitudes de la estructura primaria entre las subunidades α (Strathmann y Simon, 1991), las proteínas G se clasifican en cuatro familias (cuadro 3– 2): las familias Gs, Gi (a veces Gi/o), Gq y G12 (en ocasiones G12/13). Cada una tiene de dos a 10 miembros que realizan actividades con mayor o menor frecuencia, según las propiedades diferenciales de los tipos celulares respectivos. Toda célula del cuerpo contiene uno o más miembros de cada familia. Un GPCR determinado puede acoplarse con proteínas G de una o dos familias y en algunos casos con más. Figura 3–15 La vía básica GPCRproteína Gefector. En general, se cree que el GPCR y el heterotrímero de proteína G, en ausencia de un ligando activador (“Basal”), forman un complejo en la membrana superficial de la célula, en la que GDP se une con la subunidad Gα. Después de la unión de un ligando activador “L” con el receptor, el receptor y la subunidad α de la proteína G experimentan un cambio conformacional que conduce al intercambio de GDP por GTP y la disociación de ambos complejos y la proteína G en la Gα monomérica y subunidades heterodiméricas Gβγ. La subunidad Gα unida con GTP y el dímero Gβγ se unen y regulan a los efectores, de manera individual o en coordinación. El sistema regresa al estado basal con la hidrólisis de GTP mediante la subunidad α, una reacción que puede intensificarse en gran medida mediante el regulador de proteínas de señalización de proteína G (RGS, regulator of Gprotein signaling). Las descripciones detalladas de estas vías de señalización se incluyen en todo el texto en relación con las acciones terapéuticas de los fármacos que influyen en ellas. La interacción física entre el GPCR inactivo y la proteína G se ha postulado en el modelo de complejo ternario, pero no se ha demostrado de manera explícita en ningún caso, salvo en varios GPCR y proteínas G. El dímero βγ está fijado a la membrana mediante una modificación geranilgeranilo. No se muestran las modificaciones lipídicas para la mayor parte de las subunidades α, en particular la palmitoilación y la miristoilación. CUADRO 3–2 FAMILIAS DE PROTEÍNAS G HETEROTRIMÉRICAS FAMILIA SUBUNIDADES α Gs αs (formas corta y larga) αolf Gi (o Gi/o20231221 ) Downloaded 2:3 P Your IP is 138.97.143.28 αi1, αi2, αi3 CAPÍTULO 3: Farmacodinámica: mecanismos molecularesαoA de, αla acción farmacológica, David R. Manning; Donald K. Blumenthal oB ©2023 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use • Privacy Policy • Notice • Accessibility αt1, αt2 αg Page 33 / 62 UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR UES Access Provided by: CUADRO 3–2 FAMILIAS DE PROTEÍNAS G HETEROTRIMÉRICAS FAMILIA SUBUNIDADES α Gs αs (formas corta y larga) αolf Gi (o Gi/o) αi1, αi2, αi3 αoA, αoB αt1, αt2 αg αz Gq αq α11, α14, α15, α16 G12 (o G12/13) α12, α13 Las proteínas G que sirven como transductores de los GPCR son heterotrímeros αβγ. Existen muchos subtipos de subunidades α, β y γ, pero una proteína G casi siempre se define por su subunidad α. Por ejemplo, la proteína G que contiene la subunidad α11 es G11. Con base en la homología estructural primaria entre las subunidades α, las proteínas G se clasifican en cuatro familias. Respecto al fenómeno de transducción, un GPCR activado por agonista induce el intercambio de GDP por GTP en la subunidad α del heterotrímero de proteína G, lo que ocasiona la disociación de la subunidad α del heterodímero βγ. Las acciones de la proteína G en un objetivo enzimático o conducto iónico se logran a través de la subunidad monomérica α sola, el heterodímero βγ solo y, en ocasiones, a través de ambas actuando en forma coordinada. La inversión de la proteína G activada a una configuración heterotrimérica se produce con la hidrólisis del GTP mediante la subunidad α y por la recombinación de esta subunidad con el heterodímero βγ. La activación de miembros de la familia Gs por lo general equivale a la activación de adenilil ciclasa y un aumento en el AMP cíclico celular. La activación de miembros de la familia Gi se relaciona con la inhibición de adenilil ciclasa y la activación de los conductos de K+ rectificadores de entrada y la inhibición de los conductos de Ca2+ activados por voltaje. La transducina, un miembro de la familia Gi, se acopla con la rodopsina en los segmentos externos de la retina y con los conos y activa una fosfodiesterasa selectiva para el GMP cíclico (fig. 74–9). La activación de miembros de la familia Gq conduce a la activación de la fosfolipasa Cβ y a la consecuente liberación de DAG y IP3. El DAG y el IP3 inician diversos efectos subsiguientes: el IP3 moviliza el Ca2+ de las reservas intracelulares, lo que activa múltiples fenómenos dependientes del Ca2+; el Ca2+ y el DAG son cofactores esenciales en la activación de la PKC. Los dos miembros de la familia G12, G12 y G13, activan la proteína G monomérica RhoA a través de factores de intercambio de nucleótidos de guanina selectivos para RhoA (GEF, guanine nucleotide exchange factors). Sin embargo, las proteínas G de la familia G12 y las de todas las demás familias de la proteína G tienen un número de objetivos farmacológicos mucho mayor a los aquí mencionados. Desensibilización mediada por GRK y arrestina Los GPCR están sujetos a varias formas de desensibilización después de la exposición a agonistas. Una de las mejor caracterizadas es una desensibilización homóloga iniciada por la fosforilación del receptor activado por una o más cinasas del GPCR específico (GRK, GPCRspecific kinases) (fig. 3–16) (DeWire et al., 2007). La fosforilación ocurre en residuos específicos de serina o treonina en la parte citosólica del receptor, a menudo en el extremo carboxilo terminal. La especificidad por la fosforilación del receptor activado depende de la conformación del receptor y, para algunas GRK, de la atracción de la GRK a la membrana celular interior mediante subunidades βγ heterodiméricas liberadas con la activación de las proteínas G. Downloaded 20231221 2:3 P Your IP is 138.97.143.28 Page 34 / 62 CAPÍTULO 3: Farmacodinámica: mecanismos moleculares de la acción farmacológica, David R. Manning; Donald K. Blumenthal Figura 3–16 ©2023 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use • Privacy Policy • Notice • Accessibility Acciones duales de la arrestina. En un principio, las arrestinas fueron clasificadas en el contexto de la desensibilización del receptor relacionada con la señalización por proteína G. La activación de una arrestina requiere fosforilación del GPCR mediante una GRK. La atracción y en especial la unión de la UNIVERSIDAD DE EL es SALVADOR UES Los GPCR están sujetos a varias formas de desensibilización después de la exposición a agonistas. Una de las mejor caracterizadas una Access Provided by: desensibilización homóloga iniciada por la fosforilación del receptor activado por una o más cinasas del GPCR específico (GRK, GPCRspecific kinases) (fig. 3–16) (DeWire et al., 2007). La fosforilación ocurre en residuos específicos de serina o treonina en la parte citosólica del receptor, a menudo en el extremo carboxilo terminal. La especificidad por la fosforilación del receptor activado depende de la conformación del receptor y, para algunas GRK, de la atracción de la GRK a la membrana celular interior mediante subunidades βγ heterodiméricas liberadas con la activación de las proteínas G. Figura 3–16 Acciones duales de la arrestina. En un principio, las arrestinas fueron clasificadas en el contexto de la desensibilización del receptor relacionada con la señalización por proteína G. La activación de una arrestina requiere fosforilación del GPCR mediante una GRK. La atracción y en especial la unión de la arrestina con el “centro” del GPCR dificulta por medios estéricos la activación ulterior de la proteína G. La activación también induce un cambio en la conformación de la arrestina que equivale a la funcionalidad de un adaptador, a la activación franca de intermediarios de señalización o a ambos y por lo tanto, la señalización subsiguiente. Lo que se manifiesta es que la señalización lograda por la activación de proteínas G al inicio se integra con la señalización producida más tarde por la arrestina. Los aspectos temporal y subcelular (p. ej., endosómico) de la señalización no se muestran en esta figura, pero se explican en el texto. Adaptada a partir de Lefkowitz y Shenoy (2005). La fosforilación del receptor conduce a la activación de arrestinas. Entre las diversas arrestinas, la β1 y β2 tienen una expresión amplia. La arrestina atraída se une de manera conjunta con la fosforilación del extremo carboxilo terminal y las porciones expuestas del centro transmembrana del GPCR activado. Esta interacción de arrestina con el GPCR interrumpe la interacción del receptor con la proteína G, con lo que termina la señalización de la proteína G. La arrestina atraída también se une con elementos citoesqueléticos, lo que favorece la interiorización del receptor para su reciclaje a la membrana o su destrucción lisosómica. Algunos GPCR, designados receptores de clase A, interactúan solo de manera transitoria con las arrestinas (DeWire et al., 2007). Otros, designados receptores clase B, interactúan de manera estable. Una interacción estable se relaciona con una menor tasa de reciclaje hacia la superficie celular. Arrestinas como transductores Un hecho muy importante es que aunque las arrestinas tienen la capacidad de desplazar las proteínas G de los GPCR, sirven como transductores por sí mismas (DeWire et al., 2007). La unión de una arrestina con un GPCR fosforilado activado induce un cambio en la conformación de la arrestina. La arrestina “activada” puede servir como andamiaje, un paso esencial en la activación de ciertas proteína cinasas activadas por mitógeno (MAPK, mitogenactivated protein kinases). Los efectores para las arrestinas incluyen las MAPK (ERK1/2, JNK3 y p38), las tirosina cinasas no receptoras como Src, ciertos miembros de la superfamilia Ras de proteínas de unión con GTP (p. ej., ARF6 y RhoA) y el factor nuclear κB (NFκB). Las arrestinas que tienen uniones estables con los GPCR de clase B pueden emitir señales en la profundidad del citoplasma desde vesículas endocíticas. Además, las arrestinas pueden emitir señales dentro del núcleo, ya que tanto la βarrestina 1 como la 2 contienen señales de localización nuclear. A menudo se postula que la activación de las proteínas G y las arrestinas ocurre de manera secuencial y que las proteínas G preceden a las arrestinas. Las interacciones entre las proteínas G y los efectores en esta situación se limitarían a la superficie interna de la membrana plasmática y las de las Downloaded 20231221 2:3 P Your IP is 138.97.143.28 arrestinas podrían extenderse a mayor profundidad dentro de la célula, dependiendo del receptor. Aun así, la señalización a través de lasPage proteínas G 35 / 62 CAPÍTULO 3: Farmacodinámica: mecanismos moleculares de la acción farmacológica, David R. Manning; Donald K. Blumenthal por algunos GPCR se mantiene y diversos datos biofísicos para la señalización mediada por G indican que los GPCR de clase B, las proteínas G y las ©2023 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use • Privacy Policy • Notice • Accessibility s arrestinas pueden existir como megacomplejos que persisten en las vesículas endocíticas (Cahill et al., 2017; Thomsen et al., 2016). El vínculo de la arrestina con el GPCR en dicho complejo se da a través del extremo carboxilo terminal del receptor solo, no del centro transmembrana. La importación Src, ciertos miembros de la superfamilia Ras de proteínas de unión con GTP (p. ej., ARF6 y RhoA) y el factor nuclear κB (NFκB). Las arrestinas que UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR UES tienen uniones estables con los GPCR de clase B pueden emitir señales en la profundidad del citoplasma desde vesículas endocíticas. Además, las Access Provided by: arrestinas pueden emitir señales dentro del núcleo, ya que tanto la βarrestina 1 como la 2 contienen señales de localización nuclear. A menudo se postula que la activación de las proteínas G y las arrestinas ocurre de manera secuencial y que las proteínas G preceden a las arrestinas. Las interacciones entre las proteínas G y los efectores en esta situación se limitarían a la superficie interna de la membrana plasmática y las de las arrestinas podrían extenderse a mayor profundidad dentro de la célula, dependiendo del receptor. Aun así, la señalización a través de las proteínas G por algunos GPCR se mantiene y diversos datos biofísicos para la señalización mediada por Gs indican que los GPCR de clase B, las proteínas G y las arrestinas pueden existir como megacomplejos que persisten en las vesículas endocíticas (Cahill et al., 2017; Thomsen et al., 2016). El vínculo de la arrestina con el GPCR en dicho complejo se da a través del extremo carboxilo terminal del receptor solo, no del centro transmembrana. La importación temporal y espacial de la transducción de la señal del GPCR dentro de los compartimientos subcelulares casi siempre resulta significativa. Agonismo selectivo El modelo de dos estados para la actividad del receptor es una simplificación conveniente y útil, pero los GPCR pueden existir en diversas conformaciones activas, algunas de las cuales tienen capacidad para comunicarse de manera diferencial con elementos distales de la transducción. El agonismo selectivo se refiere a la propiedad de un agonista para estabilizar una conformación de un receptor respecto a otra y, por tanto, pone en curso una serie distintiva de fenómenos celulares. El concepto del agonismo selectivo surgió primero en la activación diferencial de proteínas G, por ejemplo, Gi frente a Gq y Gi frente a G12, dependiendo del agonista. Más tarde se reconocieron las diferencias entre la señalización de la proteína G y de la arrestina (Smith et al., 2018) y se encontró que ciertos agonistas estabilizan las conformaciones que emiten señales principalmente a través de las proteínas G, mientras otros estabilizan las conformaciones que emiten señales a través de las arrestinas (fig. 3–17). Figura 3–17 Agonismo selectivo. Una forma de agonismo selectivo es la que se relaciona con la activación diferencial de proteínas G y arrestinas. Un solo GPCR puede asumir cualquier número de conformaciones (no mostradas de manera expresa) que se estabilizan de manera diferenciada mediante ligandos activadores. Una o más de estas conformaciones puede traducirse en la activación tanto de la proteína G como de la arrestina (izquierda), solo de la proteína G (intermedio) o solo de la arrestina (derecha). En este sentido, la selectividad del ligando predispone al GPCR hacia un esquema de señalización particular. Véase el texto respecto a otras formas de selectividad. Por ejemplo, desde hace tiempo el carvedilol es clasificado como antagonista del receptor adrenérgico β. Sin embargo, además de antagonizar la activación de Gs a través del receptor β, el complejo carvedilolreceptor también activa la arrestina (Wisler et al., 2007). Por tanto, desde el punto de vista de la señalización de la arrestina, el carvedilol es un agonista. ¿Pueden manipularse las dos vías por separado? ¿Pueden distinguirse los efectos terapéuticos y adversos con base en la vía que activen? Los esfuerzos para el descubrimiento de fármacos buscan responder estas preguntas, sintetizando supuestos agonistas selectivos, en especial con efecto en los GPCR para los opioides (cap. 23), dopamina (cap. 15) y angiotensina (cap. 30). Considérense las acciones analgésicas de los opioides. Una hipótesis que se está valorando es que las acciones analgésicas de los opioides a través del receptor opioide μ se ejercen a través de proteínas G y que la señalización mediante la arrestina β2 media muchas de las respuestas adversas a los opiáceos (p. ej., depresión respiratoria, tolerancia, dependencia). Un estudio sobre la acción de los opiáceos en animales con eliminación del gen de arrestina β2 [βarr2(/)] reportó la potenciación de la analgesia por morfina y reducción de los efectos colaterales (Raehal et al., 2005). El desarrollo de la recién aprobada oliceridina, diseñada como agonista selectivo del receptor μ, se basa en esta premisa (Markham, 2020). Algunos hallazgos iniciales fueron prometedores, pero los datos subsiguientes sobre varios supuestos agonistas selectivos no respaldaron una separación tan clara entre los efectos antinociceptivos y los adversos (Gillis et al., 2020a) y pusieron en duda la afirmación de que la oliceridina produce una mayor separación entre los efectos deseados y los adversos (cap. 23). Además, se han planteado y refutado otras explicaciones de la selectividad aparente (p. ej., agonismo intrínseco bajo y amplificación diferencial de la señal en las vías de la proteína G y la arrestina) (Azevedo Neto et al., 2020; Gillis et al., 2020b; Stahl y Downloaded 20231221 2:3 P Your IP is 138.97.143.28 Bohn, 2021).3: Hay que estar al pendiente. Los agonistas selectivos podrían ventajas por un R. mayor grado Donald de especificidad en la señalización Page 36 / 62 CAPÍTULO Farmacodinámica: mecanismos moleculares de la acciónofrecer farmacológica, David Manning; K. Blumenthal ©2023 McGraw Hill. Alla Rights Reserved. inducida por fármacos través de los GPCR. Terms of Use • Privacy Policy • Notice • Accessibility Es preciso hacer una diferenciación entre el agonismo selectivo o selectividad por ligando, como se explica aquí y la selectividad del receptor y la arrestina β2 [βarr2(/)] reportó la potenciación de la analgesia por morfina y reducción de los efectos colaterales (Raehal et al., 2005). El desarrollo de UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR UES la recién aprobada oliceridina, diseñada como agonista selectivo del receptor μ, se basa en esta premisa (Markham, 2020). Algunos hallazgos iniciales Access una Provided by: fueron prometedores, pero los datos subsiguientes sobre varios supuestos agonistas selectivos no respaldaron separación tan clara entre los efectos antinociceptivos y los adversos (Gillis et al., 2020a) y pusieron en duda la afirmación de que la oliceridina produce una mayor separación entre los efectos deseados y los adversos (cap. 23). Además, se han planteado y refutado otras explicaciones de la selectividad aparente (p. ej., agonismo intrínseco bajo y amplificación diferencial de la señal en las vías de la proteína G y la arrestina) (Azevedo Neto et al., 2020; Gillis et al., 2020b; Stahl y Bohn, 2021). Hay que estar al pendiente. Los agonistas selectivos podrían ofrecer ventajas por un mayor grado de especificidad en la señalización inducida por fármacos a través de los GPCR. Es preciso hacer una diferenciación entre el agonismo selectivo o selectividad por ligando, como se explica aquí y la selectividad del receptor y la selectividad del sistema (Smith et al., 2018). La selectividad del receptor es la predisposición de un receptor hacia la señalización por una proteína G u otra o a través de una proteína G frente a una arrestina. Ciertos receptores emiten señales solo a través de la arrestina; en tanto, puede hacerse que otros (mediante una mutación) emitan señales solo a través de proteínas G. La selectividad del sistema es la diferencia entre las células en cuanto a la expresión de transductores, efectores y proteínas distales, muy enfocada para los sistemas que tienen una diferencia sustancial entre la expresión de una proteína G respecto a una arrestina. Como siempre, pero en especial con el surgimiento de selectividad como concepto, es importante recordar que la eficacia depende del contexto en que se valora. Formas proximales de señalización mediante GPCR a través de proteínas G Los segundos mensajeros regulados por GPCR a través de proteínas G incluyen nucleótidos cíclicos, DAG, IP3 y (mediante IP3) Ca2+. Otras formas de señalización importantes son los conductos iónicos activados por proteína G y la proteína G monomérica RhoA. AMP cíclico El AMP cíclico se sintetiza por acción de la enzima adenilil ciclasa, para la cual existen nueve isoformas unidas con la membrana y una isoforma soluble en los mamíferos (Dessauer et al., 2017; Hanoune y Defer, 2001). Todas las isoformas unidas con la membrana se activan mediante la subunidad α de Gs. La inhibición de la enzima activada por Gi se atribuye por lo general a la liberación del heterodímero βγ y al secuestro consecuente de αs; sin embargo, el heterodímero y αi pueden tener acciones directas e idiosincrásicas, según la isoenzima de adenilil ciclasa (Taussig et al., 1994). El AMP cíclico generado por adenilil ciclasa tiene dos objetivos farmacológicos principales en la mayor parte de las células: la proteína cinasa dependiente de AMP cíclico (PKA) y los GEF regulados por AMP cíclico, denominados EPAC (proteínas de intercambio activadas por AMP cíclico, exchange proteins activated by cyclic AMP) (Cheng et al., 2008; Roscioni et al., 2008). El factor de transcripción CREB (proteína de unión con elemento de respuesta al AMP cíclico; cyclic AMP response elementbinding protein) se activa mediante la fosforilación de PKA y establece un vínculo entre los aumentos transitorios del AMP cíclico celular y la regulación transcripcional (Mayr y Montminy, 2001; Sands y Palmer, 2008). En células con funciones especializadas, el AMP cíclico puede tener objetivos farmacológicos adicionales, como los conductos iónicos activados por nucleótido cíclico (CNG, cyclic nucleotidegated) y los conductos regulados por nucleótidos cíclicos activados por hiperpolarización (HCN, hiperpolarizationactivated cyclic nucleotidegated) (Wahl Schott y Biel, 2009) y PDE regulados por nucleótido cíclico. Para conocer las generalidades de la acción de los nucleótido cíclicos y una perspectiva histórica, véase Beavo y Brunton (2002). Más adelante se presenta una descripción del GMP cíclico (Guanilil ciclasas). PKA La holoenzima PKA consta de dos subunidades catalíticas (C) unidas de manera reversible con un dímero de subunidades reguladoras inhibidoras (R) para formar un complejo heterotetramérico (R2C2). En respuesta a un aumento en el AMP cíclico celular, cuatro moléculas de AMP cíclico se unen con el complejo R2C2, dos con cada subunidad R, lo que produce un cambio conformacional en las subunidades R que elimina el dominio inhibidor del dominio catalítico de la subunidad C y deriva en su activación. Las subunidades C activas fosforilan residuos de serina y treonina en los sustratos proteínicos superficiales. Existen múltiples isoformas de PKA; la clonación molecular reveló isoformas α y β de ambas subunidades reguladoras (RI y RII), así como tres isoformas de la subunidad C, Cα, Cβ y Cγ. Las subunidades R tienen diferente localización subcelular y afinidad de unión con el AMP cíclico, lo que da lugar a holoenzimas PKA con diferentes umbrales de activación (Taylor et al., 2008). La función y especificidad de la PKA también está modulada por la localización subcelular mediada por proteínas de anclaje de cinasa A (AKAP, Akinase anchoring proteins). En realidad, ahora se reconoce que la compartimentalización de los componentes de señalización del AMP cíclico (incluidos los componentes descritos más adelante, así como los GPCR, adenilil ciclasa, fosfodiesterasas y fosfatasas proteínicas) dentro de signalosomas multiproteínicos a escala nanométrica es un factor esencial para las respuestas celulares normales al AMP cíclico (Brunton et al., 1981; revisado por Zaccolo et al., 2020). EPAC La EPAC, también conocida como GEF de AMP cíclico, es una nueva proteína de señalización dependiente del AMP cíclico (Schmidt et al., 2013). La EPAC sirve como GEF regulado por el AMP cíclico para la familia de pequeñas Ras GTPasas (en especial la Rap GTPasa pequeña), que catalizan el intercambio de GTP por GDP, con lo que activan la pequeña GTPasa. Las dos isoformas de EPAC, EPAC1 y EPAC2, difieren en su morfología y expresión hística. Ambas isoformas de EPAC son proteínas de múltiples dominios que contienen un dominio regulador de unión con AMP cíclico, un dominio catalítico y Downloaded 20231221 2:3 P Your IP is 138.97.143.28 dominios que su localización intracelular. En comparación confarmacológica, EPAC2, EPAC1 contiene dominioDonald adicional unión con el AMP Pagecíclico 37 / 62 CAPÍTULO 3:determinan Farmacodinámica: mecanismos moleculares de la acción David R.un Manning; K. de Blumenthal ©2023 Hill.elAll Rightsamino Reserved. Terms of Use • Privacy Policy • Notice • Accessibility de baja McGraw afinidad en extremo terminal. La expresión de EPAC1 y EPAC2 está regulada de manera diferenciada durante el desarrollo y en diversas enfermedades. EPAC2 puede fomentar la secreción de insulina estimulada por incretina en las células pancreáticas β mediante la activación de Rap1 (fig. 51–3). Las sulfonilureas, fármacos orales usados para tratar la diabetes mellitus tipo 2, pueden actuar en parte mediante la activación de esencial para las respuestas celulares normales al AMP cíclico (Brunton et al., 1981; revisado por Zaccolo et al., 2020). UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR UES EPAC Access by:(Schmidt et al., 2013). La EPAC La EPAC, también conocida como GEF de AMP cíclico, es una nueva proteína de señalización dependiente del AMPProvided cíclico sirve como GEF regulado por el AMP cíclico para la familia de pequeñas Ras GTPasas (en especial la Rap GTPasa pequeña), que catalizan el intercambio de GTP por GDP, con lo que activan la pequeña GTPasa. Las dos isoformas de EPAC, EPAC1 y EPAC2, difieren en su morfología y expresión hística. Ambas isoformas de EPAC son proteínas de múltiples dominios que contienen un dominio regulador de unión con AMP cíclico, un dominio catalítico y dominios que determinan su localización intracelular. En comparación con EPAC2, EPAC1 contiene un dominio adicional de unión con el AMP cíclico de baja afinidad en el extremo amino terminal. La expresión de EPAC1 y EPAC2 está regulada de manera diferenciada durante el desarrollo y en diversas enfermedades. EPAC2 puede fomentar la secreción de insulina estimulada por incretina en las células pancreáticas β mediante la activación de Rap1 (fig. 51–3). Las sulfonilureas, fármacos orales usados para tratar la diabetes mellitus tipo 2, pueden actuar en parte mediante la activación de EPAC2 en las células β y por aumento de la liberación de insulina. PDE Las fosfodiesterasas (PDE) de nucleótidos cíclicos hidrolizan el enlace 3′,5′fosfodiéster cíclico en el AMP cíclico y el GMP cíclico, con lo que terminan la acción del nucleótido cíclico. Las PDE forman una superfamilia de más de 50 proteínas diferentes (Conti y Beavo, 2007). Las especificidades por sustrato de las diferentes PDE incluyen las específicas para la hidrólisis del AMP cíclico y la hidrólisis de GMP cíclico, así como algunas que hidrolizan ambos nucleótidos cíclicos. Las actividades de las PDE están reguladas por transcripción génica, así como por nucleótidos cíclicos, Ca2+calmodulina e interacciones con otras proteínas de señalización como las arrestinas y las proteína cinasas. Algunas PDE están localizadas en complejos de señalización específicos mediante AKAP y otras proteínas del andamiaje. Las PDE (sobre todo las isoformas PDE3) son objetivos farmacológicos para el tratamiento de enfermedades como el asma (cap. 44), diversas enfermedades cardiovasculares (caps. 31, 32 y 33) y dermatitis atópica (cap. 75), entre otras. Los inhibidores de PDE5 (p. ej., sildenafilo) se usan en el tratamiento de la enfermedad pulmonar obstructiva crónica (figs. 44–4 y 44–5) y la disfunción eréctil (fig. 49–6). D A G / I P3 / C a2 + La activación de los GPCR acoplados con Gq (y en ocasiones con Gi) conduce a la atracción de una isoforma de fosfolipasa C (PLC), PLCβ2, a la membrana plasmática. La PLC activada hidroliza un fosfolípido menor de la membrana, el fosfatidilinositol 4,5bisfosfato (PIP2), para generar dos señales intracelulares, DAG y IP3. El DAG activa en forma directa algunos miembros de la familia PKC. El IP3 difunde al retículo endoplásmico (ER, endoplasmic reticulum), donde activa al receptor para IP3 en la membrana del retículo endoplásmico, lo que induce la liberación del Ca2+ almacenado. Esto aumenta muchas veces la concentración de Ca2+ en el citoplasma en segundos y activa enzimas dependientes de Ca2+ como algunas de las PKC y enzimas sensibles a Ca2+/calmodulina, entre ellas la PDE1 y una familia de PK sensibles a Ca2+/calmodulina (p. ej., fosforilasa cinasa, MLCK y CaM [calmodulina] cinasas II y IV) (Hudmon y Schulman, 2002). No puede restarse importancia a las funciones del Ca2+ como segundo mensajero. El Ca2+ es fundamental para la regulación de diversos procesos metabólicos y para la secreción, contracción, expresión génica y actividad eléctrica a través de la membrana. Conductos iónicos activados por proteína G Entre los diversos tipos de conductos iónicos regulados en forma directa por proteínas G, los conductos de rectificadores de entrada del K+ (Kir) han cobrado mayor importancia. El subconjunto de conductos Kir activados por los GPCR está formado por complejos homotetraméricos y heterotetraméricos de dos subunidades helicoidales transmembrana de la subfamilia Kir3 (Hibino et al., 2010) (fig. 3B). Estas subunidades se expresan en grados variables en las neuronas, miocitos auriculares y células endocrinas, entre otras células. Los conductos se activan por el heterodímero βγ liberado de Gi, tal vez mediante la unión de PIP2 intensificada por βγ. Es probable que la selectividad por Gi, entre otras proteínas G que también contienen βγ, se relacione con complejos preformados entre los conductos y el heterotrímero Gi. Los conductos Kir ayudan a estabilizar el potencial de reposo de la membrana superficial de la célula. Como el potencial de membrana de reposo casi siempre es positivo al potencial de equilibrio del K+, el conducto activado conduce una corriente neta de salida y, por tanto, hiperpolariza la membrana, lo que vuelve a las células menos capaces de responder a estímulos despolarizantes. En las neuronas, los conductos que contienen la subunidad Kir3 pueden activarse con acetilcolina, adenosina, dopamina, cannabinoides, GABA (a través del receptor GABAB), serotonina, somatostatina y opioides. Se ha puesto gran atención a la inhibición postsináptica lograda por los opioides mediante conductos Kir regulados por proteína G, tanto en neuronas centrales como en las periféricas, como base para las acciones analgésicas de estos compuestos. La señalización por el conducto Kir regulado por proteína G se relaciona con respuestas conductuales a varios fármacos de abuso, psicoestimulantes y etanol (Luján et al., 2014). Downloaded 20231221 2:3 P Your IP is 138.97.143.28 Page 38 / 62 CAPÍTULO 3: Farmacodinámica: mecanismos moleculares acción colinérgico farmacológica, David R.MManning; Donald K. Blumenthal El descenso de la frecuencia cardiaca por acetilcolina a través de della receptor muscarínico 2 también se logra en parte a través de conductos ©2023 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use • Privacy Policy • Notice • Accessibility que contienen la subunidad Kir3. Estos conductos son un componente importante de la respuesta del corazón al tono parasimpático. Los conductos que contienen la subunidad Kir3 en el corazón también responden a la adenosina a través de los receptores A1 de adenosina; la adenosina se usa subunidad Kir3 pueden activarse con acetilcolina, adenosina, dopamina, cannabinoides, GABA (a través del receptor GABAB), serotonina, UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR UES somatostatina y opioides. Se ha puesto gran atención a la inhibición postsináptica lograda por los opioidesAccess mediante conductos Kir regulados por Provided by: proteína G, tanto en neuronas centrales como en las periféricas, como base para las acciones analgésicas de estos compuestos. La señalización por el conducto Kir regulado por proteína G se relaciona con respuestas conductuales a varios fármacos de abuso, psicoestimulantes y etanol (Luján et al., 2014). El descenso de la frecuencia cardiaca por acetilcolina a través del receptor colinérgico muscarínico M2 también se logra en parte a través de conductos que contienen la subunidad Kir3. Estos conductos son un componente importante de la respuesta del corazón al tono parasimpático. Los conductos que contienen la subunidad Kir3 en el corazón también responden a la adenosina a través de los receptores A1 de adenosina; la adenosina se usa como tratamiento para detener pronto las taquiarritmias supraventriculares (cap. 34). Los miembros de la familia Gi también regulan los conductos de Ca2+ activados por voltaje. Los conductos mejor estudiados en este contexto son los formados con subunidades CaV2; es decir, los conductos de los tipos P/Q, N y R, en contraste con los de tipos L y T (Proft y Weiss, 2015). De nuevo, la regulación se logra mediante el heterodímero βγ, que inhibe la actividad del conducto. Los conductos neuronales que contienen la subunidad CaV2 tienen localización presináptica y su inhibición se manifiesta por la inhibición de la liberación del neurotransmisor. Por ejemplo, los opioides no solo suprimen la activación neuronal mediante la activación de los conductos de K+ rectificadores de entrada, sino que también inhiben la liberación de los neurotransmisores por la inhibición de los conductos de Ca2+ activados por voltaje en la terminación presináptica. Todos los agonistas endógenos y los fármacos que actúan a través de los GPCR vinculados con Gi/o en el SNC pueden activar estas acciones moleculares y el efecto neurológico preciso depende del tipo y la localización de la neurona. Activación de RhoA La activación de miembros de la familia G12/13 siempre se relaciona con la activación de RhoA, un miembro importante de la superfamilia Ras de proteínas G monoméricas de bajo peso molecular (alrededor de 21 kDa). RhoA controla fenómenos relativos a la forma, migración y contracción de la célula, logrados en mayor medida mediante la proteína cinasa relacionada con Rho (ROCK, Rhoassociated protein kinase). La acción de RhoA a través de ROCK y otras proteína cinasas también regula la expresión de numerosos genes (Yu y Brown, 2015). La importancia de RhoA para los fenómenos de interés farmacológico se ilustra en las acciones de la angiotensina II (Ang II) en las células de músculo liso vascular en relación con la hipertensión, como se explica en la sección Los sistemas fisiológicos deben integrar múltiples señales. La activación de RhoA, junto con fenómenos activados por Gq y arrestina, también está implicada en el crecimiento y proliferación de miocardiocitos y células de músculo liso vascular, así como en anormalidades vinculadas con la progresión de la insuficiencia cardiaca (Balakumar y Jagadeesh, 2014; caps. 30 y 33). La activación de RhoA mediante la trombina es la base para el cambio de forma y activación de las plaquetas en la hemostasia. Los inhibidores de ROCK son de interés en el tratamiento de la hipertensión pulmonar (cap. 35), patologías que incluyen broncoconstricción (cap. 44), disfunción eréctil (cap. 49) y aumento de la presión intraocular en pacientes con glaucoma de ángulo abierto o hipertensión ocular (cap. 74). El netarsudilo, aprobado por la FDA para el tratamiento de estos trastornos oculares, es el primer inhibidor de ROCK en su clase para uso terapéutico. La familia G12/13 activa Rho a través de la interacción de la subunidad α de G12 o G13 con uno de varios factores de intercambio de nucleótido de guanina RhoA (RhoGEF, RhoA guanine nucleotide exchange factors), cada uno con un dominio regulador de la señalización de proteína G (RGS, regulator of G protein signaling). Los GEF facilitan el intercambio de GDP por GTP y, en consecuencia, la activación de proteínas G de bajo peso molecular como RhoA; los dominios RGS interactúan con subunidades α de proteína G heterotrimérica activada para acelerar la hidrólisis de GTP, aunque a menudo están contenidos en las proteínas que tienen funciones de señalización subsiguientes (Ross y Wilkie, 2000). En ciertas células, la activación de RhoA puede lograrse mediante Gi y Gq y también a través de RhoGEF que contienen RGS. Conductos iónicos activados por ligando Conductos activados por neurotransmisores excitadores e inhibidores Los principales conductos iónicos activados por ligando en el sistema nervioso son los activados por neurotransmisores excitadores o inhibidores. Los activados por neurotransmisores excitadores conducen Na+ y K+ de manera inespecífica y en ocasiones, Ca2+ e incluyen los receptores colinérgicos nicotínicos, receptores glutaminérgicos (subtipos AMPA [ácido αamino3hidroxi5metil4isoxazol propiónico], cainato y NMDA [NmetilD aspartato]) y ciertos receptores purinérgicos y serotoninérgicos. Los conductos activados por neurotransmisores inhibidores conducen Cl− y son los receptores GABAA y de glicina. La activación de conductos por neurotransmisores excitadores e inhibidores es el origen de la mayor parte de fenómenos relevantes para la transmisión sináptica por las neuronas, tanto en el SNC como en la periferia. Estos conductos iónicos activados por Downloaded 20231221de2:3 P Your IP distintivas; is 138.97.143.28 ligando son pentámeros subunidades cada una es una proteína grande con cuatro dominios transmembrana (fig. 3–18). Page 39 / 62 CAPÍTULO 3: Farmacodinámica: mecanismos moleculares de la acción farmacológica, David R. Manning; Donald K. Blumenthal ©2023 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use • Privacy Policy • Notice • Accessibility Figura 3–18 Estructura del receptor nicotínico para acetilcolina. A . Una representación esquemática de una subunidad receptora nicotínica de ACh, una de las Los activados por neurotransmisores excitadores conducen Na+ y K+ de manera inespecífica y en ocasiones,UNIVERSIDAD Ca2+ e incluyen DE los receptores colinérgicos EL SALVADOR UES nicotínicos, receptores glutaminérgicos (subtipos AMPA [ácido αamino3hidroxi5metil4isoxazol propiónico], cainato y NMDA [NmetilD Access Provided by: aspartato]) y ciertos receptores purinérgicos y serotoninérgicos. Los conductos activados por neurotransmisores inhibidores conducen Cl− y son los receptores GABAA y de glicina. La activación de conductos por neurotransmisores excitadores e inhibidores es el origen de la mayor parte de fenómenos relevantes para la transmisión sináptica por las neuronas, tanto en el SNC como en la periferia. Estos conductos iónicos activados por ligando son pentámeros de subunidades distintivas; cada una es una proteína grande con cuatro dominios transmembrana (fig. 3–18). Figura 3–18 Estructura del receptor nicotínico para acetilcolina. A . Una representación esquemática de una subunidad receptora nicotínica de ACh, una de las cinco que constituyen el pentámero receptor. Presenta las cuatro fracciones helicoidales transmembrana con los dominios extracelulares de los extremos carboxilo y amino terminales. B . La estructura del receptor nicotínico vista desde la perspectiva de la unión neuromuscular. La conductancia se logra a través del poro del eje central, definido por la disposición seudosimétrica de subunidades receptoras. C . Vista longitudinal del mismo receptor como se describió en fecha reciente mediante microscopia electrónica, con la subunidad γ eliminada; se muestran solo los iones despolarizantes (Na+ y Ca2+). Véase el capítulo 13 para más detalles. El receptor nicotínico para acetilcolina (ACh) es un ejemplo ilustrativo de un conducto iónico activado por un ligando excitador. Las isoformas de este conducto se expresan en el SNC, en los ganglios del sistema nervioso autónomo y en la unión neuromuscular. El conducto es un pentámero que en las neuronas consta de dos a cinco subunidades α (derivadas de los subtipos α2α10) y hasta tres subunidades β (derivadas de los subtipos β2β4) y, en la unión neuromuscular, consiste en dos subunidades α1, una β1, una δ y una γ (embrión) o una ε (adulto). Cada subunidad del receptor contiene un gran dominio extracelular en el extremo amino terminal, cuatro hélices que cruzan la membrana (una de las cuales ayuda a recubrir el poro en el complejo ensamblado) y un asa interna entre las hélices 3 y 4 que forma el dominio intracelular del conducto (fig. 3–18). La ACh se une en las interfaces de las subunidades α (p. ej., en las interfaces α/α o α/β). Las diferentes composiciones de las subunidades explican la capacidad de los antagonistas competitivos como el rocuronio para inhibir el receptor en la unión neuromuscular sin tener efecto en el receptor ganglionar o del SNC. Esta propiedad se aprovecha para producir relajación muscular durante la cirugía con efectos colaterales mínimos sobre el sistema nervioso autónomo (cap. 13). El poro que se abre en el conducto mide cerca de 3 nm, mientras el diámetro de un ion Na+, K+ o Ca2+ es de apenas 0.3 nm o menos y por esta razón el conducto no tiene la extremada selectividad iónica encontrada en la mayor parte de los conductos activados por voltaje. El paso de iones Na+, K+ y Ca2+ tiene un efecto neto de despolarización. El receptor pentamérico GABAA que contiene subunidades α, β y γ conduce Cl− cuando se activa mediante GABA. Con un potencial de equilibrio para el Cl− cercano a −65 mV, la activación del receptor no suele causar hiperpolarización de la membrana, pero impide la generación y propagación de potenciales de acción. El receptor GABAA es el objetivo farmacológico para las benzodiacepinas y barbitúricos, entre muchos otros fármacos. La multiplicidad de isoformas de cada una de las subunidades constituyentes de estos conductos iónicos pentaméricos explica la farmacología distintiva de estos receptores. Conductos activados por ligandos intracelulares Existe una categoría de conductos iónicos activados por ligandos intracelulares: el conducto de Ca2+ sensible a IP3, que induce la liberación de Ca2+ desde el retículo endoplásmico; los conductos iónicos activados por nucleótidos cíclicos, que permiten la conductancia no selectiva de cationes, y el “receptor” para sulfonilurea (SUR1), que se relaciona con el conducto Kir6.2 para regular la corriente de K+ activada por ATP en las células β del páncreas. Este último conducto, o conducto KATP, es el objetivo farmacológico de hipoglucemiantes orales como las sulfonilureas y las meglitinidas, que estimulan la liberación de insulina de las células β pancreáticas y se usan para tratar la diabetes tipo 2 (cap. 51). Downloaded 20231221 2:3 P Your IP is 138.97.143.28 CAPÍTULO 3: Farmacodinámica: mecanismos moleculares de la acción farmacológica, David R. Manning; Donald K. Blumenthal Conductos con potencial transitorio Terms of Use • Privacy Policy • Notice • Accessibility ©2023 McGraw Hill. All receptor Rights Reserved. Page 40 / 62 Los conductos catiónicos con potencial receptor transitorio (TRP, transient receptor potential) participan en diversos procesos sensitivos, incluida la Existe una categoría de conductos iónicos activados por ligandos intracelulares: el conducto de Ca2+ sensible a IP3, que induce la liberación de Ca2+ UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR UES desde el retículo endoplásmico; los conductos iónicos activados por nucleótidos cíclicos, que permiten la conductancia no selectiva de cationes, y el Access Provided by: “receptor” para sulfonilurea (SUR1), que se relaciona con el conducto Kir6.2 para regular la corriente de K+ activada por ATP en las células β del páncreas. Este último conducto, o conducto KATP, es el objetivo farmacológico de hipoglucemiantes orales como las sulfonilureas y las meglitinidas, que estimulan la liberación de insulina de las células β pancreáticas y se usan para tratar la diabetes tipo 2 (cap. 51). Conductos con potencial receptor transitorio Los conductos catiónicos con potencial receptor transitorio (TRP, transient receptor potential) participan en diversos procesos sensitivos, incluida la nocicepción, la sensibilidad al calor y al frío, la mecanocepción y la percepción de compuestos químicos como la capsaicina y el mentol. La superfamilia consta de 28 conductos en seis familias (Moran, 2018). La mayor parte de los conductos TRP son homotetrámeros; cada monómero consiste en seis hélices transmembrana (S1S6) con un asa formadora de poro entre S5 y S6 y grandes regiones intracelulares en las terminaciones amino y carboxilo intracelulares. Los conductos TRP son más bien no selectivos con respecto a la conductancia de los cationes, por lo general conducen Na+ y Ca2+ y a veces Mg2+. Dos científicos que realizaron un trabajo original sobre los conductos TRP, David Julius y Ardem Patapoutian, compartieron el Premio Nobel de Fisiología o Medicina de 2021 “por sus descubrimientos de receptores para la temperatura y el tacto” (Latorre y Diaz Franulic, 2021). Hay fármacos en desarrollo para tratar enfermedades hereditarias relacionadas con mutaciones en el conducto TRP y para tratar dolor, prurito y trastornos cutáneos y respiratorios (Bamps et al., 2021). Se dispone de formulaciones de capsaicina, un agonista del receptor TRPV1, para alivio de ciertas formas de dolor, incluida la neuralgia posherpética. Receptores vinculados con enzimas (catalíticos) Receptores de tirosina cinasa Los receptores de tirosina cinasa incluyen receptores para hormonas como la insulina; factores de crecimiento como el factor de crecimiento epidérmico (EGF, epidermal growth factor), factor de crecimiento derivado de las plaquetas (PDGF, plateletderived growth factor), factor de crecimiento nervioso (NGF), factor de crecimiento de los fibroblastos (FGF) y VEGF y las efrinas. Excepto por el receptor de insulina, consistente en cadenas polipeptídicas α y β (cap. 51), estos receptores son cadenas polipeptídicas sencillas. Cada uno tiene un gran domino extracelular rico en cisteína, un segmento transmembrana corto y una región intracelular que contiene uno o dos dominios de proteína tirosina cinasa. La activación de receptores para factor de crecimiento casi siempre sustenta la supervivencia, proliferación y diferenciación de las células. La activación de los receptores efrina sustenta la angiogénesis neuronal, así como la migración y la guía axónicas. La unión del ligando induce la dimerización del receptor y la fosforilación cruzada de los residuos de tirosina dentro de las ahora regiones intracelulares proximales, en particular en los dominios mismos de cinasa, para intensificar su actividad, pero también en segmentos fuera de estos dominios. Los residuos de fosfotirosina constituyen sitios de llegada en el receptor para las proteínas que contienen dominios SH2 y PTB. Hay más de 100 de estas proteínas, que son enzimas y adaptadores, codificadas en el genoma humano. Las enzimas atraídas a menudo se fosforilan y activan a su vez. Estas incluyen PLCγ, cuya actividad aumenta la concentración intracelular de Ca2+ y activa la PKC y las isoformas α y β de la fosfatidilinositol 3cinasa (PI3K). La PI3K se une en forma directa con el receptor fosforilado mediante los dominios SH2 o de manera indirecta a través del sustrato 1 del receptor para insulina (IRS1, insulin receptor substrate1); se activa y aumenta la concentración de fosfatidilinositol 3,4,5trisfosfato (PIP3), con la consecuente activación de PKB (también conocida como Akt). La PI3K también puede activarse de manera directa con la proteína Ras de unión con GTP. La PKB puede regular a mTOR (blanco mecanicista/de mamífero para la rapamicina; mechanistic/mammalian target of rapamycin), que es proximal a varias vías de señalización (fig. 3–19A; véase también la sección Autofagia, más adelante) y la proteína Bad, que es importante en la apoptosis (fig. 3–25; véase también la sección sobre Apoptosis, más adelante). Figura 3–19 Dos eventos que ocurren después de la activación de receptores de tirosina cinasa. A . La activación de la vía mTOR. La señalización a través de esta vía fomenta el crecimiento, proliferación y supervivencia de las células mediante una red compleja de vías de señalización (Guri y Hall, 2016). La señalización mTOR está cobrando importancia en la inmunodepresión y la farmacoterapia contra el cáncer y los inhibidores de la señalización mTOR se incluyen en ocasiones como tratamiento adjunto. B . La activación del receptor de EGF. La estructura extracelular del receptor sin ligando (a) contiene cuatro dominios (IIV), que experimentan un reacomodo significativo cuando se unen dos moléculas de EGF. En (b), los cambios conformacionales conducen a la activación de los dominios citoplásmicos de la tirosina cinasa y a la fosforilación de la tirosina de las regiones intracelulares para formar sitios para unión de SH2. (c) La molécula adaptadora Grb2 unida con Sos mediante dos dominios llamados SH3 se une con los residuos de tirosina fosforilados y activa la cascada RasMAPK. Ras está unida a la superficie interna de la membrana plasmática, por lo general Downloaded 20231221 2:3 P Your IP is 138.97.143.28 mediante una fracción farnesilo. La traslocación de Sos a la superficie interna de la membrana ocurre mediante la unión de Grb2 con un receptor Page 41 / 62 CAPÍTULO 3: Farmacodinámica: mecanismos moleculares de la acción farmacológica, David R. Manning; Donald K. Blumenthal activado a travésHill. de un SH2. La traslocación a Sos enPolicy proximidad a Ras unido a la membrana y así fomenta la activación de Ras. ©2023 McGraw Alldominio Rights Reserved. Terms ofcoloca Use • Privacy • Notice • Accessibility señalización mTOR está cobrando importancia en la inmunodepresión y la farmacoterapia contra el cáncer y los inhibidores de la señalización mTOR UNIVERSIDAD DE EL se incluyen en ocasiones como tratamiento adjunto. B . La activación del receptor de EGF. La estructura extracelular del receptor sinSALVADOR ligando (a) UES Access by: (b), los cambios contiene cuatro dominios (IIV), que experimentan un reacomodo significativo cuando se unen dos moléculas deProvided EGF. En conformacionales conducen a la activación de los dominios citoplásmicos de la tirosina cinasa y a la fosforilación de la tirosina de las regiones intracelulares para formar sitios para unión de SH2. (c) La molécula adaptadora Grb2 unida con Sos mediante dos dominios llamados SH3 se une con los residuos de tirosina fosforilados y activa la cascada RasMAPK. Ras está unida a la superficie interna de la membrana plasmática, por lo general mediante una fracción farnesilo. La traslocación de Sos a la superficie interna de la membrana ocurre mediante la unión de Grb2 con un receptor activado a través de un dominio SH2. La traslocación coloca a Sos en proximidad a Ras unido a la membrana y así fomenta la activación de Ras. Los adaptadores son proteínas sin actividad enzimática que tienen funciones accesorias, a menudo la de aproximar mucho entre sí a las posibles proteínas interactuantes. Por ejemplo, Grb2 es un adaptador ya unido a Sos, un GEF que puede activar a Ras (fig. 3–19B). A su vez, la activación de Ras conduce a la activación de una cascada de proteína cinasa denominada vía RasMAPK. La activación de la vía MAPK es una de las principales rutas usadas por los receptores para factor de crecimiento para emitir señales al núcleo y estimular el crecimiento celular. Las mutaciones oncógenas que dan lugar a receptores para factor de crecimiento y Ras con activación constitutiva también pueden activar la vía MAPK e impulsar la proliferación tumoral. Los fármacos antineoplásicos que actúan en la vía MAPK y la actividad de la proteína tirosina cinasa de los factores de crecimiento oncógenos son en la actualidad agentes importantes en el tratamiento de varias formas de cáncer (cap. 69 y 71). Receptores de cinasas de serina y treonina La familia de ligandos del factor transformador del crecimiento β (TGFβ), que incluye diferentes formas de TGFβ y proteínas morfógenas óseas (BMP, bone morphogenic proteins), activa receptores que son análogos a los receptores de cinasas de serina y treonina, pero tienen función de cinasa de serina y treonina. Los ligandos se unen y estabilizan un complejo heteromérico de dos receptores en la superficie celular de tipo I y dos de tipo II. Los seres humanos expresan siete receptores de tipo I y cinco de tipo II, que interactúan de manera diferenciada con miembros de la familia TGFβ (Derynck y Budi, 2019). Los cambios inducidos por ligando en la conformación, por la proximidad o por ambas permiten que los receptores tipo II fosforilen a los receptores de tipo I en los residuos de serina y treonina y que activen la señalización subsiguiente mediante los SMAD (fig. 3–20). Están en desarrollo fármacos que inhiben la señalización del ligando TGFβ y son de particular interés en el tratamiento del cáncer y la fibrosis. Figura 3–20 Señalización a través de receptores heteroméricos tipo I y tipo II mediante miembros de la familia TGFβ. Los ligandos TGFβ estabilizan la estructura de un receptor heteromérico consistente en dos receptores tipo I y dos tipo II. Los receptores tipo II catalizan luego la fosforilación de los receptores Downloaded 20231221 2:3 P Your IP is 138.97.143.28 tipo I en los residuos de serina, lo que les permitemoleculares interactuar ydefosforilar, nuevo en los residuos serina, a Donald cualquier de SmadPage “activados 42 / 62 CAPÍTULO 3: Farmacodinámica: mecanismos la acciónde farmacológica, David R.deManning; K. número Blumenthal por receptor” (rSmad). Los rSmad fosforilados se unen con Smad4, un Smad efector, para translocarse luego al núcleo, donde regulan los fenómenos ©2023 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use • Privacy Policy • Notice • Accessibility de la transcripción. Smad7 (y Smad6) son Smad inhibidores. Derynck y Budi (2019) revisaron las variaciones y la dinámica de la asociación de los receptores tipo I y tipo II, las modificaciones posteriores a la traducción relevantes para su estabilidad, la señalización no Smad a través de estos en desarrollo fármacos que inhiben la señalización del ligando TGFβ y son de particular interés en el tratamiento del cáncer y la fibrosis. UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR UES Figura 3–20 Access Provided by: Señalización a través de receptores heteroméricos tipo I y tipo II mediante miembros de la familia TGFβ. Los ligandos TGFβ estabilizan la estructura de un receptor heteromérico consistente en dos receptores tipo I y dos tipo II. Los receptores tipo II catalizan luego la fosforilación de los receptores tipo I en los residuos de serina, lo que les permite interactuar y fosforilar, de nuevo en los residuos de serina, a cualquier número de Smad “activados por receptor” (rSmad). Los rSmad fosforilados se unen con Smad4, un Smad efector, para translocarse luego al núcleo, donde regulan los fenómenos de la transcripción. Smad7 (y Smad6) son Smad inhibidores. Derynck y Budi (2019) revisaron las variaciones y la dinámica de la asociación de los receptores tipo I y tipo II, las modificaciones posteriores a la traducción relevantes para su estabilidad, la señalización no Smad a través de estos receptores y el uso de receptores alternativos mediante ligandos semejantes a TGFβ. Guanilil ciclasas La síntesis de GMP cíclico intracelular se logra mediante receptores en la superficie celular activados por ligando con actividad guanilil ciclasa (GC) intrínseca o mediante GC soluble (sGC) (fig. 3–21). Los receptores en la superficie celular son para péptidos natriuréticos; el sGC responde al NO. Los efectos subsiguientes del GMP cíclico son realizados por múltiples isoformas de PKG, conductos iónicos activados por GMP cíclico y por PDE modulados por GMP cíclico que degradan el AMP cíclico. Figura 3–21 Vías de señalización de GMP cíclico. La formación GMP cíclico está regulada por receptores en la superficie celular con actividad intrínseca de guanilil ciclasa y por sus formas solubles. Los receptores en la superficie celular responden a los péptidos natriuréticos como el ANP con un aumento del GMP cíclico. El sGC responde al NO generado a partir de la Larginina mediante la NOS. Los efectos celulares del GMP cíclico son realizados por la PKG y por PDE reguladas por GMP cíclico. En este diagrama, el NO se produce mediante una NOS dependiente de Ca2+/calmodulina en una célula endotelial adyacente. A lo largo del texto, las descripciones detalladas de estas vías de señalización se relacionan con las acciones terapéuticas de fármacos que influyen en estas vías. Downloaded 20231221 2:3 P Your IP is 138.97.143.28 CAPÍTULO 3: Farmacodinámica: mecanismos moleculares de la acción farmacológica, David R. Manning; Donald K. Blumenthal ©2023 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use • Privacy Policy • Notice • Accessibility Page 43 / 62 cíclico. El sGC responde al NO generado a partir de la Larginina mediante la NOS. Los efectos celulares del GMP cíclico son realizados por la PKG y por UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR UES PDE reguladas por GMP cíclico. En este diagrama, el NO se produce mediante una NOS dependiente de Ca2+/calmodulina en una célula endotelial Access Provided by: adyacente. A lo largo del texto, las descripciones detalladas de estas vías de señalización se relacionan con las acciones terapéuticas de fármacos que influyen en estas vías. Receptores transmembrana con actividad intrínseca de guanilil ciclasa Los péptidos natriuréticos son pequeños ligandos peptídicos liberados de células en los tejidos cardiacos, el sistema vascular y otros tejidos más. Los péptidos son: 1) péptido natriurético auricular (ANP, atrial natriuretic peptide), liberado de gránulos de almacenamiento auriculares después del aumento del volumen intravascular o estimulación con hormonas presoras; 2) péptido natriurético cerebral (BNP, brain natriuretic peptide), sintetizado y liberado en grandes cantidades del tejido ventricular en respuesta a la sobrecarga de volumen, y 3) péptido natriurético tipo C (CNP, C type natriuretic peptide), sintetizado en el cerebro, células endoteliales y condrocitos y liberado como respuesta a factores de crecimiento y fuerzas de corte sobre las células del endotelio vascular (Potter et al., 2009). Los principales efectos fisiológicos de estas hormonas son reducir la presión arterial (ANP, BNP), disminuir la hipertrofia y fibrosis cardiacas (BNP) y estimular el crecimiento de huesos largos (CNP). Los receptores para los péptidos natriuréticos son el receptor para péptido natriurético (NPR, natriuretic peptide receptor) A, que responde a ANP y BNP y NPRB, que responde a CNP. Se cree que el NPRC funciona como receptor de eliminación, al retirar el exceso de péptido natriurético de la circulación. El capítulo 29 incluye una descripción extensa de los efectos de los péptidos natriuréticos y de las vías implicadas. La nesiritida, un agonista sintético del BNP y el sacubitrilo, un inhibidor de una enzima (neprilisina) que degrada el ANP y el BNP, se usan en el tratamiento de la insuficiencia cardiaca. sGC, un receptor/enzima citosólico que responde a un factor paracrino permeable en la membrana, NO El NO se produce de manera local en las células mediante la óxido nítrico sintasa (NOS, nitric oxide synthase). Existen tres formas de NOS: NOS neuronal (nNOS o NOS1), NOS endotelial (eNOS o NOS3), NOS inducible (iNOS o NOS2). Las tres formas tienen una expresión amplia, pero son de especial importancia para el aparato cardiovascular, pues se encuentran en los miocitos, las células del músculo liso vascular, las células endoteliales, las células hematopoyéticas y las plaquetas. El Ca2+ celular elevado actúa a través de la CaM y ejerce una activación intensa de nNOS y eNOS; la forma inducible (iNOS) es menos sensible al Ca2+, pero su síntesis puede multiplicarse por estímulos inflamatorios, como la endotoxina, TNFα, interleucina (IL)1β e interferón (IFN) γ. La NOS produce NO al catalizar la oxidación del nitrógeno del grupo guanidino de la Larginina, con lo que se produce Lcitrulina y NO. El NO activa el sGC, que es un heterodímero αβ que contiene un dominio protoporfirinaIX hem. El NO se une con el dominio hem en concentraciones nanomolares bajas y produce un aumento de 200 a 400 veces en la Vmax de la enzima, lo que eleva el GMP cíclico celular (Murad, 2006). En el músculo liso vascular, la activación de PKG conduce a la vasodilatación mediante la inhibición de la liberación de Ca2+ desde las reservas intracelulares mediada por la inhibición de IP3, lo que fosforila los conductos de Ca2+ activados por voltaje para inhibir la entrada de Ca2+; esto Downloaded 20231221 2:3 P Your IP is 138.97.143.28 fosforila a fosfolambano, un modulador de la bomba sarcoplásmica de Ca2+, lo que conduce a una recaptación más rápida de Ca2+ hacia las reservas Page 44 / 62 CAPÍTULO 3: Farmacodinámica: mecanismos moleculares de la acción farmacológica, David R. Manning; Donald K. Blumenthal + activado por Ca2+, lo que causa hiperpolarización de la membrana celular; ello cierra los intracelulares; esto su vez fosforila y abre elTerms conducto de •KPrivacy ©2023 McGraw Hill.a All Rights Reserved. of Use Policy • Notice • Accessibility conductos de Ca2+ tipo L y reduce el flujo de Ca2+ al interior de la célula, lo cual fosforila y, por tanto, inhibe la cinasa de la cadena ligera de la miosina, y fosforila y así activa a la fosfatasa de la cadena ligera de la miosina. La NOS produce NO al catalizar la oxidación del nitrógeno del grupo guanidino de la Larginina, con lo que se produce Lcitrulina y NO. El NO activa el UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR UES sGC, que es un heterodímero αβ que contiene un dominio protoporfirinaIX hem. El NO se une con el dominio hem en concentraciones nanomolares Access Provided by: bajas y produce un aumento de 200 a 400 veces en la Vmax de la enzima, lo que eleva el GMP cíclico celular (Murad, 2006). En el músculo liso vascular, la activación de PKG conduce a la vasodilatación mediante la inhibición de la liberación de Ca2+ desde las reservas intracelulares mediada por la inhibición de IP3, lo que fosforila los conductos de Ca2+ activados por voltaje para inhibir la entrada de Ca2+; esto fosforila a fosfolambano, un modulador de la bomba sarcoplásmica de Ca2+, lo que conduce a una recaptación más rápida de Ca2+ hacia las reservas intracelulares; esto a su vez fosforila y abre el conducto de K+ activado por Ca2+, lo que causa hiperpolarización de la membrana celular; ello cierra los conductos de Ca2+ tipo L y reduce el flujo de Ca2+ al interior de la célula, lo cual fosforila y, por tanto, inhibe la cinasa de la cadena ligera de la miosina, y fosforila y así activa a la fosfatasa de la cadena ligera de la miosina. Los fármacos que activan el sGC son los nitratos orgánicos (nitroglicerina, dinitrato de isosorbida y 5monitrato de isosorbida), que producen NO y gas NO inhalado, todo lo cual se usa en el tratamiento de la angina estable (cap. 31). El NO también se usa como fármaco tocolítico (cap. 48) y en el tratamiento de los recién nacidos de término y casi de término con hipertensión pulmonar persistente e insuficiencia respiratoria hipoxémica aguda (cap. 35). Los fármacos recién aprobados riociguat y vericiguat se usan también para tratar la hipertensión pulmonar (cap. 35); el riociguat sensibiliza el sGC al NO endógeno y también estimula la enzima en forma directa. La contraparte de la activación del sGC es la inhibición de la PDE selectiva para el GMP cíclico (es decir, la PDE5). Su inhibición se logra con los fármacos sildenafilo, vardenafilo, tadalafilo y avanafilo. Los inhibidores de PDE5 se usan en el tratamiento de la disfunción eréctil (cap. 49) y la hipertensión pulmonar (cap. 35). Otros receptores en la membrana superficial celular Vía del receptor JAKSTAT Las citocinas (interleucinas, interferones, eritropoyetina y factores estimulantes de colonias) y ciertas hormonas (p. ej., hormona del crecimiento y prolactina) emiten señales a elementos de transcripción a través de transductores de señal y activadores de la transcripción o STAT (signal transducers and activators of transcription). Aunque no todos, la mayor parte de los receptores forman un complejo con múltiples subunidades consistentes en subunidades separadas para unión de ligando y para transducción de señales. Los receptores no tienen actividad enzimática intrínseca; en cambio, cada uno se relaciona con una tirosina cinasa intracelular distintiva llamada cinasa Janus o JAK (fig. 3–22A). La dimerización u oligomerización del receptor inducida por un ligando aproxima al menos dos JAK, lo que ocasiona su transfosforilación y la fosforilación de los extremos citoplásmicos de los receptores. Los STAT son atraídos a los receptores mediante sus dominios SH2 y a su vez se fosforilan por efecto de las JAK. Los STAT fosforilados se translocan como dímeros al núcleo para regular la transcripción en forma directa. La vía completa se denomina vía JAK STAT. Existen cuatro JAK y siete STAT en los mamíferos que, según el tipo de célula y señal, se combinan de manera diferenciada para regular la transcripción génica. Figura 3–22 Señalización por otros receptores en la membrana superficial de la célula. A . Señalización de citocina a través de JAK/STAT. La dimerización inducida por citocina de los receptores para citocina (se muestra en el esquema) da lugar a la fosforilación cruzada y activación de las JAK relacionadas. A su vez, estas tirosina cinasas fosforilan al receptor, lo que conduce a la atracción de STAT mediante sus dominios SH2 y también a su fosforilación. La fosforilación induce la dimerización de STAT. Los STAT fosforilados y dimerizados se translocan al núcleo para actuar en forma directa como factores de transcripción. Ya se cuenta con inhibidores de JAK efectivos por vía oral, los JAKinibs, para usarlos como inmunomoduladores (véase el texto). B . Señalización por receptores tipo toll. La dimerización inducida por PAMP de un TLR, en este caso en la membrana superficial de la célula, atrae TIRAP/MAL a los dominios dimerizados TIR citosólicos del receptor. TIRAP/MAL activa múltiples copias de MyD88 (proteína 88 de diferenciación mieloide) y las serina cinasas de la familia IRAK (cinasa relacionada con el receptor de interleucina1), que atraen a la E3 ubiquitina liasa, el factor relacionado con el receptor para TNF (TRAF, TNF receptor associated factor) 6. TRAF6 inicia fenómenos que conducen a la activación de NFκB y AP1 y a la glucólisis, entre otros fenómenos dependientes de cada célula. SMOC se refiere al agregado de estas proteínas como centro de organización supramolecular. Existen otros SMOC, dependiendo de la identidad y localización subcelular del TLR. C . Señalización mediante TNFα a través de TNFR1. La señalización mostrada es la relevante a la activación de NFκB; existen otras actividades. La señalización inicia con la formación de homotrímeros TNFR1 estabilizados por TNFα (se muestra la forma soluble). El TNFR1 activado activa la proteína de muerte relacionada con TNFR tipo 1 (TRADD), que a su vez activa a la proteína1 de interacción con el receptor (RIP1) cinasa y TRAF2. RIP1 y TRAF2 producen la activación de NFκB al fomentar la fosforilación mediante la cinasa 1 activada por TGFβ (TAK1), lo que causa degradación dependiente de la ubiquitina del inhibidor de NF κB, IKK (IκB cinasa); ello permite que el heterodímero p50/p65 se transloque al núcleo y active la transcripción de genes inflamatorios. El TNFR2 activado (no mostrado) activa en forma directa a TRAF2, entre otras proteínas. TRAF2 también induce la activación de la cinasa JNK, relevante para la activación de los factores de transcripción cJun, AP1 y ATF2. Wajant y Siegmund (2019) analizan la señalización por TNFα a través de los dos Downloaded 20231221 2:3 P Your IP is 138.97.143.28 receptores. Page 45 / 62 CAPÍTULO 3: Farmacodinámica: mecanismos moleculares de la acción farmacológica, David R. Manning; Donald K. Blumenthal ©2023 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use • Privacy Policy • Notice • Accessibility homotrímeros TNFR1 estabilizados por TNFα (se muestra la forma soluble). El TNFR1 activado activa la proteína de muerte relacionada con TNFR tipo UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR 1 (TRADD), que a su vez activa a la proteína1 de interacción con el receptor (RIP1) cinasa y TRAF2. RIP1 y TRAF2 producen la activación de NFκB al UES Access Provided by: fomentar la fosforilación mediante la cinasa 1 activada por TGFβ (TAK1), lo que causa degradación dependiente de la ubiquitina del inhibidor de NF κB, IKK (IκB cinasa); ello permite que el heterodímero p50/p65 se transloque al núcleo y active la transcripción de genes inflamatorios. El TNFR2 activado (no mostrado) activa en forma directa a TRAF2, entre otras proteínas. TRAF2 también induce la activación de la cinasa JNK, relevante para la activación de los factores de transcripción cJun, AP1 y ATF2. Wajant y Siegmund (2019) analizan la señalización por TNFα a través de los dos receptores. Diversas citocinas que usan las vías JAKSTAT se emplean en la clínica, incluidos aldesleucina (una IL2 recombinante) en el adenocarcinoma renal y el melanoma metastásicos (cap. 72), IFNα pegilado en la hepatitis viral (cap. 63), sargramostim (un factor estimulante de colonias de granulocitos macrófagos recombinante) para estimular la mielopoyesis, oprelvecina (una IL11 recombinante) para estimular la maduración de los megacariocitos y formas recombinantes de eritropoyetina para estimular la producción de eritrocitos (cap. 45). Los antagonistas del receptor incluyen dupilumab (receptor para IL4) para la dermatitis atópica, ustekinumab (receptores de IL12 y IL13) para la psoriasis en placa y la artritis psoriásica (cap. 75) y pegvisomant (receptor recombinante pegilado para la hormona del crecimiento) en el tratamiento del exceso de hormona del crecimiento (cap. 46). Hay varios inhibidores de JAK (conocidos como JAKinibs) que inhiben la unión de ATP con el dominio catalítico de JAK y se usan como inmunomoduladores (cap. 39), en especial en el tratamiento de la colitis ulcerosa (cap. 55), psoriasis (cap. 75), mielofibrosis, policitemia vera y enfermedad de injerto contra hospedador (cap. 71). Receptores tipo toll La señalización relacionada con el sistema inmunitario innato se realiza en parte por una familia de 10 receptores tipo toll (TLR, tolllike receptors) que solo cruzan la membrana una vez. Estos receptores tienen una amplia expresión en los macrófagos, monocitos, células dendríticas y linfocitos citolíticos naturales (cap. 38). Los TLR contienen un dominio grande para unión con ligando extracelular y una región citoplásmica carente de actividad enzimática intrínseca, contiene un dominio “TIR” que media las interacciones entre proteínas. Downloaded 20231221 2:3 P pero Yourque IP is 138.97.143.28 Page 46 / 62 CAPÍTULO 3: Farmacodinámica: mecanismos moleculares de la acción farmacológica, David R. Manning; Donald K. Blumenthal ©2023 McGraw Rights Reserved. Terms of Use •conservados Privacy Policy • Noticereferidos • Accessibility Los ligandos paraHill. TLRAll constituyen productos microbianos a menudo como patrones moleculares relacionados con patógeno (PAMP, pathogenassociated molecular patterns), que incluyen lipopolisacáridos, lipoproteínas bacterianas, RNA monocatenario y bicatenario, DNA monocatenario que contiene CpG no metilado y DNA ribosómico bacteriano. Los TLR que detectan ácidos nucleicos se expresan en los endosomas; los UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR UES Receptores tipo toll Access Provided by: La señalización relacionada con el sistema inmunitario innato se realiza en parte por una familia de 10 receptores tipo toll (TLR, tolllike receptors) que solo cruzan la membrana una vez. Estos receptores tienen una amplia expresión en los macrófagos, monocitos, células dendríticas y linfocitos citolíticos naturales (cap. 38). Los TLR contienen un dominio grande para unión con ligando extracelular y una región citoplásmica carente de actividad enzimática intrínseca, pero que contiene un dominio “TIR” que media las interacciones entre proteínas. Los ligandos para TLR constituyen productos microbianos conservados a menudo referidos como patrones moleculares relacionados con patógeno (PAMP, pathogenassociated molecular patterns), que incluyen lipopolisacáridos, lipoproteínas bacterianas, RNA monocatenario y bicatenario, DNA monocatenario que contiene CpG no metilado y DNA ribosómico bacteriano. Los TLR que detectan ácidos nucleicos se expresan en los endosomas; los otros están presentes en la superficie de la célula. La activación de los TLR produce una respuesta inflamatoria ante los patógenos, consistente sobre todo en la producción de citocinas inflamatorias mediante incremento de la transcripción génica y diversos cambios celulares específicos. El primer paso en la activación de los TLR por los ligandos es la dimerización de los receptores en homodímeros o heterodímeros (fig. 3–22B). La dimerización atrae proteínas adaptadoras, que a su vez inducen el ensamble de un centro organizador supramolecular. Las proteínas en el andamiaje incluyen proteína cinasas relevantes para la activación de los factores de transcripción NFκB, proteína1 activadora (AP1, activating protein 1) e IRF3, así como de la glucólisis (Fitzgerald y Kagan, 2020). Los agonistas para los TLR, en especial TLR3, TLR7, TLR8 y TLR9, han generado interés como modificadores inmunitarios en la quimioterapia para el cáncer, como adyuvantes en vacunas utilizando agonistas tumorales específicos y, de manera tentativa, como profilaxis viral (VanpouilleBox et al., 2019). El imiquimod es un agonista de TLR7 aprobado para el tratamiento de la queratosis actínica, el carcinoma basocelular superficial y las verrugas genitales y anales. Las vacunas recombinantes del virus herpes zóster y el virus de la hepatitis B están formuladas con agonistas de TLR4 y TLR9, respectivamente. En la actualidad se investigan los antagonistas de los TLR para el tratamiento de enfermedades autoinmunitarias. Receptores de TNFα Existen dos receptores principales para TNFα (TNFR), TNFR1 y TNFR2; ambos son proteínas que cruzan una vez la membrana. TNFR1 es el que tiene expresión más amplia y media la apoptosis inducida por TNF (véase la sección Apoptosis, más adelante); sin embargo, la señalización es más relevante para la producción de citocinas inflamatorias, sobre todo mediante la activación del factor de transcripción NFκB. La figura 3–22C resume la señalización a través de TNFR1 hasta NFκB. Los anticuerpos monoclonales humanizados contra TNFα, como infliximab y adalimumab, son importantes en el tratamiento de la artritis reumatoide y la enfermedad de Crohn. Receptores hormonales nucleares Los receptores hormonales nucleares en los seres humanos constituyen una superfamilia de 48 receptores que responden a ligandos capaces de cruzar la membrana celular. Los receptores de esteroides (familia 3; cuadro 3–3) son un subgrupo que comprende los receptores para andrógenos, estrógenos, glucocorticoides, mineralocorticoides y progesterona. Otros subgrupos cuyos receptores tienen capacidad para formar heterodímeros con receptores de retinoide X (RXR) (familias 1 y 2) son los receptores para metabolitos lipídicos, xenobióticos, vitamina D y hormonas tiroideas. En estas familias se incluyen los receptores que median la inducción de enzimas metabolizadoras de fármacos, como CYP3A4 (fig. 5–13). Los receptores de otros subgrupos más tienen funciones desconocidas, algunas al parecer independientes de un ligando (Evans y Mangelsdorf, 2014). Las isoformas de todos los receptores se generan mediante sitios de transcripción o de inicio de traducción alternos y corte y empalme diferencial del RNA. CUADRO 3–3 RECEPTORES NUCLEARES HORMONALESa LIGANDOS F A M I L I Ab RECEPTORES 1A Receptores para hormona tiroidea: Tiroxina (T4) y hormona THRα y THRβ tiroidea Receptores para ácido retinoico: RARα, Tretinoína y alitretinoína Tretinoína, tazaroteno, adapaleno (RARβ, γ), alitretinoína, etretinato, RARβ y RARγ derivadas de vitamina A acitretina Receptores activados por el Leucotrieno B (PPARα), Fibratos (PPARα), tiazolidinedionas (PPARγ) 1B 1C FISIOLÓGICOS EJEMPLOS DE AGENTES TERAPÉUTICOSc Levotiroxina, liotironina proliferador PPARα, Downloaded 20231221 2:3 de P peroxisoma: Your IP is 138.97.143.28 15DesoxiΔ12,14PGJ 2 CAPÍTULO 3: Farmacodinámica: mecanismos moleculares de la acción farmacológica, David R. Manning; Donald K. Blumenthal PPARβ/δ y PPARγ (PPAR ), numerosos ©2023 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use • Privacy Policy • Notice • Accessibility γ ácidos grasos y eicosanoides, entre otros Page 47 / 62 de otros subgrupos más tienen funciones desconocidas, algunas al parecer independientes de un ligando (Evans y Mangelsdorf, 2014). Las isoformas de todos los receptores se generan mediante sitios de transcripción o de inicio de traducción alternos y corte y empalme diferencial del RNA. UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR UES Access Provided by: CUADRO 3–3 RECEPTORES NUCLEARES HORMONALESa LIGANDOS F A M I L I Ab RECEPTORES 1A Receptores para hormona tiroidea: Tiroxina (T4) y hormona THRα y THRβ tiroidea Receptores para ácido retinoico: RARα, Tretinoína y alitretinoína Tretinoína, tazaroteno, adapaleno (RARβ, γ), alitretinoína, etretinato, RARβ y RARγ derivadas de vitamina A acitretina Receptores activados por el Leucotrieno B (PPARα), Fibratos (PPARα), tiazolidinedionas (PPARγ) proliferador de peroxisoma: PPARα, 15DesoxiΔ12,14PGJ 1B 1C PPARβ/δ y PPARγ EJEMPLOS DE AGENTES TERAPÉUTICOSc FISIOLÓGICOS Levotiroxina, liotironina 2 (PPARγ), numerosos ácidos grasos y eicosanoides, entre otros 1H Receptores hepáticos semejantes al Hidroxicolesteroles (LXR), receptor X: receptor hepático X (LXR) y ácidos biliares (FXR) Ácido obeticólico (FXR) receptor farnesoide X (FXR) 1I Receptores para vitamina D (VDR), Vitamina D (VDR), 17β Calcitriol (VDR), calcipotrieno (VDR) receptor de pregnano X (PXR) y estradiol (PXR) y una Nota: PXR y CAR se activan por una amplia variedad de fármacos que receptor constitutivo de androstano amplia variedad de inducen las CYP, enzimas de fase 2 y transportadores de fármacos. (CAR) compuestos exógenos (PXR y CAR) 2B 3A 3C Receptores de retinoide X: RXRα, RXRβ Alitretinoína derivada de y RXRγ vitamina A Bexaroteno, alitretinoína Receptores de estrógenos: ERα y ERβ Estriol (ERα), estrona Estrógenos; moduladores selectivos del receptor de estrógenos (ERα) (SERM) tamoxifeno, raloxifeno y toremifeno Receptores de 3cetosteroides: Dihidrotestosterona y Ésteres de testosterona (AR) y los antagonistas flutamida, receptor androgénico (AR), receptor de testosterona (AR), bicalutamida, nilutamida y enzalutamida (AR); hidrocortisona, glucocorticoides (GR), receptor cortisol y corticosterona prednisona y dexametasona (GR); los antagonistas espironolactona mineralocorticoide (MR) y receptor de (GR), aldosterona (MR), y eplerenona (MR); progesterona, ésteres de progesterona y 19nor progesterona (PR) progesterona (PR) esteroides (PR) aSe enlistan los receptores de los cuales se sabe que se activan con ligandos fisiológicos, con escepción de CAR, que se incluye en virtud de su importancia (junto con la de PXR) para el procesamiento de xenobióticos. b La nomenclatura de las familias y ligandos fisiológicos se tomó de Alexander et al., 2019. cSe enumeran ejemplos de fármacos cuyas acciones terapéuticas están mediadas por uno o más miembros de la familia indicada, a menos que se especifique lo contrario. Si es específico para un miembro particular de la familia, se indica entre paréntesis. Los receptores hormonales nucleares constan de cinco o seis dominios, nombrados de la A a la F, con base en las regiones de secuencia y función conservadas (fig. 3–23A). El extremo amino terminal del dominio A/B contiene una región de activación transcripcional (AF1). Esta región está poco conservada entre los receptores y a menudo se le considera autónoma. Sin embargo, puede controlarse mediante ligandos, dependiendo del receptor Downloaded 20231221 2:3 P Your IP is 138.97.143.28 y es un objetivo para la modificación posterior a la traducción. El dominio C es el dominio de unión con el DNA. Este dominio está muy conservado Page 48 / 62 CAPÍTULO 3: Farmacodinámica: mecanismos moleculares de la acción farmacológica, David R. Manning; Donald K. Blumenthal entre receptores, de los elementosTerms que contribuyen a la especificidad del •elemento de respuesta hormonal (HRE, hormone response ©2023los McGraw Hill. aparte All Rights Reserved. of Use • Privacy Policy • Notice Accessibility element) (véase más adelante). El dominio D es la región bisagra entre el dominio de unión con DNA y el dominio E, el dominio de unión con ligando y realiza numerosas funciones. Además de presentar un sitio de unión para el ligando, el dominio E participa en la dimerización del receptor y cSe enumeran ejemplos de fármacos cuyas acciones terapéuticas están mediadas por uno o más miembros de la familia indicada, a menos que se especifique lo contrario. Si es específico para un miembro particular de la familia, se indica entre paréntesis. UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR UES Access Provided by: Los receptores hormonales nucleares constan de cinco o seis dominios, nombrados de la A a la F, con base en las regiones de secuencia y función conservadas (fig. 3–23A). El extremo amino terminal del dominio A/B contiene una región de activación transcripcional (AF1). Esta región está poco conservada entre los receptores y a menudo se le considera autónoma. Sin embargo, puede controlarse mediante ligandos, dependiendo del receptor y es un objetivo para la modificación posterior a la traducción. El dominio C es el dominio de unión con el DNA. Este dominio está muy conservado entre los receptores, aparte de los elementos que contribuyen a la especificidad del elemento de respuesta hormonal (HRE, hormone response element) (véase más adelante). El dominio D es la región bisagra entre el dominio de unión con DNA y el dominio E, el dominio de unión con ligando y realiza numerosas funciones. Además de presentar un sitio de unión para el ligando, el dominio E participa en la dimerización del receptor y proporciona superficies para la unión de coactivadores y correpresores. También contiene una región para activación transcripcional dependiente de ligando (AF2). Cuando existe, el dominio F puede servir como sitio para la modificación posterior a la traducción. Figura 3–23 Estructura y activación de un receptor hormonal nuclear. A . La estructura del dominio de un receptor hormonal nuclear (según Moore et al., 2006). Las funciones de los dominios A al F se describen en el texto. B . Se muestra un receptor hormonal nuclear como dímero con un RXR. Cuando un agonista (triángulo amarillo) y un coactivador se unen, se produce un cambio conformacional en la hélice 12 (barra negra) y se estimula la transcripción génica. Los receptores de esteroides existen como monómeros en ausencia de un agonista. Los monómeros se encuentran en el citosol, en complejos con proteínas chaperonas, aunque algunos pueden encontrarse también en el núcleo (caps. 48 y 50). Al unirse con un agonista, los receptores forman homodímeros y los que están en el citosol se translocan al núcleo. Los homodímeros activados se unen con HRE, que en este caso son dos repeticiones de seis nucleótidos invertidos separados por tres nucleótidos y son específicos para la identidad del homodímero. Los homodímeros activados se relacionan al mismo tiempo con coactivadores, un grupo diverso de proteínas que producen la remodelación de la cromatina y las modificaciones posteriores a la traducción de la maquinaria transcripcional general para facilitar la transcripción. Es probable que varios de los receptores de esteroides tengan mecanismos de acción más allá del plano genómico. En el caso del receptor para estrógenos, una pequeña fracción del receptor se relaciona con la membrana plasmática y, junto con un GPCR (GPER/GPR30), puede mediar las acciones rápidas de los estrógenos. Los receptores que pueden unirse con RXR existen en el núcleo como homodímeros o heterodímeros (con RXR), al margen del agonista. Aquellos que pueden funcionar como homodímeros o como heterodímeros con RXR incluyen los RXR mismos, los receptores tiroideos, receptores de vitamina D y receptores de ácido retinoico (RAR). Los que requieren heterodimerización con RXR son los receptores activados por el proliferador de peroxisoma (PPAR, peroxisome proliferatoractivated receptors), receptor hepático X (LXR, liver X receptor), receptor farnesoide X (FXR, farnesoid X receptor), receptor de pregnano X (PXR, pregnane X receptor) y el receptor constitutivo de androstano (CAR, constitutive androstane receptor). Los receptores diméricos se unen con dos “medios sitios” de seis nucleótidos en tándem, cuya secuencia y espaciado dependen del dímero. En ausencia de un agonista, algunos de los receptores se encuentran relacionados con correpresores para mantener el DNA condensado y para inhibir la transcripción (fig. 3–23B). Los agonistas para los heterodímeros fomentan el intercambio de los correpresores unidos por coactivadores. Algunos heterodímeros de RXR son permisivos o sea que pueden activarse por ligandos para RXR o para el receptor nuclear compañero; otros son no permisivos, lo que significa que se activan solo por el ligando para el receptor nuclear acompañante (Evans y Mangelsdorf, 2014). Un receptor hormonal nuclear unido con un agonista a menudo activa un gran número de genes para ejecutar un programa de diferenciación celular o regulación metabólica. La actividad de un receptor en una célula determinada depende no solo del ligando, sino también de la proporción entre coactivadores20231221 y correpresores al is complejo. Se cree que los moduladores selectivos del receptor para estrógenos (SERM, selective estrogen Downloaded 2:3 Patraídos Your IP 138.97.143.28 Page 49 / 62 CAPÍTULO 3: Farmacodinámica: mecanismos moleculares acción farmacológica, David R. Manning; Donald K. receptor modulators) como el tamoxifeno y el raloxifeno (cap.de 48)laatraen coactivadores o correpresores, dependiendo de Blumenthal la célula. ©2023 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use • Privacy Policy • Notice • Accessibility Los medios por los cuales los agonistas de los receptores nucleares (en particular los de los glucocorticoides) ejercen acciones antiinflamatorias son de una complejidad considerable, más allá del modelo tradicional de activación génica (Hardy et al., 2020). Sobresalen los mecanismos de (fig. 3–23B). Los agonistas para los heterodímeros fomentan el intercambio de los correpresores unidos por coactivadores. Algunos heterodímeros de UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR UES RXR son permisivos o sea que pueden activarse por ligandos para RXR o para el receptor nuclear compañero; otros son no permisivos, lo que significa que se activan solo por el ligando para el receptor nuclear acompañante (Evans y Mangelsdorf, 2014). Access Provided by: Un receptor hormonal nuclear unido con un agonista a menudo activa un gran número de genes para ejecutar un programa de diferenciación celular o regulación metabólica. La actividad de un receptor en una célula determinada depende no solo del ligando, sino también de la proporción entre coactivadores y correpresores atraídos al complejo. Se cree que los moduladores selectivos del receptor para estrógenos (SERM, selective estrogen receptor modulators) como el tamoxifeno y el raloxifeno (cap. 48) atraen coactivadores o correpresores, dependiendo de la célula. Los medios por los cuales los agonistas de los receptores nucleares (en particular los de los glucocorticoides) ejercen acciones antiinflamatorias son de una complejidad considerable, más allá del modelo tradicional de activación génica (Hardy et al., 2020). Sobresalen los mecanismos de transrepresión que socavan las acciones de NFκB y AP1. La transrepresión puede incluir la competencia entre receptores nucleares diméricos y NF κB y AP1 por los coactivadores, expresión aumentada de proteínas por los receptores diméricos que interfiere con la activación de tales factores de transcripción y unión con los receptores diméricos para elementos de respuesta negativa (es decir, inhibición en cierta forma directa de la expresión génica). Enfermedades resultantes de la disfunción del receptor y de la vía La alteración de los receptores y sus vías de señalización subsiguiente pueden ser causa de enfermedad. La pérdida de un receptor en un sistema de señalización muy especializado puede causar un trastorno fenotípico (p. ej., la deficiencia del receptor de andrógenos y el síndrome de feminización testicular; cap. 49). Las deficiencias en vías de señalización muy utilizadas tienen efectos amplios, como se observa en la miastenia grave (debido a la alteración autoinmunitaria de la función del receptor colinérgico nicotínico; cap. 13) y en algunas formas de diabetes mellitus resistente a la insulina (como resultado del agotamiento autoinmunitario de las células productoras de insulina y la interferencia con la función del receptor para insulina; cap. 51). Las mutaciones en los GPCR causan diversas enfermedades monógenas (Schöneberg y Liebscher, 2021). Lo mismo sucede con mutaciones en los conductos TRP (Moran, 2018). Ahora se sabe que muchas formas de cáncer surgen por mutaciones que resultan en actividad constitutiva de receptores para factor de crecimiento y enzimas distales en la señalización de la vía RasMAPK o en la pérdida de supresores tumorales y otras proteínas que regulan la proliferación celular (cap. 72). Los polimorfismos frecuentes en los receptores y proteínas subsiguientes a la activación del receptor también pueden generar variabilidad en las respuestas terapéuticas en poblaciones de pacientes de distintos orígenes geográficos y étnicos (Johnson, 2019). VÍAS INTRÍNSECAS REGULADAS POR NUTRIENTES, ENERGÍA Y DAÑO CELULAR Además de la regulación extrínseca a la célula del crecimiento celular mediado por factores de crecimiento y citocinas, las vías intrínsecas celulares surgidas durante la evolución temprana de los eucariotas regulan el crecimiento y supervivencia celulares mediante la percepción de la disponibilidad de nutrientes y del estado energético celular. Estas ancestrales vías sensoras de nutrientes consisten en la vía de la proteína cinasa activada por AMP (AMPK, AMPactivated protein kinase) y la vía del objetivo de rapamicina (TOR, target of rapamycin), que actúan en oposición para controlar el crecimiento celular y el proceso de autofagia (González et al., 2020). La autofagia es una vía de degradación intracelular que es importante para la supervivencia de la célula durante situaciones de agresión o daño celulares. La muerte celular programada (apoptosis) también tiene una regulación doble por factores extrínsecos que incluyen el TNFα, el ligando Fas y el ligando inductor de apoptosis relacionado con el TNF (TRAIL, TNFrelated apoptosisinducing ligand), así como por vías intrínsecas que perciben el daño celular. El desarrollo y renovación de órganos requiere un equilibrio entre el crecimiento y supervivencia de la población celular y la muerte y eliminación de las células y tanto la autofagia como la apoptosis son importantes para la función normal del tejido y la célula. Sin embargo, las vías anormales de autofagia o apoptosis participan en diversos procesos patológicos y la modificación farmacológica de estas vías puede tener relevancia terapéutica en tales enfermedades, incluidas las neurodegenerativas y cánceres resistentes a fármacos y radiación. Vías AMPK y TOR La AMPK es una proteína cinasa de serina/treonina que existe como complejo heterotrimérico consistente en una subunidad α catalítica y subunidades reguladoras β y γ. La activación natural de AMPK ocurre en el citoplasma y se activa por lesión energética (aumento celular en los índices AMP:ATP o ADP:ATP) a través de la unión de AMP o ADP con sitios alostéricos en la subunidad γ de AMPK (fig. 3–24). La unión de AMP/ADP con estos sitios es antagonizada por el ATP. La activación natural de AMPK también requiere fosforilación mediante LKB1 (cinasa B1 hepática) en Thr172 en el asa de activación del dominio cinasa de AMPK. Figura 3–24 Vías que regulan la proliferación celular, supervivencia celular y la autofagia. Los principales reguladores de la proliferación y crecimiento celulares Downloaded 20231221 2:3 P Your IP is 138.97.143.28 (procesos anabólicos) y los que se oponen a la supervivencia (procesos catabólicos) y la autofagia son las vías de señalización de crecimiento (vías Page 50 / 62 CAPÍTULO 3: Farmacodinámica: mecanismos moleculares de la acción farmacológica, David R. Manning; Donald K. Blumenthal extrínsecas ) y vías intrínsecas reguladas por aminoácidos, glucosa y agresión celular. Las vías de señalización por factores de crecimiento que ©2023 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use • Privacy Policy • Notice • Accessibility conducen a la activación de mTORC1 (recuadros verdes) fomentan procesos anabólicos e inhiben la autofagia (recuadros rojos), mientras la agresión celular causada por privación de nutrientes intensifica los procesos catabólicos y la autofagia mediante la activación de AMPK (recuadros rojos). Estas sitios es antagonizada por el ATP. La activación natural de AMPK también requiere fosforilación mediante LKB1 (cinasa B1 hepática) en Thr172 en el UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR UES asa de activación del dominio cinasa de AMPK. Access Provided by: Figura 3–24 Vías que regulan la proliferación celular, supervivencia celular y la autofagia. Los principales reguladores de la proliferación y crecimiento celulares (procesos anabólicos) y los que se oponen a la supervivencia (procesos catabólicos) y la autofagia son las vías de señalización de crecimiento (vías extrínsecas) y vías intrínsecas reguladas por aminoácidos, glucosa y agresión celular. Las vías de señalización por factores de crecimiento que conducen a la activación de mTORC1 (recuadros verdes) fomentan procesos anabólicos e inhiben la autofagia (recuadros rojos), mientras la agresión celular causada por privación de nutrientes intensifica los procesos catabólicos y la autofagia mediante la activación de AMPK (recuadros rojos). Estas vías interactúan no solo entre sí, sino también con otras vías que incluyen las de la apoptosis, como se describe en el texto. Véase la figura 39–2 respecto al efecto de los inhibidores de mTOR como inmunodepresores. Los FOXO de mamíferos (FOXO 1, 3, 4 y 6) son una subclase de factores de transcripción Forkhead que funcionan sobre todo como activadores de la transcripción, con efectos en numerosas funciones celulares que incluyen la apoptosis y la resistencia farmacológica; la señalización de la insulina y factores de crecimiento pueden inhibir la actividad de FOXO. Hay vías de señalización adicionales no mostradas aquí que regulan el factor EB de transcripción (TFEB). La activación no natural de AMPK ocurre por la privación de glucosa, liberación de Ca2+ del ER o aumento de Ca2+ en el núcleo. La activación de AMPK como respuesta a la privación de glucosa (la vía lisosómica) es independiente de los cambios en los índices entre nucleótidos de adenina y está mediada por la aldolasa, la enzima glucolítica que se une con fructosa 1,6bisfosfato (FBP) y que la convierte en triosa fosfato. La privación de glucosa conduce al agotamiento de 1,6bisfosfato, lo que altera las interacciones de la aldolasa con el complejo vATPasa en la superficie del lisosoma; esto a su vez fomenta las interacciones de LKB1 con el lisosoma, las cuales conducen a la fosforilación y activación de la AMPK relacionada con el lisosoma. La activación no natural de AMPK por de Ca2+ en el citoplasma y el núcleo está mediada por CaMKK2 (cinasa 2 de la cinasa dependiente de Ca2+/calmodulina [Ca2+/calmodulindependent kinase kinase2]) como respuesta a la liberación dependiente de IP3 de Ca2+ desde el retículo endoplásmico (activación citoplásmica) o a aumentos en el Ca2+ nuclear causados por daño al DNA (activación en el núcleo). La AMPK activada fosforila más de 60 productos que a su vez activan vías catabólicas y desactivan vías anabólicas (biosintéticas), con efectos generales agudos de aumento en la síntesis de ATP, reducción del consumo de ATP e inhibición del crecimiento celular (González et al., 2020). Un objetivo Downloaded 20231221 2:3 P Your IP is 138.97.143.28 farmacológico importante de la AMPK es el complejo 1 del blanco mecanicista o de mamíferos para la rapamicina (mTORC1, mechanistic or Page 51 / 62 CAPÍTULO 3: Farmacodinámica: mecanismos moleculares de la acción farmacológica, David R. Manning; Donald K. Blumenthal mammalian target of All rapamycin complex 1), Terms que se of desactiva con la fosforilación de •AMPK. ©2023 McGraw Hill. Rights Reserved. Use • Privacy Policy • Notice Accessibility TOR es una proteína cinasa de serina/treonina que se identificó por primera vez en levaduras mutantes que eran resistentes a los efectos inhibidores La activación no natural de AMPK por de Ca2+ en el citoplasma y el núcleo está mediada por CaMKK2 (cinasa 2 de la cinasa dependiente de UNIVERSIDAD EL el SALVADOR Ca2+/calmodulina [Ca2+/calmodulindependent kinase kinase2]) como respuesta a la liberación dependiente de IP3 de Ca2+DE desde retículo UES Access Provided by: endoplásmico (activación citoplásmica) o a aumentos en el Ca2+ nuclear causados por daño al DNA (activación en el núcleo). La AMPK activada fosforila más de 60 productos que a su vez activan vías catabólicas y desactivan vías anabólicas (biosintéticas), con efectos generales agudos de aumento en la síntesis de ATP, reducción del consumo de ATP e inhibición del crecimiento celular (González et al., 2020). Un objetivo farmacológico importante de la AMPK es el complejo 1 del blanco mecanicista o de mamíferos para la rapamicina (mTORC1, mechanistic or mammalian target of rapamycin complex 1), que se desactiva con la fosforilación de AMPK. TOR es una proteína cinasa de serina/treonina que se identificó por primera vez en levaduras mutantes que eran resistentes a los efectos inhibidores del crecimiento de la rapamicina. La rapamicina (sirolimús) y sus diversos compuestos estructural o mecanicistamente relacionados (everolimús, temsirolimús) se describen con más detalle en el capítulo 39. En los seres humanos existen dos formas de mTOR con estructura y función diferentes: el complejo 1 de mTOR (mTORC1) y el complejo 2 de mTOR (mTORC2); solo mTORC1 se inhibe con rapamicina. mTORC1 está bajo regulación intrínseca por aminoácidos que producen la translocación de mTORC1 del citosol a los lisosomas y bajo regulación extrínseca por los factores de crecimiento que activan la proteína G pequeña RHEB (homólogo de Ras enriquecido en el cerebro) en la superficie de los lisosomas. La figura 3–24 resume algunos de los detalles de la regulación de mTORC1 y AMPK, así como los procesos anabólicos y catabólicos de la célula. Autofagia La autofagia es una vía catabólica de numerosos pasos, muy conservada y regulada de manera estricta, en la cual el contenido celular (incluidas proteínas proclives a la agregación, organelos como las mitocondrias y peroxisomas y agentes infecciosos) son captados dentro de vesículas de doble membrana conocidas como autofagosomas y luego son entregados a los lisosomas, donde se produce la fusión y el contenido del fagosoma es degradado por proteasas lisosómicas (Bento et al., 2016). Las funciones de autofagia son eliminar el contenido celular dañado y proporcionar a las células los sustratos para la obtención de energía y la biosíntesis en condiciones de agresión celular e inanición. La autofagia tiene una función protectora importante en diversas enfermedades, incluidas las neurodegenerativas causadas por proteínas proclives a la agregación (p. ej., enfermedades de Alzheimer, Parkinson y Huntington) y ciertas enfermedades infecciosas (Salmonella typhi y Mycobacterium tuberculosis). Los genes relacionados con la autofagia también pueden participar en la supresión tumoral; una capacidad autofágica disminuida se relaciona con un mal pronóstico en los tumores cerebrales. Sin embargo, en los cánceres mamario, ovárico y prostático la autofagia puede funcionar como promotor tumoral e intensifica la supervivencia de las células metastásicas en sitios con nutrientes limitados. La autofagia está bajo el control directo de genes relacionados con la autofagia (conocidos como ATG, AuTophaGy genes). Se han identificado más de 30 ATG en células eucariotas y las proteínas ATG funcionan en varios pasos de la autofagia, incluida la inducción del empaque del cargamento, formación de la vesícula, fusión de la vesícula con los lisosomas y degradación del contenido vesicular. La autofagia está regulada en mayor medida a nivel celular por vías de señalización mediadas por el estrés y de factores de crecimiento que integran los resultados de la señalización mediante mTORC1 y AMPK, como se describió antes (fig. 3–24). El mTORC1 activado inhibe la autofagia y la AMPK puede fomentarla. Apoptosis La apoptosis es un mecanismo altamente regulado de reacciones bioquímicas que conduce al redondeamiento de la célula, encogimiento del citoplasma, condensación del núcleo y su contenido y cambios en la membrana celular que al final conducen a la presentación de fosfatidilserina en la superficie exterior de la célula. La fosfatidilserina es reconocida como signo de la apoptosis por los macrófagos, que rodean y fagocitan a la célula moribunda. Durante este proceso, la membrana de la célula apoptósica permanece intacta y la célula no libera su material citoplásmico o nuclear. Por tanto, a diferencia de la muerte celular por necrosis, el proceso apoptósico no inicia una respuesta inflamatoria. Las alteraciones en las vías apoptósicas están implicadas en el cáncer, enfermedades neurodegenerativas y enfermedades autoinmunitarias. Por lo tanto, el mantenimiento o la restauración de las vías apoptósicas normales es la meta de grandes esfuerzos de desarrollo farmacológico para tratar enfermedades que implican vías apoptósicas mal reguladas. La resistencia a diversos fármacos quimioterapéuticos contra el cáncer se relaciona con alteración funcional de las vías apoptósicas. Dos vías importantes de señalización inducen la apoptosis, la cual puede iniciarse por señales externas que tienen características en común con las de los ligandos como TNFα o por una vía interna activada por el daño al DNA, proteínas mal plegadas o ausencia de factores de supervivencia celular (fig. 3–25). El programa apoptósico es ejecutado por una familia grande de proteasas de cisteína llamadas caspasas. Las caspasas son proteasas citoplásmicas muy específicas que están inactivas en células normales, pero que se activan con las señales apoptósicas. Figura 3–25 Dos vías que conducen a la apoptosis. La apoptosis puede iniciarse por ligandos externos como TNF, ligando Fas o TRAIL, que se unen con receptores transmembrana específicos (mitad izquierda de la figura: la vía externa). La activación conduce a la trimerización del receptor y la unión de moléculas Downloaded Your IP 138.97.143.28 adaptadoras, 20231221 como TRADD,2:3 al P dominio deismuerte intracelular. Los adaptadores atraen a la caspasa 8 y la activan, lo que da lugar a la división y Page 52 / 62 CAPÍTULO 3: Farmacodinámica: mecanismos moleculares farmacológica, David R. Manning; Donald K. Blumenthal activación de la caspasa efectora, la caspasa 3, que activa la víadedelalaacción caspasa que lleva a la apoptosis. La apoptosis también puede iniciarse por una vía ©2023 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use • Privacy Policy • Notice • Accessibility intrínseca regulada por miembros de la familia Bcl2 como Bax y Bcl2. Bax se activa por el daño al DNA o por proteínas malformadas a través de p53 (mitad derecha de la figura). La activación de esta vía conduce a la liberación del citocromo c de las mitocondrias y a la formación de un complejo con citoplásmicas muy específicas que están inactivas en células normales, pero que se activan con las señales apoptósicas. UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR UES Figura 3–25 Access Provided by: Dos vías que conducen a la apoptosis. La apoptosis puede iniciarse por ligandos externos como TNF, ligando Fas o TRAIL, que se unen con receptores transmembrana específicos (mitad izquierda de la figura: la vía externa). La activación conduce a la trimerización del receptor y la unión de moléculas adaptadoras, como TRADD, al dominio de muerte intracelular. Los adaptadores atraen a la caspasa 8 y la activan, lo que da lugar a la división y activación de la caspasa efectora, la caspasa 3, que activa la vía de la caspasa que lleva a la apoptosis. La apoptosis también puede iniciarse por una vía intrínseca regulada por miembros de la familia Bcl2 como Bax y Bcl2. Bax se activa por el daño al DNA o por proteínas malformadas a través de p53 (mitad derecha de la figura). La activación de esta vía conduce a la liberación del citocromo c de las mitocondrias y a la formación de un complejo con Apaf1 y caspasa 9. La caspasa 9 se activa en el complejo e inicia la apoptosis mediante la activación de la caspasa 3. La vía externa o la intrínseca pueden superar a las proteínas inhibidoras de la apoptosis (IAP), que de otra manera mantienen controlada la apoptosis. La vía de señalización de la apoptosis externa o extrínseca, también llamada vía del receptor de muerte, puede activarse por ligandos como TNF, el ligando Fas o TRAIL. Los receptores para TNF (receptor de TNF), el ligando Fas (Fas o Apo1) y TRAIL (receptor de TRAIL) son receptores transmembrana sin actividad enzimática, similares a la organización del receptor para TNF descrito antes. Al unirse con TNF, el ligando Fas o TRAIL, los receptores sensibles forman un homotrímero, experimentan un cambio conformacional y atraen proteínas adaptadoras al dominio de muerte del receptor. Las proteínas adaptadoras atraen luego a RIP1 (proteína 1 de interacción con el receptor; receptorinteracting protein 1) y la caspasa 8 para formar un complejo que resulta en la activación de la caspasa 8. La activación de la caspasa 8 conduce a la activación de la caspasa 3, que inicia el programa apoptósico. Los pasos finales de la apoptosis son realizados por las caspasas 6 y 7, que conducen a la degradación de enzimas, proteínas estructurales y a la fragmentación del DNA características de la muerte celular (fig. 3–25). La vía interna de la apoptosis puede activarse por señales como el daño al DNA, lo que aumenta la transcripción del gen p53, e implica daño a las mitocondrias por parte de miembros proapoptósicos de la familia de proteínas Bcl2. Esta familia incluye miembros proapoptósicos como Bax, Bak y Bad, que causan daño a la membrana mitocondrial. También existen miembros Bcl2 antiapoptósicos, como Bcl2, BclX y BclW, que sirven para inhibir el daño mitocondrial y son reguladores negativos del sistema. Cuando existe daño al DNA se activa la transcripción de p53 y la célula se detiene en un punto de revisión del ciclo celular hasta que el daño se repara. Si no es posible reparar el daño, se inicia la apoptosis mediante miembros proapoptósicos de Bcl2, como Bax, el cual se activa, se transloca a las mitocondrias, supera a las proteínas antiapoptósicas e induce la liberación del citocromo c y una proteína llamada SMAC (segundo activador de la caspasa derivado de las mitocondrias, second mitochondriaderived activator of caspase). El SMAC se une e inactiva a las proteínas inhibidoras de apoptosis (IAP, inhibitor of apoptosis proteins), que en condiciones normales previenen la activación de la caspasa. El citocromo c se combina en el citosol con otra proteína, Apaf1 (factor 1 de proteasa activadora de la apoptosis, apoptotic activating protease factor 1) y con la caspasa 9. Este complejo induce la activación de la caspasa 9 y al final, la activación de la caspasa 3. Una vez activada, la caspasa 3 activa a su vez las mismas vías que la vía externa descrita antes, lo que lleva al desdoblamiento de proteínas, elementos del citoesqueleto y de las proteínas reparadoras del DNA, con la condensación subsiguiente del DNA y vesiculación de la membrana, todo lo cual conduce al final a la muerte celular y a la fagocitosis por parte de los macrófagos. LOS SISTEMAS FISIOLÓGICOS DEBEN INTEGRAR MÚLTIPLES SEÑALES Considérese la pared vascular de una arteriola (fig. 3–26). Varios tipos de células interactúan en este sitio, incluidas células de músculo liso vascular (VSMC, vascular smooth muscle cells), células endoteliales, plaquetas y neuronas posganglionares simpáticas. La contractilidad de las células de músculo liso vascular en la arteriola es el punto focal de formas de regulación locales y sistémicas relacionadas con la resistencia vascular. La regulación local mediante 2:3 sustancias adenosina, CO2 y ácido láctico puede reducir la contractilidad de las células de músculo liso vascular y, Downloaded 20231221 P Yourcomo IP is la 138.97.143.28 Page 53 / 62 CAPÍTULO 3: Farmacodinámica: mecanismos moleculares de la acción farmacológica, David R. Manning; Donald K. Blumenthal por tanto, fomenta el flujo sanguíneo local. La regulación sistémica de la homeostasis de la presión arterial ocurre por señalización endocrina, ©2023 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use • Privacy Policy • Notice • Accessibility paracrina y neuronal. UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR UES LOS SISTEMAS FISIOLÓGICOS DEBEN INTEGRAR MÚLTIPLES SEÑALES Access Provided by: Considérese la pared vascular de una arteriola (fig. 3–26). Varios tipos de células interactúan en este sitio, incluidas células de músculo liso vascular (VSMC, vascular smooth muscle cells), células endoteliales, plaquetas y neuronas posganglionares simpáticas. La contractilidad de las células de músculo liso vascular en la arteriola es el punto focal de formas de regulación locales y sistémicas relacionadas con la resistencia vascular. La regulación local mediante sustancias como la adenosina, CO2 y ácido láctico puede reducir la contractilidad de las células de músculo liso vascular y, por tanto, fomenta el flujo sanguíneo local. La regulación sistémica de la homeostasis de la presión arterial ocurre por señalización endocrina, paracrina y neuronal. Figura 3–26 Interacción de múltiples sistemas de señalización que regulan las VSMC. Es esencial comprender que la actividad contráctil de las VSMC se basa en el grado en que se forsforila la miosina y en particular la cadena ligera de la miosina (MLC). La miosina con cadena ligera fosforilada es capaz de interactuar con los filamentos de actina para generar fuerza. Nótese que el grado de fosforilación es un equilibrio entre la MLC cinasa, que fosforila a la MLC y la MLC fosfatasa, que desfosforila la MLC. La imagen presenta un compuesto de una VSMC; la relajación como respuesta a la epinefrina es más adecuada en las VSMC en la vasculatura del músculo estriado. Véase el texto para obtener una explicación detallada de la señalización. La activación del sistema nervioso simpático regula el tono de las VSMC en parte mediante la liberación de norepinefrina (NE, norepinephrine) desde las neuronas posganglionares simpáticas. La norepinefrina se une con los receptores adrenérgicos α1 en las células de músculo liso vascular, lo que activa la vía GqPLCIP3Ca2+. El Ca2+ se une y activa la CaM, que a su vez activa la cinasa de cadena ligera de miosina (MLCK). La MLCK fosforila las cadenas ligeras de la miosina, lo que aumenta la actividad contráctil de las células de músculo liso vascular. La adrenalina liberada de la médula suprarrenal activa la misma vía en la vasculatura de la mayor parte de los tejidos; sin embargo, en la vasculatura del músculo estriado la adrenalina se une con los receptores adrenérgicos β2 y así activa la vía GsACAMP cíclico, igual que la histamina a través del receptor H2. El incremento del AMP cíclico inhibe la MLCK mediante la fosforilación mediada por la PKA y produce un decremento en la contracción de las células de músculo liso vascular. La activación diferencial de los receptores α1 frente a los β2 por la adrenalina constituye la base para la desviación del flujo sanguíneo de las vísceras y la piel al músculo estriado en la respuesta de “luchar o huir”. La activación del sistema reninaangiotensinaaldosterona, que es una respuesta a la disminución de la presión arterial o la pérdida de volumen de líquido, produce angiotensina II (AngII). La unión de AngII con el receptor AT1 en las células de músculo liso vascular moviliza el Ca2+ almacenado a través de la vía GqPLCIP3Ca2+ y aumenta la contractilidad de las dichas células, en parte por los mismos medios que la norepinefrina. No obstante, el receptor AT1 activado por AngII también implica a G12/13 y, como consecuencia, activa la proteína G monomérica RhoA. RhoA activa la ROCK, la cual fosforila e inhibe a la fosfatasa de la cadena ligera de la miosina. Por tanto, el aumento de la cadena ligera de la miosina fosforilada y, por ende, de la actividad contráctil, es producto de las dos vías. Como se indicó, la activación de RhoA a través de G12/13 y los fenómenos iniciados por Gq y la arrestina también están implicados en el crecimiento y proliferación de las células de músculo liso vascular. La contracción de estas células se contrarresta con mediadores que fomentan la relajación y que incluyen NO, péptido natriurético auricular y, en la vasculatura del músculo estriado, la adrenalina. El NO se forma en las células endoteliales por acción de la eNOS cuando se activa la vía GqPLCIP3 Ca2+, por ejemplo, a través de los receptores histaminérgicos H1 para la histamina y a través de iNOS cuando se induce esa isoforma (p. ej., con citocinas proinflamatorias). El NO formado en el endotelio difunde hacia las células de músculo liso vascular y activa a la guanilil ciclasa soluble, la cual cataliza la formación de GMP cíclico y conduce a la activación de PKG y la fosforilación tanto de MLCK como de la fosfatasa de la cadena ligera de la Downloaded 20231221 2:3 P Your IP is 138.97.143.28 miosina para inhibir y estimular, respectivamente, sus actividades e inducir la relajación. La PKG también inhibe la liberación de Ca2+ mediada por IP3 Page 54 / 62 CAPÍTULO 3: Farmacodinámica: mecanismos moleculares de la acción farmacológica, David R. Manning; Donald K. Blumenthal ©2023 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use Policy • Notice desde las reservas intracelulares y activa un conducto de K•+ Privacy para inhibir, a través de •laAccessibility hiperpolarización, la actividad del conducto de Ca2+ tipo L, lo que reduce la entrada de Ca2+ (no se muestra). Las concentraciones intracelulares de GMP cíclico también aumentan con la activación de los La contracción de estas células se contrarresta con mediadores que fomentan la relajación y que incluyen NO, péptido natriurético auricular y, en la UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR UES vasculatura del músculo estriado, la adrenalina. El NO se forma en las células endoteliales por acción de la eNOS cuando se activa la vía GqPLCIP3 Access Provided by: Ca2+, por ejemplo, a través de los receptores histaminérgicos H1 para la histamina y a través de iNOS cuando se induce esa isoforma (p. ej., con citocinas proinflamatorias). El NO formado en el endotelio difunde hacia las células de músculo liso vascular y activa a la guanilil ciclasa soluble, la cual cataliza la formación de GMP cíclico y conduce a la activación de PKG y la fosforilación tanto de MLCK como de la fosfatasa de la cadena ligera de la miosina para inhibir y estimular, respectivamente, sus actividades e inducir la relajación. La PKG también inhibe la liberación de Ca2+ mediada por IP3 desde las reservas intracelulares y activa un conducto de K+ para inhibir, a través de la hiperpolarización, la actividad del conducto de Ca2+ tipo L, lo que reduce la entrada de Ca2+ (no se muestra). Las concentraciones intracelulares de GMP cíclico también aumentan con la activación de los receptores transmembrana para péptido natriurético mediante ANP y BNP, que se liberan de las células auriculares cardiacas y los miocardiocitos, respectivamente, como respuesta a la sobrecarga de volumen. Como consecuencia de la variedad de vías que afectan el tono arteriolar, un paciente con hipertensión puede ser tratado con uno o varios fármacos que alteren la señalización a través de estas vías. Los fármacos usados a menudo para tratar la hipertensión incluyen antagonistas del receptor adrenérgico β1 para reducir la secreción de renina, el primer paso en la síntesis de AngII; un inhibidor directo de la renina (aliskiren), inhibidores de la ACE (p. ej., enalaprilo) para reducir la conversión de AngI en AngII, los bloqueadores del receptor para angiotensina subtipo 1 (AT1R) (p. ej., losartán) para bloquear la unión de AngII con los AT1R en las VSMC, bloqueadores adrenérgicos α1 para impedir la unión de NE con las VSMC, nitroprusiato de sodio para aumentar las cantidades de NO producidas y bloqueadores del conducto de Ca2+ (p. ej., nifedipina) para bloquear la entrada de Ca2+ a las células de músculo liso vascular. Los antagonistas del receptor adrenérgico β1 también bloquearían el aumento de la frecuencia cardiaca y la presión arterial mediado por el reflejo barorreceptor, que intentaría contrarrestar la disminución en la presión arterial producida por el tratamiento. Los inhibidores de la ACE también inhiben la degradación de un péptido vasodilatador, la bradicinina (cap. 43). Por tanto, las elecciones y mecanismos son complejos y el tratamiento apropiado para un paciente determinado depende de muchas consideraciones, incluidas la causa de hipertensión en ese individuo, los posibles efectos colaterales del fármaco, la eficacia en una persona específica y el costo. VÍAS DE SEÑALIZACIÓN Y ACCIÓN FARMACOLÓGICA En todo este texto, las vías de señalización celular ocupan un lugar prominente para explicar las acciones de los agentes terapéuticos. No todas las vías se mencionaron o se revisaron por completo en este capítulo. Para ayudar a los lectores a encontrar más información sobre la señalización y los sitios de acción importantes, el cuadro 3–4 enumera figuras relevantes que aparecen en otros capítulos. CUADRO 3–4 RESUMEN: SITIOS IMPORTANTES DE ACCIÓN FARMACOLÓGICA RECEPTOR/VÍA TÍTULO DE LA FIGURA Proteínas de transporte farmacológico Principales mecanismos por los cuales los transportadores median las respuestas NÚMERO DE LA FIGURA Figura 4–3 farmacológicas adversas CYP, metabolismo de fármacos Localización de las CYP en la célula Figura 5–2 Receptores nucleares Inducción del metabolismo farmacológico por la transducción de señal mediada por Figura 5–14 un receptor nuclear Microbioma GI Vía de un fármaco administrado por vía oral Figura 6–1 Variante de CYP Efectos del corte y pegado variante en CYP3A5 en la PK Figura 7–3 Neurotransmisión general Pasos implicados en la neurotransmisión excitatoria e inhibidora Figura 10–3 Exocitosis Base molecular de la exocitosis: acoplamiento y fusión de las vesículas sinápticas con Figura 10–4 las membranas neuronales Neurotransmisión colinérgica Una unión neuroefectora colinérgica típica Figura 10–6 Downloaded 20231221 2:3 P Your IP is 138.97.143.28 Page 55 / 62 CAPÍTULO 3: Farmacodinámica: moleculares de la acción farmacológica, David R. Manning; Donald K. Blumenthal Neurotransmisión adrenérgica mecanismos Una unión neuroefectora adrenérgica típica Figura 10–8 ©2023 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use • Privacy Policy • Notice • Accessibility AChE y su inhibición Pasos involucrados en la hidrólisis de ACh por la AChE y en la inhibición y reactivación de la enzima Figura 12–2 Neurotransmisión general Pasos implicados en la neurotransmisión excitatoria e inhibidora Figura 10–3 UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR UES Exocitosis Access Provided by: Base molecular de la exocitosis: acoplamiento y fusión de las vesículas sinápticas con Figura 10–4 las membranas neuronales Neurotransmisión colinérgica Una unión neuroefectora colinérgica típica Figura 10–6 Neurotransmisión adrenérgica Una unión neuroefectora adrenérgica típica Figura 10–8 AChE y su inhibición Pasos involucrados en la hidrólisis de ACh por la AChE y en la inhibición y reactivación Figura 12–2 de la enzima Transmisión en la NMJ Perspectiva farmacológica de la placa motora terminal Figura 13–4 Efectos α y β /sistema CV Efectos comparativos de la infusión intravenosa de NE, EPI e INE. Figura 14–2 βbloqueadores y vasodilatación Mecanismos subyacentes a las acciones de los βbloqueadores vasodilatadores en los Figura 14–4 vasos sanguíneos Neurotransmisión serotoninérgica Una sinapsis serotoninérgica Figura 15–4 Neurotransmisión dopaminérgica Una sinapsis dopaminérgica Figura 15–9 Conductos catiónicos sensibles al voltaje Conductos de Na+, Ca2+ y conductos de K+ sensibles al voltaje Figura 16–2 Neurotransmisión Liberación, acción y desactivación del transmisor Figura 16–4 Conductos iónicos activados por ligando Conductos iónicos pentaméricos activados por ligando Figura 16–6 Receptor NMDA Sitios de unión farmacológica en el receptor NMDA Figura 16–9 Receptor GABAA Sitios de unión farmacológica en el receptor GABAA Figura 16–11 Señalización de la histamina Vías de transducción de señal para los receptores de histamina Figura 16–12 Acciones de los antidepresivos Sitios de acción de los antidepresivos en las terminaciones nerviosas noradrenérgicas y Figura 18–1 serotoninérgicas Acción de la ketamina Mecanismos propuestos para los efectos antidepresivos de la ketamina. Figura 18–2 Conducto de Na+ Desactivación del conducto de Na+ intensificado por un fármaco anticonvulsivo Figura 20–2 Receptor/conducto GABAA Algunos fármacos anticonvulsivos intensifican la transmisión sináptica de GABA Figura 20–3 Conducto de Ca2+ tipo T Reducción de la corriente por los conductos de Ca2+ tipo T inducida por fármaco Figura 20–4 anticonvulsivo Señalización opioide Esquema simplificado de la señalización del receptor opioide Figura 23–2 Señalización catiónica Estructura y función de los conductos de Na+ activados por voltaje Figura 25–2 Acción de un anestésico local en los Una visión estructural de la interacción de un anestésico local con un conducto de Na+ Figura 25–3 conductos de Na+ activado por voltaje Cannabinoides Síntesis y señalización de los cannabinoides Figuras 26–2, 2 6 – 3, 2 6 – 4 Downloaded 20231221 2:3 P Your IP is 138.97.143.28 Diuréticos y mecanismos deacción acción de los diuréticos David R. Manning; Donald K. Blumenthal Figura 29–5 Page 56 / 62 CAPÍTULO 3: Farmacodinámica: mecanismosSitios moleculares de la farmacológica, ©2023 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use • Privacy Policy • Notice • Accessibility Señalización de la aldosterona Mecanismo diurético de los antagonistas de la aldosterona Figura 29–6 Acción de un anestésico local en los conductos de Na+ Una visión estructural de la interacción de un anestésico local con un conducto de Na+ activado por voltaje Figura 25–3 UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR UES Access Provided by: Cannabinoides Síntesis y señalización de los cannabinoides Figuras 26–2, 2 6 – 3, 2 6 – 4 Diuréticos Sitios y mecanismos de acción de los diuréticos Figura 29–5 Señalización de la aldosterona Mecanismo diurético de los antagonistas de la aldosterona Figura 29–6 Señalización de ANP Transporte de Na+ en el túbulo colector medular interno y su regulación Figura 29–7 Señalización del receptor V1 Mecanismo de acoplamiento del receptor V1efector Figura 29–11 Señalización del receptor V2 Mecanismo de acoplamiento del receptor V2efector Figura 29–12 Señales que regulan la liberación de Mecanismos por los cuales la mácula densa regula la liberación de la renina Figura 30–3 Sistema reninaangiotensina Esquema de los brazos opositores en el RAS Figura 30–4 Señales que regulan la presión arterial Principios de la regulación de la presión arterial y su modificación con fármacos Figura 32–3 Acoplamiento EC Acoplamiento de excitacióncontracción cardiaca y fármacos inotrópicos positivos Figura 33–6 Señalización NO/cGMP en la PAH Estimulantes de la señalización NO/cGMP Figura 35–3 Señalización de cAMP en la PAH Agonistas del receptor de membrana que aumentan el cAMP Figura 35–4 señalización PLC en la PAH Agonistas del receptor de membrana que inhiben la activación de la fosfolipasa C Figura 35–5 Señalización del endoteliomúsculo liso Interacciones entre el endotelio y el músculo liso vascular en la PAH Figura 35–7 Señalización agregante Adhesión y agregación plaquetarias Figura 36–1 Señalización coagulante Principales reacciones en la coagulación sanguínea Figura 36–2 Señalización fibrinolítica Fibrinólisis Figura 36–3 Coagulación sanguínea y su prevención Sitios de acción de fármacos antiplaquetarios Figura 36–7 LDLR y endocitosis Regulación del ciclo vital del receptor de LDL Figura 37–5 Activación del linfocito T Activación de linfocito T: puntos de control de coestimulación y coinhibición Figura 38–3 Ligandos del receptor del linfocito T Señalización TCR y su modulación mediante correceptores y anticuerpos Figura 38–4 Respuesta inflamatoria de leucocitos La respuesta inflamatoria del leucocito Figura 38–6 Señalización del linfocito T Activación del linfocito T y sitios de acción de los fármacos inmunodepresores Figura 39–2 Señalización de esfingosina1fosfato Formación de S1P y acción en S1P1R; fingolimod y su metabolito activo. Figura 39–3 Receptores prostanoides Receptores prostanoides y sus principales vías de señalización Figura 41–1 Señalización eicosanoide Receptores eicosanoides humanos Cuadro 41–4 renina (TCR) Downloaded 20231221 2:3 P Your IP is 138.97.143.28 Acción3: delFarmacodinámica: probenecid; transporte de Perspectiva farmacológica del transporte renal deDavid urato yR. suManning; inhibición con fármacos. Figura 42–2 Page 57 / 62 CAPÍTULO mecanismos moleculares de la acción farmacológica, Donald K. Blumenthal ©2023urato McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use • Privacy Policy • Notice • Accessibility Señalización inflamatoria; asma Mecanismo de acción antiinflamatoria de los corticoesteroides en el asma Figura 44–7 Señalización de esfingosina1fosfato Formación de S1P y acción en S1P1R; fingolimod y su metabolito activo. Figura 39–3 Receptores prostanoides Receptores prostanoides y sus principales vías de señalización Señalización eicosanoide Receptores eicosanoides humanos Cuadro 41–4 Acción del probenecid; transporte de Perspectiva farmacológica del transporte renal de urato y su inhibición con fármacos. Figura 42–2 Señalización inflamatoria; asma Mecanismo de acción antiinflamatoria de los corticoesteroides en el asma Figura 44–7 Receptor de la hormona de crecimiento Mecanismos de acción de la GH y la PRL y del antagonismo de GHR Figura 46–5 Señalización del receptor de oxitocina Sitios de acción de la oxitocina y los fármacos tocolíticos en el miometrio uterino Figura 46–8 Señalización del receptor de estrógenos Mecanismo de acción molecular del ER nuclear Figura 48–4 Guanilil ciclasa soluble y PDE5 Mecanismo de acción de los inhibidores de PDE5 en el cuerpo cavernoso Figura 49–6 Receptor glucocorticoide (GR) Mecanismos de regulación transcripcional por GR Figura 50–8 Secreción de insulina Regulación de la secreción de insulina en la célula β pancreática Figura 51–3 Receptor de insulina Vías de señalización de la insulina Figura 51–4 Receptor de FGF Complejo FGF23FGFRKlotho Figura 52–4 Receptores H2 y de gastrina; secreción Perspectiva farmacológica de la secreción gástrica y su regulación: la base para el Figura 53–1 gástrica tratamiento de los trastornos acidopépticos receptores EP2 y EP4; transportadores Mecanismo de acción de fármacos que alteran la secreción y absorción epitelial iónicos GI; cAMP, cGMP intestinales Señalización emética Perspectiva farmacológica de los estímulos eméticos Figura 54–6 Receptor EGF Acción dirigida en el EGFR en cáncer Figura 71–1 Receptores para factor de crecimiento Vía de señalización de la célula cancerosa y objetivos farmacológicos Figura 71–2 Cinasas de linfocito B Inhibidores de señalización en B células Figura 71–4 Señalización de mTOR, AMPK, factor de Advertencia mTOR: efecto de la rapamicina en la señalización del factor de crecimiento Figura 71–5 Genes inducibles por hipoxia Acción dirigida en genes sensibles al oxígeno e inducibles por hipoxia Figura 71–6 Señalización apoptósica El mimetismo de BH3 aumenta la apoptosis Figura 71–10 Estructura de IgG1 Elementos IgG1 relevantes para su uso en el tratamiento del cáncer. Figura 72–1 Receptor de EGF Acción dirigida de un anticuerpo y dominios de EGFR (HER1). Figura 72–2 Señalización linfocito T/ APC Acción dirigida en puntos de verificación inmunitaria Figura 72–3 Receptor de IL2 Una perspectiva farmacológica de los receptores, vías de señalización e inhibidores de Figura 72–4 UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR UES Access Provided by: Figura 41–1 urato (GHR) Figura 54–4 crecimiento IL2 Downloaded 20231221 2:3 P Your IP is 138.97.143.28 Page 58 / 62 Linfocitos T CAR del receptor para antígeno quimérico (CAR) delR.linfocito T mediante Figura 72–6 CAPÍTULO 3: Farmacodinámica: mecanismosActivación moleculares de la acción farmacológica, David Manning; DonaldunK. Blumenthal ©2023 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use • Privacy Policy • Notice • Accessibility antígeno blanco en células cancerosas. Rodopsina Perspectiva farmacológica de la señalización del fotorreceptor Figura 74–9 Señalización linfocito T/ APC Acción dirigida en puntos de verificación inmunitaria UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR UES Figura 72–3 Access Provided by: Receptor de IL2 Una perspectiva farmacológica de los receptores, vías de señalización e inhibidores de Figura 72–4 IL2 Linfocitos T CAR Activación del receptor para antígeno quimérico (CAR) del linfocito T mediante un Figura 72–6 antígeno blanco en células cancerosas. Rodopsina Perspectiva farmacológica de la señalización del fotorreceptor Figura 74–9 BIBLIOGRAFÍA Alexander SPH, et al. The concise guide to pharmacology 2019/20: nuclear hormone receptors. Br J Pharmacol , 2019, 176 :S229–S246. [PubMed: 31710718] Attali B, et al. Voltagegated potassium channels (version 2019.4). IUPHAR/BPS Guide to Pharmacology . 2019. Available at: https://doi.org/10.2218/gtopdb/F81/2019.4. Accessed April 27, 2022. Azevedo Neto J, et al. 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Terms Use •for Privacy Policy • Notice Accessibility Sriram McGraw K, Insel PA. proteincoupled receptors as of targets approved drugs: how •many targets and how many drugs? Mol Pharmacol , 2018, 93 :251– 258. [PubMed: 29298813] Schöneberg T, Liebscher I. Mutations in G proteincoupled receptors: mechanisms, pathophysiology and potential therapeutic approaches. UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR UES Pharmacol Rev , 2021, 73 :89–119. [PubMed: 33219147] Access Provided by: Smith JS, et al. Biased signaling: from simple switches to allosteric microprocessors. Nat Rev Drug Discov , 2018, 17 :243–260. [PubMed: 29302067] Snyder A, et al. Genetic basis for clinical response to CTLA4 blockade in melanoma, N Engl J Med , 2014, 371 :2189–2199. [PubMed: 25409260] Sriram K, Insel PA. G proteincoupled receptors as targets for approved drugs: how many targets and how many drugs? Mol Pharmacol , 2018, 93 :251– 258. [PubMed: 29298813] Stahl EL, Bohn LM. 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Estas proteínas controlan la entrada de iones esenciales y nutrientes, así como la salida de desechos celulares, toxinas ambientales, fármacos y otros xenobióticos (fig. 4–1); con base en sus funciones esenciales en la homeostasis celular, cerca de 2 000 genes del genoma humano, casi 7% del número total de genes, codifican para transportadores o proteínas relacionadas con ellos. Las funciones de los transportadores de membrana pueden ser activas (necesitan energía) o facilitadas (de equilibrio, no necesitan energía). Cuando analizan el transporte de los fármacos, los farmacólogos casi siempre se centran en los transportadores de dos superfamilias principales: los transportadores ABC y SLC (Nigam, 2015). Figura 4–1 Transportadores de membrana en vías farmacocinéticas. Los transportadores de membrana (T) participan en vías farmacocinéticas (absorción, distribución, metabolismo y excreción de fármacos) y en consecuencia establecen las concentraciones sistémicas de los fármacos. Estas últimas suelen originar los efectos terapéuticos y secundarios de los fármacos. La mayor parte de las proteínas ABC (ATP binding cassette [casete de unión a ATP]) son transportadores activos primarios que dependen de la hidrólisis del trifosfato de adenosina (ATP, adenosine triphosphate) para el bombeo activo de sus sustratos a través de las membranas. Entre los transportadores mejor conocidos de la superfamilia ABC están la glucoproteína P (Pgp, codificada por ABCB1, también denominado MDR1) y el regulador transmembrana de la fibrosis quística (CFTR, codificado por ABCC7). La superfamilia SLC (solute carrier [portador de soluto]) comprende genes que codifican proteínas de transporte facilitado y transportadores activos secundarios acoplados con iones. Se han identificado 65 familias SLC con cerca de 460 transportadores en el genoma humano (Pizzagalli et al., 2021). Muchos transportadores SLC sirven de objetivo farmacológico o participan en la absorción y distribución de los fármacos. Los transportadores SLC muy bien identificados son el transportador de serotonina SERT (serotonin transporters) y el transportador de dopamina DAT (dopamine transporter) y ambos son objetivos terapéuticos de los antidepresivos. ABREVIATURAS Abreviaturas Downloaded P Your IP is 138.97.143.28 ABC: casete 20231221 de unión con2:4 ATP CAPÍTULO 4: Transportadores de membrana y respuestas a los fármacos, Kathleen M. Giacomini; Yuichi Sugiyama ©2023 All Rights Terms of Use • Privacy Policy • Notice • Accessibility ABCC:McGraw familia CHill. de casetes de Reserved. unión con ATP ACE: enzima convertidora de angiotensina Page 1 / 39 ABREVIATURAS UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR UES Access Provided by: Abreviaturas ABC: casete de unión con ATP ABCC: familia C de casetes de unión con ATP ACE: enzima convertidora de angiotensina AUC: área bajo la curva de concentracióntiempo BBB: barrera hematoencefálica BCRP: proteína de resistencia del cáncer mamario BSEP: bomba exportadora de sales biliares CAR: receptor constitutivo de androstano CFTR: regulador transmembrana de la fibrosis quística C Lint,all: depuración intrínseca hepática general C Lmet: depuración metabólica CPT11: clorhidrato de irinotecán CryoEM: microscopia crioelectrónica CSF: líquido cefalorraquídeo D A : dopamina D A T : transportador de la dopamina FDA: U.S. Food and Drug Administration FXR: receptor farnesoide X GABA: ácido γaminobutírico G A T : transportador para la recaptación de GABA GI: gastrointestinal GLUT: transportador de glucosa GSH, GSSG: glutatión reducido y oxidado HCV: virus de la hepatitis C HIV: virus de inmunodeficiencia humana HMGCoA: 3hidroxi3metilglutaril coenzima A HNF4α: factor nuclear hepático 4 α 5HT: serotonina αKG: αcetoglutarato L A T : transportador de aminoácidos grandes Downloaded 20231221 2:4 P Your IP is 138.97.143.28 CAPÍTULO 4: Transportadores de membrana y respuestas a los fármacos, Kathleen M. Giacomini; Yuichi Sugiyama LeuT:McGraw transportador leucina ©2023 Hill. AlldeRights Reserved. Terms of Use • Privacy Policy • Notice • Accessibility M A O : monoaminooxidasa Page 2 / 39 HNF4α: factor nuclear hepático 4 α UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR UES 5HT: serotonina Access Provided by: αKG: αcetoglutarato L A T : transportador de aminoácidos grandes LeuT: transportador de leucina M A O : monoaminooxidasa MATE1: proteína 1 de extrusión de múltiples fármacos y toxinas MDMA: 3,4metilenedioximetanfetamina M F S : superfamilia de facilitadores principales MRP: proteína de resistencia a múltiples fármacos NBDs: dominios de unión con nucleótido NE: noradrenalina NET: transportador de norepinefrina NME: nueva entidad molecular NTCP: polipéptido cotransportador de Na+taurocolato OAT1: transportador 1 de aniones orgánicos OCT1: transportador 1 de cationes orgánicos OCTN: transportador nuevo de cationes orgánicos O S Tα/β: heterodímero α/β transportador de solutos orgánicos PAH: paminohipurato PBPK: farmacocinética basada en la fisiología PGE2 : prostaglandina E2 Pgp: glucoproteína P PPARα: receptor α activado por el proliferador del peroxisoma PXR: receptor de pregnano X RAR: receptor de ácido retinoico RFC: portador de folato reducido RXR: receptor retinoide X SERT: transportador de serotonina SHP1: fosfatasa 1 que contiene el dominio de la región 2 de homología de Src SLC: portador de soluto SNP: polimorfismo de un solo nucleótido SSRI: inhibidor selectivo de la recaptación de serotonina Downloaded 20231221 2:4 P Your IP is 138.97.143.28 SXR: receptor esteroide X CAPÍTULO 4: Transportadores de membrana y respuestas a los fármacos, Kathleen M. Giacomini; Yuichi Sugiyama ©2023 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use • Privacy Policy • Notice • Accessibility T M D : dominio transmembrana Page 3 / 39 SHP1: fosfatasa 1 que contiene el dominio de la región 2 de homología de Src UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR UES SLC: portador de soluto Access Provided by: SNP: polimorfismo de un solo nucleótido SSRI: inhibidor selectivo de la recaptación de serotonina SXR: receptor esteroide X T M D : dominio transmembrana URAT1: transportador 1 de ácido úrico XOI: inhibidor de la xantina oxidasa TRANSPORTADORES DE MEMBRANA EN LAS RESPUESTAS TERAPÉUTICAS DE LOS FÁRMACOS Farmacocinética Los transportadores que son importantes en la farmacocinética casi siempre se localizan en los epitelios intestinal, renal y hepático, donde participan en la absorción selectiva y eliminación de sustancias endógenas y xenobióticos, incluidos los fármacos. Los transportadores actúan de manera conjunta con las enzimas que metabolizan los fármacos para eliminarlos a estos y sus metabolitos (fig. 4–2). Además, los transportadores de varios tipos de células median la distribución de los fármacos en tejidos específicos (objetivos farmacológicos). Por el contrario, los transportadores también sirven de barrera protectora en determinados órganos y tipos de células particulares. Por ejemplo, la glucoproteína P en la barrera hematoencefálica protege al sistema nervioso central (SNC) de varios fármacos con estructuras diversas mediante sus mecanismos de salida. Figura 4–2 Transportadores hepáticos de fármacos. Los transportadores de membrana (óvalos rojos con flechas) actúan de manera conjunta con las enzimas metabolizadoras de fármacos de la fase 1 y fase 2 en el hepatocito para mediar la captación y salida de los fármacos y sus metabolitos. Farmacodinámica: los transportadores como objetivos farmacológicos Los transportadores de membrana son el objetivo de muchos fármacos que se utilizan en la clínica. El SERT (SLC6A4) es objetivo de un grupo importante de fármacos antidepresivos, los inhibidores selectivos de la recaptación de serotonina (SSRI, selective serotonin reuptake inhibitors). Otros transportadores de la recaptación de neurotransmisores sirven de objetivo farmacológico para antidepresivos tricíclicos, varias anfetaminas (incluidos los fármacos similares a la anfetamina que se utilizan en el tratamiento del trastorno de déficit de la atención en niños) y anticonvulsivos. Estos transportadores también pueden participar en la patogenia de trastornos neuropsiquiátricos, como las enfermedades de Alzheimer y Parkinson. Un inhibidor del transportador de monoamina vesicular VMAT2 (SLC18A2), la tetrabenazina, ha recibido aprobación para el tratamiento sintomático de la enfermedad de Huntington; es probable que el efecto de la tetrabenazina en el tratamiento de la corea se relacione con su capacidad para agotar las reservas de aminas biógenas al inhibir su captación en las vesículas de almacenamiento mediante VMAT2. Los transportadores que no son neuronales también son objetivos potenciales del fármaco (p. ej., transportadores de colesterol en la enfermedad cardiovascular, Downloaded 20231221 2:4 P en Your IP is transportadores 138.97.143.28 de glucosa en síndromes metabólicos y cotransportadores de Na+Cl− de la familia SLC12 transportadores de nucleósidos cáncer, Page 4 / 39 CAPÍTULO 4: Transportadores de membrana y respuestas a los fármacos, Kathleen M. Giacomini; Yuichi Sugiyama en la hipertensión). ©2023 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use • Privacy Policy • Notice • Accessibility En fecha reciente, la FDA aprobó los primeros fármacos en su clase que inhiben los transportadores de Na+glucosa de la familia SLC5 (SGLT1 y SGLT2) UNIVERSIDAD SALVADOR UES Estos transportadores también pueden participar en la patogenia de trastornos neuropsiquiátricos, como las enfermedadesDE deEL Alzheimer y Provided by: Parkinson. Un inhibidor del transportador de monoamina vesicular VMAT2 (SLC18A2), la tetrabenazina, ha Access recibido aprobación para el tratamiento sintomático de la enfermedad de Huntington; es probable que el efecto de la tetrabenazina en el tratamiento de la corea se relacione con su capacidad para agotar las reservas de aminas biógenas al inhibir su captación en las vesículas de almacenamiento mediante VMAT2. Los transportadores que no son neuronales también son objetivos potenciales del fármaco (p. ej., transportadores de colesterol en la enfermedad cardiovascular, transportadores de nucleósidos en cáncer, transportadores de glucosa en síndromes metabólicos y cotransportadores de Na+Cl− de la familia SLC12 en la hipertensión). En fecha reciente, la FDA aprobó los primeros fármacos en su clase que inhiben los transportadores de Na+glucosa de la familia SLC5 (SGLT1 y SGLT2) para el tratamiento de la diabetes tipo 2. Estos fármacos, las gliflozinas, que incluyen canagliflozina, dapagliflozina y empagliflozina, reducen la reabsorción renal de glucosa, lo que facilita la eliminación de esta en el riñón. Los tres fármacos se prescriben como tratamiento de segunda línea para la diabetes sin control suficiente. La dapagliflozina ha resultado útil para tratar el deterioro de la función renal en pacientes con nefropatía crónica, sin importar la presencia o ausencia de la diabetes (Heerspink et al., 2020). La dapagliflozina también se usa en el tratamiento de la insuficiencia cardiaca con disminución de la fracción de expulsión (cap. 33). Además, los transportadores renales para ácido úrico, como URAT1 (SLC22A12) (Nakata et al., 2020) y GLUT9 (SLC2A9) son un sitio de acción de fármacos que están en estudio clínico para el tratamiento de la gota cuando se utilizan con un inhibidor de la xantina oxidasa (XOI, xanthine oxidase inhibitor). Estos fármacos son uricosúricos y actúan por inhibición selectiva de la absorción renal de ácido úrico. Las mutaciones en la proteína CFTR (regulador de la conducción transmembrana de la fibrosis quística, cystic fibrosis transmembrane conduction regulator, o ABCC7) del conducto aniónico (cloro) transmembrana activado, disminuyen la función de esa proteína y hacen que las secreciones en los pulmones y otros tejidos sean viscosas. Los fármacos dirigidos a CFTR pueden modular e intensificar su función en pacientes con fibrosis quística. El primer fármaco de la clase, ivacaftor, se usa para el tratamiento de pacientes que tienen la mutación codificante CFTRp.G551D. El ivacaftor, llamado potenciador, aumenta la probabilidad de que el conducto mutante de cloro, CFTRp.G551D, se mantenga en estado abierto. Otros fármacos, llamados correctores (p. ej., tezacaftor, elexacaftor), intensifican el tránsito y la inserción de proteínas CFTR mutantes en la membrana plasmática. Ahora se usan combinaciones de potenciadores y correctores de CFTR mutantes para pacientes con fibrosis quística que son homocigóticos o heterocigóticos para la mutación frecuente por deleción CFTRp.F508del (Gramegna et al., 2020). Resistencia farmacológica Los transportadores de membrana desempeñan una función central en el desarrollo de la resistencia a fármacos antineoplásicos, antivirales y anticonvulsivos. La disminución de la captación de fármacos, como los antagonistas del folato, análogos de nucleósidos y complejos con platino, está mediada por la disminución en la expresión de los transportadores de entrada indispensables para que estos compuestos ingresen al tumor. El incremento de la salida de compuestos hidrófobos es un mecanismo de resistencia antineoplásica en análisis celulares de resistencia. La expresión excesiva de la proteína 4 de resistencia a múltiples fármacos (MRP4) guarda relación con la resistencia a análogos de nucleósidos antivirales (Aceti et al., 2015). Pgp (MDR1, ABCB1) y BCRP (ABCG2) pueden tener una expresión excesiva en células tumorales después de exponerse a fármacos oncológicos citotóxicos y están implicados en la resistencia a estos compuestos, exportan los fármacos antineoplásicos, reducen su concentración intracelular y vuelven a las células resistentes a los efectos citotóxicos de los fármacos. La modulación de la expresión y actividad de MDR1 para regular la resistencia farmacológica podría ser un complemento útil en la farmacoterapia (Seelig, 2020). TRANSPORTADORES DE MEMBRANA Y REACCIONES ADVERSAS A LOS FÁRMACOS Los transportadores como controladores de la introducción y expulsión regulan la exposición de las células a carcinógenos químicos, toxinas ambientales y fármacos. Por tanto, los transportadores tienen funciones cruciales en la toxicidad celular de estos compuestos. Las respuestas farmacológicas adversas mediadas por un transportador casi siempre pueden clasificarse en tres categorías (fig. 4–3). Disminución de la captación o excreción en órganos blanco Aumento de la captación o disminución de la salida en los órganos blanco Transporte alterado de compuestos endógenos en órganos blanco Figura 4–3 Principales mecanismos por los que los transportadores median las respuestas adversas a los fármacos. Se ilustran tres casos. El dibujo a la izquierda de cada ejemplo ilustra el mecanismo; el dibujo a la derecha muestra el efecto resultante en las concentraciones de los fármacos. (Dibujo superior). Aumento de las concentraciones plasmáticas del fármaco por una disminución de la captación, eliminación, o ambas, en los órganos encargados de la Downloaded 20231221 2:4 P Your IP is 138.97.143.28 CAPÍTULO Transportadores membrana y respuestas fármacos, Kathleen Giacomini; Yuichi Sugiyama eliminación,4: como el hígado y losde riñones. (Dibujo intermedioa). los Incremento tóxico de la M. concentración del fármaco en los órganos debido aPage un 5 / 39 ©2023 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use • Privacy Policy • Notice • Accessibility aumento de la captación o una disminución de la salida del fármaco. (Dibujo inferior). Aumento de la concentración plasmática de un compuesto endógeno (p. ej., un ácido biliar) debido a un fármaco que inhibe la entrada del compuesto endógeno al órgano eliminador. El diagrama también puede representar el aumento de la concentración del compuesto endógeno en el órgano blanco debido a la inhibición de su salida por un fármaco. Figura 4–3 UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR UES Access Provided by: Principales mecanismos por los que los transportadores median las respuestas adversas a los fármacos. Se ilustran tres casos. El dibujo a la izquierda de cada ejemplo ilustra el mecanismo; el dibujo a la derecha muestra el efecto resultante en las concentraciones de los fármacos. (Dibujo superior). Aumento de las concentraciones plasmáticas del fármaco por una disminución de la captación, eliminación, o ambas, en los órganos encargados de la eliminación, como el hígado y los riñones. (Dibujo intermedio). Incremento tóxico de la concentración del fármaco en los órganos debido a un aumento de la captación o una disminución de la salida del fármaco. (Dibujo inferior). Aumento de la concentración plasmática de un compuesto endógeno (p. ej., un ácido biliar) debido a un fármaco que inhibe la entrada del compuesto endógeno al órgano eliminador. El diagrama también puede representar el aumento de la concentración del compuesto endógeno en el órgano blanco debido a la inhibición de su salida por un fármaco. Los transportadores expresados en el hígado y los riñones, así como las enzimas metabólicas, son factores esenciales que determinan la presencia de los fármacos en la sangre circulante, lo que afecta la exposición y por tanto la toxicidad para todos los órganos (fig. 4–3, imagen superior). Por ejemplo, después de la administración oral de un inhibidor de la 3hidroxi3metilglutarilcoenzima A reductasa (HMGCoA) (p. ej., pravastatina), la captación hepática eficaz del fármaco SLC en el primer paso mediante el polipéptido transportador de aniones orgánicos OATP1B1 aumenta al máximo los efectos de tales compuestos en la HMGCoA reductasa. La captación mediante OATP1B1 también reduce al mínimo el escape de los fármacos a la circulación sistémica, donde pueden inducir respuestas adversas, como miopatía del músculo estriado. Los transportadores que se expresan en tejidos que pueden ser objeto de toxicidad farmacológica (p. ej., encéfalo) o en las barreras de los mismos (como la barrera hematoencefálica [BBB, bloodbrain barrier]) pueden controlar de manera muy estricta las concentraciones locales de los fármacos y de esta forma controlar la exposición de estos tejidos a los fármacos (fig. 4–3, dibujo central). Por ejemplo, las células endoteliales de la barrera hematoencefálica están adheridas por uniones estrechas y algunos transportadores de salida se expresan en la cara luminal (la dirigida hacia la sangre), lo que restringe la penetración de compuestos al encéfalo. Las interacciones de la loperamida y la quinidina son un buen ejemplo del control que ejerce el transportador en la exposición farmacológica en este sitio. La loperamida es un opioide periférico utilizado en el tratamiento de la diarrea y es sustrato de la glucoproteína P (Pgp), lo que previene la acumulación de loperamida en el SNC. La inhibición de la salida en la barrera hematoencefálica mediada por la glucoproteína P incrementa la concentración de loperamida en el SNC y potencia los efectos secundarios. En realidad, la administración conjunta de loperamida y quinidina, un inhibidor potente de la glucoproteína P, causa depresión respiratoria importante, un evento adverso grave de la loperamida. La Pgp también se expresa en el intestino, donde su inhibición reduce la expulsión intestinal de loperamida, lo que aumenta su concentración sistémica y contribuye al aumento en la concentración en el SNC. Downloaded 20231221 2:4 P Your IP is 138.97.143.28 En ocasiones, toxicidad inducida fármacos se debe a una modificación la distribución por concentración hística, mediada por los Page 6 / 39 CAPÍTULO 4:laTransportadores de por membrana y respuestas a los fármacos, en Kathleen M. Giacomini; Yuichi Sugiyama ©2023 McGraw Hill. Rights Reserved. of Use las • Privacy Policy(metformina • Notice • Accessibility transportadores que All incorporan el fármaco.Terms Por ejemplo, biguanidas ), empleadas en el tratamiento de la diabetes mellitus tipo 2, pueden causar acidosis láctica, un efecto secundario letal. Las biguanidas son sustratos de los transportadores 1 de cationes orgánicos (OCT1, organic cation transporters) (SLC22A1), que tiene una expresión intensa en el hígado; de OCT2 (SLC22A2), expresado en el riñón; y de OCT3 (SLC22A3) en los que ejerce el transportador en la exposición farmacológica en este sitio. La loperamida es un opioide periférico utilizado en el tratamiento de la UNIVERSIDAD EL SALVADOR diarrea y es sustrato de la glucoproteína P (Pgp), lo que previene la acumulación de loperamida en el SNC. La inhibición de laDE salida en la barrera UES Access Provided hematoencefálica mediada por la glucoproteína P incrementa la concentración de loperamida en el SNC y potencia los by: efectos secundarios. En realidad, la administración conjunta de loperamida y quinidina, un inhibidor potente de la glucoproteína P, causa depresión respiratoria importante, un evento adverso grave de la loperamida. La Pgp también se expresa en el intestino, donde su inhibición reduce la expulsión intestinal de loperamida, lo que aumenta su concentración sistémica y contribuye al aumento en la concentración en el SNC. En ocasiones, la toxicidad inducida por fármacos se debe a una modificación en la distribución por concentración hística, mediada por los transportadores que incorporan el fármaco. Por ejemplo, las biguanidas (metformina), empleadas en el tratamiento de la diabetes mellitus tipo 2, pueden causar acidosis láctica, un efecto secundario letal. Las biguanidas son sustratos de los transportadores 1 de cationes orgánicos (OCT1, organic cation transporters) (SLC22A1), que tiene una expresión intensa en el hígado; de OCT2 (SLC22A2), expresado en el riñón; y de OCT3 (SLC22A3) en los adipocitos y el músculo estriado. En animales de experimentación que carecen de OCT1, disminuyen mucho la captación hepática de las biguanidas y el desarrollo de acidosis láctica. Estos resultados indican que la captación hepática de biguanidas mediada por OCT1 y la captación en tejidos como los riñones y músculo estriado mediante otros OCT tienen una función importante en la facilitación de las concentraciones hísticas de biguanidas y por tanto, del desarrollo de acidosis láctica (Wang et al., 2003), que podría ser resultado de la alteración de la función mitocondrial inducida por la biguanida y el aumento consecuente en el flujo glucolítico (Dykens et al., 2008). Las biguanidas se exportan mediante el transportador MATE1 y la inhibición de esta salida con diversos fármacos, incluidos los inhibidores de la tirosina cinasa, intensifica su toxicidad (DeCorter et al., 2012). Los transportadores 1 de aniones orgánicos (OAT1, organic anion transporter 1) (SLC22A1), OCT1 y OCT2 son otros ejemplos de toxicidad relacionada con el transportador. El OAT1 se expresa sobre todo en los riñones y causa la secreción tubular renal de compuestos aniónicos. Los sustratos de OAT1, como la cefaloridina (un antibiótico βlactámico) y el adefovir y cidofovir (antivirales), causan toxicidad renal. La expresión exógena de OCT1 y OCT2 intensifica la sensibilidad de las células tumorales al efecto citotóxico de oxaliplatino para OCT1 y de cisplatino y oxaliplatino para OCT2 (Zhang et al., 2006a). La toxicidad renal del cisplatino es modulada por el OCT2 presente en la membrana basolateral del túbulo proximal, así como por transportadores de la familia SLC47, MATE1 (SLC47A1) y MATE2 (SLC47A2) en la membrana apical (Harrach and Ciarimboli, 2015). Los fármacos pueden modular los transportadores de ligandos endógenos y por tanto tienen efectos adversos (fig. 4–3, dibujo inferior). Por ejemplo, los ácidos biliares son captados sobre todo por el polipéptido cotransportador para Na+taurocolato (NTCP, Na+taurocholate cotransporting polypeptide) y excretados en la bilis por la bomba de exportación de sales biliares (BSEP, bile salt export pump, ABCB11). La bilirrubina es captada por OATP1B1 y se conjuga con ácido glucurónico; el glucurónido de bilirrubina se excreta en la bilis mediante MRP2 (ABCC2) y se transporta a la sangre mediante MRP3. El glucurónido de bilirrubina en la sangre es recaptado al hígado mediante OATP1B1. La inhibición de estos transportadores con fármacos puede causar colestasis o hiperbilirrubinemia. Además del mecanismo para controlar las concentraciones plasmática e hística de los xenobióticos, los transportadores pueden actuar a través de mecanismos más complicados que median las reacciones farmacológicas adversas. Por ejemplo, la Pgp participa en la expulsión de citocinas inflamatorias de los linfocitos T y las células dendríticas. Hay que señalar que los ratones con deleción génica de Pgp pueden desarrollar inflamación espontánea relacionada con el carcinoma hepatocelular (Seelig, 2020). Por tanto, los moduladores de Pgp pueden alterar la regulación de las respuestas inmunitarias. Los transportadores de captación y salida determinan las concentraciones plasmáticas e hísticas de los compuestos endógenos y xenobióticos, lo que influye en la toxicidad sistémica o local específica de los fármacos. MECANISMOS BÁSICOS DEL TRANSPORTE DE MEMBRANA Transportadores y conductos Tanto los conductos como los transportadores facilitan la penetración de iones inorgánicos y compuestos orgánicos a través de las membranas. Los recientes avances tecnológicos en la cristalografía por rayos X y la microscopia crioelectrónica han generado numerosas estructuras nuevas de conductos iónicos que permiten la comprensión de los mecanismos subyacentes a su función (Thompson y Baenziger, 2020). En general, los conductos iónicos tienen dos clases arquetípicas: aquellos activados por voltaje y conductos activados por ligando. En ambos modelos, el conducto forma un poro cerrado que controla el paso de iones conforme se desplazan a través del poro y de la membrana (Isacoff et al., 2013). La compuerta puede estar controlada por voltaje o por unión con un ligando, lo que da lugar a dos estados principales, abierto y cerrado, que son fenómenos estocásticos. Solo en el estado abierto, los conductos actúan como poros que permiten el flujo de los iones seleccionados en favor de sus gradientes electroquímicos. Después de abrirse, los conductos suspenden la conducción de iones en función del tiempo, ya sea porque regresan a su estado cerrado o porque se desactivan. Como se indicó antes, los fármacos llamados potenciadores (p. ej., ivacaftor) aumentan la probabilidad de que un conducto se encuentre en estado abierto. Por el contrario, los transportadores forman complejos intermedios con el sustrato (soluto) y a continuación, un cambio conformacional del transportador induce la translocación del sustrato al otro lado de la membrana. Como consecuencia, la cinética del movimiento del soluto difiere entre los transportadores y los conductos. Las constantes de las velocidades de recambio de conductos Downloaded 20231221 2:4 P Your IP is 138.97.143.28 6 a 108 s−1, en tanto que las de los transportadores son, cuando mucho, 101 a 103 s−1. Debido a que un transportador particular forma típicos son 10 Page 7 / 39 CAPÍTULO 4: Transportadores de membrana y respuestas a los fármacos, Kathleen M. Giacomini; Yuichi Sugiyama ©2023 McGraw Hill. Allcon Rights Reserved. Terms of(denominados Use • Privacy sustratos Policy • Notice • Accessibility complejos intermedios compuestos específicos ), el transporte de membrana mediado por transportadores se caracteriza por la susceptibilidad a la saturación y la inhibición por análogos de los sustratos, como se describe en la sección “Cinética del transporte”. estocásticos. Solo en el estado abierto, los conductos actúan como poros que permiten el flujo de los iones seleccionados en favor de sus gradientes UNIVERSIDAD EL SALVADOR electroquímicos. Después de abrirse, los conductos suspenden la conducción de iones en función del tiempo, ya sea porqueDE regresan a su estado UES Access Provided by:la probabilidad de que un cerrado o porque se desactivan. Como se indicó antes, los fármacos llamados potenciadores (p. ej., ivacaftor ) aumentan conducto se encuentre en estado abierto. Por el contrario, los transportadores forman complejos intermedios con el sustrato (soluto) y a continuación, un cambio conformacional del transportador induce la translocación del sustrato al otro lado de la membrana. Como consecuencia, la cinética del movimiento del soluto difiere entre los transportadores y los conductos. Las constantes de las velocidades de recambio de conductos típicos son 106 a 108 s−1, en tanto que las de los transportadores son, cuando mucho, 101 a 103 s−1. Debido a que un transportador particular forma complejos intermedios con compuestos específicos (denominados sustratos), el transporte de membrana mediado por transportadores se caracteriza por la susceptibilidad a la saturación y la inhibición por análogos de los sustratos, como se describe en la sección “Cinética del transporte”. Los mecanismos básicos involucrados en el transporte de solutos a través de la membrana plasmática comprenden la difusión pasiva, la difusión facilitada y el transporte activo; este último puede subdividirse en transporte primario y secundario, que se muestran en la figura 4–4. Figura 4–4 Clasificación de los mecanismos de transporte de membrana. Los círculos rojos muestran el sustrato. Su tamaño es directamente proporcional a su concentración. Las flechas señalan la dirección del flujo. Los cuadros negros corresponden al ion que proporciona la fuerza de impulso para el transporte (su tamaño es directamente proporcional a la concentración del ion). Los óvalos azules señalan las proteínas transportadoras. Difusión pasiva La difusión simple de un soluto a través de la membrana plasmática consta de tres procesos: separación de la fase acuosa de la fase lipídica, difusión a través de la capa doble de lípidos y nueva partición dentro de la fase acuosa del lado opuesto. La difusión de cualquier soluto (incluidos los fármacos) ocurre siguiendo un gradiente de potencial electroquímico del soluto. Difusión facilitada Los transportadores de membrana pueden facilitar la difusión de iones y compuestos orgánicos a través de la membrana plasmática. La difusión facilitada es una forma de transporte por la membrana mediado por transportadores y para el que no se necesita gasto de energía. Igual que en la difusión pasiva, el transporte de compuestos ionizados y no ionizados por la membrana plasmática se lleva a cabo siguiendo su gradiente de potencial electroquímico. En consecuencia, se logrará un equilibrio cuando los potenciales electroquímicos del compuesto sean iguales en ambos lados de la membrana. Transporte activo El transporte activo es la forma de transporte de membrana que necesita gasto de energía. Es el transporte de solutos en contra de sus gradientes electroquímicos, lo que permite la concentración de solutos en el interior de la membrana plasmática y la creación de energía potencial en el gradiente electroquímico formado. El transporte activo es muy importante en la captación y salida de fármacos y otros solutos. Según la fuerza impulsora, el transporte activo puede subdividirse en transporte activo primario y transporte activo secundario; en el primero, la hidrólisis de ATP se acopla en forma directa con el transporte del soluto, mientras que en segundo el transporte usa la energía de un gradiente electroquímico existente establecido mediante un proceso que utiliza ATP para desplazar el soluto contra su gradiente electroquímico. A su vez, el transporte activo secundario se subdivide en cotransporte unidireccional y cotransporte bidireccional. El cotransporte unidireccional describe el desplazamiento del ion impulsor y el soluto transportado en el mismo sentido. El cotransporte bidireccional ocurre cuando el ion impulsor y el soluto transportado se mueven en sentidos contrarios, como cuando el intercambiador de sodiocalcio (SLC8A1) transporta 3Na+ hacia el espacio intracelular y 1 Ca2+ hacia el espacio extracelular Downloaded 2:4 P Your is 138.97.143.28 de un miocito20231221 cardiaco ventricular (fig.IP 4–4). Page 8 / 39 CAPÍTULO 4: Transportadores de membrana y respuestas a los fármacos, Kathleen M. Giacomini; Yuichi Sugiyama ©2023 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use • Privacy Policy • Notice • Accessibility Transporte activo primario El transporte de membrana que se acopla directamente con la hidrólisis de ATP se denomina transporte activo primario. Los transportadores ABC son transporte activo puede subdividirse en transporte activo primario y transporte activo secundario; en el primero, la hidrólisis de ATP se acopla en UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR UES forma directa con el transporte del soluto, mientras que en segundo el transporte usa la energía de un gradiente electroquímico existente establecido Provided by:activo secundario se mediante un proceso que utiliza ATP para desplazar el soluto contra su gradiente electroquímico. A su vez, Access el transporte subdivide en cotransporte unidireccional y cotransporte bidireccional. El cotransporte unidireccional describe el desplazamiento del ion impulsor y el soluto transportado en el mismo sentido. El cotransporte bidireccional ocurre cuando el ion impulsor y el soluto transportado se mueven en sentidos contrarios, como cuando el intercambiador de sodiocalcio (SLC8A1) transporta 3Na+ hacia el espacio intracelular y 1 Ca2+ hacia el espacio extracelular de un miocito cardiaco ventricular (fig. 4–4). Transporte activo primario El transporte de membrana que se acopla directamente con la hidrólisis de ATP se denomina transporte activo primario. Los transportadores ABC son ejemplos de transportadores activos primarios. En las células de los mamíferos, los transportadores ABC median la salida unidireccional de solutos a través de las membranas biológicas. Otro ejemplo del transporte activo primario que establece el gradiente entrante de Na+ y el saliente de K+ a través de la membrana plasmática se encuentra en todas las células de los mamíferos, es la Na+,K+ATPasa. Transporte activo secundario En el transporte activo secundario, el transporte a través de una membrana biológica de un soluto S1 contra su gradiente de concentración utiliza la energía del transporte de otro soluto S2 en favor de su gradiente de concentración. Según la dirección del transporte del soluto, los transportadores activos secundarios se clasifican como cotransportadores unidireccionales o cotransportadores bidireccionales. Por ejemplo, usando el gradiente de concentración de Na+ dirigido hacia el espacio intracelular a través de la membrana plasmática que mantiene la Na+,K+ATPasa, el desplazamiento entrante de 3Na+ puede impulsar el movimiento saliente de 1Ca++ mediante el intercambiador Na+/Ca++, NCX. Este es un ejemplo de cotransporte bidireccional, o transporte por intercambio, en el que el transportador desplaza S2 y S1 en sentidos opuestos. Los cotransportadores unidireccionales transportan S2 y S1 en el mismo sentido, como en el transporte de glucosa hacia el cuerpo desde la luz del intestino delgado mediante el transportador de Na+glucosa SGLT1 (fig. 4–4). CINÉTICA DEL TRANSPORTE El flujo de un sustrato (velocidad de transporte) a través de una membrana biológica por procesos mediados por transportadores se caracteriza por la saturabilidad. La relación entre el flujo v y la concentración del sustrato S en un proceso mediado por transportadores se determina con la ecuación de MichaelisMenten: (Ecuación 4–1) donde Vmax es la velocidad máxima de transporte y es proporcional a la densidad de los transportadores sobre la membrana plasmática y Km es la constante de Michaelis, que representa la concentración de sustrato en la que el flujo es la mitad del valor Vmax. Km es una aproximación de la constante de disociación del sustrato del complejo intermedio. Los valores de Km y Vmax pueden determinarse mediante el examen del flujo con distintas concentraciones del sustrato. Al reorganizar la ecuación 4–1 se obtiene (Ecuación 4–2) Graficar v/S frente a v es un método conveniente para obtener los valores Vmax y Km, la gráfica de EadieHofstee (fig. 4–5): la pendiente es –1/Km y la intercepción con la x es Vmax. Figura 4–5 Gráfica de EadieHofstee de los datos de transporte. Las líneas negras muestran la curva hiperbólica de concentracióndependencia (v vs S, dibujo izquierdo) y la transformación de EadieHofstee de los datos de transporte (v/S vs v, dibujo derecho) de un sistema de transporte sencillo. Las líneas azules muestran el transporte en presencia de un inhibidor competitivo (inhibición superable; alcanza la misma Vmax). Las líneas rojas muestran el sistema en presencia de un inhibidor competitivo que reduce el número de sitios transportadores a la mitad, pero deja la Km de los sitios funcionales sin cambios. La participación de múltiples transportadores con distintos valores de Km produce una gráfica de EadieHofstee curva. En términos algebraicos, la gráfica de EadieHofstee de los datos cinéticos es equivalente a la gráfica Scatchard de los datos de unión en equilibrio (cap. 3). Downloaded 20231221 2:4 P Your IP is 138.97.143.28 CAPÍTULO 4: Transportadores de membrana y respuestas a los fármacos, Kathleen M. Giacomini; Yuichi Sugiyama ©2023 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use • Privacy Policy • Notice • Accessibility Page 9 / 39 azules muestran el transporte en presencia de un inhibidor competitivo (inhibición superable; alcanza la misma Vmax). Las líneas rojas muestran el UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR UES sistema en presencia de un inhibidor competitivo que reduce el número de sitios transportadores a la mitad, pero deja la Km de los sitios funcionales Access Provided by: sin cambios. La participación de múltiples transportadores con distintos valores de Km produce una gráfica de EadieHofstee curva. En términos algebraicos, la gráfica de EadieHofstee de los datos cinéticos es equivalente a la gráfica Scatchard de los datos de unión en equilibrio (cap. 3). El transporte de un sustrato a través de la membrana mediado por transportadores también se caracteriza por la inhibición de otros compuestos. La forma de inhibición puede clasificarse en uno de tres tipos: competitiva, no competitiva y sin competencia. La inhibición competitiva ocurre cuando los sustratos y los inhibidores comparten un sitio de unión común en el transportador, lo que produce un incremento del valor aparente de Km en presencia del inhibidor. El flujo de un sustrato en presencia de un inhibidor competitivo es (Ecuación 4–3) donde I es la concentración del inhibidor y Ki es la constante de inhibición. En la inhibición no competitiva se supone que el inhibidor tiene un efecto alostérico en el transportador, no inhibe la formación de un complejo intermedio de sustrato y transportador, pero sí inhibe el proceso subsiguiente de traslocación. (Ecuación 4–4) En la inhibición sin competencia se supone que los inhibidores forman un complejo solo con un complejo intermedio del sustrato y el transportador e inhiben la translocación subsiguiente. (Ecuación 4–5) ESTRUCTURA Y MECANISMO DE LOS TRANSPORTADORES Las predicciones de la estructura secundaria de las proteínas transportadoras de membrana basadas en el análisis hidropático indican que los transportadores de membrana de las superfamilias SLC y ABC son proteínas que abarcan varias veces la membrana. Las estructuras cristalinas emergentes se agregan a las ideas sobre los mecanismos de transporte mediante estas proteínas. Transportadores ABC La superfamilia ABC consiste en 49 genes y cada uno contiene una o dos regiones ABC conservadas. La región ABC es un dominio catalítico central de estas proteínas que se unen e hidrolizan ATP; además, las proteínas utilizan la energía para el transporte ascendente de sus sustratos a través de la membrana. En células eucariotas, casi todos los genes ABC transportan compuestos del citoplasma al exterior o hacia un compartimiento intracelular (p. ej., retículo endoplásmico, mitocondrias y peroxisomas). Los transportadores ABC en las células procariotas participan en la captación de compuestos esenciales que no pueden obtenerse mediante difusión pasiva (p. ej., azúcares, vitaminas y metales). Downloaded 20231221 2:4 P Your IP is 138.97.143.28 Page 10 / 39 CAPÍTULO 4: Transportadores de membrana y respuestas a los fármacos, Kathleen M. Giacomini; Yuichi Sugiyama Estudios recientes que usaron microscopia crioelectrónica (cryoEM, cryoelectron microscopy) mejoraron la comprensión de la estructura y la ©2023 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use • Privacy Policy • Notice • Accessibility función de los transportadores ABC. En general, estos transportadores se organizan de manera simétrica con dos componentes principales, un dominio de unión con nucleótido (NBD, nucleotidebinding domain) y un dominio transmembrana (TMD, transmembrane domain), cada uno UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR La superfamilia ABC consiste en 49 genes y cada uno contiene una o dos regiones ABC conservadas. La región ABC es un dominio catalítico central UES de Access Provided estas proteínas que se unen e hidrolizan ATP; además, las proteínas utilizan la energía para el transporte ascendente deby:sus sustratos a través de la membrana. En células eucariotas, casi todos los genes ABC transportan compuestos del citoplasma al exterior o hacia un compartimiento intracelular (p. ej., retículo endoplásmico, mitocondrias y peroxisomas). Los transportadores ABC en las células procariotas participan en la captación de compuestos esenciales que no pueden obtenerse mediante difusión pasiva (p. ej., azúcares, vitaminas y metales). Estudios recientes que usaron microscopia crioelectrónica (cryoEM, cryoelectron microscopy) mejoraron la comprensión de la estructura y la función de los transportadores ABC. En general, estos transportadores se organizan de manera simétrica con dos componentes principales, un dominio de unión con nucleótido (NBD, nucleotidebinding domain) y un dominio transmembrana (TMD, transmembrane domain), cada uno relacionado con una función (Lusvarghi et al., 2020). Los NBD en el lado citoplásmico se consideran los dominios motores de los transportadores ABC y contienen fracciones conservadas (p. ej., fracción WalkerA, fracción de firma ABC) que participan en la unión e hidrólisis del ATP. Las estructuras cristalinas de los cuatro transportadores ABC muestran un pliegue conservado y dos NBD que están en contacto entre sí. El mecanismo compartido por estos transportadores parece implicar la unión del ATP con los NBD, lo que luego activa una conformación de los transportadores de cara al exterior. La disociación de los productos de la hidrólisis del ATP parece generar una conformación de cara al interior. Los TMD participan en el reconocimiento y traslocación de sustratos. Los TMD de la Pgp se forman a partir de una sola cadena peptídica, mientras que los TMD de BCRP se forman a partir de un homodímero. En 1992 se propuso un modelo de flopasa para la salida mediada por Pgp y más tarde se validó (Seelig, 2020). En resumen, las moléculas anfifílicas constituyen los sustratos de la Pgp; un sustrato anfifílico divide del ambiente acuoso intracelular a la bicapa lipídica adyacente, donde se une con el transportador. Con la hidrólisis del ATP, el complejo transportadorsustrato cambia de conformación y el sustrato es liberado hacia la región externa de la bicapa; luego, el sustrato se divide en el compartimiento extracelular acuoso. Se supone que se hidroliza una molécula de ATP por cada molécula de fármaco transportada. Con la disociación de los productos de la hidrólisis, el transportador regresa a su conformación de cara al interior, lo que permite la unión del ATP y el sustrato para repetir el ciclo (fig. 4–6). Aunque algunos transportadores de la superfamilia ABC solo contienen un motivo ABC, forman homodímeros (BCRP/ABCG2) o heterodímeros (ABCG5 y ABCG8) que muestran una función de transporte. Figura 4–6 Modelo de función de transportador ABC. El transportador acepta una molécula de soluto en la superficie de la membrana citoplásmica cuando sus NBD nucleotídicos están cargados por completo con ATP. La hidrólisis secuencial de las moléculas de ATP produce un cambio estérico y conduce a la translocación y liberación del soluto en la superficie exterior de la membrana. El intercambio de ADP por ATP en ambos NBD completa el ciclo y restaura el sistema a fin de que esté listo para transportar otra molécula de soluto. Transportadores SLC La superfamilia SLC de transportadores comprende un grupo diverso que incluye conductos, facilitadores y transportadores activos secundarios (Hediger et al., 2013). Aunque su estructura es diversa, la mayor parte de los transportadores comparten ciertas características estructurales. Por ejemplo, todos tienen dominios transmembrana (TMD), la mayor parte de ellos tiene entre siete y 12 TMD (Garibsingh y Schlessinger, 2019; Pizzagalli et al., 2021). Las estructuras cristalinas revelan que los TMD tienen una seudosimetría y los pliegues de la proteína SLC se incluyen en dos grupos principales, MFS y LeuT. Se han cristalizado varios miembros de la familia SLC2, transportadores de glucosa (GLUT) y se ha visto que tienen pliegues MFS (superfamilia de facilitadores principales). Los transportadores frecuentes de la familia SLC22 también tienen el pliegue MFS, lo que implica que tienen dos seudorrepeticiones de seis TMD. Las dos seudorepeticiones sirven como un mecanismo interruptor basculante que alterna el sitio de unión con el sustrato hacia la superficie intracelular o extracelular de la membrana plasmática (fig. 4–7). Una vez que el sustrato se une con un sitio accesible (p. ej., en el lado extracelular), los TMD cambian, exponen el sitio de unión a la otra superficie y liberan el sustrato. El ciclo de transporte es el Downloaded 20231221 P Your IP isdel 138.97.143.28 siguiente: el sustrato llega 2:4 al sitio de unión sustrato en un lado de la membrana; la unión al sustrato induce cambios estructurales en la proteína Page 11 / 39 CAPÍTULO 4: Transportadores de membrana y respuestas a los fármacos, Kathleen M. Giacomini; Yuichi Sugiyama transportadora, lo que reorienta la abertura del sitio unión al ladoPolicy contrario. El sustrato se disocia del sitio de transporte, lo que permite que otro ©2023 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms ofde Use • Privacy • Notice • Accessibility sustrato se una y sea transportado en el sentido opuesto. Este mecanismo requiere que la unión de diferentes sustratos (los sustratos “de salida” y “de entrada”) sea mutuamente excluyente; es decir, existe un solo sitio de unión que se reorienta. Otro plegamiento frecuente es el pliegue LeuT, que et al., 2021). Las estructuras cristalinas revelan que los TMD tienen una seudosimetría y los pliegues de la proteína SLC se incluyen en dos grupos DE EL UES principales, MFS y LeuT. Se han cristalizado varios miembros de la familia SLC2, transportadores de glucosaUNIVERSIDAD (GLUT) y se ha visto queSALVADOR tienen pliegues Provided by: MFS (superfamilia de facilitadores principales). Los transportadores frecuentes de la familia SLC22 tambiénAccess tienen el pliegue MFS, lo que implica que tienen dos seudorrepeticiones de seis TMD. Las dos seudorepeticiones sirven como un mecanismo interruptor basculante que alterna el sitio de unión con el sustrato hacia la superficie intracelular o extracelular de la membrana plasmática (fig. 4–7). Una vez que el sustrato se une con un sitio accesible (p. ej., en el lado extracelular), los TMD cambian, exponen el sitio de unión a la otra superficie y liberan el sustrato. El ciclo de transporte es el siguiente: el sustrato llega al sitio de unión del sustrato en un lado de la membrana; la unión al sustrato induce cambios estructurales en la proteína transportadora, lo que reorienta la abertura del sitio de unión al lado contrario. El sustrato se disocia del sitio de transporte, lo que permite que otro sustrato se una y sea transportado en el sentido opuesto. Este mecanismo requiere que la unión de diferentes sustratos (los sustratos “de salida” y “de entrada”) sea mutuamente excluyente; es decir, existe un solo sitio de unión que se reorienta. Otro plegamiento frecuente es el pliegue LeuT, que forma un cúmulo basculante o un poro cerrado (Garibsingh y Schlessinger, 2019; Pizzagalli et al., 2021). Los transportadores de las familias SLC5 y SLC6 tienen el pliegue LeuT, que funciona de una manera un poco distinta al interruptor basculante. En resumen, existen dos seudorrepeticiones de cinco TMD y solo un brazo permite el acceso alternado del sitio de unión a las superficies intracelular o extracelular de la membrana plasmática. El otro brazo es estacionario (fig. 4–7). Los sustratos de SLC incluyen especies iónicas y no iónicas, así como diversos xenobióticos y fármacos. Figura 4–7 Dos modelos de acceso alternado de transporte de membrana. El poro cerrado representa un modelo que incluye dos dominios, un dominio estacionario y uno móvil que experimenta una reorganización semejante a una bisagra para liberar el sustrato en el lado intracelular. El sustrato se muestra como una esfera y el relámpago representa un activador, como el sodio. Este modelo se aplica para algunos transportadores SLC dependientes de sodio. El interruptor basculante representa el modelo por el cual funcionan las proteínas de la superfamilia facilitadora principal (MFS), como Lac Y. Este ejemplo describe el transporte facilitado de glucosa por GLUT2. TRANSPORTE VECTORIAL El transporte asimétrico a través de una monocapa de células polarizadas, como las epiteliales y endoteliales de los capilares cerebrales, se denomina transporte vectorial (fig. 4–8). Este transporte es importante para la absorción de nutrientes y ácidos biliares en el intestino, así como en la absorción intestinal de los fármacos (de la sangre hacia la luz). El transporte vectorial desempeña una función muy importante en la excreción hepatobiliar y urinaria de los fármacos de la sangre hacia la luz. Además, se necesita transporte vectorial para la salida de fármacos procedentes del encéfalo a través de las células endoteliales cerebrales y las células epiteliales del plexo coroideo. Los transportadores ABC median solo el flujo unidireccional, en tanto que los transportadores SLC median la captación o la salida de fármacos. En cuanto a los compuestos lipófilos con permeabilidad de membrana suficiente, los transportadores ABC solos pueden realizar el transporte vectorial sin la ayuda de transportadores de entrada. Con aniones y cationes orgánicos relativamente hidrófilos, se necesitan transportadores coordinados de captación y salida en las membranas plasmáticas polarizadas a fin de lograr el movimiento vectorial de solutos a través de un epitelio. Una configuración típica implica un transportador activo primario o secundario en una membrana y un transportador pasivo en la otra. Los sustratos comunes de transportadores coordinados se transfieren con eficiencia a través de la barrera epitelial. Figura 4–8 Flujo transepitelial y transendotelial. El flujo transepitelial o transendotelial de fármacos necesita diferentes transportadores en las dos superficies de la barrera epitelial o endotelial. Este diagrama representa el transporte por el intestino delgado (absorción), el riñón y el hígado (eliminación) y los capilares cerebrales que constituyen la barrera hematoencefálica. Downloaded 20231221 2:4 P Your IP is 138.97.143.28 CAPÍTULO 4: Transportadores de membrana y respuestas a los fármacos, Kathleen M. Giacomini; Yuichi Sugiyama ©2023 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use • Privacy Policy • Notice • Accessibility Page 12 / 39 Figura 4–8 UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR UES Flujo transepitelial y transendotelial. El flujo transepitelial o transendotelial de fármacos necesita diferentes transportadores en las dos superficies de Access Provided by: la barrera epitelial o endotelial. Este diagrama representa el transporte por el intestino delgado (absorción), el riñón y el hígado (eliminación) y los capilares cerebrales que constituyen la barrera hematoencefálica. En el hígado se localizan en la membrana sinusoidal (hacia la sangre) varios transportadores con diferentes especificidades de sustrato. Estos transportadores participan en la captación de ácidos biliares, aniones orgánicos anfipáticos y cationes orgánicos hidrófilos hacia el interior de los hepatocitos. De manera similar, transportadores ABC en la membrana canalicular llevan estos compuestos hacia la bilis. Múltiples combinaciones de transportadores para la captación (OATP1B1, OATP1B3, OATP2B1) y para la salida (MDR1, MRP2 y BCRP) participan en el transporte transcelular eficiente de una gran variedad de compuestos en el hígado mediante el uso de un sistema celular modelo denominado “células con transfección doble” que expresa tanto el transportador de captación como el de salida a ambos lados. En muchos casos, la superposición de especificidades de sustratos entre transportadores de captación (familia OATP) y transportadores de salida (familia MRP) hace que el transporte vectorial de los aniones orgánicos sea muy eficiente. También hay sistemas de transporte similares en el intestino, túbulos renales y células endoteliales de los capilares cerebrales (fig. 4–8). Es posible regular en forma transcripcional la expresión de transportadores en respuesta a un tratamiento farmacológico y estados fisiopatológicos, lo que da por resultado la inducción o disminución del ácido ribonucleico mensajero (mRNA, messenger ribonucleic acid) de los transportadores. Estudios recientes describen funciones importantes de los receptores nucleares tipo II que forman heterodímeros con el receptor para ácido 9cis retinoico (RXR) en la regulación de enzimas que metabolizan fármacos y transportadores (cuadro 5–4, figs. 3–23, 5–13 y 5–14; véase también Urquhart et al., 2007). Tales receptores incluyen PXR (NR1I2), CAR (NR1I3), FXR (NR1H4), PPARα y RAR. Excepto por CAR, todos son receptores nucleares activados por ligando que, como los heterodímeros con RXR, se unen con elementos específicos en las regiones intensificadoras de los genes de interés. CAR tiene actividad transcripcional constitutiva antagonizada por agonistas inversos, como el androstenol y el androstanol e inducida por los barbitúricos. PXR, también llamado SXR en los seres humanos, se activa por esteroides sintéticos y endógenos, ácidos biliares y fármacos, como clotrimazol, fenobarbital, rifampicina, sulfinpirazona, ritonavir, carbamazepina, fenitoína, sulfadimidina, paclitaxel e hiperforina (un constituyente de la hierba de San Juan) (Guo y Zhou, 2015). La potencia de los activadores de PXR varía entre las especies, por lo que es probable que los roedores no sean un modelo para los efectos en seres humanos. Existe una superposición de sustratos entre CYP3A4 y Pgp; además, PXR media la inducción conjunta de CYP3A4 y Pgp, lo que sustenta su sinergia en la desintoxicación eficiente. Estudios recientes en hepatocitos humanos tratados con un activador de PXR sugirieron que los niveles de expresión de las enzimas de la familia CYP aumentan mucho más que los de transportadores de las familias SLC o ABC (Smith et al., 2014). En el cuadro 4–1 se resumen los efectos de la activación farmacológica de los receptores nucleares tipo II en la expresión de los transportadores (Amacher, 2016). CUADRO 4–1 Regulación de la expresión de transportadores mediados por receptores nucleares en seres humanos Transportador Factor de transcripción Ligando Efecto MDR1 (Pgp) PXR Rifampicina ↑ Actividad transcripcional ↑ Expresión en duodeno ↓ Biodisponibilidad oral de digoxina ↓ AUC del talinolol ↑ Expresión en hepatocito primario Downloaded 20231221 2:4 P Your IP is 138.97.143.28 Hierba de San Juan Expresión en duodeno CAPÍTULO 4: Transportadores de membrana y respuestas a los fármacos, Kathleen M. Giacomini; ↑Yuichi Sugiyama ©2023 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use • Privacy Policy • Notice • Accessibility ↓ Biodisponibilidad oral de digoxina Page 13 / 39 ↓ Biodisponibilidad oral de digoxina UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR UES Access Provided by: ↓ AUC del talinolol ↑ Expresión en hepatocito primario Hierba de San Juan ↑ Expresión en duodeno ↓ Biodisponibilidad oral de digoxina MRP2 BCRP CAR Fenobarbital ↓ Expresión en hepatocito primario PXR Rifampicina ↑ Expresión en duodeno Rifampicina/hiperforina ↑ Expresión en hepatocito primario FXR GW4064/ quenodesoxicolato ↑ Expresión en HepG2FXR CAR Fenorbarbital ↑ Expresión en hepatocito PXR ↑ Expresión en hepatocito primario CAR MRP3 PXR Rifampicina ↑ Expresión en hepatocito OATP1B1 SHP1 Ácido cólico Efecto indirecto en HNF1α PXR Rifampicina ↑ Expresión en hepatocito FXR Quenodesoxicolato ↑ Expresión en hepatocito FXR Quenodesoxicolato ↑ Expresión en células de hepatoma PXR Rifampicina ↓ Expresión en hepatocito PXR Rifampicina ↓ Expresión en hepatocito HNF4α Berberina ↑ Expresión en hepatocito BSEP FXR Quenodesoxicolato ↑ Actividad de trascripción OSTα/β FXR Quenodesoxicolato/ GW4064 ↑ Actividad de trascripción Quenodesoxicolato ↑ Expresión en biopsias ileales OATP1B3 OCT1 CAR, receptor constitutivo para androstano; FXR, receptor farnesoide X; HNF1α, factor nuclear 1α del hepatocito; PXR, receptor pregnano X; SHP1, componente pequeño del heterodímero 1. La metilación del ácido desoxirribonucleico (DNA, deoxyribonucleic acid) es un mecanismo subyacente al control epigenético de la expresión génica. Hay informes de que la expresión hística selectiva de los transportadores se logra mediante la metilación del DNA (se inactiva en los tejidos sin los transportadores), así como por la transactivación en los tejidos que expresan los transportadores. Los transportadores sometidos a control epigenético en el hígado y el riñón incluyen OATP1B1, OATP1B3, OCT2, OAT1 y OAT3. Otros transportadores que están sujetos a la regulación epigenética en diversas líneas celulares incluyen MDR1 y BCRP en la superfamilia ABC y OCT1, OCT3 y OCTN2 en la familia SLC22 (Hirota et al., 2017). Downloaded 20231221 2:4 P Your IP is 138.97.143.28 CAPÍTULO 4: Transportadores membrana y respuestas a los fármacos, Kathleen M. Giacomini; Yuichi Sugiyama SUPERFAMILIAS DE de TRANSPORTADORES EN EL GENOMA HUMANO ©2023 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use • Privacy Policy • Notice • Accessibility La superfamilia SLC Page 14 / 39 La metilación del ácido desoxirribonucleico (DNA, deoxyribonucleic acid) es un mecanismo subyacente al control epigenético de la expresión génica. UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR UES Hay informes de que la expresión hística selectiva de los transportadores se logra mediante la metilación del DNA (se inactiva en los tejidos sin los Access Provided by: transportadores), así como por la transactivación en los tejidos que expresan los transportadores. Los transportadores sometidos a control epigenético en el hígado y el riñón incluyen OATP1B1, OATP1B3, OCT2, OAT1 y OAT3. Otros transportadores que están sujetos a la regulación epigenética en diversas líneas celulares incluyen MDR1 y BCRP en la superfamilia ABC y OCT1, OCT3 y OCTN2 en la familia SLC22 (Hirota et al., 2017). SUPERFAMILIAS DE TRANSPORTADORES EN EL GENOMA HUMANO La superfamilia SLC La superfamilia SLC incluye 65 familias y representa cerca de 458 genes del genoma humano, cuyos productos son proteínas que abarcan toda la membrana, algunas de ellas relacionadas con enfermedades genéticas (cuadro 4–2) (Pizzagalli et al., 2021). Varios sustratos, incluidos iones inorgánicos y orgánicos, interactúan con transportadores SLC. Son transportadores muy selectivos que interactúan con moléculas de estructura similar, como los transportadores de la familia SLC6 que interactúan con monoaminas específicas, incluidas dopamina (DAT, SLC6A2) y noradrenalina (NET, SLC6A3). Por otra parte, existen transportadores que aceptan una amplia variedad de sustratos de diversos tipos químicos, como los transportadores de iones orgánicos de la familia SLC22. A diferencia de los transportadores ABC que dependen de la hidrólisis del ATP para trasladar de manera activa sus sustratos, los transportadores SLC son en su mayor parte facilitadores, aunque algunos son transportadores activos secundarios (fig. 4–4). El conocimiento de la superfamilia SLC continúa en crecimiento; desde la edición anterior de esta obra se han identificado 13 nuevas familias SLC, que representan 63 genes. CUADRO 4–2 Superfamilia de transportadores de solutos en seres humanos Sustratos Gen Familia farmacológicos seleccionados SLC1 Transportadores de glutamato y aminoácidos Ejemplos de enfermedades relacionadas en el ser humano Aminoaciduria dicarboxílica neutros de bajaKm SLC2 Transportador facilitador de GLUT SLC3 Subunidades pesadas de los transportadores de Síndrome de FanconiBickel Melfalán Cistinuria clásica tipo I aminoácidos heteroméricos SLC4 Transportador de bicarbonato SLC5 Cotransportador de Na+ y glucosa Dapagliflozina Síndrome de malabsorción de glucosa y galactosa SLC6 Transportador de neurotransmisores dependiente Paroxetina, fluoxetina Síndrome de deficiencia cerebral de creatina Intolerancia a la proteína lisinúrica Acidosis tubular renal distal de Na+ y Cl− SLC7 Transportador de aminoácidos catiónicos Melfalán SLC8 Intercambiador de Na+/Ca2+ Dimetilarginina asimétrica SLC9 Intercambiador de Na+/H+ Diuréticos tiazídicos Nefrolitiasis hipofosfatémica SLC10 Cotransportador de Na+ y sales biliares Benzodiazepina Malabsorción de sales biliares SLC11 Transportador de iones metálicos acoplados a H+ Hemocromatosis hereditaria SLC12 Familia de cotransportadores de cationes Síndrome de Gitelman electroneutrosCl− Downloaded 2:4 PdeYour IP is 138.97.143.28 + SLC13 20231221 Cotransportador sulfato/carboxilatoNa Sulfato, conjugados de CAPÍTULO 4: Transportadores de membrana y respuestas a los fármacos, Kathleen M. Giacomini; Yuichi Sugiyama cisteína ©2023 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use • Privacy Policy • Notice • Accessibility SLC14 Transportador de urea Grupo sanguíneo de antígeno Kidd Page 15 / 39 SLC11 Transportador de iones metálicos acoplados a H+ Hemocromatosis hereditaria SLC12 Familia de cotransportadores de cationes Síndrome de Gitelman UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR UES Access Provided by: electroneutrosCl− SLC13 Cotransportador de sulfato/carboxilatoNa+ Sulfato, conjugados de cisteína SLC14 Transportador de urea SLC15 Cotransportador de H+oligopéptidos Valaciclovir SLC16 Transportador de monocarboxilato Salicilato, T3/T4, Grupo sanguíneo de antígeno Kidd Hipoglucemia hiperinsulinémica familiar 7 atorvastatina SLC17 Transportador de glutamato vesicular SLC18 Transportador de aminas vesiculares Reserpina Síndromes miasténicos SLC19 Transportador de folato/tiamina Metotrexato Anemia que responde a tiamina SLC20 Cotransportador de fosfatoNa+ tipo III SLC21 Transportador de aniones orgánicos Pravastatina Síndrome de Rotor, hiperbilirrubinemia SLC22 Transportador de iones orgánicos Pravastatina, metformina Deficiencia sistémica primaria de carnitina SLC23 Transportador de ascorbato dependiente de Na+ Vitamina C SLC24 Intercambiador de Na+/(Ca2+K+) Ceguera nocturna estacionaria congénita tipo 1D SLC25 Transportador mitocondrial Miocardiopatía hipertrófica familiar SLC26 Intercambiador multifuncional de aniones SLC27 Transportador de ácidos grasos SLC28 Transportador de nucleósidos acoplado a Na+ Gemcitabina, cladribina SLC29 Transportador facilitado de nucleósidos Dipiridamol, gemcitabina SLC30 Salida de cinc SLC31 Transportador de cobre Cisplatino SLC32 Transportador vesicular de aminoácidos inhibitorios Vigabatrina SLC33 Transportador de acetilCoA Cataratas congénitas SLC34 Cotransportador de Na+fosfato tipo II Raquitismo hipofosfatémico SLC35 Transportador de nucleósidoscarbohidrato Deficiencia de adhesión leucocítica tipo II SLC36 Transportador de aminoácidos acoplado a H+ Enfermedad por almacenamiento de ácido siálico (SLCO) Salicilato, ciprofloxacina Displasia epifisaria múltiple 4 Síndrome de ictiosis y prematuridad Hipermanganesemia con distonía dserina, cicloserina Iminoglicinuria Downloaded 2:4 Pde Your IP is 138.97.143.28 SLC37 20231221 Intercambiador azúcarfosfato/fosfato Glucogenosis CAPÍTULO 4: Transportadores de membrana y respuestas a los fármacos, Kathleen M. Giacomini; Yuichi Sugiyama ©2023 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use • Privacy Policy • Notice • Accessibility SLC38 Transportador de aminoácidos acoplado a Na+ Page 16 / 39 UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR UES SLC35 Transportador de nucleósidoscarbohidrato SLC36 Transportador de aminoácidos acoplado a H+ SLC37 Intercambiador de azúcarfosfato/fosfato SLC38 Transportador de aminoácidos acoplado a Na+ SLC39 Transportador de iones metálicos Acrodermatitis enteropática SLC40 Transportador basolateral de hierro Hemocromatosis tipo IV SLC41 Transportador de magnesio similar a MgtE SLC42 Rh amonio T SLC43 Transportador de aminoácidos similar al sistema L Deficiencia de adhesión leucocítica tipo II Access Provided by: dserina, cicloserina Iminoglicinuria Glucogenosis Regulador de Rh nulo Riboflavina Albinismo oculocutáneo tipo 4 independiente de Na+ SLC44 Familia de transportadores similares a colina Neurodegeneración de inicio en la infancia con ataxia, atrofia óptica y alteración cognitiva, CONATOC SLC45 Familia del cotransportador de H+/carbohidrato Variación en la pigmentación de piel, pelo, ojos SLC46 Familia del transportador de folato Malabsorción de folato SLC47 Familia de extrusión de múltiples fármacos y toxinas (MATE) SLC48 Familia del transportador de hem SLC49 Familia del transportador relacionado con FLVCR SLC50 Transportadores de salida de carbohidratos SLC51 Transportadores de moléculas derivadas de esteroides SLC52 Familia del transportador de la riboflavina Deficiencia de riboflavina, síndrome de BrownVialetto Van Laere SLC53 Portadores de fosfato SLC54 Portadores de piruvato mitocondrial SLC55 Intercambiadores mitocondriales de catión/protón SLC56 Sideroflexinas SLC57 Familia del transportador de magnesio semejante a NiPA SLC58 Familia del transportador de magnesio semejante a MagT SLC59 Familia de cotransportadores unidireccionales de Downloaded 20231221 2:4 P Your IP is 138.97.143.28 lisofosfatidilcolinade dependientes CAPÍTULO 4: Transportadores membranadeysodio respuestas a los fármacos, Kathleen M. Giacomini; Yuichi Sugiyama ©2023 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use • Privacy Policy • Notice • Accessibility SLC60 Transportadores de glucosa Page 17 / 39 NiPA UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR UES SLC58 Familia del transportador de magnesio semejante a Access Provided by: MagT SLC59 Familia de cotransportadores unidireccionales de lisofosfatidilcolina dependientes de sodio SLC60 Transportadores de glucosa SLC61 Familia del transportador de molibdato SLC62 Transportadores de pirofosfato SLC63 Transportadores de esfingosinafosfato SLC64 Intercambiadores de Ca2+/H+ de Golgi SLC65 Transportadores de colesterol tipo NPC aa, aminoácido; Exch, intercambiador; T, transportador; T3/T4, hormona tiroidea. Los roles fisiológicos de los transportadores SLC son importantes y diversos. Por ejemplo, los transportadores de las familias SLC1, SLC3, SLC6, SLC7, SLC25 y SLC36, que se expresan en el intestino y el riñón, entre otros órganos, transportan diversos aminoácidos críticos para la síntesis de proteínas y para la homeostasis energética. La glucosa y otros azúcares interactúan con los transportadores de las familias SLC2, SLC5 y SLC50 para la absorción, eliminación y distribución celular. Las proteínas de las familias SLC11, SLC30, SLC39 y SLC40 transportan zinc, hierro y otros metales. Los miembros de las familias SLC19, SLC46 y SLC52 transportan vitaminas hidrosolubles. Los transportadores de la familia SLC6 desplazan neurotransmisores a través de la membrana plasmática; los integrantes de la familia SLC18 transportan neurotransmisores hacia las vesículas de almacenamiento. Desde el punto de vista farmacológico, los transportadores SLC se han caracterizado por su función en la absorción, eliminación y distribución hística de los fármacos, además de ser mediadores de las interacciones farmacológicas. Resulta notable que los transportadores de la familia de aniones orgánicos portadores de soluto (SLCO, solute carrier organic anion) interactúan con diversos sustratos, incluidos estatinas y fármacos antidiabéticos. Los transportadores de la familia SLC22 interactúan con fármacos aniónicos y catiónicos, incluidos muchos antibióticos y antivirales, para mediar la secreción renal activa. Los transportadores SLC son proteínas de interés cada vez más frecuentes para el tratamiento de las enfermedades humanas. Más de 100 transportadores SLC se relacionan con trastornos monógenos, por tanto, pueden ser un sitio útil de acción en el tratamiento de enfermedades raras (Lin et al., 2015). Varios trastornos monógenos relacionados con mutaciones en los transportadores SLC se descubren en los programas de detección neonatal, incluida la deficiencia de transportador de carnitina, un trastorno autosómico recesivo causado por mutaciones en SLC22A5 (OCTN2). Muchos polimorfismos de un solo nucleótido (SNP, single nucleotide polymorphism) en los transportadores SLC han alcanzado un nivel de relevancia importante en estudios que buscan la relación entre la enfermedad humana y el genoma. De manera notable, los polimorfismos en SLC30A8 se relacionan con diabetes mellitus tipo 1 y los polimorfismos en SLC22A4 y SLC22A5 se relacionan con enfermedad intestinal inflamatoria. Un estimado de 30% de los transportadores SLC en el genoma humano permanece huérfano; esto significa que ellos o sus ortólogos de especie directa no tienen sustratos conocidos. Los esfuerzos recientes en la biología de los transportadores se enfocan en descubrir los sustratos de estos transportadores y varios estudios han tenido éxito: se descubrió que SLC22A24 transporta conjugados de esteroides y participa en la homeostasis esteroidea; SLC22A15 es un transportador de zwitterión que transporta zwitteriones endógenos y xenobióticos como la ergotioneína y la gabapentina (Yee et al., 2019, 2020). Superfamilia ABC Los siete grupos de transportadores ABC son esenciales para muchos procesos celulares; las mutaciones en al menos 13 de los genes de los transportadores ABC causan o contribuyen a trastornos genéticos en el ser humano (cuadro 4–3) (Arana y Altenberg, 2019). Además de conferir resistencia a múltiples fármacos, un aspecto farmacológico importante de estos transportadores es la exportación de xenobióticos procedentes de los tejidos sanos. En particular, MDR1/ABCN1, MRP2/ABCC2 y BCRP/ABCG2 participan en la disposición farmacológica general. CUADRO 4–3 Superfamilia de casetes de unión de ATP (ABC) Downloaded 20231221 2:4 P Your IP is 138.97.143.28 CAPÍTULO 4: Transportadores de membrana y respuestas a los fármacos, Kathleen M. Giacomini; Yuichi Sugiyama N ú m eReserved. ro ©2023 McGraw Hill. All Rights Terms of Use • Privacy Policy • Notice • Accessibility Gen Familia de miembros Ejemplos de enfermedades relacionadas en el ser humano Page 18 / 39 Los siete grupos de transportadores ABC son esenciales para muchos procesos celulares; las mutaciones en al menos 13 de los genes de los UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR UES transportadores ABC causan o contribuyen a trastornos genéticos en el ser humano (cuadro 4–3) (Arana y Altenberg, 2019). Además de conferir Access Provided by: resistencia a múltiples fármacos, un aspecto farmacológico importante de estos transportadores es la exportación de xenobióticos procedentes de los tejidos sanos. En particular, MDR1/ABCN1, MRP2/ABCC2 y BCRP/ABCG2 participan en la disposición farmacológica general. CUADRO 4–3 Superfamilia de casetes de unión de ATP (ABC) Número Gen Familia de Ejemplos de enfermedades relacionadas en el ser humano miembros ABCA ABC A 12 Enfermedad de Tangier (defecto en el transporte del colesterol; ABCA1), síndrome de Stargardt (defecto en el metabolismo del retinal; ABCA4) ABCB ABC B 11 Síndrome de linfocitos desnudos tipo I (defecto en la presentación de antígeno; ABCB3 y ABCB4), colestasis intrahepática progresiva familiar tipo 3 (defecto en la secreción de lípidos biliares; MDR3/ ABCB4), anemia sideroblástica con ataxia ligada al cromosoma X (posible defecto en la homeostasis mitocondrial del hierro; ABCB7), colestasis intrahepática familiar progresiva tipo 2 (defecto en la excreción biliar de ácidos biliares; BSEP/ABCB11). ABCC ABC C 13 Síndrome de DubinJohnson (defecto en la excreción biliar de glucurónido de bilirrubina; MRP2/ ABCC2), seudoxantoma (mecanismo desconocido; ABCC6), fibrosis quística (defecto en la regulación de los conductos del cloro; ABCC7), hipoglucemia hiperinsulinémica persistente de la infancia (defecto en la regulación de la conductancia rectificadora de potasio hacia el interior de potasio en células B pancreáticas; SUR1/ABCC8) ABCD ABC D 4 Adrenoleucodistrofia (un posible defecto en el transporte o catabolismo peroxisómico de ácidos grasos de cadena muy larga; ABCD1) ABCE ABC E 1 ABCF ABC F 3 ABCG ABC G 5 Sitosterolemia (defecto en la excreción biliar e intestinal de fitoesteroles; ABCG5 y ABCG8) Distribución hística de transportadores ABC relacionada con fármacos El cuadro 4–4 resume la distribución de los transportadores ABC humanos relacionados con fármacos en los tejidos participantes en la absorción, eliminación o distribución de fármacos, junto con información sobre sus sustratos típicos. MDR1 (ABCB1), MRP2 (ABCC2) Y BCRP (ABCG2) se expresan en la cara apical del epitelio intestinal, donde sirven para expulsar xenobióticos, lo que incluye muchos fármacos administrados por vía oral. MRP3 (ABCC3) se expresa en la cara basal de las células epiteliales. CUADRO 4–4 Transportadores ABC que participan en la absorción, distribución y excreción de fármacos NOMBRE Distribución en los SUSTRATOS tejidos MDR1 Características: compuestos neutros o catiónicos voluminosos (muchos xenobióticos) Etopósido, doxorrubicina, vincristina; diltiazem, (ABCB1) verapamilo; indinavir, ritonavir, eritromicina, ketoconazol; testosterona, progesterona; ciclosporina, tacrolimús; digoxina, quinidina, Hígado, riñón, fexofenadina, loperamida intestino, BBB, BTB, BPB Downloaded 20231221 2:4 P Your IP is 138.97.143.28 Page 19 / 39 CAPÍTULO 4: Transportadores de membrana y respuestas a los fármacos, Kathleen M. Giacomini; Yuichi Sugiyama Características: anfífilos con carga negativa vincristina (con GSH), metotrexato; conjugado GSH de LTC4, ácido etacrínico; glucurónido ©2023MRP1 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use • Privacy Policy • Notice • Accessibility (ABCC1) Ubicuo de estradiol, bilirrubina; 3sulfato de estrona; saquinavir; grepafloxacina; folato, GSH, GSSG. MDR1 UNIVERSIDAD EL SALVADOR Características: compuestos neutros o catiónicos voluminosos (muchos xenobióticos) Etopósido, doxorrubicina,DE vincristina; diltiazem, UES (ABCB1) Access Provided by: digoxina, quinidina, verapamilo; indinavir, ritonavir, eritromicina, ketoconazol; testosterona, progesterona; ciclosporina, tacrolimús; Hígado, riñón, fexofenadina, loperamida intestino, BBB, BTB, BPB MRP1 Características: anfífilos con carga negativa vincristina (con GSH), metotrexato; conjugado GSH de LTC4, ácido etacrínico; glucurónido (ABCC1) de estradiol, bilirrubina; 3sulfato de estrona; saquinavir; grepafloxacina; folato, GSH, GSSG. Ubicuo MRP2 Características: anfífilos de carga negativa Metotrexato, vincristina; conjugados GSH de LTC4, ácido etacrínico; glucurónidos de (ABCC2) estradiol, bilirrubina; sulfato de taurocolato; estatinas, antagonistas de los receptores AngII, temocaprilato; indinavir, ritonavir; GSH, Hígado, riñón, GSSG intestino, BPB MRP3 Características: anfífilos de carga negativa Etopósido, metotrexato; conjugados GSH de LTC4, PGJ2; glucurónidos de estradiol, (ABCC3) etopósido, morfina, paracetamol, himecromona, harmol; conjugados de sulfatos de sales biliares; glucocolato, taurocolato; folato; ácido Hígado, riñón, folínico. intestino MRP4 Características: análogos de nucleótidos 6mercaptopurina, metotrexato; glucurónido de estradiol; sulfato de (ABCC4) dehidroepiandrosterona; AMP/GMP cíclico; furosemida, triclorometiazida; adefovir, tenofovir; cefazolina, ceftizoxima; folato, ácido folínico, Ubicuo, taurocolato (con GSH). incluso BBB y BCSFB MRP5 Características: análogos de nucleótidos 6mercaptopurina; AMP/GMP cíclico; adefovir (ABCC5) Ubicuo MRP6 Características: doxorrubicina,b etopósido,b conjugado GSH de LTC4; BQ123 (antagonista de pentapéptido cíclico en el receptor ETA (ABCC6) para endotelina) Hígado, riñón BCRP(MXR) Características: compuestos neutros y aniónicos. Metotrexato, mitoxantrona, camptotecinas, SN38, topotecán, imatinib; glucurónidos (ABCG2) de 4metilumbeliferona, estradiol; conjugados de sulfato de dehidroepiandrosterona, estrona; nitrofurantoína, fluoroquinolonas; Hígado, pitavastatina, rosuvastatina; colesterol, estradiol, dantroleno, prazosina, sulfasalazina, ácido úrico, alopurinol, oxipurinol intestino, BBB MDR3 Características: fosfolípidos (ABCB4) Hígado BSEP Características: sales biliares (ABCB11) Hígado ABCG5, Características: esteroles vegetales ABCG8 Hígado, intestino a La distribución hística se refiere a los tejidos que participan en la absorción, distribución y eliminación del fármaco. b Indica sustratos y fármacos resistencia (la citotoxicidad con incremento de la resistencia casi siempre se debe a la acumulación del fármaco). Downloaded 20231221 2:4citotóxicos P Your con IP ismayor 138.97.143.28 Page 20 / 39 Aunque MDR3 (ABCB4), BSEP (ABCB11), ABCG5 y ABCG8 no participan de manera directa en la disposición de fármacos, inhibición tiene efectos secundarios CAPÍTULO 4: Transportadores de membrana y respuestas a los fármacos, Kathleen M. Giacomini; YuichisuSugiyama ©2023 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use • Privacy Policy • Notice • Accessibility desfavorables. Los transportadores ABC son fundamentales para la excreción vectorial de los fármacos en la orina o bilis y se expresan en los tejidos polarizados de intestino UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR UES Access Provided by: a La distribución hística se refiere a los tejidos que participan en la absorción, distribución y eliminación del fármaco. b Indica sustratos y fármacos citotóxicos con mayor resistencia (la citotoxicidad con incremento de la resistencia casi siempre se debe a la acumulación del fármaco). Aunque MDR3 (ABCB4), BSEP (ABCB11), ABCG5 y ABCG8 no participan de manera directa en la disposición de fármacos, su inhibición tiene efectos secundarios desfavorables. Los transportadores ABC son fundamentales para la excreción vectorial de los fármacos en la orina o bilis y se expresan en los tejidos polarizados de los riñones e hígado: MDR1, MRP2 y MRP4 (ABCC4) en la membrana del borde en cepillo del epitelio renal; MDR1, MRP2 y BCRP en la membrana canalicular biliar de los hepatocitos; MRP3 y MRP4 en la membrana sinusoidal de los hepatocitos. Algunos transportadores ABC se expresan de manera específica en el lado luminal de las células endoteliales o en las epiteliales, donde forman barreras para la entrada libre de compuestos tóxicos a los tejidos: la barrera hematoencefálica (MDR1 y MRP4 en el lado luminal de las células endoteliales de los capilares cerebrales), el MRP1 en la barrera hematorraquídea (sangrelíquido cefalorraquídeo), el MRP4 en el lado hemático basolateral del epitelio del plexo coroideo, el MRP1 en la membrana basolateral de la barrera hematotesticular de las células de Sertoli del ratón y MDR1 en varios tipos de células del testículo humano y en la barrera hematoplacentaria: MDR1, MRP2 y BCRP en el lado materno luminal y MRP1 en el lado fetal antiluminal de los trofoblastos placentarios. BCRP se expresa en la membrana apical del epitelio de la glándula mamaria y experimenta una inducción intensa durante la lactancia. Familia MRP/ABCC Los sustratos de los transportadores de la familia MRP/ABCC son en su mayor parte aniones orgánicos (cuadro 4–4). Tanto MRP1 como MRP2 aceptan conjugados de glutatión y glucurónido, conjugados sulfatados de ácidos biliares y aniones orgánicos no conjugados de naturaleza anfipática (cuando menos una carga negativa y cierto grado de hidrofobicidad). También transportan fármacos antineoplásicos neutros o catiónicos, como alcaloides de la vinca y antraciclinas, tal vez por un mecanismo de cotransporte o cotransporte unidireccional con glutatión reducido. El MRP3 también tiene una especificidad de sustrato similar a la de MRP2, pero con una afinidad de transporte menor para conjugados de glutatión que MRP1 y MRP2. MRP3 retorna a la circulación sales biliares tóxicas y glucurónidos de bilirrubina. MRP4 acepta las moléculas con carga negativa, incluidos compuestos citotóxicos (p. ej., 6mercaptopurina y metotrexato), nucleótidos cíclicos, antivirales (p. ej., adefovir y tenofovir), diuréticos (p. ej., furosemida y triclormetiazida) y cefalosporinas (p. ej., ceftizoxima y cefazolina). El glutatión permite a MRP4 aceptar el taurocolato y leucotrieno B4. La especificidad de MRP5 es más reducida por sustratos y acepta fármacos análogos de nucleótidos y algunos fármacos importantes en la clínica contra el virus de inmunodeficiencia humana (VIH). No se han identificado sustratos que expliquen el mecanismo de la enfermedad relacionada con MRP6, el seudoxantoma. BCRP/ABCG2 BCRP reconoce moléculas neutras y con carga negativa, lo que incluye compuestos citotóxicos (p. ej., topotecán, flavopiridol y metotrexato), conjugados sulfatados de fármacos y hormonas (p. ej., sulfato de estrógenos), antibióticos (p. ej., nitrofurantoína y fluoroquinolonas), estatinas (p. ej., pitavastatina y rosuvastatina) y compuestos tóxicos encontrados en alimentos normales [fitoestrógenos, 2amino1metilfenilimidazo[4,5b]piridina (PhIP) y feoforbida A, un catabolito de la clorofila]. Además, se han relacionado variantes genéticas en el transportador con la disposición del ácido úrico, los XOI alopurinol y oxipurinol, hiperuricemia y gota. Actividades fisiológicas de los transportadores ABC La relevancia fisiológica de los transportadores ABC se ilustra de forma amplia en estudios realizados en animales con eliminación génica o de pacientes con defectos genéticos en estos transportadores. Muchos transportadores ABC participan en la disposición de xenobióticos. Por ejemplo, los ratones con deficiencia funcional de MDR1 son viables y fértiles y no presentan anormalidades fenotípicas evidentes aparte de su hipersensibilidad a los efectos tóxicos de los fármacos. También existen datos notables sobre MRP1, MRP4, BCRP y BSEP. Se ha concluido lo siguiente: la ausencia completa de los transportadores ABC relacionados con fármacos no es letal y puede permanecer oculta en ausencia de alteraciones exógenas causadas por alimentos, fármacos o toxinas. Sin embargo, debe evitarse la inhibición de los transportadores ABC más importantes en términos fisiológicos (en especial los que tienen relación directa con las enfermedades genéticas descritas en el cuadro 4–3) para disminuir la incidencia de efectos colaterales farmacológicos. Transportadores ABC en la absorción y eliminación de fármacos Con respecto a la medicina clínica, MDR1 es el transportador ABC más importante identificado hasta ahora. La exposición sistémica a la digoxina oral disminuye con la administración simultánea de rifampicina (un inductor de MDR1) y guarda una relación negativa con la expresión de la proteína MDR1 en el intestino humano. MDR1 también se expresa en la membrana del borde en cepillo del epitelio renal y su función puede vigilarse con el uso Downloaded 20231221 2:4 P Your IP is 138.97.143.28 de digoxina (>70% se excreta en de la orina). Todosylos inhibidores de fármacos, MDR1 (p. ej., quinidina verapamilo,Yuichi valspodar , espironolactona, claritromicina Page 21 /y39 CAPÍTULO 4: Transportadores membrana respuestas a los Kathleen M., Giacomini; Sugiyama ritonavirMcGraw ) reducen mucho la excreción de digoxina Los fármacos conPolicy un intervalo reducido (p. ej., digoxina, ciclosporina, tacrolimús) ©2023 Hill. All Rights Reserved. Terms. of Use • Privacy • Noticeterapéutico • Accessibility deben usarse con mucha cautela si hay posibilidades de que surjan interacciones farmacológicas basadas en MDR1. Transportadores ABC en la absorción y eliminación de fármacos UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR UES Access Provided by: Con respecto a la medicina clínica, MDR1 es el transportador ABC más importante identificado hasta ahora. La exposición sistémica a la digoxina oral disminuye con la administración simultánea de rifampicina (un inductor de MDR1) y guarda una relación negativa con la expresión de la proteína MDR1 en el intestino humano. MDR1 también se expresa en la membrana del borde en cepillo del epitelio renal y su función puede vigilarse con el uso de digoxina (>70% se excreta en la orina). Todos los inhibidores de MDR1 (p. ej., quinidina, verapamilo, valspodar, espironolactona, claritromicina y ritonavir) reducen mucho la excreción de digoxina. Los fármacos con un intervalo terapéutico reducido (p. ej., digoxina, ciclosporina, tacrolimús) deben usarse con mucha cautela si hay posibilidades de que surjan interacciones farmacológicas basadas en MDR1. En el intestino, MRP3 puede mediar la absorción intestinal junto con los transportadores de captación. MRP3 media la salida sinusoidal en el hígado, lo que disminuye la eficacia de la excreción biliar desde la sangre y la excreción de los metabolitos formados dentro de la célula, en particular los conjugados glucurónidos. Por tanto, la disfunción de MRP3 acorta la t½ de eliminación. Los sustratos de MRP4 también pueden transportarse mediante OAT1 y OAT3 en la membrana basolateral de las células epiteliales renales. Es probable que el proceso que restringe la velocidad en la secreción tubular renal sea el proceso de captación en la superficie basolateral. La disfunción de MRP4 incrementa la concentración renal, pero tiene poco efecto en la concentración sanguínea. La BCRP intestinal también tiene una función crucial en la absorción de fármacos y es el sitio de varias interacciones farmacológicas de importancia clínica. Considérese el caso de la administración concurrente de rosuvastatina y ciclosporina. La rosuvastatina es sustrato tanto de BCRP como de OATP1B1 y la ciclosporina los inhibe a ambos. La inhibición de BCRP por la ciclosporina reduce la salida e intensifica la absorción de rosuvastatina en el tubo digestivo, donde la expresión de BCRP es abundante en la membrana apical de los epitelios intestinales. La inhibición de OATP1B1 por la ciclosporina reduce la captación hística de rosuvastatina. El resultado general es un aumento en la concentración plasmática sistémica de rosuvastatina, que puede incrementar la susceptibilidad a la miopatía inducida por estatinas. La eficacia dependerá del efecto neto en la concentración hepática de rosuvastatina, explicado tanto por la concentración más alta en la vena porta (por inhibición de BCRP) como por la menor captación hepática debida a la inhibición de OATP1B1. TRANSPORTADORES QUE INTERVIENEN EN LA FARMACOCINÉTICA Los transportadores farmacológicos tienen una función preponderante en la farmacocinética (fig. 4–1 y cuadro 4–4). Los transportadores en el hígado y los riñones son muy importantes para la eliminación de fármacos de la sangre y por tanto, para su metabolismo y excreción. Transportadores hepáticos La captación hepática de aniones orgánicos (p. ej., fármacos, leucotrienos y bilirrubina), cationes y sales biliares está mediada por los transportadores del tipo SLC en la membrana basolateral (sinusoidal) de los hepatocitos: OATP (SLCO) y OAT (SLC22), OCT (SLC22) y NTCP (SLC10A1), respectivamente. Estos transportadores median la captación por mecanismos de transporte facilitado o transporte activo secundario. Los transportadores ABC como MRP2, MDR1, BCRP, BSEP y MDR3 en la membrana canalicular biliar de los hepatocitos median la salida (excreción) de fármacos y sus metabolitos, sales biliares y fosfolípidos contra un marcado gradiente de concentración del hígado a la bilis. El transporte activo secundario está impulsado por la hidrólisis de ATP. El transporte vectorial de los fármacos de la sangre circulante a la bilis mediante un transportador de captación (familia OATP) y un transportador de salida (MRP2, BCRP, MDR1) es importante para determinar la exposición farmacológica en la sangre circulante y el hígado. Además, hay muchos otros transportadores de captación y salida en el hígado (fig. 4–9). Figura 4–9 Transportadores en el hepatocito que participan en la captación y el flujo de los fármacos a través de la membrana sinusoidal y la salida de los fármacos hacia la bilis a través de la membrana canalicular. Véase el texto para comentarios más amplios de los transportadores que se muestran. Downloaded 20231221 2:4 P Your IP is 138.97.143.28 CAPÍTULO 4: Transportadores de membrana y respuestas a los fármacos, Kathleen M. Giacomini; Yuichi Sugiyama ©2023 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use • Privacy Policy • Notice • Accessibility Page 22 / 39 Figura 4–9 UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR UES Access Provided by: Transportadores en el hepatocito que participan en la captación y el flujo de los fármacos a través de la membrana sinusoidal y la salida de los fármacos hacia la bilis a través de la membrana canalicular. Véase el texto para comentarios más amplios de los transportadores que se muestran. Los siguientes ejemplos ilustran la importancia del transporte vectorial para determinar la exposición farmacológica en la sangre circulante y el hígado y la función de los transportadores en las interacciones farmacológicas. Inhibidores de la HMGCoA reductasa Las estatinas son fármacos que reducen el colesterol y producen inhibición reversible de la HMGCoA reductasa, que cataliza un paso que disminuye la velocidad en la biosíntesis de colesterol (cap. 37). La mayor parte de las estatinas en la forma ácida es sustrato de los transportadores de captación, por lo que son captadas de manera eficiente en el hígado e ingresan a la circulación enterohepática (fig. 4–9). En este proceso, los transportadores de captación hepática como OATP1B1, además de los transportadores de salida, como MRP2, actúan de manera conjunta para producir transporte vectorial transcelular de sustratos dobles. La eficaz captación hepática de primer paso de estas estatinas mediante OATP1B1 les ayuda a ejercer su efecto farmacológico y también reduce al mínimo la distribución sistémica del fármaco, lo que disminuye también los efectos secundarios en el músculo liso. El polimorfismo genético de OATP1B1 también afecta la función de este transportador (Meyer zu Schwabedissen et al., 2015). Fármacos contra el virus de la hepatitis C El tratamiento farmacológico contra el virus de la hepatitis C (HCV, hepatitis C virus) ha tenido grandes avances con el descubrimiento de los antivirales de acción directa. La respuesta virológica sostenida, un indicador del efecto terapéutico, supera 90% y ahora es posible curar las infecciones por hepatitis C (Hong et al., 2020). Varios inhibidores de la proteasa HCV NS3/4A, como simeprevir, glecaprevir y grazoprevir, tienen una farmacocinética no lineal en dosis terapéuticas, al menos en parte debido a la saturación de la captación hepática mediada por OATP1B (Hong et al., 2020; Snoeys et al., 2016). Es posible que la saturación de otros componentes, como los transportadores ABC y las enzimas CYP, también contribuya a la farmacocinética no lineal. La exposición de estos fármacos contra HCV aumenta de manera notoria cuando se administran junto con una dosis única de rifampicina o ciclosporina A, lo que sugiere la presencia de interacciones farmacológicas mediadas por OATP1B (Hong et al., 2020; Snoeys et al., 2016). La probabilidad de interacciones farmacológicas de los compuestos contra HCV es mayor con los inhibidores de la proteasa NS5A que con los inhibidores de la polimerasa NS5B (Hong et al., 2020). La mayor parte de las interacciones farmacológicas con relevancia clínica es predecible con base en las propiedades farmacocinéticas conocidas de los transportadores y enzimas. Los inhibidores de NS5A y los inhibidores de la polimerasa NS5B no son sustratos de OATP1B, pero se sabe que tienen interacciones farmacológicas porque inhiben OATP1B (Hong et al., 2020). Gemfibrozilo, pemafibrato El gemfibrozilo es un activador de los receptores α activados por proliferador del peroxisoma (PPARα) que se usa para reducir las concentraciones de colesterol (cap. 37). El fármaco puede intensificar la toxicidad (miopatía) de varias estatinas con la dosis terapéutica de 600 mg (c/12 h) por un mecanismo que afecta a un transportador (OATP1B) y una enzima metabolizadora de fármacos (CYP2C8). El gemfibrozilo se metaboliza hasta 1Oβ glucurónido de gemfibrozilo. El compuesto original y su glucurónido inhiben la captación de las formas ácidas activas de las estatinas hacia los hepatocitos mediante OATP1B1; por su mecanismo, el glucurónido también es un potente inhibidor de CYP2C8, una enzima que metaboliza estatinas como la cerivastatina. El resultado neto es que la administración concurrente de una estatina y gemfibrozilo aumenta la concentración plasmática de la estatina y un incremento concomitante en su toxicidad. Downloaded 20231221 2:4 P Your IP is 138.97.143.28 Page 23 / 39 Por fortuna, 4: noTransportadores todos los fibratosde causan toxicidad por estos mecanismos. El pemafibrato pertenece a la clase de los fibratos (modulador CAPÍTULO membrana y respuestas a los fármacos, Kathleen M. también Giacomini; Yuichi Sugiyama ©2023 McGraw Hill.yAll Rights Reserved. Terms of Use •superiores Privacy Policy • Notice • Accessibility selectivo de PPARα) tiene perfiles de eficacia y seguridad a los de otros fibratos convencionales debido a su alta selectividad por PPARα. Como el gemfibrozilo, el pemafibrato es sustrato de OATP1B y las enzimas CYP. Sin embargo, el pemafibrato es efectivo en concentraciones plasmáticas muchos menores que el gemfibrozilo y su dosis terapéutica es de 0.1 mg; por tanto, el pemafibrato no aumenta la exposición hística a las colesterol (cap. 37). El fármaco puede intensificar la toxicidad (miopatía) de varias estatinas con la dosis terapéutica de 600 mg (c/12 h) por un EL SALVADOR UES mecanismo que afecta a un transportador (OATP1B) y una enzima metabolizadora de fármacos (CYP2C8). ElUNIVERSIDAD gemfibrozilo seDE metaboliza hasta 1Oβ Access Providedde by: las estatinas hacia los glucurónido de gemfibrozilo. El compuesto original y su glucurónido inhiben la captación de las formas ácidas activas hepatocitos mediante OATP1B1; por su mecanismo, el glucurónido también es un potente inhibidor de CYP2C8, una enzima que metaboliza estatinas como la cerivastatina. El resultado neto es que la administración concurrente de una estatina y gemfibrozilo aumenta la concentración plasmática de la estatina y un incremento concomitante en su toxicidad. Por fortuna, no todos los fibratos causan toxicidad por estos mecanismos. El pemafibrato también pertenece a la clase de los fibratos (modulador selectivo de PPARα) y tiene perfiles de eficacia y seguridad superiores a los de otros fibratos convencionales debido a su alta selectividad por PPARα. Como el gemfibrozilo, el pemafibrato es sustrato de OATP1B y las enzimas CYP. Sin embargo, el pemafibrato es efectivo en concentraciones plasmáticas muchos menores que el gemfibrozilo y su dosis terapéutica es de 0.1 mg; por tanto, el pemafibrato no aumenta la exposición hística a las estatinas (sustratos típicos de OATP1B). Por otra parte, la exposición sanguínea a pemafibrato aumenta más de 10 veces con una dosis única de rifampicina o ciclosporina A, lo que sugiere la presencia de interacciones farmacológicas por inhibición de los OATP1B hepáticos (Park et al., 2021). Irinotecán (CPT11) El clorhidrato de irinotecán (CPT11) es un potente antineoplásico, pero los efectos tóxicos gastrointestinales tardíos, como la diarrea intensa, dificultan su uso seguro. Después de la administración intravenosa, el CPT11 se convierte en SN38, un metabolito activo, por efecto de la carboxiesterasa. SN38 es captado después por OATP1B y se conjuga con ácido glucurónico en el hígado. Después, SN38 y el glucurónido SN38 se excretan a la bilis mediante MRP2, por lo que entra al tubo digestivo y ejerce sus efectos adversos (Toshimoto et al., 2017). La inhibición de la excreción biliar de SN38 y su glucurónido mediada por MRP2 por la administración concurrente de probenecid reduce la diarrea causada por el fármaco en sistemas experimentales y podría ser útil en seres humanos (Horikawa et al., 2002). Para obtener más detalles, véanse las figuras 5–6, 5–8 y 5–9. Bosentán El bosentán es un antagonista de la endotelina que se administra para tratar la hipertensión arterial pulmonar. Es captado en el hígado por OATP1B1 y OATP1B3 y luego se metaboliza por la acción de CYP2C9 y CYP3A4. La captación hepática mediada por el transportador puede ser determinante para la eliminación del fármaco y la inhibición de la captación hepática por la acción de la ciclosporina y rifampicina modifica su farmacocinética. La saturación de la captación hepática mediada por OATP1B explica la farmacocinética no lineal del bosentán después de dosis terapéuticas (Sato et al., 2018). Temocaprilo y otros inhibidores de la ACE El temocaprilo es un inhibidor de la ACE (cap. 30). Su metabolito activo, el temocaprilato, se excreta tanto en la bilis como en la orina por vía hepática y renal, respectivamente, mientras que otros inhibidores de la ACE se excretan en mayor medida por vía renal. Una característica especial del temocaprilo entre los inhibidores de la ACE es que la concentración plasmática del temocaprilato permanece casi sin cambios incluso en pacientes con insuficiencia renal. Sin embargo, el área bajo la curva (AUC, area under the curve) de las concentraciones plasmáticas de enalaprilato y otros inhibidores de la ACE aumenta mucho en pacientes con trastornos renales. El temocaprilato es un sustrato doble de la familia OATP y de MRP2, mientras que otros inhibidores de la ACE no son sustratos adecuados para MRP2 (aunque son captados en el hígado por acción de la familia OATP). Tomando en cuenta estos hallazgos, es probable que la afinidad por MRP2 predomine para determinar la excreción biliar de un conjunto de inhibidores de la ACE. Por tanto, se espera que los fármacos que se excretan tanto en la bilis como en la orina en igual medida muestren diferencias interindividuales mínimas en su farmacocinética. Antagonistas del receptor para angiotensina II Los antagonistas del receptor para angiotensina II se usan en el tratamiento de la hipertensión, actúan en los receptores AT1 expresados en el músculo liso vascular, túbulo proximal, células medulares suprarrenales y en otros sitios. Para la mayor parte de estos fármacos, la captación hepática y la excreción biliar son factores importantes en su farmacocinética y sus efectos farmacológicos. El telmisartán es captado por los hepatocitos humanos por un mecanismo saturable, sobre todo por OATP1B3 (Ishiguro et al., 2006). Por otra parte, los OATP 1B1 y 1B3 explican la captación hepática de valsartán y olmesartán, aunque no están claras las contribuciones relativas de cada transportador. Los estudios que usan células con doble transfección con transportadores de captación hepática y transportadores de excreción biliar han aclarado que MRP2 tiene la función más importante en la excreción biliar de valsartán y olmesartán. Repaglinida, nateglinida y glibenclamida La repaglinida es un análogo del antidiabético meglitinida. Aunque se elimina casi por completo por metabolismo mediado por las CYP2C8 y CYP3A4, la captación hepática mediada por transportador es uno de los determinantes de su tasa de eliminación. En sujetos con OATP1B1 (SLCO1B1) con el Downloaded 20231221 2:4 P un Your IP issignificativo 138.97.143.28 genotipo 521CC e ha observado cambio en la farmacocinética de la repaglinida (Niemi et al., 2005). El polimorfismo genético en Page 24 / 39 CAPÍTULO 4: Transportadores de membrana y respuestas a los fármacos, Kathleen M. Giacomini; Yuichi Sugiyama SLCO1B1 521T>CHill. altera farmacocinética la nateglinida la glibenclamida , lo que sugiere que OATP1B1 es determinante de su eliminación, ©2023 McGraw Allla Rights Reserved. deTerms of Use • yPrivacy Policy • Notice • Accessibility aunque después son metabolizadas por CYP2C9, CYP3A4 y otras (Zhang et al., 2006b). en la excreción biliar de valsartán y olmesartán. Repaglinida, nateglinida y glibenclamida UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR UES Access Provided by: La repaglinida es un análogo del antidiabético meglitinida. Aunque se elimina casi por completo por metabolismo mediado por las CYP2C8 y CYP3A4, la captación hepática mediada por transportador es uno de los determinantes de su tasa de eliminación. En sujetos con OATP1B1 (SLCO1B1) con el genotipo 521CC e ha observado un cambio significativo en la farmacocinética de la repaglinida (Niemi et al., 2005). El polimorfismo genético en SLCO1B1 521T>C altera la farmacocinética de la nateglinida y la glibenclamida, lo que sugiere que OATP1B1 es determinante de su eliminación, aunque después son metabolizadas por CYP2C9, CYP3A4 y otras (Zhang et al., 2006b). Transportadores renales Transporte de cationes orgánicos En el túbulo proximal se secretan cationes orgánicos con estructuras diferentes. Muchos cationes orgánicos secretados son compuestos endógenos (p. ej., colina, Nmetilnicotinamida y dopamina [DA]) y la secreción renal ayuda a eliminar las concentraciones excesivas de estas sustancias. Otra función de la secreción de cationes orgánicos es librar al cuerpo de xenobióticos, entre los cuales se incluyen muchos fármacos con carga positiva, sus metabolitos (p. ej., cimetidina, ranitidina, metformina, vareniclina y trospio) y toxinas del medio ambiente (p. ej., nicotina y paraquat). Los cationes orgánicos que se secretan por vía renal pueden ser hidrófobos o hidrófilos. Los fármacos que son cationes orgánicos hidrófilos por lo general tienen peso molecular < 400 Da; la figura 4–10 muestra un modelo actual de su secreción en el túbulo proximal de la nefrona e incluye a los transportadores descritos a continuación. Figura 4–10 Transportadores secretores de cationes orgánicos en el túbulo proximal. OC, catión orgánico. Véase el texto para obtener los detalles de los transportadores mostrados. Para el flujo transepitelial de un compuesto (p. ej., secreción), este debe cruzar dos membranas, una después de la otra: la membrana basolateral que da hacia la sangre y la membrana apical que da hacia la luz tubular. Los cationes orgánicos parecen cruzar la membrana basolateral en el túbulo proximal humano gracias a dos transportadores diferentes de la familia SLC22: OCT2 (SLC22A2) y OCT3 (SLC22A3). Los cationes orgánicos se transportan a través de esta membrana en favor de un gradiente electroquímico. El transporte de cationes orgánicos de la luz tubular a través de la membrana apical ocurre mediante un intercambio entre un protón electroneutro y un catión orgánico que está mediado por transportadores de la familia SLC47, lo que incluye miembros de la familia de proteínas de extrusión de Downloaded 20231221 2:4 P Your IP is 138.97.143.28 múltiples fármacos y toxinas (MATE). Los transportadores de la familia MATE, asignados a laGiacomini; membranaYuichi apicalSugiyama del túbulo proximal, parecen tener Page 25 una / 39 CAPÍTULO 4: Transportadores de membrana y respuestas a los fármacos, Kathleen M. funciónMcGraw muy importante en el desplazamiento de cationes hidrófilos de la•célula tubular a la luz. Además, los transportadores catiónicos ©2023 Hill. All Rights Reserved. Terms of Use •orgánicos Privacy Policy • Notice Accessibility orgánicos nuevos (OCTN, novel organic cation transporters), situados en la membrana apical, parecen contribuir al flujo de cationes orgánicos a través del túbulo proximal. En los seres humanos, este grupo incluye OCTN1 (SLC22A4) y OCTN2 (SLC22A5). Estos transportadores bifuncionales no da hacia la sangre y la membrana apical que da hacia la luz tubular. Los cationes orgánicos parecen cruzar la membrana basolateral en el túbulo UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR UES proximal humano gracias a dos transportadores diferentes de la familia SLC22: OCT2 (SLC22A2) y OCT3 (SLC22A3). Los cationes orgánicos se Access Provided by: transportan a través de esta membrana en favor de un gradiente electroquímico. El transporte de cationes orgánicos de la luz tubular a través de la membrana apical ocurre mediante un intercambio entre un protón electroneutro y un catión orgánico que está mediado por transportadores de la familia SLC47, lo que incluye miembros de la familia de proteínas de extrusión de múltiples fármacos y toxinas (MATE). Los transportadores de la familia MATE, asignados a la membrana apical del túbulo proximal, parecen tener una función muy importante en el desplazamiento de cationes orgánicos hidrófilos de la célula tubular a la luz. Además, los transportadores catiónicos orgánicos nuevos (OCTN, novel organic cation transporters), situados en la membrana apical, parecen contribuir al flujo de cationes orgánicos a través del túbulo proximal. En los seres humanos, este grupo incluye OCTN1 (SLC22A4) y OCTN2 (SLC22A5). Estos transportadores bifuncionales no solo participan en la secreción de cationes orgánicos, sino también en la reabsorción de carnitina. En el modo de recaptación, los transportadores funcionan como cotransportadores de Na+ y dependen del gradiente de este ion dirigido hacia el interior por la Na+,K+ATPasa para llevar la carnitina de la luz tubular a la célula. En el modo secretor, los transportadores parecen funcionar como intercambiadores de protonescationes orgánicos. Es decir, los protones se desplazan de la luz tubular al interior celular a cambio de los cationes orgánicos, que se desplazan del citosol a la luz tubular. El gradiente protónico entrante (de la luz tubular al citosol) se mantiene por medio de los transportadores de la familia SLC9, que son intercambiadores de Na+/K+ (NHE, cotransportadores bidireccionales). De los dos pasos comprendidos en el transporte secretor, el transporte a través de la membrana luminal parece reducir la velocidad. OCT2 (SLC22A2) Los ortólogos de OCT2 del ser humano, el ratón y la rata se expresan en abundancia en los riñones humanos y en cierta medida en el tejido neuronal, como el plexo coroideo. En los riñones, OCT2 se localiza en el túbulo proximal, en los túbulos distales y los colectores. En el túbulo proximal, OCT2 se limita a la membrana basolateral. El transporte mediado por OCT2 del modelo de cationes orgánicos 1metil4fenilpiridinio (MPP+) y tetraetilamonio (TEA) es electrógeno, y tanto OCT2 como OCT1 pueden mantener el intercambio de catión orgánico por catión orgánico. Por lo regular, OCT2 acepta una amplia variedad de cationes orgánicos monovalentes con peso molecular <400 Da. OCT2 también se encuentra en los tejidos neuronales, pero los neurotransmisores tipo monoaminas tienen baja afinidad por OCT2. OCT3 (SLC22A3). OCT3 se localiza en repeticiones con OCT1 y OCT2 en el cromosoma 6. Los estudios de distribución hística sugieren que el OCT3 humano se expresa en el hígado, riñón, intestino, placenta, músculo estriado y tejido adiposo, aunque en el riñón parece expresarse en mucho menor abundancia que OCT2 y en el hígado es menos abundante que OCT1. Al igual que OCT1 y OCT2, OCT3 parece sostener el transporte de cationes orgánicos sensible al potencial electrógeno. OCT3 participa tanto en la eliminación renal como en la absorción intestinal de metformina. OCTN1 (SLC22A4) Parece que OCTN1 actúa como intercambiador de catión orgánicoprotón. La entrada de modelos de cationes orgánicos mediada por OCTN1 aumenta con un pH alcalino, en tanto que la salida se incrementa por un gradiente protónico que favorece la entrada. OCTN1 contiene un motivo de secuencia para unión con nucleótido y el transporte de sus sustratos parece estimularse con el ATP celular. OCTN1 también puede funcionar como intercambiador de un catión orgánico por otro. OCTN1 funciona como transportador bidireccional dependiente de pH y ATP en la membrana apical de las células epiteliales de los túbulos renales y parece ser importante para el transporte renal de gabapentina. OCTN2 (SLC22A5) OCTN2 es un transportador bifuncional; actúa como transportador de carnitina dependiente de Na+ y como transportador de catión orgánico independiente de Na+. El transporte de cationes orgánicos mediante OCTN2 es sensible al pH, lo que sugiere que puede actuar como intercambiador de cationes orgánicos. El transporte de Lcarnitina mediante OCTN2 es un proceso electrógeno dependiente de Na+. Las mutaciones de OCTN2 pueden resultar en una reabsorción renal insuficiente de carnitina y parecen ser la causa de la deficiencia sistémica primaria de carnitina (Tamai, 2013). MATE1 Y MATE2K (SLC47A1 Y SLC47A2) Los integrantes de la familia de proteínas de extrusión de múltiples fármacos y toxinas MATE1 y MATE2K interactúan con distintos cationes orgánicos hidrófilos, como el antidiabético metformina, el antagonista H2 cimetidina y el antineoplásico topotecán. Además de los compuestos catiónicos, los transportadores también reconocen algunos aniones, como los antivirales aciclovir y ganciclovir. Los zwitteriones cefalexina y cefradina son sustratos específicos de MATE1. El herbicida paraquat, un compuesto de amonio bicuaternario, nefrotóxico para los seres humanos, es un sustrato potente de MATE1. MATE1 y MATE2K se localizaron en la membrana apical del túbulo proximal. MATE1 también se expresa en la membrana canalicular del Downloaded 20231221 2:4 P Your IP is 138.97.143.28 hepatocito, pero no MATE2K. Estos transportadores parecen ser los cotransportadores bidireccionales buscados durante mucho tiempo para Page 26 / 39 CAPÍTULO 4: Transportadores de membrana y respuestas a los fármacos, Kathleen M. Giacomini; Yuichi Sugiyama protones y cationes orgánicos en la membrana apical del túbulo proximal; decir, un gradiente protónico en sentido opuesto puede impulsar el ©2023 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use • Privacy Policy es • Notice • Accessibility movimiento de los cationes orgánicos gracias a MATE1 o MATE2K. Aunque los antibióticos levofloxacina y ciprofloxacina son inhibidores potentes, no experimentan traslocación ni por MATE1 ni por MATE2K. Los integrantes de la familia de proteínas de extrusión de múltiples fármacos y toxinas MATE1 y MATE2K interactúan con distintos orgánicos UNIVERSIDAD DE EL cationes SALVADOR UES hidrófilos, como el antidiabético metformina, el antagonista H2 cimetidina y el antineoplásico topotecán. Además de losby:compuestos catiónicos, los Access Provided transportadores también reconocen algunos aniones, como los antivirales aciclovir y ganciclovir. Los zwitteriones cefalexina y cefradina son sustratos específicos de MATE1. El herbicida paraquat, un compuesto de amonio bicuaternario, nefrotóxico para los seres humanos, es un sustrato potente de MATE1. MATE1 y MATE2K se localizaron en la membrana apical del túbulo proximal. MATE1 también se expresa en la membrana canalicular del hepatocito, pero no MATE2K. Estos transportadores parecen ser los cotransportadores bidireccionales buscados durante mucho tiempo para protones y cationes orgánicos en la membrana apical del túbulo proximal; es decir, un gradiente protónico en sentido opuesto puede impulsar el movimiento de los cationes orgánicos gracias a MATE1 o MATE2K. Aunque los antibióticos levofloxacina y ciprofloxacina son inhibidores potentes, no experimentan traslocación ni por MATE1 ni por MATE2K. Polimorfismos de OCT y MATE OCT1 tiene la mayor cantidad de polimorfismos de aminoácidos, seguido de OCT2 y OCT3. Estudios recientes sugieren que las variantes genéticas de OCT1 y OCT2 se relacionan con alteraciones en la eliminación renal y la respuesta al antidiabético metformina. Los miembros de MATE tienen menos polimorfismos de aminoácidos; sin embargo, estudios recientes sugieren que las variantes en la región no codificante de SLC47A1 y SLC47A2 se relacionan con variación en la respuesta a metformina. Transporte de aniones orgánicos Al parecer, la principal función de la secreción de aniones orgánicos es eliminar xenobióticos del organismo. Los prospectos de sustratos tienen diversas estructuras e incluyen fármacos que son ácidos débiles (p. ej., pravastatina, captoprilo, paminohipurato [PAH] y penicilinas) y toxinas (p. ej., ocratoxina). Los transportadores de aniones orgánicos desplazan aniones hidrófobos e hidrófilos, pero también interactúan con cationes y compuestos neutros. La figura 4–11 muestra un modelo actual del flujo transepitelial de los aniones orgánicos en el túbulo proximal. Dos transportadores principales en la membrana basolateral median el flujo de aniones orgánicos desde el líquido intersticial a la célula tubular: OAT1 (SLC22A6) y OAT3 (SLC22A8). Desde el punto de vista energético, los aniones orgánicos hidrófilos se transportan a través de la membrana basolateral contra un gradiente electroquímico, con intercambio de αcetoglutarato intracelular, que se desplaza en favor de su gradiente del citosol a la sangre. El gradiente de αcetoglutarato con dirección saliente se mantiene al menos en parte por un transportador basolateral de Na+dicarboxilato (NaDC3), usando el gradiente de Na+ establecido por la Na+,K+ATPasa. El transporte de aniones orgánicos de bajo peso molecular mediante los transportadores clonados OAT1 y OAT3 puede fomentarse con αcetoglutarato; el transporte acoplado de αcetoglutarato y aniones orgánicos de bajo peso molecular (p. ej., PAH) ocurre en vesículas aisladas en la membrana basolateral. La farmacología molecular y la biología molecular de los OAT se sometió a revisión (Srimaroeng et al., 2008). Figura 4–11 Transportadores secretores de aniones orgánicos en el túbulo proximal. Dos transportadores primarios en la membrana basolateral median el flujo de aniones orgánicos del líquido intersticial a la célula tubular: OAT1 (SLC22A6) y OAT3 (SLC22A8). Los aniones orgánicos hidrófilos se transportan a través de la membrana basolateral contra un gradiente electroquímico a cambio de cetoglutarato α intracelular, el cual se desplaza en favor de su gradiente de concentración del citosol hacia la sangre. El gradiente que favorece la salida del cetoglutarato α se mantiene, al menos en parte, mediante un transportador de captación de Na+dicarboxilato basolateral (NaDC3). El gradiente de Na+ que impulsa NaDC3 se mantiene mediante la Na+,K+ATP asa. OA, anión orgánico; aKG, cetoglutarato α. Downloaded 20231221 2:4 P Your IP is 138.97.143.28 CAPÍTULO 4: Transportadores de membrana y respuestas a los fármacos, Kathleen M. Giacomini; Yuichi Sugiyama ©2023 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use • Privacy Policy • Notice • Accessibility Page 27 / 39 través de la membrana basolateral contra un gradiente electroquímico a cambio de cetoglutarato α intracelular, el cual se desplaza en favor de su UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR UES gradiente de concentración del citosol hacia la sangre. El gradiente que favorece la salida del cetoglutarato α se mantiene, al menos en parte, mediante Access Provided by: un transportador de captación de Na+dicarboxilato basolateral (NaDC3). El gradiente de Na+ que impulsa NaDC3 se mantiene mediante la Na+,K+ATP asa. OA, anión orgánico; aKG, cetoglutarato α. Es motivo de controversia el mecanismo que permite el transporte de los aniones orgánicos en la membrana apical desde el citosol de la célula tubular a la luz tubular. OAT4 puede servir como transportador en la membrana luminal para los aniones orgánicos, pero el desplazamiento de sustratos mediante este transportador puede impulsarse por el intercambio con αcetoglutarato, lo que sugiere que OAT4 podría funcionar durante la reabsorción y no durante la secreción de los aniones orgánicos. NaPT1, en un principio clonado como transportador de fosfato, puede sustentar el transporte de baja afinidad de los aniones orgánicos hidrófilos, como PAH. MRP2 y MRP4, transportadores de resistencia a múltiples fármacos de la familia C de casetes de unión con ATP (ABCC, ATP binding cassette family C, ABCC), pueden interactuar con algunos aniones orgánicos y pueden bombearlos de manera activa del citosol de las células tubulares a la luz tubular. OAT1 (SLC22A6) Las isoformas de mamíferos de OAT1 se expresan sobre todo en los riñones y en menor medida en el encéfalo y el músculo estriado. Los estudios inmunohistoquímicos sugieren que OAT1 se expresa en la membrana basolateral del túbulo proximal en los seres humanos, con mayor abundancia en el segmento intermedio, S2 (fig. 25–1). Con base en la reacción en cadena de la polimerasa cuantitativa, OAT1 se expresa a un tercio de OAT3. OAT1 exhibe un transporte saturable de aniones orgánicos como el PAH. Este transporte se estimula en forma cruzada por otros aniones orgánicos, como α cetoglutarato. Por tanto, la diferencia de potencial negativo interno impulsa la salida del dicarboxilato αcetoglutarato, que a su vez favorece la entrada de monocarboxilatos, como el PAH. Los esteroides sexuales regulan la expresión de OAT1 en el riñón. Por lo general, OAT1 transporta aniones orgánicos de peso molecular bajo, que pueden ser endógenos (p. ej., PGE2 y urato) o exógenos (fármacos y toxinas ingeridos). Algunos compuestos neutros también son transportados por OAT1 con menor afinidad (p. ej., cimetidina). OAT2 (SLC22A7) OAT2 se encuentra en riñones e hígado. En los riñones, el transportador se localiza en la membrana basolateral del túbulo proximal. OAT2 funciona como transportador para nucleótidos, en particular nucleótidos como el GMP cíclico, para los que existe un transportador facilitador bidireccional (Cropp et al., 2008). Los estudios celulares indican que OAT2 funciona tanto para la entrada como para la salida de nucleótidos de guanina. OAT2 transporta aniones orgánicos como PAH y metotrexato con baja afinidad, PGE2 con alta afinidad y algunos compuestos neutros, pero con menor afinidad (p. ej., cimetidina). OAT3 (SLC22A8) Downloaded 20231221 2:4 P Your IP is 138.97.143.28 Page 28 / 39 CAPÍTULO 4: Transportadores de membrana y respuestas a los fármacos, Kathleen M. Giacomini; Yuichi Sugiyama ©2023 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use • Privacy Policy • Notice • Accessibility El OAT3 humano se limita a la membrana basolateral del túbulo proximal. Esta proteína consiste en dos variantes, una de las cuales transporta una amplia variedad de aniones orgánicos, incluido PAH, sulfato de estrona y muchos fármacos (p. ej., pravastatina, cimetidina, 6mercaptopurina y metotrexato) (Srimaroeng et al., 2008). La variante más larga no sustenta el transporte. Las especificidades de OAT3 y OAT1 se superponen, aunque como transportador para nucleótidos, en particular nucleótidos como el GMP cíclico, para los que existe un transportador facilitador bidireccional UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR UES (Cropp et al., 2008). Los estudios celulares indican que OAT2 funciona tanto para la entrada como para la salida de nucleótidos de guanina. OAT2 Access Provided by: transporta aniones orgánicos como PAH y metotrexato con baja afinidad, PGE2 con alta afinidad y algunos compuestos neutros, pero con menor afinidad (p. ej., cimetidina). OAT3 (SLC22A8) El OAT3 humano se limita a la membrana basolateral del túbulo proximal. Esta proteína consiste en dos variantes, una de las cuales transporta una amplia variedad de aniones orgánicos, incluido PAH, sulfato de estrona y muchos fármacos (p. ej., pravastatina, cimetidina, 6mercaptopurina y metotrexato) (Srimaroeng et al., 2008). La variante más larga no sustenta el transporte. Las especificidades de OAT3 y OAT1 se superponen, aunque sus parámetros cinéticos difieren: el sulfato de estrona es transportado por ambos, pero la afinidad de OAT3 es mucho mayor; OAT1 transporta cimetidina (un antagonista del receptor H2) con alta afinidad. OAT4 (SLC22A11) En los seres humanos, OAT4 se expresa en la placenta y los riñones (en la membrana luminal del túbulo proximal). El transporte de aniones orgánicos a través de OAT4 puede estimularse por los transgradientes de αcetoglutarato, lo que sugiere que OAT4 podría participar en la reabsorción de aniones orgánicos de la luz tubular hacia la célula (fig. 4–11). La especificidad de OAT4 incluye los modelos compuestos de sulfato de estrona y PAH, así como zidovudina, tetraciclina y metotrexato. En conjunto, los estudios sugieren que OAT4 podría participar, no en el flujo secretor de los aniones orgánicos, sino en su reabsorción. Otros transportadores de aniones URAT1 (SLC22A12) es un transportador específico de los riñones confinado a la membrana apical del túbulo proximal. URAT1 es el encargado principal de la reabsorción de urato y media el transporte electroneutro de este anión que puede estimularse por los gradientes de Cl—. NPT1 (SLC17A1) se expresa en la membrana luminal del túbulo proximal y en el encéfalo. NPT1 transporta PAH, probenecid y penicilina G. Parece implicado en el flujo de salida de aniones orgánicos de la célula tubular a la luz e interactúa con el ácido úrico. La figura 42–2 presenta el transporte renal de urato. Se considera que MRP2 (ABCC2) es el principal transportador para la salida de muchos conjugados farmacológicos, como los conjugados con glutatión, a través de la membrana canalicular del hepatocito. Sin embargo, también se encuentra en la membrana apical del túbulo proximal, donde se cree que participa en la salida de aniones orgánicos hacia la luz tubular. En general, MRP2 transporta compuestos más grandes y voluminosos que la mayor parte de los transportadores de aniones orgánicos de la familia SLC22. MRP4 (ABCC4), situado en la membrana apical del túbulo proximal, transporta una amplia variedad de aniones conjugados, como conjugados glucurónido y glutatión. Parece que MRP4 interactúa con fármacos, como metotrexato, análogos cíclicos de nucleótidos y antivirales análogos de nucleósidos. BCRP (ABCG2) se localiza en la membrana apical del túbulo proximal y el duodeno y participa en la secreción de ácido úrico y de los XOI alopurinol y oxipurinol. Se han identificado polimorfismos en OAT1 y OAT3 en diversos grupos étnicos (véase https://www.pharmgkb.org). Un hecho notable es que los polimorfismos en ABCG2 se han relacionado con una respuesta reducida al alopurinol y al oxipurinol. TRANSPORTADORES Y FARMACODINÁMICA: ACCIÓN DE LOS FÁRMACOS EN EL ENCÉFALO Los neurotransmisores de amina biógena se empacan en vesículas dentro de las neuronas presinápticas, se liberan en la sinapsis por la fusión de las vesículas con la membrana plasmática y luego son captadas de nuevo por las neuronas presinápticas o células postsinápticas (cap. 10 y 16). Los transportadores que participan en la recaptación de neurotransmisores y la regulación de sus concentraciones en la hendidura sináptica pertenecen a dos superfamilias importantes, SLC1 y SLC6. Varios transportadores de las dos familias participan en la recaptación de ácido γaminobutírico (GABA), glutamato y de neurotransmisores tipo monoaminas, como noradrenalina (NE), serotonina (5TH) y dopamina (DA). Estos transportadores pueden servir de objetivo farmacológico para psicofármacos. Los miembros de la familia SLC6 localizados en el encéfalo y que participan en la recaptación de neurotransmisores en las neuronas presinápticas incluyen el transportador de noradrenalina ([NET, norepinephrine transporters] SLC6A2), el transportador de dopamina ([DAT, dopamine transporters] SLC6A3), el transportador de serotonina ([SERT, serotonin transporters] SLC6A4) y varios transportadores de la recaptación de GABA (GAT1, GAT2 y GAT3). Cada uno de estos transportadores parece tener 12 segmentos transmembrana (TM) y un asa extracelular grande con sitios de glucosilación entre TM3 y TM4. Los miembros de la familia SLC6 son transportadores activos secundarios que dependen del gradiente de Na+ para transportar sus sustratos al interior de las células. También se necesita Cl–, aunque en grado variable según el miembro de la familia. Mediante el mecanismo de recaptación, los transportadores de neurotransmisores de la familia SLC6A regulan la concentración y el tiempo que permanecen los neurotransmisores en la hendidura sináptica. El grado de captación del transmisor también influye en el almacenamiento vesicular subsiguiente de los transmisores, que Downloaded 20231221 2:4 P Your IPfamilias is 138.97.143.28 ocurre mediante transportadores de las SLC17 (glutamato vesicular) y SLC18 (monoamina vesicular). Muchos de los transportadores de las Page 29 / 39 CAPÍTULO 4: Transportadores de membrana y respuestas a los fármacos, Kathleen M. Giacomini; Yuichi Sugiyama familias SLC6, SLC17 están presentes en otros tejidos (p. ej.,Policy intestino, riñón•yAccessibility plaquetas) y es probable que tengan otras funciones. Además, ©2023 McGraw Hill. yAllSLC18 Rights Reserved. Terms of Use • Privacy • Notice los transportadores pueden actuar en la dirección inversa. Es decir, los transportadores pueden exportar neurotransmisores en forma independiente de Na+. y un asa extracelular grande con sitios de glucosilación entre TM3 y TM4. UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR UES + para Access Provided by: Los miembros de la familia SLC6 son transportadores activos secundarios que dependen del gradiente de Na transportar sus sustratos al interior de las células. También se necesita Cl–, aunque en grado variable según el miembro de la familia. Mediante el mecanismo de recaptación, los transportadores de neurotransmisores de la familia SLC6A regulan la concentración y el tiempo que permanecen los neurotransmisores en la hendidura sináptica. El grado de captación del transmisor también influye en el almacenamiento vesicular subsiguiente de los transmisores, que ocurre mediante transportadores de las familias SLC17 (glutamato vesicular) y SLC18 (monoamina vesicular). Muchos de los transportadores de las familias SLC6, SLC17 y SLC18 están presentes en otros tejidos (p. ej., intestino, riñón y plaquetas) y es probable que tengan otras funciones. Además, los transportadores pueden actuar en la dirección inversa. Es decir, los transportadores pueden exportar neurotransmisores en forma independiente de Na+. Captación de GABA: GAT1 (SLC6A1), GAT3 (SLC6A11), GAT2 (SLC6A13) y BGT1 (SLC6A12) GAT1 es el transportador de GABA más importante del encéfalo, se expresa en las neuronas GABAérgicas y sobre todo en las neuronas presinápticas. GAT1 abunda en la neocorteza, cerebelo, ganglios basales, tronco del encéfalo, médula espinal, retina y bulbo olfatorio. GAT3 solo se encuentra en el encéfalo, en su mayor parte en las células gliales. GAT2 se encuentra en tejidos periféricos, como riñón e hígado y en el plexo coroideo y las meninges dentro del sistema nervioso central. En términos fisiológicos, parece que GAT1 se encarga de regular la interacción de GABA en los receptores. La presencia de GAT2 en el plexo coroideo y su ausencia en neuronas presinápticas sugiere que este transportador puede desempeñar una función primordial en la conservación de la homeostasis de GABA en el líquido cefalorraquídeo. GAT1 es el objetivo farmacológico del antiepiléptico tiagabina (un derivado del ácido nipecótico), que parece actuar prolongando el tiempo de permanencia de GABA en la hendidura sináptica de las neuronas GABAérgicas al inhibir la recaptación de GABA. Un cuarto GAT, BGT1, se encuentra en las regiones extrasinápticas del hipocampo y la corteza (Madsen et al., 2011). Captación de catecolaminas: NET (SLC6A2) El NET se expresa en tejidos nerviosos centrales y periféricos y en células cromafines suprarrenales. NET se localiza en forma concurrente con marcadores neuronales, lo que coincide con una participación en la recaptación de neurotransmisores tipo monoaminas. Este transportador permite la recaptación de norepinefrina (y de dopamina) hacia las neuronas, lo que limita el tiempo de permanencia sináptica de norepinefrina y termina sus acciones, reservándola para su empaquetamiento ulterior. El NET es un objetivo farmacológico del antidepresivo desipramina, de otros antidepresivos tricíclicos y de la cocaína. También es objetivo farmacológico de los antidepresivos inhibidores de la recaptación de serotonina y noradrenalina (p. ej., duloxetina y venlafaxina), que además actúan sobre SERT (SLC6A4). La intolerancia ortostática, un trastorno familiar poco frecuente que se caracteriza por una respuesta anormal de la presión arterial y la frecuencia cardiaca a los cambios posturales, se ha relacionado con una mutación en los transportadores de noradrenalina (NET). Captación de dopamina: DAT (SLC6A3) El DAT se localiza principalmente en el encéfalo dentro de las neuronas dopaminérgicas. La principal función de DAT es la recaptación de dopamina, terminando así sus acciones. Aunque se encuentra en las neuronas presinápticas, en la unión neurosináptica, DAT también es abundante en otras partes de las neuronas alejadas de la hendidura sináptica. En términos fisiológicos, DAT participa en las diversas funciones que se atribuyen al sistema dopaminérgico, como el estado de ánimo, el comportamiento, la recompensa y el estado cognitivo. Los fármacos que interactúan con DAT incluyen cocaína y sus análogos, anfetaminas y la neurotoxina MPTP. Captación de serotonina: SERT (SLC6A4) Este transportador es muy importante en la recaptación y depuración de serotonina en el encéfalo. Igual que los otros integrantes de la familia SLC6A, SERT transporta sus sustratos por un mecanismo acoplado al Na+, depende del Cl– y tal vez del transporte concurrente de K+. Los sustratos de SERT incluyen serotonina (5HT), varios derivados de la triptamina y neurotoxinas como 3,4metilendioximetanfetamina (MDMA, éxtasis) y fenfluramina. El SERT es el blanco específico de los inhibidores selectivos de la recaptación de serotonina (p. ej., fluoxetina y paroxetina) y uno de los varios blancos de los antidepresivos tricíclicos (p. ej., amitriptilina). Las variantes genéticas de SERT se han relacionado con varios trastornos neurológicos y de la conducta. Se desconoce el mecanismo preciso por el que la reducción de la actividad de SERT, ocasionada por una variante genética o un antidepresivo, afecta el comportamiento, incluso la depresión. TRANSPORTADORES Y FARMACODINÁMICA: ACCIÓN DE FÁRMACOS ANTIDIABÉTICOS La glucosa requiere transportadores para cruzar las membranas plasmáticas. Los mecanismos homeostáticos para la glucosa están controlados sobre todo por los transportadores de glucosa de las familias SLC2 (familia de transportador GLUT facilitado) y SLC5 (familia del cotransportador de sodio y glucosa). En la20231221 familia SLC,2:4 SLC5A1, a menudo conocido como SGLT1, se expresa en el intestino donde media la absorción de la glucosa y en el riñón Downloaded P Your IP is 138.97.143.28 30 / 39 CAPÍTULO 4: Transportadores deSGLT2 membrana y respuestas losmayor fármacos, Kathleen M. Giacomini; Sugiyama donde participa en la reabsorción. (SLC5A2) se expresaaen medida en el túbulo proximal Yuichi renal, donde tiene una función casiPage exclusiva en ©2023 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use • Privacy Policy • Notice • Accessibility la reabsorción de glucosa. En realidad, los pacientes con mutaciones genéticas en SLC5A2 tienen glucosuria intensa, mientras que aquellos con mutaciones en SLC5A1 tienen solo glucosuria leve. Estas observaciones impulsaron el desarrollo de los inhibidores de SGLT2, las gliflozinas, para tratar la diabetes tipo 2. Por su acción en SGLT2, las gliflozinas inhiben la reabsorción de glucosa en el riñón, lo que disminuye la concentración DE EL SALVADOR UES TRANSPORTADORES Y FARMACODINÁMICA: ACCIÓN DE FÁRMACOSUNIVERSIDAD ANTIDIABÉTICOS Access Provided by: La glucosa requiere transportadores para cruzar las membranas plasmáticas. Los mecanismos homeostáticos para la glucosa están controlados sobre todo por los transportadores de glucosa de las familias SLC2 (familia de transportador GLUT facilitado) y SLC5 (familia del cotransportador de sodio y glucosa). En la familia SLC, SLC5A1, a menudo conocido como SGLT1, se expresa en el intestino donde media la absorción de la glucosa y en el riñón donde participa en la reabsorción. SGLT2 (SLC5A2) se expresa en mayor medida en el túbulo proximal renal, donde tiene una función casi exclusiva en la reabsorción de glucosa. En realidad, los pacientes con mutaciones genéticas en SLC5A2 tienen glucosuria intensa, mientras que aquellos con mutaciones en SLC5A1 tienen solo glucosuria leve. Estas observaciones impulsaron el desarrollo de los inhibidores de SGLT2, las gliflozinas, para tratar la diabetes tipo 2. Por su acción en SGLT2, las gliflozinas inhiben la reabsorción de glucosa en el riñón, lo que disminuye la concentración sanguínea sistémica de glucosa en pacientes con diabetes tipo 2. Este efecto inhibidor implica un beneficio particular en pacientes con diabetes tipo 2, en los que aumentan la expresión de SGLT2 en los riñones y la reabsorción de la glucosa filtrada. Aunque los mecanismos no se comprenden del todo, la inhibición de la reabsorción de glucosa y por consiguiente, el metabolismo renal de la glucosa parecen contribuir a los beneficios auxiliares de las gliflozinas en la nefropatía diabética. Los inhibidores de SGLT2 también resultan útiles en el tratamiento de la insuficiencia cardiaca con disminución de la fracción de expulsión (cap. 33). LA BARRERA HEMATOENCEFÁLICA: UNA PERSPECTIVA FARMACOLÓGICA El SNC está bien protegido de los neurotransmisores circulantes, está bien provisto de los nutrientes y de los iones necesarios y es capaz de excluir muchas toxinas, bacterias y xenobióticos. Este conjunto cuidadoso de condiciones se logra mediante una barrera llamada barrera hematoencefálica (BBB, blood brain barrier). En el capítulo 17 se describe la BBB con mayor detalle. Desde el punto de vista del transporte de membrana, a continuación se presenta una breve introducción a la BBB. La BBB es resultado de las propiedades especializadas de la microvasculatura del SNC, que consiste en células endoteliales que limitan la permeabilidad y varias células neurales e inmunitarias (Profaci et al., 2020). Desde el punto de vista funcional, la BBB es en parte física, en parte consecuencia de la permeabilidad selectiva (exportación de moléculas indeseables e importación de moléculas necesarias) y de la destrucción enzimática de ciertas moléculas que la cruzan mediante enzimas en la barrera. Existen algunas regiones neurosensitivas y neurosecretoras del cerebro que carecen de la barrera: hipófisis posterior, eminencia media, área postrema, órgano subfornical, órgano subcomisural y lámina terminal. La parte física de la BBB proviene de la estructura distintiva del endotelio capilar del cerebro y el plexo coroideo. A diferencia de las células endoteliales de la microvasculatura periférica que tiene espacios entre ellas y permiten el flujo de agua y moléculas pequeñas al espacio intersticial, las células endoteliales de la BBB tienen uniones estrechas que limitan el flujo paracelular y en general tienen tasas muy bajas de transporte vesicular (transcitosis), en comparación con el endotelio periférico. Además, la superficie luminal del endotelio del SNC está cubierto por un glucocáliz, que es más denso que el glucocáliz de la microvasculatura periférica. Este glucocáliz evita la interacción de las moléculas grandes con la célula endotelial misma. Además, la superficie abluminal está envuelta por una membrana basal, pericitos y los procesos seudopediculares de la astroglía. Las moléculas lipófilas y los gases como O2 y CO2 pueden difundir con facilidad a través de estas capas desde la sangre hasta el cerebro. Las moléculas hidrófilas (nutrientes, iones, moléculas con carga, muchos fármacos) no pueden cruzar estas múltiples barreras de membrana por difusión a un ritmo suficiente. Por lo tanto, el sistema se basa en la permeabilidad selectiva. Por ejemplo, ciertos transportadores de las dos superfamilias principales, ABC y SLC, se presentan en abundancia en las células endoteliales de la BBB (Profaci et al., 2020). Los transportadores ABC con mayor expresión en la membrana luminal incluyen ABCB1 (MDR1) y ABCG2 (BCRP). Estos transportadores (cuadro 4–4) participan en la salida de muchas moléculas pequeñas y moléculas endógenas, como los esteroides, expulsan sus sustratos a través de la membrana luminal de las células endoteliales de los capilares cerebrales hacia la sangre, lo que limita la penetración al cerebro. Muchos transportadores de la superfamilia SLC participan en el flujo de nutrientes, lo que asegura que el cerebro reciba nutrientes como la glucosa (SLC2A1/GLUT1), aminoácidos (SLC7A1 y SLC7A5/LAT1) y ácido fólico (SLC19A1, RFC). Los productos de rescate metabólico también cruzan la BBB mediante transportadores de la familia SLC16 (SLC16A1 y SLC16A2). Los miembros de la familia SLC22, incluidos los transportadores de aniones orgánicos (SLC22A6 [OAT1] y SLC22A8 [OAT3]) y los transportadores de cationes orgánicos (SLC22A1 [OCT1] y SLC22A3 [OCT3]) se expresan en las células endoteliales. Existen sistemas de transporte mediados por receptor para la ferritina y la insulina y existe un grado bajo de transcitosis (tránsito de vesículas dependiente de caveolina). Por consiguiente, la permeabilidad selectiva de la BBB, conferida por su conjunto de transportadores, permite que los compuestos necesarios para las funciones ingresen al cerebro, al tiempo que limitan la entrada de diversos xenobióticos, incluyendo muchos fármacos. Existe una berrera metabólica para algunos compuestos. Por ejemplo, las catecolaminas circulantes se desactivan por acción de la MAO en las células endoteliales; por su parte, la MAO endotelial y la dopa descarboxilasa (descarboxilasa de aminoácidos aromáticos; cap. 10) metabolizan la Ldopa en 3,4dihidroxifenilacetato (de ahí la necesidad de incluir un inhibidor de la dopa descarboxilasa cuando se administra Ldopa para tratar la enfermedad de Parkinson). La enzima γglutamil transpeptidasa de la barrera metabólica divide LTC4, el mediador del leucotrieno producido por la vía de la 5 Downloaded 20231221 2:4 P Your IP is 138.97.143.28 lipoopxigenasa (cap. 41) y otros aductos del glutatión. Page 31 / 39 CAPÍTULO 4: Transportadores de membrana y respuestas a los fármacos, Kathleen M. Giacomini; Yuichi Sugiyama ©2023 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use • Privacy Policy • Notice • Accessibility ¿Qué hay acerca de las moléculas de fármacos? Una vez que llegan a la circulación sistémica, el suministro a la región general del cerebro no es un problema: el cerebro recibe cerca de 15% del gasto cardiaco (cuadro 2–2). ¿Qué hay acerca del cruce de la BBB? Los fármacos pequeños pueden entrada de diversos xenobióticos, incluyendo muchos fármacos. UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR UES Access Provided by: Existe una berrera metabólica para algunos compuestos. Por ejemplo, las catecolaminas circulantes se desactivan por acción de la MAO en las células endoteliales; por su parte, la MAO endotelial y la dopa descarboxilasa (descarboxilasa de aminoácidos aromáticos; cap. 10) metabolizan la Ldopa en 3,4dihidroxifenilacetato (de ahí la necesidad de incluir un inhibidor de la dopa descarboxilasa cuando se administra Ldopa para tratar la enfermedad de Parkinson). La enzima γglutamil transpeptidasa de la barrera metabólica divide LTC4, el mediador del leucotrieno producido por la vía de la 5 lipoopxigenasa (cap. 41) y otros aductos del glutatión. ¿Qué hay acerca de las moléculas de fármacos? Una vez que llegan a la circulación sistémica, el suministro a la región general del cerebro no es un problema: el cerebro recibe cerca de 15% del gasto cardiaco (cuadro 2–2). ¿Qué hay acerca del cruce de la BBB? Los fármacos pequeños pueden difundir a través de la BBB en función de su liposolubilidad (coeficiente de reparto aceite/agua). Por tanto, los anestésicos como el óxido nitroso y el tiopental se desplazan con rapidez a través de esta barrera. Algunos fármacos se parecen a sustratos que son transportados hacia el cerebro (p. ej., aminoácidos, nucleósidos) y así logran entrar. LAT1 (SLC7A5) participa en la entrada de varios fármacos, como Ldopa y gabapentina, a través de la BBB. OAT1 y OAT3, que en general participan en la salida de fármacos del LCR, median la captación de compuestos orgánicos como los antibióticos β lactámicos, estatinas y antagonistas de los receptores H2. Por otra parte, los fármacos con carga y de molécula grande en general no penetran con facilidad al cerebro. Las proteínas de transporte, en especial MDR1, BCRP y MRP4, expulsan de manera activa muchos fármacos; está claro que el reconocimiento por parte de estos transportadores es una desventaja sustancial para un fármaco usado en el tratamiento de enfermedades del SNC. Además, existe una investigación en curso que sugiere que los niveles de expresión de MDR1 y BCRP en la BBB pueden modularse en las enfermedades neurológicas, lo que podría representar un mecanismo patológico importante en ciertas enfermedades neurodegenerativas. Existen métodos en desarrollo que aprovechan los nuevos avances en nanotecnología para buscar nuevas formas de introducir fármacos al cuerpo: nanopartículas y liposomas que contienen moléculas activas, fármacos unidos a ferritina y el desarrollo de formas farmacéuticas con lipofilia adecuada. La investigación biomédica básica está mejorando la comprensión de la función de los receptores nucleares en la regulación de los transportadores y enzimas farmacológicos en la BBB, así como del desarrollo de la BBB y la interacción de sus componentes celulares y subcelulares para mantener la función de barrera (Profaci et al., 2020). Kim y Bynoe (2016) publicaron que la activación del receptor para adenosina A2A en un modelo de barrera endotelial cerebral humana in vitro disminuyó de manera reversible la expresión de Pgp (MDR1), lo que sugiere que los agonistas del receptor para adenosina A2A podrían ser útiles en la modulación de la permeabilidad de la BBB. Estos estudios y técnicas podrían permitir el progreso para poner el control de la permeabilidad de la BBB en las manos de los médicos. En el capítulo 17 se revisan las estrategias en desarrollo para proporcionar una entrada regulada de fármacos al SNC. EL CONCEPTO DE DEPURACIÓN EXTENDIDA Y LA MODELACIÓN FARMACOCINÉTICA BASADA EN LA FISIOLOGÍA (PBPK, PHYSIOLOGICALLY BASED PHARMACOKINETIC) Con base en el “concepto de depuración extendida”, la depuración hepática consiste en algunos procesos intrínsecos, como la captación hepática PS1, el reflujo de los hepatocitos a la sangre PS2, el metabolismo hepático CLmet y el secuestro biliar PS3 (fig. 4–12) (Shitara et al., 2006, 2013). La depuración hepática intrínseca general (CLint,all) se expresa: Figura 4–12 Concepto de depuración extendida: captación hepática, regreso a la sangre, metabolismo y salida hacia la bilis. Los círculos rojos representan los fármacos originales; los triángulos verdes, sus metabolitos. Downloaded 20231221 2:4 P Your IP is 138.97.143.28 CAPÍTULO 4: Transportadores de membrana y respuestas a los fármacos, Kathleen M. Giacomini; Yuichi Sugiyama ©2023 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use • Privacy Policy • Notice • Accessibility Page 32 / 39 Figura 4–12 UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR UES Access Provided by: Concepto de depuración extendida: captación hepática, regreso a la sangre, metabolismo y salida hacia la bilis. Los círculos rojos representan los fármacos originales; los triángulos verdes, sus metabolitos. (Ecuación 4–6) Si la suma de la depuración intrínseca del metabolismo y el secuestro biliar es mucho mayor que la eliminación por reflujo [PS2 << (CLmet + PS3)], CLint,all se aproxima a PS1 y la captación es un proceso determinado por el ritmo de la depuración intrínseca hepática general. Muchos sustratos transportados son excretados de manera eficiente a la bilis o sometidos a metabolismo extenso, en lugar de ser regresados a la sangre, por lo que su depuración por captación a menudo determina su depuración hepática intrínseca general. Si se asume que un fármaco administrado por vía oral se absorbe por completo en el intestino delgado y se elimina en mayor medida por el hígado, su AUC en sangre basada en el “modelo bien revuelto” puede describirse así: (Ecuación 4–7) en la que fB representa la fracción libre en sangre. El AUChepática se describe como (Shitara et al., 2013) (Ecuación 4–8) Las ecuaciones 4–6 a 4–8 sugieren que si la depuración por captación PS1 disminuye, el AUCsanguínea aumenta en proporción inversa a PS1, mientras que AUChepática no se altera. Por otra parte, si la captación del fármaco es el proceso determinante del ritmo de la depuración hepática intrínseca general, el decremento en la función metabólica o en el secuestro biliar aumenta el AUChepática, pero no el AUCsanguínea. Por lo tanto, si los objetivos moleculares del efecto farmacológico y el efecto adverso inducido por los fármacos se localizan dentro y fuera de los hepatocitos, respectivamente, como en el caso de las estatinas, disminuye la captación hepática de esos compuestos por interacciones farmacológicas o polimorfismos genéticos de los transportadores, afectando sobre todo al efecto adverso y no tanto al efecto farmacológico. Para simular el efecto de las variaciones en las actividades del transportador en la exposición sistémica y hepática de una estatina, que se elimina sobre todo mediante OATP1B1 y MRP2, se usó un modelo PBPK (Jamei et al., 2014; Watanabe et al., 2009). Downloaded 20231221 2:4 P Your IP is 138.97.143.28 En un modelo los compartimientos que representan tejidos estánKathleen conectados por el flujoYuichi sanguíneo para predecir el marco temporal Page 33 / de 39 CAPÍTULO 4: PBPK, Transportadores de membrana y respuestas a los reales fármacos, M. Giacomini; Sugiyama ©2023 McGraw All Rights Terms of Usepermite • Privacy Policy mucha • Noticeinformación • Accessibility la disposición delHill. fármaco en el Reserved. cuerpo. Un modelo PBPK obtener sobre los factores que regulan la exposición sistémica y la distribución hística de los fármacos y simula el efecto de las variaciones en los parámetros fisiológicos o dependientes del fármaco en la disposición de este. Los análisis de sensibilidad basados en el modelo PBPK indican que la variación en las actividades de OATP1B1 tendrá un efecto mínimo en la moleculares del efecto farmacológico y el efecto adverso inducido por los fármacos se localizan dentro y fuera de los hepatocitos, respectivamente, UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR UES como en el caso de las estatinas, disminuye la captación hepática de esos compuestos por interacciones farmacológicas o polimorfismos genéticos de los transportadores, afectando sobre todo al efecto adverso y no tanto al efecto farmacológico. Access Provided by: Para simular el efecto de las variaciones en las actividades del transportador en la exposición sistémica y hepática de una estatina, que se elimina sobre todo mediante OATP1B1 y MRP2, se usó un modelo PBPK (Jamei et al., 2014; Watanabe et al., 2009). En un modelo PBPK, los compartimientos que representan tejidos reales están conectados por el flujo sanguíneo para predecir el marco temporal de la disposición del fármaco en el cuerpo. Un modelo PBPK permite obtener mucha información sobre los factores que regulan la exposición sistémica y la distribución hística de los fármacos y simula el efecto de las variaciones en los parámetros fisiológicos o dependientes del fármaco en la disposición de este. Los análisis de sensibilidad basados en el modelo PBPK indican que la variación en las actividades de OATP1B1 tendrá un efecto mínimo en la eficacia terapéutica, pero un gran impacto en el efecto colateral (miopatía) de la pravastatina; ocurrirá lo contrario para las variaciones en las actividades de MRP2/BCRP: gran efecto en la eficacia y pequeño en el efecto colateral (Watanabe et al., 2009) (fig. 4–13). Estas características ya se demostraron para algunas estatinas (p. ej., simvastatina y rosuvastatina): la variación farmacogenómica de la actividad de OATP1B1 se acompaña del riesgo de reacciones adversas, mientras que la variación en los mecanismos de excreción biliar y absorción intestinal genera un cambio en la respuesta terapéutica (Chasman et al., 2012; SEARCH Collaborative Group, 2008). Figura 4–13 Análisis de sensibilidad del efecto de los cambios funcionales de la depuración por captación hepática PS1 (A) y la depuración por excreción biliar PS3 (B) en las concentraciones plasmática y hepática de pravastatina (Watanabe et al., 2009). Los análisis de sensibilidad se hicieron con base en el modelo PBPK, que conectó cinco compartimientos hepáticos secuenciales mediante el flujo sanguíneo para poder usar este modelo con fármacos que tienen elevada depuración mediada por transportador. Se simularon las concentraciones plasmática y hepática después de la administración oral (40 mg) con actividades variables de transporte hepático en un intervalo de 1/3 a 3 veces los valores iniciales. VARIACIÓN GENÉTICA EN LOS TRANSPORTADORES DE MEMBRANA: IMPLICACIONES PARA LA RESPUESTA CLÍNICA FARMACOLÓGICA Existen defectos hereditarios en los transportadores SLC (cuadro 4–2) y los transportadores ABC (cuadro 4–3) que causan enfermedad. Sin embargo, los polimorfismos genéticos más frecuentes en los transportadores de membrana participan en la respuesta farmacológica y están aportando nueva información sobre la farmacogenética y la farmacología (cap. 7). Downloaded 20231221 2:4 P Your IP is 138.97.143.28 Los estudios4:clínicos revelan quede losmembrana polimorfismos en tres transportadores, (BCRP), SLCO1B1 (OATP1B1) y SLC22A1 (OCT1), contribuyen Page 34a/ la 39 CAPÍTULO Transportadores y respuestas a los fármacos, ABCG2 Kathleen M. Giacomini; Yuichi Sugiyama ©2023 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms fármacos of Use • Privacy • Noticeen • Accessibility variación interindividual en la respuesta a muchos y debenPolicy considerarse el desarrollo de fármacos (Yee et al., 2018). Por ejemplo, un polimorfismo frecuente de mutación de aminoácido (rs2231142), p.Gln141Lys en BCRP, se relaciona con una respuesta más intensa a la rosuvastatina. BCRP permite la salida intestinal de la rosuvastatina. El polimorfismo p.Gln141Lys reduce la función de BCRP y así disminuye la salida intestinal de la VARIACIÓN GENÉTICA EN LOS TRANSPORTADORES DE MEMBRANA: IMPLICACIONES PARA LA UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR UES RESPUESTA CLÍNICA FARMACOLÓGICA Access Provided by: Existen defectos hereditarios en los transportadores SLC (cuadro 4–2) y los transportadores ABC (cuadro 4–3) que causan enfermedad. Sin embargo, los polimorfismos genéticos más frecuentes en los transportadores de membrana participan en la respuesta farmacológica y están aportando nueva información sobre la farmacogenética y la farmacología (cap. 7). Los estudios clínicos revelan que los polimorfismos en tres transportadores, ABCG2 (BCRP), SLCO1B1 (OATP1B1) y SLC22A1 (OCT1), contribuyen a la variación interindividual en la respuesta a muchos fármacos y deben considerarse en el desarrollo de fármacos (Yee et al., 2018). Por ejemplo, un polimorfismo frecuente de mutación de aminoácido (rs2231142), p.Gln141Lys en BCRP, se relaciona con una respuesta más intensa a la rosuvastatina. BCRP permite la salida intestinal de la rosuvastatina. El polimorfismo p.Gln141Lys reduce la función de BCRP y así disminuye la salida intestinal de la rosuvastatina y produce un aumento concomitante en la biodisponibilidad del fármaco. El polimorfismo BCRP también se ha relacionado con una respuesta deficiente al alopurinol en varios estudios de relación con el genoma completo, aunque los mecanismos de la relación se desconocen. Un polimorfismo frecuente con cambio de aminoácido (rs4149056) en OATP1B1, p.Val174Ala, se acompaña de aumento en la concentración sanguínea de las estatinas y su toxicidad muscular consecuente (cap. 37), así como la variación interindividual en la farmacocinética del metotrexato y el ticagrelor (Yee et al., 2018). Múltiples estudios indican que muchas variantes genéticas en los transportadores de la familia SLC22A se relacionan con variación interindividual en la depuración y respuesta a varios fármacos. Por ejemplo, existen asociaciones significativas entre las variantes con mutación de aminoácidoo de SLC22A1 (variantes con función reducida) y la concentración sistémica del fármaco antidiabético metformina, el antimigrañoso sumatriptán, el analgésico opiáceo morfina y el antiemético ondansetrón (Yee et al., 2018). Los transportadores además de OATP1B1, ABCG2 y OCT1 tienen polimorfismos que se han vinculado con variación interindividual en la respuesta farmacológica (Rungtivasuwan et al., 2015). Por ejemplo, la alteración en la eliminación de tenofovir, un antiviral, se ha relacionado con polimorfismos tanto en ABCC2 (MRP2) como en ABCC4 (MRP4). TRANSPORTADORES EN LAS CIENCIAS REGULADORAS Debido a su importancia en la disposición y acción de los fármacos, los transportadores son determinantes principales de la variación en las respuestas terapéuticas y las reacciones adversas de los fármacos. Como resultado, es probable que los transportadores medien las interacciones farmacológicas que generan problemas de seguridad. Un ejemplo notable es la interacción entre gemfibrozilo y cerivastatina. El glucurónido de gemfibrozilo formado en los hepatocitos reduce la captación y metabolismo hepáticos de la cerivastatina; el resultado es una Cp elevada de cerivastatina. La concentración elevada de la estatina causa miopatías, incluso rabdomiólisis, un efecto adverso que pone en peligro la vida. Esta interacción dio lugar al retiro del mercado de la cerivastatina, ya que hubo muertes por rabdomiólisis. La FDA en Estados Unidos emitió una guía de farmacología clínica para la realización de estudios de interacciones farmacológicas durante el desarrollo clínico de los fármacos (FDA, 2020). La guía presenta información sobre cómo usar los datos in vitro para estudios de transportadores a fin de tomar decisiones sobre la realización de un estudio clínico de interacciones farmacológicas. Por ejemplo, si una nueva entidad molecular (NME, new molecular entity) inhibe el transporte in vitro de un sustrato canónico de OCT2 y MATE1 en concentraciones (libres) que tienen relevancia clínica, la guía recomienda que el patrocinador considere realizar un estudio clínico de interacción farmacológica para confirmar si la NME inhibe la depuración renal de un sustrato de OCT2 y MATE1 (p. ej., metformina) in vivo (Nishiyama et al., 2019). Por otra parte, si la NME a concentraciones terapéuticas no inhibe el transporte mediado por OCT2 o por MATE1 en las pruebas in vitro, la guía no recomienda un estudio clínico. Aunque solo unos cuantos transportadores (OATP1B1, OATP1B3, Pgp, BCRP, OCT2, MATE1, OAT1 y OAT3) se incluyen en la guía de la FDA, se está realizando una cantidad cada vez mayor de estudios para identificar los transportadores que median las interacciones farmacológicas clínicas. Se han identificado varios biomarcadores endógenos como sondas in vivo para varios transportadores farmacológicos hepáticos y renales. Los datos clínicos disponibles indican la utilidad de los biomarcadores endógenos en estudios de fase I para facilitar la fenotipificación del sujeto y la valoración de las interacciones farmacológicas (cuadro 4–5) (Chu et al., 2018; Rodrigues et al., 2018). El uso de tales biomarcadores endógenos ofrece beneficios en la planeación ulterior de estudios clínicos. Los dos biomarcadores endógenos de uso más frecuente son la coproporfirina I para la captación hepática mediada por OATP1B y la Nmetilnicotinamida para los transportadores de captación y excreción renales (OCT2/MATE) (Chu et al., 2018; Rodrigues et al., 2018). Se ha propuesto un modelo PBPK útil (Yoshikado et al., 2018) y un modelo farmacocinético poblacional (Barnett et al., 2018) para el biomarcador de OATP1B (coproporfirina I). Los modelos sustentan la traducción del efecto de una nueva entidad química sobre los cambios en la concentración plasmática de coproporfirina I al efecto de los fármacos de uso clínico (p. ej., estatinas). Por tanto, la modelación puede complementar las estrategias de valoración de riesgo de interacción farmacológica actuales basadas en los lineamientos de las agencias reguladoras. CUADRO 4–5 BIOMARCADORES ENDÓGENOS PARA VALORAR EL RIESGO DE INTERACCIÓN FARMACOLÓGICA TRANSPORTADOR BLANCO COMPUESTO FORMACIÓN Downloaded 20231221 2:4 P Your IP is 138.97.143.28 CAPÍTULO 4: Transportadores de membrana y respuestas a los fármacos, Kathleen M. Giacomini; Yuichi Sugiyama OATP1B1/OATP1B3 CPI/III Producto intermedio en la biosíntesis de hem ©2023 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use • Privacy Policy • Notice • Accessibility GCDCAS, GCDCAG, CDCA24G Metabolitos de ácidos biliares PARÁMETRO PK Page 35 / 39 Cmax o AUC Cmax o AUC Rodrigues et al., 2018). Se ha propuesto un modelo PBPK útil (Yoshikado et al., 2018) y un modelo farmacocinético poblacional (Barnett et al., 2018) UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR UES para el biomarcador de OATP1B (coproporfirina I). Los modelos sustentan la traducción del efecto de una nueva entidad química sobre los cambios en Access Provided by: la concentración plasmática de coproporfirina I al efecto de los fármacos de uso clínico (p. ej., estatinas). Por tanto, la modelación puede complementar las estrategias de valoración de riesgo de interacción farmacológica actuales basadas en los lineamientos de las agencias reguladoras. CUADRO 4–5 BIOMARCADORES ENDÓGENOS PARA VALORAR EL RIESGO DE INTERACCIÓN FARMACOLÓGICA TRANSPORTADOR BLANCO OATP1B1/OATP1B3 COMPUESTO FORMACIÓN PARÁMETRO PK CPI/III Producto intermedio en la biosíntesis de hem Cmax o AUC GCDCAS, GCDCAG, CDCA24G Metabolitos de ácidos biliares Cmax o AUC HDA y TDA Metabolitos de ácidos grasos Cmax o AUC Bilirrubina no conjugada /bilirrubina Metabolitos de hem Cmax o AUC Taurina Aminoácido CLR 6βHidroxicortisol Metabolito del cortisol AUC, CLR GCDCAS Metabolitos de ácidos biliares CLR Ácido piridóxico Metabolito de vitamina B6 AUC, CLR Creatinina Metabolito de la creatina AUC, CLR Nmetilnicotinamida Metabolito de nicotinamida CLR Nmetiladenosina Producto de degradación de tRNA, rRNA y snRNA CLR conjugadaa OAT1/OAT3 OCT2/MATE PK, farmacocinética; CLR, depuración renal; Cmax, concentración máxima; CP, coproporfirina; HDA, hexadecanedioato; TDA, tetradecanedioato; GCDCAS, glucoquenodesoxicolato3sulfato, un sustrato endógeno sustituto para OATP1B1. a Cuantificadas como bilirrubinas total y directa en estudios clínicos. Fuentes: Chu et al., 2018; Miyake et al., 2021; Rodrigues et al., 2018. BIBLIOGRAFÍA Aceti A, et al. Pharmacogenetics as a tool to tailor antiretroviral therapy: a review. World J Virol , 2015, 4 :198–208. [PubMed: 26279982] Amacher DE. The regulation of human hepatic drug transporter expression by activation of xenobioticsensing nuclear receptors. Expert Opin Drug Metab Toxicol , 2016, 12 :1463–1477. [PubMed: 27548410] Arana MR, Altenberg GA. ATPbinding cassette exporters: structure and mechanisms with a focus on Pglycoprotein and MRP1. Curr Med Chem , 2019, 26 :1062–1078. [PubMed: 29022498] Barnett S, et al. Gaining mechanistic insight into coproporphyrin I as endogenous biomarker for OATP1Bmediated drug–drug interactions using population pharmacokinetic modeling and simulation. Clin Pharmacol Ther , 2018, 104 :564–574. [PubMed: 29243231] Downloaded 20231221 2:4 P Your IP is 138.97.143.28 Page 36 / 39 CAPÍTULO 4: Transportadores de membrana y respuestas a los fármacos, Kathleen M. Giacomini; Yuichi Sugiyama Chasman DI, et al. Genetic determinants of statininduced lowdensity lipoprotein cholesterol reduction: the Justification for the Use of Statins in ©2023 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use • Privacy Policy • Notice • Accessibility Prevention: an Intervention Trial Evaluating Rosuvastatin (JUPITER) trial. Circ Cardiovasc Genet , 2012, 5 :257–264. [PubMed: 22331829] UNIVERSIDAD DE EL UES Arana MR, Altenberg GA. ATPbinding cassette exporters: structure and mechanisms with a focus on Pglycoprotein and MRP1. CurrSALVADOR Med Chem , 2019, Access Provided by: 26 :1062–1078. [PubMed: 29022498] Barnett S, et al. Gaining mechanistic insight into coproporphyrin I as endogenous biomarker for OATP1Bmediated drug–drug interactions using population pharmacokinetic modeling and simulation. Clin Pharmacol Ther , 2018, 104 :564–574. [PubMed: 29243231] Chasman DI, et al. 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Terms of Use • Privacy Policy • Notice • Accessibility Page 39 / 39 UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR UES Access Provided by: Goodman & Gilman: Las bases farmacológicas de la terapéutica, 14e CAPÍTULO 5: Metabolismo de los fármacos Frank J. Gonzalez; Michael Coughtrie ABREVIATURAS Abreviaturas ADR: reacción farmacológica adversa AHR: receptor de hidrocarburo de arilo AUC: área bajo la curva de concentración plasmáticatiempo CAR: receptor constitutivo de androstano CYP: citocromo P450 EH: epóxido hidrolasa ER: retículo endoplásmico F M O : monooxigenasa que contiene flavina GI: gastrointestinal GSH y GSSG: glutatión reducido y oxidado G S T : glutatiónStransferasa HGPRT: hipoxantina guanina fosforriltransferasa HIF: factor inducible por hipoxia VIH: virus de la inmunodeficiencia humana INH: hidrazida de ácido isonicotínico (isoniazida) MAPK: proteína cinasa activada por mitógenos mEH: epóxido hidrolasa microsómica 6MP: 6mercaptopurina M T : metiltransferasa NADPH: dinucleótido fosfato de nicotinamida y adenina reducido NAPQI: Nacetilpbenzoquinona imina NAT: Nacetiltransferasa Downloaded 20231227 10:36 A Your IP is 138.97.143.28 PAPS: 3′fosfoadenosina5′fosfosulfato CAPÍTULO 5: Metabolismo de los fármacos, Frank J. Gonzalez; Michael Coughtrie ©2023 All Rights Reserved. Terms of Use • Privacy Policy • Notice • Accessibility PPAR:McGraw receptorHill. activado por proliferadores del peroxisoma PXR: receptor X de pregnano Page 1 / 36 NADPH: dinucleótido fosfato de nicotinamida y adenina reducido NAPQI: Nacetilpbenzoquinona imina UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR UES Access Provided by: NAT: Nacetiltransferasa PAPS: 3′fosfoadenosina5′fosfosulfato PPAR: receptor activado por proliferadores del peroxisoma PXR: receptor X de pregnano SULT: sulfotransferasa TPMT: tiopurina metiltransferasa UDPGA: uridíndifosfatoácido glucurónico UGT: uridíndifosfatoglucuronosiltransferasa METABOLISMO DE LOS XENOBIÓTICOS Los seres humanos entran en contacto con miles de sustancias químicas o xenobióticas extrañas (sustancias ajenas al cuerpo) a través de la dieta y la exposición a contaminantes ambientales. Por fortuna, los seres humanos han desarrollado un sistema para eliminar con rapidez los xenobióticos de modo que no se acumulen en los tejidos y causen daño. Las plantas son una fuente común de xenobióticos en la alimentación, proporcionando muchos productos químicos estructuralmente diversos, algunos de los cuales producen pigmentos y otros son toxinas (llamadas fitoalexinas) que protegen a las plantas contra los depredadores. Un ejemplo común son los hongos venenosos que producen toxinas que son letales para los mamíferos, incluyendo amanitina, giromitrina, orellanina, muscarina, ácido iboténico, muscimol, psilocibina y coprina. Los animales deben ser capaces de metabolizar y eliminar tales productos químicos para consumir la vegetación. Mientras que los seres humanos ahora pueden elegir sus fuentes dietéticas, un animal en estado salvaje no tiene esta oportunidad, como resultado está sujeto a su medio ambiente y a la vegetación que existe en ese entorno. Por lo tanto, la capacidad de metabolizar sustancias químicas inusuales en plantas y otras fuentes de alimentos es fundamental para adaptarse a un entorno cambiante y, en última instancia, para la supervivencia de los animales. Históricamente, los farmacólogos han denominado a las enzimas que metabolizan xenobióticos como enzimas metabolizadoras de fármacos; sin embargo, estas enzimas también están involucradas en el metabolismo de muchas sustancias químicas extrañas a las que están expuestos los seres humanos. Por lo tanto, un mejor nombre es enzimas que metabolizan xenobióticos. Numerosas enzimas han evolucionado en animales para metabolizar productos químicos extraños. Las diferencias dietéticas entre las especies a lo largo de la evolución podrían explicar las variaciones tan pronunciadas en la complejidad de las enzimas que metabolizan xenobióticos. La diversidad adicional con estos sistemas enzimáticos también se ha derivado de la necesidad de “eliminar” una serie de productos químicos endógenos que de otra forma serían perjudiciales para el organismo, como las bilirrubinas, las hormonas esteroides y las catecolaminas. Muchos de estos compuestos endógenos son eliminados por las mismas enzimas que metabolizan productos xenobióticos u otras estrechamente relacionadas. Los fármacos xenobióticos, y la capacidad de metabolizar y eliminar fármacos implica las mismas vías enzimáticas y sistemas de transporte que se utilizan para el metabolismo normal de los componentes de la dieta. Muchos fármacos se derivan de productos químicos que se encuentran en las plantas, algunos de los cuales se han utilizado en medicina tradicional durante miles de años. De los fármacos de prescripción que se utilizan hoy en día para el tratamiento del cáncer, algunos también se derivan de plantas (cap. 69 y 73); la investigación de información popular llevó al descubrimiento de muchos fármacos. La capacidad de metabolizar los xenobióticos, aunque en gran medida beneficiosa, ha hecho que el desarrollo de fármacos consuma más tiempo y sea más costoso debido en parte a: Diferencias entre las especies en la expresión de enzimas que metabolizan los fármacos y que, por lo tanto, limitan la utilidad de los modelos animales para predecir los efectos de los fármacos en los seres humanos Variaciones individuales en la capacidad de los seres humanos para metabolizar fármacos Interacciones farmacológicas que involucran enzimas que metabolizan productos xenobióticos Activación metabólica de productos químicos para formar derivados tóxicos y cancerígenos Hoy en día, la mayor parte de los xenobióticos a los que están expuestos los seres humanos provienen de fuentes que incluyen contaminación Downloaded 20231227 10:36 A Your IP is 138.97.143.28 ambiental, aditivos alimentarios, productos cosméticos, agroquímicos, alimentos procesados, y fármacos. Page 2 / 36 CAPÍTULO 5: Metabolismo de los fármacos, Frank J. Gonzalez; Michael Coughtrie ©2023 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use • Privacy Policy • Notice • Accessibility En general, la mayor parte de los xenobióticos son productos químicos hidrófobos; en ausencia del metabolismo, estos no se eliminarían de manera eficaz y, por lo tanto, se acumularían en el cuerpo, dando origen a toxicidad potencial. Con pocas excepciones, todos los xenobióticos están sujetos a Variaciones individuales en la capacidad de los seres humanos para metabolizar fármacos UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR UES Interacciones farmacológicas que involucran enzimas que metabolizan productos xenobióticos Access Provided by: Activación metabólica de productos químicos para formar derivados tóxicos y cancerígenos Hoy en día, la mayor parte de los xenobióticos a los que están expuestos los seres humanos provienen de fuentes que incluyen contaminación ambiental, aditivos alimentarios, productos cosméticos, agroquímicos, alimentos procesados, y fármacos. En general, la mayor parte de los xenobióticos son productos químicos hidrófobos; en ausencia del metabolismo, estos no se eliminarían de manera eficaz y, por lo tanto, se acumularían en el cuerpo, dando origen a toxicidad potencial. Con pocas excepciones, todos los xenobióticos están sujetos a una o varias vías enzimáticas que constituyen la fase 1 de oxidación y la fase 2 de conjugación. Como modelo general, el metabolismo sirve para convertir estos productos químicos hidrófobos en derivados más hidrófilos que pueden eliminarse fácilmente del cuerpo a través de la orina o la bilis. Para entrar en las células y llegar a sus sitios de acción, los fármacos por lo general deben poseer propiedades físicas que les permitan desplazarse siguiendo un gradiente de concentración y a través de las membranas celulares. Muchos fármacos son hidrófobos, una propiedad que permite la entrada por difusión a través de la bicapa lipídica en la circulación sistémica y luego en las células. Los transportadores en la membrana plasmática facilitan la entrada de algunos compuestos (cap. 4). Los fármacos hidrófobos son difíciles de eliminar porque, en ausencia de metabolismo, se acumulan en grasas y en la bicapa de fosfolípidos de la célula. Las enzimas que metabolizan xenobióticos convierten a los fármacos y otros xenobióticos en derivados más hidrófilos y, por lo tanto, se eliminan con facilidad a través de la excreción en los compartimentos acuosos de los tejidos y en última instancia en la orina. Los fármacos de alto peso molecular se eliminan principalmente a través de la bilis por el intestino y las heces. El metabolismo de un fármaco puede comenzar incluso antes de que se absorba. Las bacterias intestinales representan la primera interacción metabólica entre los fármacos administrados por vía oral y el cuerpo (cap. 6). El microbioma del tubo digestivo puede metabolizar a los xenobióticos; las diferencias individuales en la composición de la flora intestinal podrían influir en la acción de los fármacos y contribuir a las diferencias en la respuesta a los mismos. De hecho, las oscilaciones diurnas en las bacterias del tubo digestivo y su capacidad metabólica, superpuestas a las oscilaciones del reloj genético del hospedador, parecen afectar el destino y el efecto de los fármacos (Fitzgerald et al., 2015). El proceso por el que se metabolizan los fármacos y que conduce a su eliminación también desempeña una función importante en la disminución de la actividad biológica de un fármaco. Por ejemplo, el (S)difenilhidantoinato, un anticonvulsivo utilizado en el tratamiento de la epilepsia es prácticamente insoluble en agua. El metabolismo por el citocromo P450 (CYP) de la fase 1, seguido por la fase 2 con UGT (uridina difosfato– glucuronosiltransferasas) produce un metabolito muy hidrosoluble que se elimina con facilidad del cuerpo (fig. 5–1). El metabolismo también finaliza la actividad biológica de (S)difenilhidantoinato. Debido a que los conjugados son generalmente hidrófilos, la eliminación a través de la bilis o la orina depende de las acciones de muchos transportadores de flujo para facilitar el paso a través de las membranas (cap. 4). Figura 5–1 Metabolismo del difenilhidantoinato. En la fase 1, el CYP facilita la 4hidroxilación del difenilhidantoinato para producir HPPH. En la fase 2, el grupo hidroxilo sirve como sustrato para la UGT, que conjuga una molécula de ácido glucurónico utilizando UDPGA como cofactor. En conjunto, las reacciones de las fases 1 y 2 convierten una molécula muy hidrófoba en un derivado hidrófilo más grande que se elimina a través de la bilis. HPPH, 5 (4hidroxifenil)5fenilhidantoína. Downloaded 20231227 10:36 A Your IP is 138.97.143.28 CAPÍTULO 5: Metabolismo de los fármacos, Frank J. Gonzalez; Michael Coughtrie ©2023 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use • Privacy Policy • Notice • Accessibility Page 3 / 36 Metabolismo del difenilhidantoinato. En la fase 1, el CYP facilita la 4hidroxilación del difenilhidantoinato para producir HPPH. En la fase 2, el grupo UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR UES hidroxilo sirve como sustrato para la UGT, que conjuga una molécula de ácido glucurónico utilizando UDPGA como cofactor. En conjunto, las Access Provided by: reacciones de las fases 1 y 2 convierten una molécula muy hidrófoba en un derivado hidrófilo más grande que se elimina a través de la bilis. HPPH, 5 (4hidroxifenil)5fenilhidantoína. Mientras que las enzimas que metabolizan xenobióticos facilitan la eliminación de sustancias químicas del cuerpo, estas mismas enzimas también pueden convertir ciertas sustancias químicas en metabolitos muy reactivos, tóxicos y cancerígenos. Esto ocurre cuando se forma un producto intermedio inestable que tiene reactividad hacia otros compuestos en la célula. Los productos químicos que pueden ser convertidos por el metabolismo xenobiótico en derivados que producen cáncer se llaman carcinógenos. Dependiendo de la estructura del sustrato químico, las enzimas que metabolizan xenobióticos pueden producir metabolitos electrofílicos que reaccionan con macromoléculas celulares nucleófilas como DNA, RNA y proteínas. Esto puede causar muerte celular y efectos tóxicos en los órganos. La mayor parte de los fármacos y otros xenobióticos que causan hepatotoxicidad dañan las mitocondrias, lo que lleva a la muerte de los hepatocitos. La reacción de estos electrófilos con el DNA en ocasiones puede producir cáncer a través de la mutación de oncogenes o de genes supresores de tumores. Por lo general se cree que la mayor parte de los cánceres en seres humanos se deben a la exposición a sustancias químicas carcinógenas. Esta actividad potencialmente carcinógena hace de vital importancia las pruebas de seguridad para moléculas elegibles como posibles fármacos. Las pruebas para detectar la posibilidad de producir cáncer son de especial importancia para los fármacos que se utilizarán para el tratamiento de enfermedades crónicas. Debido a que cada especie ha evolucionado para obtener una combinación singular de enzimas para el metabolismo de productos xenobióticos, los modelos en animales no primates (en su mayor parte roedores) no pueden ser utilizados únicamente para probar la seguridad de los posibles nuevos fármacos dirigidos a ser utilizados en el tratamiento de enfermedades en seres humanos. Sin embargo, las pruebas Downloaded A Youry IP is 138.97.143.28 en modelos de20231227 roedores (p.10:36 ej., ratones ratas) por lo general pueden identificar posibles carcinógenos. Por fortuna, no hay casos de fármacos con Page 4 / 36 CAPÍTULO 5: Metabolismo de los fármacos, Frank J. Gonzalez; Michael Coughtrie resultados negativos en roedores pero que causen cáncer seres humanos, aunque algunas sustancias químicas que causan cáncer en roedores no ©2023 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use •enPrivacy Policy • Notice • Accessibility se asocian con cáncer en seres humanos. Muchos fármacos citotóxicos utilizados en el tratamiento del cáncer también se acompañan de la posibilidad de causar cáncer; este riesgo se reduce al mínimo por su uso en periodos cortos, en lugar del uso para tratamientos crónicos contra el cáncer. UNIVERSIDAD DEposibles EL SALVADOR UES Esta actividad potencialmente carcinógena hace de vital importancia las pruebas de seguridad para moléculas elegibles como fármacos. Las Provided by: pruebas para detectar la posibilidad de producir cáncer son de especial importancia para los fármacos queAccess se utilizarán para el tratamiento de enfermedades crónicas. Debido a que cada especie ha evolucionado para obtener una combinación singular de enzimas para el metabolismo de productos xenobióticos, los modelos en animales no primates (en su mayor parte roedores) no pueden ser utilizados únicamente para probar la seguridad de los posibles nuevos fármacos dirigidos a ser utilizados en el tratamiento de enfermedades en seres humanos. Sin embargo, las pruebas en modelos de roedores (p. ej., ratones y ratas) por lo general pueden identificar posibles carcinógenos. Por fortuna, no hay casos de fármacos con resultados negativos en roedores pero que causen cáncer en seres humanos, aunque algunas sustancias químicas que causan cáncer en roedores no se asocian con cáncer en seres humanos. Muchos fármacos citotóxicos utilizados en el tratamiento del cáncer también se acompañan de la posibilidad de causar cáncer; este riesgo se reduce al mínimo por su uso en periodos cortos, en lugar del uso para tratamientos crónicos contra el cáncer. LAS FASES DEL METABOLISMO DE LOS FÁRMACOS Por tradición, las enzimas que metabolizan xenobióticos han sido catalogadas como reacciones de la fase 1, que incluyen oxidación, reducción y reacciones hidrolíticas; o reacciones de la fase 2, en las que las enzimas catalizan la conjugación del sustrato (el producto de la fase 1) con una segunda molécula. Las enzimas de la fase 1 ocasionan la adición de grupos funcionales, como –OH, –COOH, –SH, –O, NH2 (cuadro 5–1). La adición de grupos funcionales hace poco para incrementar la hidrosolubilidad del fármaco, pero puede alterar en forma notable las propiedades biológicas del mismo. Las reacciones que ocurren en la fase 1 por acción enzimática por lo general ocasionan inactivación del fármaco. Sin embargo, en ciertos casos el metabolismo, por lo general la hidrólisis de un enlace éster o amida, ocasiona la bioactivación de un fármaco. Los fármacos inactivos que se someten al metabolismo para convertirse en fármacos activos se llaman profármacos (Rautio et al., 2018). Los profármacos pueden ser activados por enzimas bacterianas intestinales, enzimas en la sangre o enzimas intracelulares como el citocromo P450 (CYP), monooxigenasas que contienen flavina (FMO, flavincontaining monooxygenases) y enzimas hidrolíticas. Ejemplos de profármacos bioactivados por el CYP son el fármaco antitumoral ciclofosfamida, que sufre bioactivación a un derivado electrófilo que destruye células (cap. 70) y el fármaco antitrombótico clopidogrel, que se activa a 2oxoclopidogrel y se metaboliza aún más hasta formar un inhibidor irreversible de los receptores plaquetarios de ADP, P2Y12. A través de las reacciones de conjugación, las enzimas de la fase 2 producen metabolitos más hidrosolubles, una propiedad que facilita la eliminación de fármacos de los tejidos, normalmente a través de transportadores de flujo descritos en el capítulo 4. Así, en general, las reacciones de fase 1 tienen como resultado la inactivación biológica de un fármaco y las reacciones de la fase 2 facilitan la eliminación del fármaco y la inactivación de metabolitos electrófilos y potencialmente tóxicos producidos por la oxidación. CUADRO 5–1 ENZIMAS QUE METABOLIZAN PRODUCTOS XENOBIÓTICOS ENZIMAS REACCIONES Enzimas de la fase 1 (CYP, FMO, EH) Citocromo P450 (P450 o CYP) Oxidación de carbono y oxígeno, desalquilación, otras Flavina monooxigenasas (FMO) Oxidación de nitrógeno, azufre, fósforo Epóxido hidrolasas (EH) Hidrólisis de epóxidos Fase 2, “transferasas” Sulfotransferasas (SULT) Adición de sulfato UDPglucuronosiltransferasas (UGT) Adición de ácido glucurónico GlutatiónStransferasas (GST) Adición de glutatión Nacetiltransferasas (NAT) Adición de grupo acetilo Metiltransferasas (MT) Adición de grupo metilo Downloaded 20231227 10:36 A Your IP is 138.97.143.28 CAPÍTULO 5: Metabolismo de los fármacos, Frank J. Gonzalez; Michael Coughtrie enzimas ©2023Otras McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use • Privacy Policy • Notice • Accessibility Alcohol deshidrogenasas Reducción de alcoholes Page 5 / 36 reacciones de conjugación, las enzimas de la fase 2 producen metabolitos más hidrosolubles, una propiedad que facilita la eliminación de fármacos UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR UES de los tejidos, normalmente a través de transportadores de flujo descritos en el capítulo 4. Así, en general, las reacciones de fase 1 tienen como Access Provided by: resultado la inactivación biológica de un fármaco y las reacciones de la fase 2 facilitan la eliminación del fármaco y la inactivación de metabolitos electrófilos y potencialmente tóxicos producidos por la oxidación. CUADRO 5–1 ENZIMAS QUE METABOLIZAN PRODUCTOS XENOBIÓTICOS ENZIMAS REACCIONES Enzimas de la fase 1 (CYP, FMO, EH) Citocromo P450 (P450 o CYP) Oxidación de carbono y oxígeno, desalquilación, otras Flavina monooxigenasas (FMO) Oxidación de nitrógeno, azufre, fósforo Epóxido hidrolasas (EH) Hidrólisis de epóxidos Fase 2, “transferasas” Sulfotransferasas (SULT) Adición de sulfato UDPglucuronosiltransferasas (UGT) Adición de ácido glucurónico GlutatiónStransferasas (GST) Adición de glutatión Nacetiltransferasas (NAT) Adición de grupo acetilo Metiltransferasas (MT) Adición de grupo metilo Otras enzimas Alcohol deshidrogenasas Reducción de alcoholes Aldehído deshidrogenasas Reducción de aldehídos NADPHquinona oxidorreductasa (NQO) Reducción de quinonas mEH, epóxido hidrolasa microsómica; sEH epóxido hidrolasa soluble; NADPH, fosfato de dinucleótido de nicotinamida y adenina reducido; UDP, uridina difosfato. Las superfamilias de enzimas y receptores con relación evolutiva son comunes en el genoma de los mamíferos. Las superfamilias se designan con base en una estructura y función similares. Dentro de las superfamilias hay subfamilias de genes más estrechamente relacionadas que por lo general están localizadas en un cromosoma. Los sistemas enzimáticos que participan en el metabolismo de los fármacos son buenos ejemplos. Las reacciones de oxidación de la fase 1 se llevan a cabo mediante CYP, flavina monooxigenasas (FMO) y epóxido hidrolasas (EH). El CYP y la FMO están compuestos por superfamilias y subfamilias codificadas por múltiples genes. Las enzimas de fase 2 incluyen varias superfamilias de enzimas conjugadoras. Entre las más importantes se encuentran la glutatiónStransferasa (GST), uridina difosfato glucuronosiltransferasa (UGT), sulfotransferasas (SULT), N acetiltransferasas (NAT) y metiltransferasas (MT) (cuadro 5–1). Las reacciones de conjugación de las enzimas de la fase 2 por lo general requieren que el sustrato tenga átomos de oxígeno (grupos hidroxilo o epóxido), nitrógeno o azufre que sirvan como sitios aceptores de un radical hidrófilo, como glutatión, ácido glucurónico, sulfato o un grupo acetilo, que puede conjugarse de manera covalente a un sitio aceptor en el sustrato. El metabolismo del difenilhidantoinato (fig. 5–1) ilustra la secuencia metabólica de las dos fases. La oxidación por enzimas de la fase 1 añade o expone un grupo funcional, permitiendo que los productos del metabolismo de dicha fase sirvan como sustratos para las enzimas sintéticas o de conjugación de la fase 2. En el caso de las UGT, el ácido glucurónico se añade al grupo funcional, formando un metabolito glucurónido que es más hidrosoluble y se excreta por la orina o la bilis. Cuando el sustrato es un fármaco, estas reacciones suelen convertir el fármaco original en una forma que no es capaz de unirse a su receptor, atenuando así la respuesta biológica al fármaco. Downloaded 20231227 10:36 A Your IP is 138.97.143.28 CAPÍTULO 5: Metabolismo de los fármacos, Frank J. Gonzalez; Michael Coughtrie SITIOS DELHill.METABOLISMO DE FÁRMACOS ©2023 McGraw All Rights Reserved. Terms of Use • Privacy Policy • Notice • Accessibility Page 6 / 36 Las enzimas que metabolizan xenobióticos se encuentran en la mayor parte de los tejidos del cuerpo, con concentraciones más elevadas en el tubo que puede conjugarse de manera covalente a un sitio aceptor en el sustrato. El metabolismo del difenilhidantoinato (fig. 5–1) ilustra la secuencia UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR UES metabólica de las dos fases. La oxidación por enzimas de la fase 1 añade o expone un grupo funcional, permitiendo que los productos del Access Provided metabolismo de dicha fase sirvan como sustratos para las enzimas sintéticas o de conjugación de la fase 2. En el caso deby:las UGT, el ácido glucurónico se añade al grupo funcional, formando un metabolito glucurónido que es más hidrosoluble y se excreta por la orina o la bilis. Cuando el sustrato es un fármaco, estas reacciones suelen convertir el fármaco original en una forma que no es capaz de unirse a su receptor, atenuando así la respuesta biológica al fármaco. SITIOS DEL METABOLISMO DE FÁRMACOS Las enzimas que metabolizan xenobióticos se encuentran en la mayor parte de los tejidos del cuerpo, con concentraciones más elevadas en el tubo digestivo (hígado, intestino delgado y colon). El intestino delgado desempeña una función crucial en el metabolismo de los fármacos. Los fármacos administrados por vía oral se exponen primero a la flora gastrointestinal que puede metabolizar algunos de ellos (cap. 6). Durante la absorción, los fármacos se exponen a enzimas que metabolizan xenobióticos en las células epiteliales del tubo digestivo; este es el sitio inicial del metabolismo de los fármacos. Una vez absorbidos, los fármacos entran en la circulación portal y llegan al hígado, donde pueden sufrir metabolización amplia (“efecto de primer paso”) antes de entrar en la circulación general. El hígado es el principal “centro de intercambio metabólico” tanto para los productos químicos endógenos (p. ej., colesterol, hormonas esteroides, ácidos grasos y proteínas) como para los xenobióticos. Los pasos siguientes a través del hígado ocasionan un mayor metabolismo del fármaco original hasta que el este último es eliminado. Los fármacos mal metabolizados permanecen en el cuerpo durante periodos de tiempo más prolongados y sus perfiles farmacocinéticos muestran semividas de eliminación mucho más largas que los fármacos que se metabolizan con rapidez. Durante el desarrollo de fármacos, los compuestos deseables son aquellos que tienen un perfil farmacocinético favorable y se eliminan en el transcurso de 24 h después de su administración. Esto permite el uso de una dosis única diaria. Si un compuesto con eficacia favorable no se puede modificar para mejorar su perfil farmacocinético, se debe utilizar una dosificación cada 12 h o incluso cada 8 h. Otros órganos que contienen de forma significativa enzimas que metabolizan xenobióticos son los tejidos de la mucosa nasal y el pulmón, que desempeñan una función importante en el metabolismo de los fármacos administrados en aerosol. Estos tejidos también son la primera línea de contacto con sustancias peligrosas que se encuentran en el aire. Dentro de la célula, las enzimas que metabolizan xenobióticos se encuentran en las membranas intracelulares y en el citosol. Los CYP, FMO y EH de la fase 1 y algunas enzimas conjugadoras de la fase 2, en especial las UGT, se encuentran en el retículo endoplásmico (ER, endoplasmic reticulum) de la célula (fig. 5–2). El ER consiste en una bicapa de fosfolípidos organizados en tubos y láminas a lo largo del citoplasma. Esta red, que es muy extensa en los hepatocitos, es donde ocurre la mayor parte del metabolismo de los xenobióticos, tiene una luz interna que es físicamente diferente del resto de los componentes citosólicos de la célula y tiene conexiones con la membrana plasmática y con la envoltura nuclear. Esta localización en las membranas es ideal para la función metabólica de estas enzimas. Las moléculas hidrófobas entran en la célula y se incrustan en la capa de lípidos, donde entran en contacto directo con las enzimas de la fase 1. Una vez que se someten a oxidación, las drogas pueden ser conjugadas directamente por las UGT (en la luz del retículo endoplásmico) o por las transferasas citosólicas, tales como GST y SULT. El cosustrato de UGT UDPGA (uridín difosfatoácido glucurónico) debe transportarse en la luz del ER, desde donde deben exportarse los conjugados de glucurónido. Después del metabolismo en el hígado, los metabolitos se transportan a través de la membrana plasmática hacia el torrente sanguíneo y se eliminan a través del riñón o se transportan hacia la bilis a través de los canalículos biliares, desde los cuales son depositados en el intestino y se eliminan en las heces (como se muestra para el inhibidor de la topoisomerasa SN38 en la fig. 5–9). Si un compuesto se eliminará por vía renal o en la bilis depende en parte de la especificidad del sustrato por los transportadores de membrana y su peso molecular; los compuestos de alto peso molecular se eliminan de manera prioritaria a través de la bilis. Figura 5–2 Ubicación del CYP en la célula. Se muestran niveles de detalle microscópicos, expandiendo secuencialmente las áreas dentro de las cajas negras. Los CYP están integrados en la bicapa de fosfolípidos del retículo endoplásmico. La mayor parte de las enzimas se encuentran en la superficie citosólica del retículo endoplásmico. Una segunda enzima, la NADPHCYP oxidorreductasa, transfiere electrones al CYP donde puede oxidar sustratos xenobióticos en presencia de O2, muchos de los sustratos son hidrófobos y se encuentran disueltos en el retículo endoplásmico. Una sola especie de NADPHCYP oxidorreductasa transfiere electrones a todas las isoformas de CYP en el retículo endoplásmico. Cada CYP contiene una molécula de hierroprotoporfirina IX que funciona para unirse y activar O2. Los sustitutos en el anillo de porfirina son los grupos metilo (M), propionilo (P) y vinilo (V). Downloaded 20231227 10:36 A Your IP is 138.97.143.28 CAPÍTULO 5: Metabolismo de los fármacos, Frank J. Gonzalez; Michael Coughtrie ©2023 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use • Privacy Policy • Notice • Accessibility Page 7 / 36 xenobióticos en presencia de O2, muchos de los sustratos son hidrófobos y se encuentran disueltos en el retículo endoplásmico. Una sola especie de UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR UES NADPHCYP oxidorreductasa transfiere electrones a todas las isoformas de CYP en el retículo endoplásmico. Cada CYP contiene una molécula de Access Provided by: hierroprotoporfirina IX que funciona para unirse y activar O2. Los sustitutos en el anillo de porfirina son los grupos metilo (M), propionilo (P) y vinilo (V). REACCIONES DE FASE 1 CYP: la superfamilia del citocromo P450 Los CYP son una superfamilia de enzimas, cada una de las cuales contiene una molécula hem unida por enlaces no covalentes a la cadena polipeptídica (fig. 5–2). Muchas enzimas que utilizan O2 como sustrato para sus reacciones contienen la molécula hem, la cual es un radical que se une al oxígeno en la hemoglobina. La molécula hem contiene un átomo de hierro en una estructura de hidrocarburos que se une al O2 en el sitio activo del CYP como parte del ciclo catalítico de estas enzimas. Los CYP utilizan O2 más H+ derivado del cofactor NADPH reducido para realizar la oxidación de sustratos. El H+ proviene de la enzima NADPHCYP oxidorreductasa. El metabolismo de un sustrato por un CYP consume una molécula de O2 y produce un sustrato oxidado y una molécula de H2O como subproducto. Sin embargo, para la mayor parte de los CYP, dependiendo de la naturaleza del sustrato, la reacción está “desacoplada”, consumiendo más O2 que el sustrato metabolizado y produce lo que se llama oxígeno activado u O2−. Por lo general, el O2− se convierte en agua por acción de la enzima superóxido dismutasa. Sin embargo, cuando el O2−, también llamado molécula reactiva de oxígeno (ROS, reactive oxygen species) se eleva por exceso de oxidación y metabolismo de ciertos sustratos, puede causar tensión oxidativa que es perjudicial para la fisiología celular y se asocia con enfermedades como la cirrosis hepática. Especificidad y promiscuidad del sustrato Entre las diversas reacciones llevadas a cabo por los CYP de los mamíferos se encuentran la Ndesalquilación, Odesalquilación, hidroxilación aromática, Noxidación, Soxidación, desaminación y deshalogenación (cuadro 5–2). En seres humanos se han identificado 57 CYP individuales. El metabolismo de los productos químicos xenobióticos presentes en la dieta no es la única función que desempeñan los CYP. Otros miembros de la familia CYP participan en la síntesis de compuestos endógenos como esteroides, moléculas de señalización de ácidos grasos (p. ej., ácidos epoxieicosatrienoicos; fig. 5–5) y ácidos biliares. CUADRO 5–2 REACCIONES PRINCIPALES RELACIONADAS CON EL METABOLISMO DE FÁRMACOS REACCIÓN EJEMPLOS Downloaded 20231227 10:36 A Your IP is 138.97.143.28 CAPÍTULO 5: Metabolismo de los fármacos, Frank J. Gonzalez; Michael Coughtrie ©2023 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use • Privacy Policy • Notice • Accessibility Page 8 / 36 aromática, Noxidación, Soxidación, desaminación y deshalogenación (cuadro 5–2). En seres humanos se han identificado 57 CYP individuales. El UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR UES metabolismo de los productos químicos xenobióticos presentes en la dieta no es la única función que desempeñan los CYP. Otros miembros de la Access Provided by: familia CYP participan en la síntesis de compuestos endógenos como esteroides, moléculas de señalización de ácidos grasos (p. ej., ácidos epoxieicosatrienoicos; fig. 5–5) y ácidos biliares. CUADRO 5–2 REACCIONES PRINCIPALES RELACIONADAS CON EL METABOLISMO DE FÁRMACOS REACCIÓN EJEMPLOS Los CYP que cataliza la síntesis de esteroides y ácidos biliares tiene preferencias específicas de sustrato. Por ejemplo, el CYP que produce estrógenos a partir de la testosterona, CYP19 o aromatasa, puede metabolizar la testosterona o la androstenediona y no los xenobióticos. Los inhibidores específicos de la aromatasa, como el anastrozol, se utilizan en el tratamiento de los tumores dependientes de estrógenos (caps. 48 y 73). La síntesis de los ácidos biliares a partir del colesterol se produce en el hígado, donde después de la oxidación catalizada por el CYP, los ácidos biliares se conjugan con aminoácidos y se transportan a través de los conductos biliares y la vesícula hasta el intestino delgado. Los ácidos biliares son emulsionantes que facilitan la eliminación de los fármacos conjugados de alto peso molecular en el hígado y sirven para mejorar la absorción de ácidos grasos y vitaminas de la dieta. Más de 90% de los ácidos biliares se reabsorben por el intestino y son transportados de nuevo a los hepatocitos en un proceso estrechamente regulado de transporte enterohepático (González, 2012). Al igual que los CYP que participan en la biosíntesis de esteroides, los CYP que participan en la producción de ácidos biliares tienen requisitos estrictos de sustrato y no participan en el metabolismo de xenobióticos o de fármacos. A diferencia de los CYP que realizan reacciones muy específicas, los CYP que participan en el metabolismo de xenobióticos son promiscuos en su capacidad para unirse y para metabolizar múltiples sustratos (cuadro 5–2). Como grupo, los CYP que llevan a cabo el metabolismo de los xenobióticos tienen la capacidad de metabolizar un gran de productos químicos con diferentes estructuras. Esto se debe a que existen diversos tipos de Downloaded 20231227 10:36 A Your IP número is 138.97.143.28 Page 9 / 36 CAPÍTULO 5: Metabolismo delolos fármacos, J. CYP Gonzalez; Michael Coughtrie CYP, con diferentes isoformas, cual hace queFrank un solo tenga la capacidad para metabolizar muchas sustancias químicas estructuralmente ©2023 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use • Privacy Policy • Notice • Accessibility diversas. Un solo compuesto también puede ser metabolizado, aunque a diferentes tasas, por diferentes CYP. Además, un CYP puede metabolizar un solo compuesto en diferentes posiciones de la molécula, y dos CYP pueden realizar el metabolismo de un solo compuesto en distintos sitios de oxidación. en un proceso estrechamente regulado de transporte enterohepático (González, 2012). Al igual que los CYP que participan en la biosíntesis de esteroides, los CYP que participan en la producción de ácidos biliares tienen requisitos estrictos de sustratoUNIVERSIDAD y no participan en metabolismo DEelEL SALVADORde UES xenobióticos o de fármacos. Access Provided by: A diferencia de los CYP que realizan reacciones muy específicas, los CYP que participan en el metabolismo de xenobióticos son promiscuos en su capacidad para unirse y para metabolizar múltiples sustratos (cuadro 5–2). Como grupo, los CYP que llevan a cabo el metabolismo de los xenobióticos tienen la capacidad de metabolizar un gran número de productos químicos con diferentes estructuras. Esto se debe a que existen diversos tipos de CYP, con diferentes isoformas, lo cual hace que un solo CYP tenga la capacidad para metabolizar muchas sustancias químicas estructuralmente diversas. Un solo compuesto también puede ser metabolizado, aunque a diferentes tasas, por diferentes CYP. Además, un CYP puede metabolizar un solo compuesto en diferentes posiciones de la molécula, y dos CYP pueden realizar el metabolismo de un solo compuesto en distintos sitios de oxidación. Esta promiscuidad de los CYP se debe a su gran número de sitios de unión al sustrato, una característica que sacrifica las tasas de recambio enzimático para una amplia especificidad. Los CYP metabolizan los sustratos a una fracción de la tasa de enzimas más típicas que participan en el metabolismo intermedio y la transferencia de electrones al nivel mitocondrial. Como resultado, los fármacos por lo general tienen semividas que varían de 3 a 30 h, mientras que los compuestos endógenos tienen semividas del orden de segundos o minutos cuando se administran por vía exógena (p. ej., catecolaminas y glucosa). A pesar de que los CYP tienen tasas catalíticas lentas, sus actividades son suficientes para metabolizar los fármacos administrados en altas concentraciones. El metabolismo de un fármaco en particular puede atribuirse a menudo a la actividad de un solo CYP. Sin embargo, cuando dos fármacos administrados en forma simultánea son metabolizados por un solo CYP, compiten por unirse al sitio activo de la enzima. Esto puede ocasionar inhibición del metabolismo de uno o ambos de los fármacos, lo que conduce al incremento de las concentraciones plasmáticas de dichos fármacos. Si hay un índice terapéutico estrecho para los fármacos, el aumento de las concentraciones séricas puede provocar efectos tóxicos indeseados. Las interacciones farmacológicas se encuentran entre las principales causas de reacciones adversas a los fármacos (ADR). El etiquetado de los fármacos de prescripción proporciona advertencias sobre las interacciones farmacológicas, incluida la identidad del CYP que participa en forma predominante en el metabolismo de un fármaco en particular. Los estudios preclínicos deben tomar en consideración cualquier fármaco disponible en el comercio que pueda administrarse en forma simultánea con el fármaco en desarrollo. Por ejemplo, el tratamiento del síndrome X (síndrome metabólico) incluye estatinas y fármacos antidiabéticos. Si estos fármacos se metabolizan por el mismo CYP, se podrían predecir las interacciones farmacológicas y evitar las respuestas adversas mediante opciones de fármacos o ajustes de dosis adecuados. Denominación de los CYP De las enzimas que metabolizan productos xenobióticos, los CYP son los que han sido estudiados de forma más exhaustiva, ya que participan en la mayor parte del metabolismo de los fármacos utilizados con fines terapéuticos. Los CYP son complejos y diversos en sus actividades catalítica y de regulación. La secuenciación del genoma ha revelado la existencia de 102 genes funcionales para CYP y 88 seudogenes en el ratón, además de 57 genes funcionales y 58 seudogenes en los seres humanos. Estos genes se agrupan, con base en la similitud de secuencia de aminoácidos, en una superfamilia que comprende familias y subfamilias con una creciente similitud de secuencia. Los CYP se denominan con el prefijo CYP seguido de un número que designa a la familia, una letra designa a la subfamilia y otro número designa la forma de CYP. Por lo tanto, CYP3A4 es la familia 3, subfamilia A y gen número 4. Un pequeño número de CYP metaboliza la mayor parte de los fármacos Un número limitado de CYP de las familias 1, 2 y 3 participan de manera primordial en el metabolismo de xenobióticos en los seres humanos. Doce CYP: CYP1A1, 1A2, 1B1, 2A6, 2B6, 2C8, 2C9, 2C19, 2D6, 2E1, 3A4 y 3A5 se mencionan repetidamente en las revisiones sobre el metabolismo de los fármacos en esta obra. Además, debido a que un solo CYP puede metabolizar un gran número de compuestos estructuralmente diversos, estas enzimas pueden metabolizar en conjunto no solo los productos farmacéuticos, sino también decenas de productos químicos que se encuentran en la dieta y en el medio ambiente. El hígado contiene grandes cantidades de CYP que metabolizan xenobióticos, garantizando así un metabolismo de primer paso eficiente para los fármacos. El CYP también se expresa en todo el tubo digestivo y en cantidades más bajas en los pulmones, riñones e incluso en el sistema nervioso central (SNC). La expresión de los CYP puede diferir notablemente como resultado de la exposición a inductores por medio de la dieta y el medio ambiente o a través de diferencias hereditarias individuales en la estructura de los CYP que pueden afectar el metabolismo y la eliminación general de los fármacos. Los CYP más activos involucrados en el metabolismo de los fármacos son los que pertenecen a las subfamilias CYP2C, CYP2D y CYP3A. El CYP3A4, que se expresa con mayor densidad en el hígado, participa en el metabolismo de > 50% de los fármacos utilizados en la clínica (fig. 5–3A). Las subfamilias CYP1A, CYP1B, CYP2A, CYP2B y CYP2E no están implicadas significativamente en el metabolismo de la mayor parte de los fármacos terapéuticos, pero pueden catalizar la activación metabólica de protoxinas y procarcinógenos que se encuentran en la dieta y el medio ambiente hasta sus metabolitos reactivos que pueden causar toxicidad y cáncer. Downloaded 20231227 10:36 A Your IP is 138.97.143.28 Figura 5–3 Page 10 / 36 CAPÍTULO 5: Metabolismo de los fármacos, Frank J. Gonzalez; Michael Coughtrie ©2023 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use • Privacy Policy • Notice • Accessibility Fracción de los fármacos utilizados en la clínica y que se metabolizan a través de las principales enzimas de las fases 1 y 2. El tamaño relativo de cada corte del pastel representa el porcentaje estimado de fármacos metabolizados por las enzimas principales de la fase 1 (A) y la fase 2 (B), con base en CYP más activos involucrados en el metabolismo de los fármacos son los que pertenecen a las subfamilias CYP2C, CYP2D y CYP3A. El CYP3A4, que se DE ELLas SALVADOR UES expresa con mayor densidad en el hígado, participa en el metabolismo de > 50% de los fármacos utilizados UNIVERSIDAD en la clínica (fig. 5–3A). subfamilias Provided by:fármacos terapéuticos, pero CYP1A, CYP1B, CYP2A, CYP2B y CYP2E no están implicadas significativamente en el metabolismo de la mayorAccess parte de los pueden catalizar la activación metabólica de protoxinas y procarcinógenos que se encuentran en la dieta y el medio ambiente hasta sus metabolitos reactivos que pueden causar toxicidad y cáncer. Figura 5–3 Fracción de los fármacos utilizados en la clínica y que se metabolizan a través de las principales enzimas de las fases 1 y 2. El tamaño relativo de cada corte del pastel representa el porcentaje estimado de fármacos metabolizados por las enzimas principales de la fase 1 (A) y la fase 2 (B), con base en estudios publicados en revistas médicas. En algunos casos, más de una sola enzima participa en el metabolismo de un solo fármaco. Polimorfismo de CYP De acuerdo con lo valorado tanto en estudios farmacológicos clínicos como por análisis de expresión en muestras de hígado humano, existen grandes diferencias en los niveles de expresión de cada CYP entre diferentes individuos. Esta gran variabilidad en la expresión de CYP entre individuos se debe a la presencia de polimorfismos genéticos y a las diferencias en la regulación de los genes (véase más adelante). Varios genes de CYP humanos presentan polimorfismos, incluyendo CYP2A6, CYP2C9, CYP2C19 y CYP2D6. Los polimorfismos en los CYP contribuyen de manera significativa en las diferencias entre individuos para metabolizar fármacos y existen diferencias étnicas notables en el alcance de los polimorfismos genéticos. Por ejemplo, hasta 10% y 25% de los caucásicos y asiáticos, respectivamente, carecen de expresión de CYP2D6 y CYP2C19. El polimorfismo CYP2D6 ha Downloaded 20231227 10:36 A Your IP is 138.97.143.28 llevado al retiro de varios fármacos utilizados en la clínica (p. ej., debrioquina y perhexilina) y al uso más prudente de otros fármacos conocidos como Page 11 / 36 CAPÍTULO 5: Metabolismo de los fármacos, Frank J. Gonzalez; Michael Coughtrie sustratos del CYP2D6 (p. ej. , encainida y flecainida [antiarrítmicos], desipramina y nortriptilina [antidepresivos] y codeína ). En el caso de la codeína, las ©2023 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use • Privacy Policy • Notice • Accessibility personas que carecen de la actividad de CYP2D6 presentan efectos analgésicos menores o ningún efecto analgésico debido a la falta de desmetilación de la codeína a morfina. De acuerdo con lo valorado tanto en estudios farmacológicos clínicos como por análisis de expresión en muestras de hígado humano, existen grandes EL individuos SALVADOR UES diferencias en los niveles de expresión de cada CYP entre diferentes individuos. Esta gran variabilidad en laUNIVERSIDAD expresión de CYPDE entre se debe Access Provided a la presencia de polimorfismos genéticos y a las diferencias en la regulación de los genes (véase más adelante). Varios by: genes de CYP humanos presentan polimorfismos, incluyendo CYP2A6, CYP2C9, CYP2C19 y CYP2D6. Los polimorfismos en los CYP contribuyen de manera significativa en las diferencias entre individuos para metabolizar fármacos y existen diferencias étnicas notables en el alcance de los polimorfismos genéticos. Por ejemplo, hasta 10% y 25% de los caucásicos y asiáticos, respectivamente, carecen de expresión de CYP2D6 y CYP2C19. El polimorfismo CYP2D6 ha llevado al retiro de varios fármacos utilizados en la clínica (p. ej., debrioquina y perhexilina) y al uso más prudente de otros fármacos conocidos como sustratos del CYP2D6 (p. ej., encainida y flecainida [antiarrítmicos], desipramina y nortriptilina [antidepresivos] y codeína). En el caso de la codeína, las personas que carecen de la actividad de CYP2D6 presentan efectos analgésicos menores o ningún efecto analgésico debido a la falta de desmetilación de la codeína a morfina. Se han encontrado variantes alélicas en los genes CYP1B1 y CYP3A4, pero están presentes en bajas frecuencias en seres humanos y parecen no tener una función importante en los niveles individuales de expresión de estas enzimas. Sin embargo, las mutaciones homocigotas en el gen CYP1B1, aunque raras, están asociadas con glaucoma congénito primario. Interacciones farmacológicas Las diferencias en la tasa de metabolismo de un fármaco pueden deberse a interacciones farmacológicas. A menudo, esto ocurre cuando dos fármacos (p. ej., una estatina y un antibiótico macrólido o un antimicótico) son administrados en forma simultánea y son metabolizados por la misma enzima. Como la mayor parte de estas interacciones farmacológicas se deben a los CYP, es importante determinar la identidad del CYP que metaboliza un fármaco en particular y evitar la administración conjunta de fármacos que son metabolizados por la misma enzima. El ketoconazol, un antimicótico común, es metabolizado por CYP3A4 y otros CYP y la administración conjunta de ketoconazol con los inhibidores de proteasa contra VIH (virus de inmunodeficiencia humana), que también son sustratos del CYP3A4, reducen la eliminación de los inhibidores de proteasa y aumentan sus concentraciones plasmáticas y los riesgos de toxicidad. Si un fármaco tiene un índice terapéutico estrecho, es decir, un rango estrecho entre la concentración requerida para la eficacia terapéutica y la concentración más baja que causa toxicidad, entonces las interacciones consecuentes con el fármaco son más probables. Si un fármaco tiene un índice terapéutico estrecho y no se puede evitar la administración simultánea con otros fármacos que comparten el metabolismo con el CYP, los farmacólogos pueden tratar de modificar el fármaco para eliminar el sitio de oxidación del CYP y conservar la eficacia del fármaco (afinidad de unión al receptor). Algunos fármacos son inductores del CYP que no solo pueden aumentar sus propias tasas de metabolismo, sino que también pueden inducir el metabolismo de otros fármacos administrados en forma simultánea (véase más adelante y la fig. 5–12). Las hormonas esteroides y los productos herbolarios como la hierba de San Juan (Hypericum perforatum) pueden aumentar los niveles hepáticos de CYP3A4, aumentando así el metabolismo de muchos fármacos administrados por vía oral. El metabolismo de los fármacos también puede verse influido por la dieta. Los inhibidores e inductores de CYP en ocasiones se encuentran en los alimentos y pueden influir en la toxicidad y eficacia de un fármaco a través de la inducción o inhibición de los CYP. Para la mayor parte de los fármacos, la información que se encuentra en el prospecto de envase menciona los CYP que llevan a cabo su metabolismo y las posibles interacciones farmacológicas. Los componentes que se encuentran en el jugo de toronja (p. ej., naringina, furanocumarinas) son inhibidores potentes del CYP3A4 y por lo tanto algunos prospectos de envase de los fármacos recomiendan no tomar el fármaco con jugo de toronja porque podría aumentar la biodisponibilidad de un fármaco. La terfenadina, un antihistamínico muy utilizado en el pasado, fue retirada del comercio porque su metabolismo fue inhibido por sustratos del CYP3A4 como eritromicina y jugo de toronja. La terfenadina es en realidad un profármaco que requiere la oxidación por CYP3A4 a su metabolito activo, y en dosis altas, el compuesto original causaba arritmias. El aumento de las concentraciones plasmáticas del fármaco original ocasiona en algunos individuos inhibición de CYP3A4, lo que ocasiona taquicardia ventricular potencialmente letal, una respuesta adversa que llevó al retiro de la terfenadina del comercio. El metabolito CYP3A4 de la terfenadina, fexofenadina, que no es cardiotóxica, se desarrolló como sustituto de la terfenadina. Flavinas monooxigenasas Las flavinas monooxigenasas (FMO) son otra superfamilia de enzimas de la fase 1 que participan en el metabolismo de los fármacos. Al igual que los CYP, las FMO se expresan en niveles altos en el hígado y se unen al retículo endoplásmico, un sitio que favorece la interacción y el metabolismo con sustratos de los fármacos hidrófobos. Hay seis familias de FMO; FMO3 es la más abundante en hígado. La FMO3 es capaz de metabolizar la nicotina, así como a los antagonistas de los receptores H2 (cimetidina y ranitidina), antipsicóticos (clozapina) y antieméticos (itoprida). El Nóxido de trimetilamina (TMAO) se produce en altas concentraciones, hasta 15% del peso en animales marinos, donde actúa como regulador osmótico. En los seres humanos, FMO3 normalmente metaboliza TMAO a TMA (trimetilamina), pero una deficiencia genética poco común de FMO3 causa el síndrome de olor a pescado, en el cual la TMAO no metabolizada se acumula en el cuerpo causando un olor desagradable a pescado con posibles efectos sociales. Esto se puede controlar limitando el consumo dietético de alimentos que contienen TMAO. Downloaded 20231227 10:36 A Your IP is 138.97.143.28 Se considera que los FMO contribuyen en poca medida al metabolismo de los fármacos y casi siempre producen metabolitos no electrófilos benignos. Page 12 / 36 CAPÍTULO 5: Metabolismo de los fármacos, Frank J. Gonzalez; Michael Coughtrie Además, las FMO no se inhiben fácilmente y no son inducidas por ninguno de los receptores xenobióticos (véase más adelante); por lo tanto, a ©2023 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use • Privacy Policy • Notice • Accessibility diferencia de los CYP, no se esperaría que las FMO participaran en las interacciones farmacológicas. De hecho, esto se ha demostrado comparando las vías metabólicas de dos fármacos utilizados en el control de la motilidad gástrica: itopida y cisaprida. La itopida se metaboliza por acción de FMO3; la como a los antagonistas de los receptores H2 (cimetidina y ranitidina), antipsicóticos (clozapina) y antieméticos (itoprida). El Nóxido de trimetilamina UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR UES (TMAO) se produce en altas concentraciones, hasta 15% del peso en animales marinos, donde actúa como regulador osmótico. En los seres humanos, FMO3 normalmente metaboliza TMAO a TMA (trimetilamina), pero una deficiencia genética poco común deAccess FMO3Provided causaby:el síndrome de olor a pescado, en el cual la TMAO no metabolizada se acumula en el cuerpo causando un olor desagradable a pescado con posibles efectos sociales. Esto se puede controlar limitando el consumo dietético de alimentos que contienen TMAO. Se considera que los FMO contribuyen en poca medida al metabolismo de los fármacos y casi siempre producen metabolitos no electrófilos benignos. Además, las FMO no se inhiben fácilmente y no son inducidas por ninguno de los receptores xenobióticos (véase más adelante); por lo tanto, a diferencia de los CYP, no se esperaría que las FMO participaran en las interacciones farmacológicas. De hecho, esto se ha demostrado comparando las vías metabólicas de dos fármacos utilizados en el control de la motilidad gástrica: itopida y cisaprida. La itopida se metaboliza por acción de FMO3; la cisaprida se metaboliza a través de CYP3A4. Como se predijo, es menos probable que la itopida participe en las interacciones farmacológicas que presenta la cisaprida. El CYP3A4 participa en las interacciones farmacológicas a través de la inducción y la inhibición del metabolismo, mientras que el FMO3 no es inducido ni inhibido por ningún fármaco de uso clínico. Es posible que la FMO sea importante en el desarrollo de nuevos fármacos. Podría diseñarse un compuesto que tentativamente podría ser un fármaco al introducir un sitio de oxidación por FMO con el conocimiento de que determinadas propiedades metabólicas y farmacocinéticas podrían predecirse con precisión para lograr buena eficacia biológica del fármaco. Enzimas hidrolíticas Epóxido hidrolasas Dos formas de epóxido hidrolasas (EH) llevan a cabo la hidrólisis de epóxidos, la mayor parte de las cuales son producidas por los CYP. La epóxido hidrolasa soluble (sEH) se expresa en el citosol; la mEH (epóxido hidrolasa microsómica) se localiza en la membrana del retículo endoplásmico. Los epóxidos son electrófilos muy reactivos producidos por los CYP que pueden unirse a nucleófilos celulares encontrados en proteínas, RNA y DNA, lo que ocasiona efectos tóxicos y transformación celular. Por lo tanto, las epóxido hidrolasas participan en la desactivación de metabolitos potencialmente tóxicos. Hay algunos ejemplos de la influencia de las mEH en el metabolismo de los fármacos. El fármaco antiepiléptico carbamazepina es un profármaco que se convierte a su derivado farmacológicamente activo carbamazepina10,11epóxido, por acción de CYP3A4. Este metabolito se hidroliza eficazmente a un dihidrodiol por acción de mEH, dando como resultado la desactivación del fármaco (fig. 5–4). La inhibición de la mEH puede provocar una elevación de las concentraciones plasmáticas del metabolito activo y los efectos secundarios consiguientes. El tranquilizante valnoctamida y el anticonvulsivo valproato inhiben a las mEH, lo que ocasiona interacciones farmacológicas significativas con la carbamazepina. Esto ha llevado a grandes esfuerzos para desarrollar nuevos fármacos antiepilépticos, como gabapentina y levetiracetam, que son metabolizados por CYP y no por EH. Figura 5–4 Metabolismo de carbamazepina por CYP y mEH. La carbamazepina se oxida hasta formar el metabolito farmacológicamente activo carbamazepina 10,11epóxido por medio del CYP. El epóxido se convierte en un transdihidrodiol por mEH. Este metabolito es biológicamente inactivo y puede conjugarse con enzimas de la fase 2. Downloaded 20231227 10:36 A Your IP is 138.97.143.28 CAPÍTULO 5: Metabolismo de los fármacos, Frank J. Gonzalez; Michael Coughtrie ©2023 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use • Privacy Policy • Notice • Accessibility Page 13 / 36 UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR UES Access Provided by: Downloaded 20231227 10:36 A Your IP is 138.97.143.28 CAPÍTULO 5: Metabolismo de los fármacos, Frank J. Gonzalez; Michael Coughtrie ©2023 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use • Privacy Policy • Notice • Accessibility Page 14 / 36 En general, la sEH complementa la mEH en términos de selectividad de sustrato, con epóxidos que degradan la mEH en sistemas cíclicos y la sEH con UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR UES Access Provided by: En general, la sEH complementa la mEH en términos de selectividad de sustrato, con epóxidos que degradan la mEH en sistemas cíclicos y la sEH con una Vm (velocidad de proceso) alta y Km (cantidad relativa de fármaco) baja para epóxidos de ácidos grasos. Los epóxidos de ácidos grasos son mediadores químicos de la rama de los CYP de la cascada del ácido araquidónico. De forma simple, podría considerarse como un equilibrio entre las prostaglandinas, tromboxanos y leucotrienos, por lo general proinflamatorios e hipertensivos. Los epóxidos del ácido araquidónico y del ácido docosahexaenoico reducen la inflamación, la hipertensión y el dolor, pero por lo general se degradan con rapidez por la acción de sEH a dioles vecinales que poseen menor actividad biológica (fig. 5–5). Por lo tanto, al inhibir la sEH, se pueden obtener efectos biológicos espectaculares. Los trabajos recientes se han centrado en el dolor, donde los inhibidores de la sEH reducen tanto el dolor inflamatorio como el neuropático y hacen sinergia con los fármacos antiinflamatorios no esteroideos (Kodani y Hammock, 2015). En sistemas experimentales, los epóxidos de ácidos grasos omega3 y omega6 presentes en la dieta tienen propiedades antiinflamatorias, moderando la inflamación y la autofagia en tejidos sensibles a la insulina, efectos que favorecen a los inhibidores de la sEH (LopezVicario et al., 2015). Figura 5–5 Producción y metabolismo de epóxidos de ácidos grasos omega3. Los epóxidos de ácidos grasos, tales como el epóxido del ácido graso omega3 mostrado aquí, tienen diversas propiedades antiinflamatorias y antinociceptivas en los sistemas en los que se realizan los estudios, aunque por lo general son temporales y se metabolizan a formas dihidroxi menos activas por acción de la sEH. La inhibición de la sEH puede favorecer los efectos saludables de estos epóxidos. Downloaded 20231227 10:36 A Your IP is 138.97.143.28 CAPÍTULO 5: Metabolismo de los fármacos, Frank J. Gonzalez; Michael Coughtrie ©2023 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use • Privacy Policy • Notice • Accessibility Page 15 / 36 Producción y metabolismo de epóxidos de ácidos grasos omega3. Los epóxidos de ácidos grasos, tales como el epóxido del ácido graso omega3 UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR UES mostrado aquí, tienen diversas propiedades antiinflamatorias y antinociceptivas en los sistemas en los que se realizan los estudios, aunque por lo Access Provided by: general son temporales y se metabolizan a formas dihidroxi menos activas por acción de la sEH. La inhibición de la sEH puede favorecer los efectos saludables de estos epóxidos. Carboxilesterasas Las carboxilesterasas comprenden una superfamilia de enzimas que catalizan la hidrólisis de sustancias químicas que contienen éster y amida. Estas enzimas se encuentran tanto en el retículo endoplásmico como en el citosol de muchos tipos de células y están involucradas en la desintoxicación o activación metabólica de varios fármacos, tóxicos ambientales y carcinógenos. Las carboxilesterasas también catalizan la activación de profármacos a sus respectivos ácidos libres. Por ejemplo, el profármaco y el agente quimioterapéutico del cáncer irinotecán es un análogo de la camptotecina que se activa por las carboxilesterasas intracelulares dando lugar al inhibidor potente de la topoisomerasa SN38 (fig. 5–6). Al igual que la FMO, las carboxilesterasas no están involucradas en interacciones significativas con fármacos. Figura 5–6 Metabolismo de irinotecán (CPT11). El profármaco CPT11 se metaboliza inicialmente por acción de una carboxilesterasa sérica 2 (CES2) para dar origen inhibidor de la topoisomerasa SN38, que es el análogo activo de la camptotecina que lentifica el crecimiento del tumor. El SN38 está sujeto a Downloaded 20231227 10:36 A Your IP is 138.97.143.28 glucuronidación, lo que provoca la pérdida de actividad biológica yMichael facilita la eliminación del SN38 en la bilis. Page 16 / 36 CAPÍTULO 5: Metabolismo de los fármacos, Frank J. Gonzalez; Coughtrie ©2023 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use • Privacy Policy • Notice • Accessibility carboxilesterasas no están involucradas en interacciones significativas con fármacos. Figura 5–6 UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR UES Access Provided by: Metabolismo de irinotecán (CPT11). El profármaco CPT11 se metaboliza inicialmente por acción de una carboxilesterasa sérica 2 (CES2) para dar origen inhibidor de la topoisomerasa SN38, que es el análogo activo de la camptotecina que lentifica el crecimiento del tumor. El SN38 está sujeto a glucuronidación, lo que provoca la pérdida de actividad biológica y facilita la eliminación del SN38 en la bilis. Downloaded 20231227 10:36 A Your IP is 138.97.143.28 CAPÍTULO 5: Metabolismo de los fármacos, Frank J. Gonzalez; Michael Coughtrie ©2023 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use • Privacy Policy • Notice • Accessibility Page 17 / 36 UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR UES Access Provided by: REACCIONES DE FASE 2: ENZIMAS DE CONJUGACIÓN Hay un gran número de enzimas conjugadoras de la fase 2, todas las cuales se consideran de naturaleza sintética porque dan lugar a la formación de metabolitos con mayor masa molecular. Las reacciones de la fase 2 también terminan la actividad biológica del fármaco, aunque hay excepciones. Para la morfina y el minoxidilo, los conjugados de glucurónido y sulfato, respectivamente, tienen más actividad farmacológica que la molécula original. Las contribuciones relativas de las diferentes reacciones de la fase 2 al metabolismo de los fármacos se muestran en la figura 5–3B. Dos de las reacciones de la fase 2, la glucuronidación y la sulfatación, dan lugar a la formación de metabolitos con coeficientes de reparto agualípido significativamente más elevadas. La sulfatación y la glucuronidación terminan la actividad biológica de los fármacos y el cambio en la carga general aumenta la solubilidad acuosa del metabolito. El incremento hidrófilo facilita el transporte de metabolitos en los compartimentos acuosos de la célula y el cuerpo. La característica de las reacciones de la fase 2 es la dependencia de las reacciones catalíticas sobre cofactores (o, más correctamente, sobre el cosustrato): UDPGA para UGT y 3′fosfoadenosina5′fosfosulfato (PAPS) para SULT, que reaccionan con los grupos funcionales disponibles en los sustratos. Los grupos funcionales reactivos son a menudo generados por los CYP de la fase 1, aunque hay muchos fármacos (p. ej., paracetamol) para los cuales la glucuronidación y la sulfatación ocurren directamente sin metabolismo oxidativo previo. Todas las reacciones de la fase 2 se realizan en el citosol de la célula, con la excepción de la glucuronidación, que se localiza en el lado luminal del retículo endoplásmico. Las tasas catalíticas de las reacciones de fase 2 son significativamente más rápidas que las tasas de los CYP. Por lo tanto, si un fármaco está dirigido a la oxidación de la fase 1 a través del CYP, seguido de una reacción de conjugación de la fase 2, normalmente la tasa de eliminación dependerá de la reacción de oxidación inicial (fase 1). Como la tasa de conjugación es más rápida y el proceso conduce a un aumento en la hidrofilicidad del fármaco, por lo general se toman en consideración las reacciones de la fase 2 para asegurar la eliminación y desintoxicación eficientes de la mayor parte de los fármacos. Glucuronidación Entre las reacciones más importantes de la fase 2 en el metabolismo de los fármacos se encuentran las realizadas por las uridina difosfato– glucuronosiltransferasas (UGT) (fig. 5–3B). Estas enzimas catalizan la transferencia de ácido glucurónico desde el cofactor UDPGA hasta un sustrato para formar ácidos βdglucopiranoidurónicos (glucurónidos), metabolitos que son sensibles al desdoblamiento por acción de la βglucuronidasa. Los glucurónidos pueden formarse en grupos hidroxilo alcohólicos y fenólicos; en radicales carboxilo, sulfurilo y carbonilo y en sitios amino primarios, secundarios y terciarios en las moléculas. Los sustratos de UGT incluyen cientos de productos farmacéuticos químicamente únicos, sustancias dietéticas, agentes ambientales, agentes humorales como hormonas circulantes (andrógenos, estrógenos, mineralocorticoides, glucocorticoides, tiroxina), ácidos biliares, retinoides y bilirrubinas, el producto final del catabolismo de la molécula hem. En el cuadro 5–2 y en las figuras 5–1 y 5–6 se muestran ejemplos de reacciones de glucuronidación. La diversidad estructural de los fármacos y otros xenobióticos que se procesan mediante glucuronidación garantiza que muchos agentes terapéuticos clínicamente eficaces se excreten como glucurónidos. La UGT se expresa de forma altamente coordinada, específica de los tejidos y a menudo inducible, con la concentración más alta encontrada en el tubo digestivo y en el hígado. Por peso de tejido, hay un mayor número y concentración de UGT en el intestino delgado que en el hígado, por lo que el metabolismo de primer paso eficiente desempeña una función importante en la predicción de la biodisponibilidad de muchos fármacos administrados por vía oral. La formación de glucurónidos y su mayor polaridad puede favorecer su paso hacia la circulación, desde la cual son excretados en la orina. A medida que los xenobióticos entran en el hígado y son absorbidos por los hepatocitos, la formación de glucurónido proporciona sustratos para el transporte activo hacia los canalículos biliares y la excreción final como componentes de la bilis (fig. 5–9). Muchos de los glucurónidos que se excretan en la bilis al final se convierten en sustratos para la βglucuronidasa microbiana soluble en el colon, lo que da origen a la formación de ácido glucurónico libre y el sustrato inicial. El colon absorbe activamente agua y diversos compuestos (fig. 54–3); dependiendo de su solubilidad, el glucurónido o el sustrato original pueden ser reabsorbidos a través de difusión pasiva o por transportadores apicales en el intestino delgado y el colon para volver a entrar en IP la circulación sistémica. Este proceso de recirculación enterohepática causa la recaptación de ácidos biliares Downloaded 20231227 10:36 A Your is 138.97.143.28 Page 18 / 36 CAPÍTULO 5: Metabolismo de los fármacos, Frank J. Gonzalez; Michael Coughtrie y puede prolongar la semivida de un xenobiótico conjugado en el hígado porque la excreción final del compuesto se retrasa (fig. 5–8). ©2023 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use • Privacy Policy • Notice • Accessibility Hay 19 genes humanos que codifican las proteínas UGT. Nueve están codificados por el locus UGT1A en el cromosoma 2q37 (1A1, 1A3, 1A4, 1A5, 1A6, 1A7, 1A8, 1A9 y 1A10), mientras que 10 genes están codificados por la familia de genes UGT2 en el cromosoma 4q13.2 (2A1, 2A2, 2A3, 2B2, 2B4, 2B7, excretados en la orina. A medida que los xenobióticos entran en el hígado y son absorbidos por los hepatocitos, la formación de glucurónido UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR UES proporciona sustratos para el transporte activo hacia los canalículos biliares y la excreción final como componentes de la bilis (fig. 5–9). Muchos de los Access Provided by: glucurónidos que se excretan en la bilis al final se convierten en sustratos para la βglucuronidasa microbiana soluble en el colon, lo que da origen a la formación de ácido glucurónico libre y el sustrato inicial. El colon absorbe activamente agua y diversos compuestos (fig. 54–3); dependiendo de su solubilidad, el glucurónido o el sustrato original pueden ser reabsorbidos a través de difusión pasiva o por transportadores apicales en el intestino delgado y el colon para volver a entrar en la circulación sistémica. Este proceso de recirculación enterohepática causa la recaptación de ácidos biliares y puede prolongar la semivida de un xenobiótico conjugado en el hígado porque la excreción final del compuesto se retrasa (fig. 5–8). Hay 19 genes humanos que codifican las proteínas UGT. Nueve están codificados por el locus UGT1A en el cromosoma 2q37 (1A1, 1A3, 1A4, 1A5, 1A6, 1A7, 1A8, 1A9 y 1A10), mientras que 10 genes están codificados por la familia de genes UGT2 en el cromosoma 4q13.2 (2A1, 2A2, 2A3, 2B2, 2B4, 2B7, 2B10, 2B11, 2B15 y 2B17). De estas proteínas, las principales UGT implicadas en el metabolismo de fármacos son UGT1A1, 1A3, 1A4, 1A6, 1A9 y 2B7 (para una lista de fármacos que funcionan como sustratos comunes, véase Rowland et al., 2013). Aunque ambas familias de proteínas están asociadas con el metabolismo de fármacos y xenobióticos, la familia de proteínas UGT2 parece tener mayor especificidad para la glucuronidación de sustancias endógenas. El locus UGT1 en el cromosoma 2 (fig. 5–7) abarca casi 200 kb, con más de 150 kb de regiones de exones de casete de matriz en tándem que codifican aproximadamente 280 aminoácidos de la porción amino terminal de las proteínas UGT1A. Cuatro exones se ubican en el extremo 3′ del locus; estos codifican los 245 aminoácidos del extremo carboxilo que se combinan con una de las disposiciones numeradas consecutivamente de los primeros exones para formar los productos individuales del gen UGT1A. Como los exones 2 a 5 codifican la misma secuencia para cada proteína UGT1A, la variabilidad en la especificidad del sustrato para cada una de las proteínas UGT1A es el resultado de la divergencia significativa en secuencia codificada por las regiones del exón 1. La actividad reducida de UGT resultante de mutaciones alélicas en los exones 2 a 5 afecta a todas las proteínas UGT1A, mientras que las mutaciones que inactivan la región del exón 1 conducen a una reducción de la glucuronidación solo por la proteína UGT1A afectada. Se han identificado más de 100 variantes alélicas dirigidas a las regiones divergentes del exón 1, muchas de las cuales ocasionan disminución de la actividad de UGT. Figura 5–7 Organización del locus UGT1A. La transcripción de los genes UGT1A comienza con la activación de la PolII, que se controla a través de eventos específicos del tejido. Los exones conservados 2 a 5 se empalman con la secuencia respectiva del exón 1, lo que ocasiona la producción de secuencias únicas de UGT1A. El locus UGT1A codifica nueve proteínas funcionales. Desde una perspectiva clínica, la expresión de UGT1A1 asume una función importante en el metabolismo de los fármacos porque la glucuronidación de bilirrubina por UGT1A1 es el paso limitante de la velocidad de reacción para asegurar la eliminación eficiente de la bilirrubina, y esta tasa puede verse afectada tanto por la variación genética como por sustratos competitivos (fármacos). La deficiencia en la actividad de CYP1A1 y en la eliminación de bilirrubinas ocasiona el síndrome de Gilbert, un trastorno autosómico recesivo, pero en ocasiones autosómico dominante, dependiendo del tipo de mutación que se presente (Strassburg, 2008). La bilirrubina es el producto de degradación del grupo hem, 80% del cual se origina de la hemoglobina circulante y 20% de otras proteínas que contienen hem, como los CYP. La bilirrubina es hidrófoba, se asocia con la albúmina sérica y debe metabolizarse mediante glucuronidación para asegurar su eliminación. La incapacidad para metabolizar eficientemente la bilirrubina por glucuronidación incrementa sus concentraciones séricas y aparece un síntoma clínico llamado hiperbilirrubinemia o ictericia. La expresión tardía del gen UGT1A1 en recién nacidos es la razón principal de la hiperbilirrubinemia neonatal. Existen más de20231227 40 lesiones10:36 genéticas en elIP gen que pueden conducir a hiperbilirrubinemia no conjugada hereditaria. El síndrome de Crigler Downloaded A Your is UGT1A1 138.97.143.28 Najjar tipo 1 5: (CN1) se diagnostica una falta total glucuronidación bilirrubina y es el resultado de mutaciones inactivantes en elPage exón191 o/ 36 en CAPÍTULO Metabolismo de loscomo fármacos, Frank J. de Gonzalez; Michael de Coughtrie ©2023 McGraw Hill.del All gen Rights Reserved. Termsde ofCriglerNajjar Use • Privacytipo Policy • Notice • Accessibility los exones comunes UGT1A1 . El síndrome 2 (CN2) se distingue por la detección de cantidades reducidas de glucurónidos de bilirrubina en las secreciones duodenales y está relacionado con mutaciones promotoras o mutaciones del marco de lectura en el gen UGT1A1 que conducen a la formación reducida de glucurónidos. El peligro asociado con CN1 y CN2 es la acumulación de bilirrubina no conjugada a niveles hemoglobina circulante y 20% de otras proteínas que contienen hem, como los CYP. La bilirrubina es hidrófoba, se asocia con la albúmina sérica y UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR UES debe metabolizarse mediante glucuronidación para asegurar su eliminación. La incapacidad para metabolizar eficientemente la bilirrubina por Access Provided by: glucuronidación incrementa sus concentraciones séricas y aparece un síntoma clínico llamado hiperbilirrubinemia o ictericia. La expresión tardía del gen UGT1A1 en recién nacidos es la razón principal de la hiperbilirrubinemia neonatal. Existen más de 40 lesiones genéticas en el gen UGT1A1 que pueden conducir a hiperbilirrubinemia no conjugada hereditaria. El síndrome de Crigler Najjar tipo 1 (CN1) se diagnostica como una falta total de glucuronidación de bilirrubina y es el resultado de mutaciones inactivantes en el exón 1 o en los exones comunes del gen UGT1A1. El síndrome de CriglerNajjar tipo 2 (CN2) se distingue por la detección de cantidades reducidas de glucurónidos de bilirrubina en las secreciones duodenales y está relacionado con mutaciones promotoras o mutaciones del marco de lectura en el gen UGT1A1 que conducen a la formación reducida de glucurónidos. El peligro asociado con CN1 y CN2 es la acumulación de bilirrubina no conjugada a niveles tóxicos, lo que puede conducir a toxicidad del SNC. Los niños diagnosticados con CN1 requieren tratamiento amplio e inmediato con luz del espectro azul para descomponer la bilirrubina circulante; estos pacientes al final requieren trasplante de hígado. Los fármacos que inducen la expresión del gen UGT1A1, como el fenobarbital, pueden mejorar la glucuronidación y la eliminación de la bilirrubina en pacientes con CN2. El gen UGT1A1 es el único gen asociado con el metabolismo xenobiótico que es esencial para la vida, porque existe un requisito absoluto para la eliminación diaria de la bilirrubina sérica. Las variantes alélicas asociadas con otros genes del metabolismo de xenobióticos (fases 1 y 2) pueden mejorar la enfermedad y la toxicidad asociadas con el uso de fármacos, pero muestran pocos o ningún efecto fenotípico. El síndrome de Gilbert es una enfermedad por lo general benigna que está presente en 8% a 23% de la población, con base en la diversidad étnica. Su diagnóstico clínico se establece cuando existen concentraciones de bilirrubina circulante que son 100% a 300% más altas de lo normal. Cada vez existen más pruebas epidemiológicas que sugieren que el síndrome de Gilbert puede ser protector contra las enfermedades cardiovasculares, potencialmente como resultado de las propiedades antioxidantes de la bilirrubina. El polimorfismo genético más común asociado con el síndrome de Gilbert es una mutación en el promotor del gen UGT1A1, identificado como el alelo UGT1A1* 28, que conduce a una secuencia de promotor A(TA)7TAA que difiere de la secuencia más común A(TA)6TAA. Los niveles elevados de bilirrubina sérica total se asocian con niveles de expresión significativamente reducidos de UGT1A1 hepática. Los sujetos diagnosticados con síndrome de Gilbert pueden estar predispuestos a reacciones adversas a fármacos (cuadro 5–3) como resultado de una capacidad reducida para metabolizar fármacos por parte de UGT1A1. Si un fármaco sufre metabolismo selectivo por parte de UGT1A1, existirá competencia por el metabolismo del fármaco con glucuronidación de bilirrubina, lo que da lugar a una hiperbilirrubinemia evidente, así como a una reducción de la eliminación del fármaco metabolizado. El tranilast [N(3′4′desmetoxifenil) ácido antranílico] es un fármaco en investigación utilizado para la prevención de la recidiva de estenosis en pacientes sometidos a revascularización coronaria transluminal (endoprótesis intracoronarias). El tratamiento con tranilast en pacientes con síndrome de Gilbert puede conducir a hiperbilirrubinemia, así como generar posibles complicaciones hepáticas que dan origen a aumento de las concentraciones de tranilast. CUADRO 5–3 EFECTOS TÓXICOS DE LOS FÁRMACOS Y SÍNDROME DE GILBERT PROBLEMA CARACTERÍSTICA Síndrome de Gilbert UGT1A1* 28 (variante principal en caucásicos) Reacciones de toxicidad establecidas Irinotecán, atazanavir Sustratos de UGT1A1 (¿riesgo potencial?) Gemfibrozilo,a ezetimiba Simvastatina, atorvastatina, cerivastatinaa Etinilestradiol, buprenorfina, fulvestrant Ibuprofeno, ketoprofeno a Reacción farmacológica intensa a causa de la inhibición de la glucuronidación (UGT1A1) y CYP2C8 y CYP2C9 cuando ambos fármacos se combinan lo que lleva a la suspensión de la cerivastatina. Reproducido con autorización de Strassburg CP. Pharmacogenetics of Gilbert’s syndrome. Pharmacogenomics, 2008, 9:703–715. Copyright © 2008 Future Medicine Ltd. All rights reserved. Permiso otorgado a través de Copyright Clearance Center, Inc. Downloaded 20231227 10:36 A Your IP is 138.97.143.28 Page 20 / 36 CAPÍTULO 5: Metabolismo de los fármacos, Frank J. Gonzalez; Michael Coughtrie El síndrome de Gilbert también altera las respuestas de los pacientes al irinotecán. El irinotecán, un profármaco utilizado en la quimioterapia de ©2023 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use • Privacy Policy • Notice • Accessibility tumores sólidos (cap. 70) es metabolizado a su forma activa, SN38, por acción de carboxilesterasas hísticas (fig. 5–6). El SN38 es un potente inhibidor de la topoisomerasa que es inactivado por UGT1A1 y se excreta en la bilis (fig. 5–8 y 5–9). Una vez en la luz intestinal, el glucurónido SN38 sufre reducción de la eliminación del fármaco metabolizado. El tranilast [N(3′4′desmetoxifenil) ácido antranílico] es un fármaco en investigación utilizado UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR UES para la prevención de la recidiva de estenosis en pacientes sometidos a revascularización coronaria transluminal (endoprótesis intracoronarias). El Access Provided by: tratamiento con tranilast en pacientes con síndrome de Gilbert puede conducir a hiperbilirrubinemia, así como generar posibles complicaciones hepáticas que dan origen a aumento de las concentraciones de tranilast. CUADRO 5–3 EFECTOS TÓXICOS DE LOS FÁRMACOS Y SÍNDROME DE GILBERT PROBLEMA CARACTERÍSTICA Síndrome de Gilbert UGT1A1* 28 (variante principal en caucásicos) Reacciones de toxicidad establecidas Irinotecán, atazanavir Sustratos de UGT1A1 (¿riesgo potencial?) Gemfibrozilo,a ezetimiba Simvastatina, atorvastatina, cerivastatinaa Etinilestradiol, buprenorfina, fulvestrant Ibuprofeno, ketoprofeno a Reacción farmacológica intensa a causa de la inhibición de la glucuronidación (UGT1A1) y CYP2C8 y CYP2C9 cuando ambos fármacos se combinan lo que lleva a la suspensión de la cerivastatina. Reproducido con autorización de Strassburg CP. Pharmacogenetics of Gilbert’s syndrome. Pharmacogenomics, 2008, 9:703–715. Copyright © 2008 Future Medicine Ltd. All rights reserved. Permiso otorgado a través de Copyright Clearance Center, Inc. El síndrome de Gilbert también altera las respuestas de los pacientes al irinotecán. El irinotecán, un profármaco utilizado en la quimioterapia de tumores sólidos (cap. 70) es metabolizado a su forma activa, SN38, por acción de carboxilesterasas hísticas (fig. 5–6). El SN38 es un potente inhibidor de la topoisomerasa que es inactivado por UGT1A1 y se excreta en la bilis (fig. 5–8 y 5–9). Una vez en la luz intestinal, el glucurónido SN38 sufre desdoblamiento por acción de la βglucuronidasa bacteriana y vuelve a entrar en la circulación a través de absorción intestinal. Los niveles elevados de SN38 en la sangre conducen a efectos tóxicos hematológicos que se caracterizan por leucopenia y neutropenia, así como daño a las células epiteliales intestinales, lo que provoca ileocolitis aguda potencialmente letal. Los pacientes con síndrome de Gilbert que reciben tratamiento con irinotecán están predispuestos a los efectos tóxicos hematológicos y gastrointestinales por el incremento de las concentraciones séricas de SN38, el resultado neto de la actividad insuficiente de UGT1A y la consiguiente acumulación de un fármaco tóxico en el epitelio del tubo digestivo. Figura 5–8 Vías de transporte y exposición de SN38 a las células del epitelio intestinal. El SN38 es transportado a la bilis después de la glucuronidación por la UGT1A1 hepática y UGT1A7 extrahepática. Después del desdoblamiento del glucurónido luminal SN38 (SN38G) por acción de la βglucuronidasa bacteriana, la reabsorción en las células epiteliales puede ocurrir por difusión pasiva (indicada por las flechas punteadas dirigidas al interior de la célula) así como por transportadores apicales. El movimiento hacia las células epiteliales también puede ocurrir desde la sangre a través de los transportadores basolaterales. El SN38 intestinal puede ser transportado a la luz por medio de la glucoproteína P (Pgp) y la proteína 2 de resistencia a múltiples fármacos (MRP2) y hacia la sangre a través de la proteína de resistencia a múltiples fármacos (MRP1). La acumulación excesiva de SN38 en las células epiteliales intestinales, resultante de la reducción de la glucuronidación, puede conducir a daño celular y toxicidad. (Modificado y reproducido con autorización de Tukey RH et al. Pharmacogenomics of human UDPglucuronosyltransferases and irinotecan toxicity. Mol Pharmacol, 2002, 62:446–450. Copyright © 2002 The American Society for Pharmacology and Experimental Therapeutics.) Downloaded 20231227 10:36 A Your IP is 138.97.143.28 CAPÍTULO 5: Metabolismo de los fármacos, Frank J. Gonzalez; Michael Coughtrie ©2023 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use • Privacy Policy • Notice • Accessibility Page 21 / 36 múltiples fármacos (MRP2) y hacia la sangre a través de la proteína de resistencia a múltiples fármacos (MRP1). La acumulación excesiva de SN38 en UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR UES las células epiteliales intestinales, resultante de la reducción de la glucuronidación, puede conducir a daño celular y toxicidad. (Modificado y Access Provided by: reproducido con autorización de Tukey RH et al. Pharmacogenomics of human UDPglucuronosyltransferases and irinotecan toxicity. Mol Pharmacol, 2002, 62:446–450. Copyright © 2002 The American Society for Pharmacology and Experimental Therapeutics.) Figura 5–9 Objetivos celulares de SN38 en la sangre y en tejidos intestinales. La acumulación excesiva de SN38 puede conducir a toxicidad sanguínea, como leucopenia y neutropenia, así como daño al epitelio intestinal. Estos efectos tóxicos son notables en individuos que tienen una capacidad reducida para formar el glucurónido de SN38, así como en pacientes con síndrome de Gilbert. Se deben considerar los diferentes compartimentos del cuerpo y tipos de células implicados. (Modificado y reproducido con autorización de Tukey RH et al. Pharmacogenomics of human UDP glucuronosyltransferases and irinotecan toxicity. Mol Pharmacol, 2002, 62:446–450. Copyright © 2002 The American Society for Pharmacology and Experimental Therapeutics.) Mientras que la mayor parte de los fármacos metabolizados por UGT1A1 compiten por glucuronidación con bilirrubina, los pacientes con síndrome de Gilbert que son VIH positivos y que reciben tratamiento con inhibidores de la proteasa como atazanavir desarrollan hiperbilirrubinemia puesto que el fármaco inhibe la función de UGT1A1, aunque atazanavir no es un sustrato para la glucuronidación. La hiperbilirrubinemia grave se puede desarrollar en pacientes con síndrome de Gilbert que presentan mutaciones inactivadoras enzimáticas en los genes UGT1A3 y UGT1A7. Los efectos secundarios inducidos por fármacos que se atribuyen a la inhibición de las enzimas UGT pueden ser una preocupación importante y pueden complicarse por la presencia de mutaciones que inactivan genes. Sulfatación Las sulfotransferasas (SULT), localizadas en el citosol, conjugan sulfato derivado de PAPS a hidroxilo y con menor frecuencia, a grupos amino de compuestos aromáticos y alifáticos. Al igual que todas las enzimas que metabolizan xenobióticos, las SULT metabolizan una amplia variedad de Downloaded 20231227 10:36 AEnYour IP is humanos, 138.97.143.28 sustratos endógenos y exógenos. los seres se han identificado 13 isoformas de SULT; con base en comparaciones de sus secuencias se Page 22 / 36 CAPÍTULO 5: Metabolismo de los fármacos, Frank J. Gonzalez; Michael Coughtrie han clasificado en cuatro familias: las familias SULT1 (SULT1A1, 1A2,Policy 1A3/4,•1B1, 1C2, 1C3, 1C4, 1E1); SULT2 (SULT2A1, SULT2B1a, SULT2B1b), SULT4 ©2023 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use • Privacy Notice • Accessibility (4A1) y SULT6 (6A1). Existen grandes diferencias en el complemento expresado de SULT entre especies, lo que hace que sea poco fiable la extrapolación de los datos sobre la sulfatación de xenobióticos en animales a seres humanos. presencia de mutaciones que inactivan genes. Sulfatación UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR UES Access Provided by: Las sulfotransferasas (SULT), localizadas en el citosol, conjugan sulfato derivado de PAPS a hidroxilo y con menor frecuencia, a grupos amino de compuestos aromáticos y alifáticos. Al igual que todas las enzimas que metabolizan xenobióticos, las SULT metabolizan una amplia variedad de sustratos endógenos y exógenos. En los seres humanos, se han identificado 13 isoformas de SULT; con base en comparaciones de sus secuencias se han clasificado en cuatro familias: las familias SULT1 (SULT1A1, 1A2, 1A3/4, 1B1, 1C2, 1C3, 1C4, 1E1); SULT2 (SULT2A1, SULT2B1a, SULT2B1b), SULT4 (4A1) y SULT6 (6A1). Existen grandes diferencias en el complemento expresado de SULT entre especies, lo que hace que sea poco fiable la extrapolación de los datos sobre la sulfatación de xenobióticos en animales a seres humanos. SULT desempeña una función importante en la homeostasis normal del ser humano. Por ejemplo, SULT2B1b es la forma predominante expresada en la piel, que participa en la catálisis del colesterol. El sulfato de colesterol es un metabolito esencial para regular la diferenciación de los queratinocitos y el desarrollo de la piel. El SULT2A1 se expresa en gran medida en la glándula suprarrenal fetal, donde produce grandes cantidades de sulfato de dehidroepiandrosterona que son necesarias para la biosíntesis placentaria de estrógenos durante la segunda mitad del embarazo. SULT 1A3 y 1A4 (proteínas idénticas producidas a partir de diferentes genes) son altamente selectivas para catecolaminas, mientras que los estrógenos (en particular 17βestradiol) son sulfatados por SULT1E1. En los seres humanos, existen en forma sulfatada fracciones significativas de catecolaminas circulantes, estrógenos, yodotironina y dehidroepiandrosterona (DHEA). Algunas SULT humanas muestran especificidad para un único sustrato, mientras que otras tienen actividad heterogénea. Los miembros de la familia SULT1 son las principales isoformas involucradas en el metabolismo de xenobióticos; SULT1A1 es la más importante desde el punto de vista cuantitativo y cualitativo en el hígado (Riches et al., 2009). SULT1A1 muestra una amplia diversidad en su capacidad de catalizar la sulfatación de una amplia gama de xenobióticos estructuralmente heterogéneos con gran afinidad. Las enzimas de la familia SULT1 se reconocen como SULT fenólica; catalizan la sulfatación de moléculas fenólicas como paracetamol, minoxidilo y 17αetinil estradiol. El SULT1B1 es similar al SULT1A1 en su amplia variedad de sustratos, aunque es mucho más abundante en el intestino que en el hígado. Existen tres enzimas SULT1C en los seres humanos, pero poco se sabe de su especificidad de sustrato. En roedores, las enzimas SULT1C son capaces de sulfatar el carcinógeno hepático NOH2 acetilaminofluoreno y causan la bioactivación de este y otros carcinógenos relacionados. No está clara su participación en esta vía en seres humanos. Las enzimas SULT1C se expresan de manera abundante en los tejidos fetales humanos; sin embargo, su número disminuye significativamente en los adultos. SULT1E cataliza la sulfatación de esteroides endógenos y exógenos y se localiza en el hígado y en tejidos sensibles a hormonas como los testículos, mamas, glándulas suprarrenales y placenta. En el tubo digestivo alto, los niveles de SULT1A3/4 y SULT1B1 son especialmente abundantes, mientras que en el hígado adulto no se encuentra SULT1A3/4. La conjugación de fármacos y xenobióticos se considera sobre todo un paso de desintoxicación, lo que asegura que los metabolitos entren en los compartimentos acuosos del cuerpo y estén destinados a su eliminación. Sin embargo, el metabolismo de los fármacos a través de la sulfatación a menudo provoca la generación de metabolitos químicamente reactivos, en donde el sulfato retiene electrones y puede sufrir desdoblamiento heterolítico, lo que conduce a la formación de un catión electrófilo. La mayor parte de los ejemplos de generación de una respuesta carcinógena, tóxica o de mutagénesis por sulfatación en estudios clínicos en animales se han documentado con productos químicos derivados del medio ambiente o de arilaminas mutágenas heterocíclicas alimentarias generadas a partir de carne bien cocida o quemada. Por lo tanto, es importante entender si se pueden establecer vínculos genéticos asociando polimorfismos conocidos de SULT humana con cánceres que se cree se originan de fuentes ambientales. Como SULT1A1 es la SULT más abundante en los tejidos humanos y muestra una amplia especificidad de sustrato, los perfiles polimórficos asociados con este gen y sus asociaciones con varios cánceres humanos son de considerable interés. Se han identificado polimorfismos del número de copias dentro de los genes SULT1A1, SULT1A3 y SULT1A4, lo que puede ayudar a explicar gran parte de las variaciones individuales en la expresión y actividad de estas enzimas. El conocimiento de la estructura, las actividades, la regulación y los polimorfismos de la superfamilia SULT ayudará a comprender los vínculos entre la sulfatación y la susceptibilidad, reproducción y desarrollo del cáncer. Datos estructurales, resultados de estudios cinéticos y simulaciones de dinámica molecular, están empezando a proporcionar una imagen más clara de los mecanismos por los cuales SULT expresa un patrón singular de especificidad de sustrato (Tibbs et al., 2015). Conjugación de glutatión Las glutatiónStransferasas (GST) catalizan la transferencia de glutatión a productos electrófilos reactivos, una función que sirve para proteger a las macromoléculas celulares de la interacción con compuestos electrófilos que contienen heteroátomos electrófilos (–O, –N y –S) y, a su vez, protege el entorno celular de la lesión (Vaish et al., 2020). El cosustrato en la reacción es glutatión, un tripéptido que consiste en ácido γglutámico, cisteína y glicina (fig. 5–10). El glutatión existe en la célula en forma oxidada (GSSG) y reducida (GSH) y la proporción GSH:GSSG es fundamental para mantener un ambiente celular en el estado reducido. Además de afectar la conjugación de productos xenobióticos con GSH, una reducción intensa en el contenido de GSH puede predisponer a las células a sufrir daño oxidativo, un estado que se ha vinculado a una serie de problemas de salud humana. Downloaded 20231227 10:36 A Your IP is 138.97.143.28 Figura 5–10 CAPÍTULO 5: Metabolismo de los fármacos, Frank J. Gonzalez; Michael Coughtrie ©2023 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use • Privacy Policy • Notice • Accessibility El glutatión es un cosustrato en la conjugación de un xenobiótico (X) por acción de GST. Page 23 / 36 macromoléculas celulares de la interacción con compuestos electrófilos que contienen heteroátomos electrófilos (–O, –N y –S) y, a su vez, protege el UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR entorno celular de la lesión (Vaish et al., 2020). El cosustrato en la reacción es glutatión, un tripéptido que consiste en ácido γglutámico, cisteína y UES Access Provided glicina (fig. 5–10). El glutatión existe en la célula en forma oxidada (GSSG) y reducida (GSH) y la proporción GSH:GSSG esby:fundamental para mantener un ambiente celular en el estado reducido. Además de afectar la conjugación de productos xenobióticos con GSH, una reducción intensa en el contenido de GSH puede predisponer a las células a sufrir daño oxidativo, un estado que se ha vinculado a una serie de problemas de salud humana. Figura 5–10 El glutatión es un cosustrato en la conjugación de un xenobiótico (X) por acción de GST. En la formación de conjugados de glutatión, la reacción de GST genera un enlace de tioéter con un fármaco o xenobiótico con un radical de cisteína del tripéptido. De manera característica, todos los sustratos de GST contienen un átomo electrófilo, son hidrófobos por naturaleza y se asocian con proteínas celulares. Debido a que la concentración de glutatión en las células es por lo general alta, típicamente 7 μmol/g de hígado o en el intervalo de 10 mM, muchos fármacos y xenobióticos pueden presentar reacción no enzimática con glutatión. Sin embargo, el GST ocupa hasta 10% de la concentración total de proteínas hepatocelulares, una propiedad que asegura la conjugación eficiente del glutatión con productos electrófilos reactivos. La alta concentración de GST también proporciona a las células un sumidero de proteína citosólica, una propiedad que facilita las interacciones no covalentes y a veces covalentes con compuestos que no son sustratos para la conjugación con glutatión. La reserva citosólica de GST, en algún momento identificada como ligandina, se une a esteroides, ácidos biliares, bilirrubinas, hormonas celulares y compuestos tóxicos ambientales, además de formar complejos con otras proteínas celulares. Hay más de 20 GST humanas que se han dividido en dos subfamilias: la forma citosólica y la forma microsómica. Las principales diferencias en la función entre el GST microsómico y citosólico residen en la selección de sustratos para la conjugación; Las formas citosólicas tienen mayor importancia en el metabolismo de fármacos y xenobióticos, mientras que las GST microsómicas son importantes en el metabolismo endógeno de los leucotrienos y prostaglandinas. Las GST citosólicas comprende siete clases llamadas alfa (GSTA1 y 2), mu (GSTM1 a 5), omega (GSTO1), pi (GSTP1), sigma (GSTS1), theta (GSTT1 y GSTT2) y zeta (GSTZ1). Aquellos en las clases alfa y mu pueden formar heterodímeros, permitiendo la formación de un gran número de transferasas activas. Las formas citosólicas de GST catalizan las reacciones de conjugación, reducción e isomerización. La alta concentración de GSH en las células, así como la abundancia de GST, significa que pocas moléculas reactivas escapan a la desintoxicación. A pesar de la aparente capacidad excesiva de la enzima y sus equivalentes reductores, siempre existe la preocupación de que algunos reactivos intermedios eviten la eliminación y, a causa de su electrofilicidad, se unan a los componentes celulares y causen efectos nocivos. La posibilidad para tal evento se aumenta si GSH se agota o si una forma específica de GST es polimorfa y disfuncional. Aunque es difícil agotar los niveles celulares de GSH, las sustancias terapéuticas que requieren dosis grandes para ser clínicamente eficaces tienen el mayor potencial para reducir las concentraciones celulares de GSH. El paracetamol, que en condiciones normales se metaboliza por glucuronidación y sulfatación, es también un sustrato para el metabolismo oxidativo a través de CYP2E1 y CYP3A4, que generan el metabolito tóxico Nacetilpbenzoquinona imina (NAPQI) el cual, en dosis normales, se neutraliza con facilidad mediante conjugación con GSH. Sin embargo, una sobredosis de paracetamol puede agotar los niveles celulares de GSH y aumentar el potencial de NAPQI para interactuar con otros componentes celulares, lo que ocasiona toxicidad y muerte celular. La toxicidad por paracetamol, con el aumento en las concentraciones de NAPQI y la posibilidad de necrosis hepática, puede tratarse de manera dependiente del tiempo y de la concentración de fármacos mediante la administración de Nacetilcisteína, que repone la GSH agotada, permitiendo la desintoxicación del exceso de NAPQI antes de que pueda causar más daño celular (fig. 9–4). Downloaded 20231227 10:36 A Your IP is 138.97.143.28 24 / 36 Todas las GST polimorfas. (GSTM1*0 ) y thetaMichael (GSTT1*0 ) expresan un fenotipo nulo; por lo tanto, los individuos quePage muestran CAPÍTULO 5: son Metabolismo deLos losgenotipos fármacos,mu Frank J. Gonzalez; Coughtrie ©2023 McGrawenHill. All locus Rightsestán Reserved. Terms aofefectos Use • Privacy Policy • Notice • Accessibility polimorfismos estos predispuestos tóxicos por fármacos que son sustratos selectivos para estas GST. Por ejemplo, el alelo mutante GSTM1*0 se observa en 50% de la población caucásica y se vincula genéticamente a las neoplasias malignas humanas de pulmón, colon y vejiga. La actividad nula en el gen GSTT1 se asocia con efectos secundarios adversos y toxicidad en la quimioterapia contra el cáncer con fármacos través de CYP2E1 y CYP3A4, que generan el metabolito tóxico Nacetilpbenzoquinona imina (NAPQI) el cual, en dosis normales, se neutraliza con UNIVERSIDAD ELy SALVADOR facilidad mediante conjugación con GSH. Sin embargo, una sobredosis de paracetamol puede agotar los niveles celulares deDE GSH aumentar el UES Access Provided by: potencial de NAPQI para interactuar con otros componentes celulares, lo que ocasiona toxicidad y muerte celular. La toxicidad por paracetamol, con el aumento en las concentraciones de NAPQI y la posibilidad de necrosis hepática, puede tratarse de manera dependiente del tiempo y de la concentración de fármacos mediante la administración de Nacetilcisteína, que repone la GSH agotada, permitiendo la desintoxicación del exceso de NAPQI antes de que pueda causar más daño celular (fig. 9–4). Todas las GST son polimorfas. Los genotipos mu (GSTM1*0) y theta (GSTT1*0) expresan un fenotipo nulo; por lo tanto, los individuos que muestran polimorfismos en estos locus están predispuestos a efectos tóxicos por fármacos que son sustratos selectivos para estas GST. Por ejemplo, el alelo mutante GSTM1*0 se observa en 50% de la población caucásica y se vincula genéticamente a las neoplasias malignas humanas de pulmón, colon y vejiga. La actividad nula en el gen GSTT1 se asocia con efectos secundarios adversos y toxicidad en la quimioterapia contra el cáncer con fármacos citostáticos; los efectos tóxicos resultan de la eliminación insuficiente de los fármacos a través de la conjugación con GSH. La expresión del genotipo nulo puede ser de hasta 60% en las poblaciones chinas y coreanas. Por lo tanto, los polimorfismos de GST pueden influir en la eficacia y gravedad de los efectos secundarios de los fármacos. Mientras que las GST desempeña una función importante en la desintoxicación celular, sus actividades en los tejidos cancerosos se han relacionado con el desarrollo de resistencia a los antineoplásicos que son tanto sustratos como no sustratos para las GST. Muchos de estos fármacos son eficaces porque inician la muerte celular o la apoptosis, procesos que están relacionados con la activación de proteínas cinasas activadas por mitógenos (MAPK) como JNK y p38. La expresión excesiva de GST se asocia con resistencia a la apoptosis y la inhibición de la actividad de MAPK. En diversos tumores, las GST se expresan de forma excesiva, lo que reduce la actividad de MAPK y la eficacia de la quimioterapia. Aprovechando las concentraciones relativamente altas de GST en las células tumorales, la inhibición de la actividad de GST se ha utilizado como una estrategia terapéutica para modular la resistencia farmacológica al sensibilizar a los tumores a los fármacos antineoplásicos. Un análogo del glutatión, TLK199, un profármaco que las esterasas plasmáticas convierten en un inhibidor de GST, TLK117, potencia la toxicidad de diferentes fármacos antineoplásicos (fig. 5–11). Figura 5–11 Activación de TLK199 a TLK117, un inhibidor de GST. Downloaded 20231227 10:36 A Your IP is 138.97.143.28 CAPÍTULO 5: Metabolismo de los fármacos, Frank J. Gonzalez; Michael Coughtrie ©2023 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use • Privacy Policy • Notice • Accessibility Page 25 / 36 (fig. 5–11). UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR UES Figura 5–11 Access Provided by: Activación de TLK199 a TLK117, un inhibidor de GST. La gran actividad de GST en las células cancerosas ha sido la base para el desarrollo de profármacos que pueden ser activados por GST para formar productos intermedios electrofílicos. Por ejemplo, TLK286 es un sustrato para las GST que sufre una reacción de βeliminación, formando un conjugado de glutatión y una mostaza nitrogenada (fig. 5–12) capaz de producir la alquilación de productos nucleófilos celulares, lo que ocasiona la destrucción celular y actividad antitumoral (Townsend y Tew, 2003). Figura 5–12 Generación de la sustancia alquilante reactivo después la conjugación de glutatión a TLK286. La GST interactúa con el profármaco y el análogo de GSH, TLK286, a través de una tirosina en el sitio activo de la GST. La porción de GSH se muestra en color azul. La interacción favorece la βeliminación y el desdoblamiento del profármaco a una sulfona de vinilo y a un fragmento alquilante activo. Downloaded 20231227 10:36 A Your IP is 138.97.143.28 CAPÍTULO 5: Metabolismo de los fármacos, Frank J. Gonzalez; Michael Coughtrie ©2023 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use • Privacy Policy • Notice • Accessibility Page 26 / 36 Figura 5–12 UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR UES Generación de la sustancia alquilante reactivo después la conjugación de glutatión a TLK286. La GST interactúa con el profármaco y el análogo de GSH, Access Provided by: TLK286, a través de una tirosina en el sitio activo de la GST. La porción de GSH se muestra en color azul. La interacción favorece la βeliminación y el desdoblamiento del profármaco a una sulfona de vinilo y a un fragmento alquilante activo. N acetilación Las NAT citosólicas ocasionan el metabolismo de fármacos y agentes ambientales que contienen un grupo amino aromático o con hidracina (Mitchell, 2020). La adición del grupo acetilo proveniente del cofactor acetilcoenzima A produce un metabolito que es menos soluble en agua porque la amina susceptible de ionización es neutralizada por la adición covalente del grupo acetilo. Las NAT se encuentran entre las enzimas metabolizadoras de fármacos xenobióticos más polimorfas en seres humanos. La identificación de un fenotipo acetilador en seres humanos fue uno de los primeros rasgos hereditarios identificados y fue la causa del desarrollo de la farmacogenética (cap. 7). Tras el descubrimiento de que la isoniazida (INH, hidrazida de ácido isonicotinico) podría utilizarse para tratar la tuberculosis, una proporción significativa de los pacientes (5% a 15%) experimentó efectos tóxicos que iban desde parestesias en los dedos hasta daño al SNC. Después de descubrir que la isoniazida es metabolizada por acetilación y excretada en la orina, los investigadores observaron que los individuos que experimentaron los efectos tóxicos del fármaco excretaron la mayor proporción de este sin cambios y una pequeña proporción en su forma acetilada. Los estudios farmacogenéticos llevaron a la clasificación de los acetiladores en “rápidos” y “lentos”; el fenotipo lento predispone a la aparición de efectos tóxicos (fig. 65–4). Se identificaron los alelos NAT para los acetiladores lentos y rápidos, revelando cambios genéticos que corresponden al fenotipo de los acetiladores lentos. Hay dos genes NAT funcionales en seres humanos, NAT1 y NAT2. Se han identificado más de 25 variantes alélicas de NAT1 y NAT2. En los individuos en los que la acetilación de fármacos está comprometida, se requieren genotipos homocigotos para al menos dos alelos variantes para predisponer al paciente a un metabolismo más lento de los fármacos. El polimorfismo en el gen NAT2 y su asociación con la acetilación lenta de la isoniazida fue uno de los primeros genotipos completamente identificados que se demostró afectaban al metabolismo de los fármacos, vinculando así el fenotipo farmacogenético a un polimorfismo genético. Aunque se han identificado casi tantas mutaciones en el gen NAT1 como en el gen NAT2, la frecuencia de los patrones de acetilación lenta se atribuye principalmente al polimorfismo en el gen NAT2. En el cuadro 5–4 se enumeran algunos sustratos de fármacos comunes de la NAT y sus efectos tóxicos conocidos (Meisel, 2002). La relevancia terapéutica de los polimorfismos de NAT es evitar los efectos tóxicos inducidos por fármacos. La respuesta adversa a un fármaco en un acetilador lento se asemeja a una sobredosis de drogas o fármacos; por lo tanto, se recomienda reducir la dosis o aumentar el intervalo de dosificación. Los grupos aromáticos aminados o de hidracina existen en muchas clases de fármacos utilizados en la clínica; si se sabe que un fármaco está sometido al metabolismo a través de acetilación, es importante determinar el fenotipo del individuo para obtener los mejores resultados terapéuticos. Por ejemplo, la hidralazina, un fármaco antihipertensivo activo de administración oral (vasodilatador) que en algún momento fue muy utilizado, se metaboliza por NAT2. La administración de dosis terapéuticas de hidralazina a un acetilador lento puede provocar hipotensión y taquicardia extremas. CUADRO 5–4 USOS TERAPÉUTICOS Y EFECTOS ADVERSOS DE SUSTRATOS COMUNES DE N ACETILTRANSFERASA SUSTRATO NAT USOS TERAPÉUTICOS EFECTOS SECUNDARIOS Acebutolol Carcinoma de corteza suprarrenal, Somnolencia, debilidad, insomnio Downloaded 20231227 10:36 A Your IP is 138.97.143.28 cáncer mamario CAPÍTULO 5: Metabolismo de los fármacos, Frank J. Gonzalez; Michael Coughtrie ©2023 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use • Privacy Policy • Notice • Accessibility Aminoglutetimida Bloqueo β, arritmias, hipertensión Torpeza, náusea, mareos, agranulocitosis Page 27 / 36 metabolismo a través de acetilación, es importante determinar el fenotipo del individuo para obtener los mejores resultados terapéuticos. Por UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR UES ejemplo, la hidralazina, un fármaco antihipertensivo activo de administración oral (vasodilatador) que en algún momento fue muy utilizado, se Access Provided by: metaboliza por NAT2. La administración de dosis terapéuticas de hidralazina a un acetilador lento puede provocar hipotensión y taquicardia extremas. CUADRO 5–4 USOS TERAPÉUTICOS Y EFECTOS ADVERSOS DE SUSTRATOS COMUNES DE N ACETILTRANSFERASA SUSTRATO NAT USOS TERAPÉUTICOS EFECTOS SECUNDARIOS Acebutolol Carcinoma de corteza suprarrenal, Somnolencia, debilidad, insomnio cáncer mamario Aminoglutetimida Bloqueo β, arritmias, hipertensión Torpeza, náusea, mareos, agranulocitosis Ácido Colitis ulcerosa Fiebre alérgica, prurito, leucopenia Inotrópico positivo en insuficiencia Trombocitopenia, arritmias aminosalicílico Amrinona cardiaca Benzocaína Anestésico local Dermatitis, prurito, erupción cutánea, metahemoglobinemia Cafeína Síndrome de insuficiencia Mareos, insomnio, taquicardia respiratoria neonatal Clonazepam Convulsiones, ansiedad Somnolencia, ataxia, mareos, lenguaje farfullante Dapsona Lepra, dermatitis Hemólisis, metahemoglobinemia, náusea, dermatitis Hidralazina Hipertensión (actúa a través de Hipotensión, efectos de reflejo baroreceptor simpático vasodilatación) Isoniazida Tuberculosis Neuritis periférica, hepatotoxicidad Nitrazepam Insomnio Mareos, somnolencia Fenelzina Depresión (actúa a través de la Mareos, excitación del SNC, insomnio, hipotensión ortostática, hepatotoxicidad inhibición de la MAO) Procainamida Taquiarritmia ventricular Hipotensión, bradicardia, lupus eritematoso Sulfonamidas Como bacteriostáticos Hipersensibilidad, anemia hemolítica aguda, supresión reversible de la médula ósea (con sida o con quimioterapia mielodepresora) Varios objetivos farmacológicos conocidos para la acetilación, como las sulfonamidas, se han implicado en reacciones idiosincrásicas de hipersensibilidad; en tales casos, es en especial importante apreciar el fenotipo de acetilación del paciente. Las sulfonamidas se transforman en hidroxilaminas que interactúan con las proteínas celulares, generando haptenos que pueden provocar respuestas autoinmunitarias, a las que están predispuestos los acetiladores lentos. Los patrones específicos de expresión de NAT1 y NAT2 en los tejidos tienen un impacto significativo en el destino del metabolismo de los fármacos y en la posibilidad de provocar un episodio tóxico. NAT1 tiene expresión ubicua entre la mayor parte de los tejidos humanos, mientras que NAT2 se encuentra de forma predominante en el hígado y tubo digestivo. Un aspecto característico de NAT1 y NAT2 es la capacidad de formar metabolitos N hidroxiacetilados a partir de hidrocarburos aromáticos bicíclicos, una reacción que conduce a la liberación no enzimática de grupos acetilo y la generación de iones de nitrenio altamente reactivos. Por lo tanto, se cree que la Nhidroxi acetilación activa ciertos tóxicos ambientales. Por el contrario, la N20231227 acetilación 10:36 directaAdeYour aminas bicíclicas es estable y conduce a la eliminación de compuestos tóxicos. Los individuos que son Downloaded IP isaromáticas 138.97.143.28 Page 28 /Sin 36 acetiladores5: rápidos NAT2 son de metabolizar desintoxicar eficazmente aminas aromáticas bicíclicas a través de la acetilación hepática. CAPÍTULO Metabolismo decapaces los fármacos, Frank J. yGonzalez; Michael Coughtrie ©2023 McGraw Hill. All Rights Terms Use •acumulan Privacy Policy • Notice • Accessibility embargo, los acetiladores lentosReserved. (con deficiencia deofNAT2) aminas aromáticas bicíclicas que se convierten en sustratos para la Noxidación dependiente de CYP. Estos metabolitos de NOH se eliminan en la orina. En tejidos como el epitelio vesical, NAT1 se expresa con intensidad y puede catalizar con eficacia la Nhidroxiacetilación de aminas aromáticas bicíclicas, un proceso que conduce a la desacetilación y la formación de iones de Los patrones específicos de expresión de NAT1 y NAT2 en los tejidos tienen un impacto significativo en el destino del metabolismo de los fármacos y UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR en la posibilidad de provocar un episodio tóxico. NAT1 tiene expresión ubicua entre la mayor parte de los tejidos humanos, mientras que NAT2 se UES Access Provided by: encuentra de forma predominante en el hígado y tubo digestivo. Un aspecto característico de NAT1 y NAT2 es la capacidad de formar metabolitos N hidroxiacetilados a partir de hidrocarburos aromáticos bicíclicos, una reacción que conduce a la liberación no enzimática de grupos acetilo y la generación de iones de nitrenio altamente reactivos. Por lo tanto, se cree que la Nhidroxi acetilación activa ciertos tóxicos ambientales. Por el contrario, la Nacetilación directa de aminas aromáticas bicíclicas es estable y conduce a la eliminación de compuestos tóxicos. Los individuos que son acetiladores rápidos NAT2 son capaces de metabolizar y desintoxicar eficazmente aminas aromáticas bicíclicas a través de la acetilación hepática. Sin embargo, los acetiladores lentos (con deficiencia de NAT2) acumulan aminas aromáticas bicíclicas que se convierten en sustratos para la Noxidación dependiente de CYP. Estos metabolitos de NOH se eliminan en la orina. En tejidos como el epitelio vesical, NAT1 se expresa con intensidad y puede catalizar con eficacia la Nhidroxiacetilación de aminas aromáticas bicíclicas, un proceso que conduce a la desacetilación y la formación de iones de nitronio mutágenos, en especial en sujetos con deficiencia de NAT2. Los estudios epidemiológicos han demostrado que los acetiladores lentos están predispuestos a padecer cáncer vesical si presentan exposición ambiental a aminas aromáticas bicíclicas. Metilación En los seres humanos, los fármacos y los xenobióticos pueden someterse a O, N y Smetilación catalizada por metiltransferasas. Los seres humanos expresan dos COMT, tres Nmetil transferasas, una fenolOmetiltransferasa (POMT), una tiopurina metiltransferasa (TPMT) y una tiol metiltransferasa (TMT). Todas las metiltransferasas (MT) existe en forma de monómeros y utilizan Sadenosilmetionina (SAM, AdoMet) como donador de grupos metilo. Con excepción de una firma de secuenciación que se conserva entre las metiltransferasas (MT), existe una similitud limitada entre estas enzimas, lo que indica que cada MT ha evolucionado para mostrar una función catalítica singular. Aunque la función común entre las MT es la generación de un producto metilado, la especificidad del sustrato es alta y distingue a cada enzima. Entre las Nmetiltransferasas, la nicotinamida Nmetiltransferasa (NNMT) metila la serotonina y el triptófano, así como los compuestos de piridina que contienen moléculas como la nicotinamida y la nicotina. La feniletanolamina Nmetiltransferasa (PNMT) produce la metilación del neurotransmisor norepinefrina para formar epinefrina; la histamina Nmetiltransferasa (HNMT) metaboliza los fármacos que contienen un anillo imidazólico. La catecolOmetiltransferasa (COMT), que existe como dos isoformas generadas por el uso alternativo del exón, produce la metilación de neurotransmisores que contienen un radical catecol, como la dopamina y la norepinefrina y fármacos como la metildopa y el éxtasis (MDMA, 3,4 metilendioximetanfetamina). Desde un punto de vista clínico, la MT más importante puede ser la tiopurina metiltransferasa (TPMT), que cataliza la Smetilación de compuestos sulfhidrilos aromáticos y heterocíclicos, lo que incluye fármacos derivados de la tiopurina como azatioprina (AZA), 6mercaptopurina (6MP) y tioguanina. La azatioprina y la 6mercaptopurina se utilizan para el tratamiento de la enfermedad intestinal inflamatoria (cap. 55), así como trastornos autoinmunitarios como el lupus eritematoso sistémico y la artritis reumatoide. La tioguanina se utiliza en el tratamiento de la leucemia mieloide aguda y la 6mercaptopurina se utiliza en todo el mundo para el tratamiento de la leucemia linfoblástica aguda infantil (cap. 70). Debido a que la TPMT participa en la eliminación de la 6mercaptopurina, una deficiencia genética de TPMT puede ocasionar efectos tóxicos graves en los pacientes que toman estos fármacos (véase el esquema metabólico en la fig. 55–5). Cuando se administra por vía oral a dosis establecidas en la clínica, la 6 mercaptopurina actúa como profármaco metabolizado por la hipoxantina guanina fosforiltransferasa (HGPRT) para formar nucleótidos de 6 tioguanina (6TGN), que se incorporan al DNA y RNA, lo que interrumpe de la replicación del DNA y la citotoxicidad. Los efectos secundarios tóxicos surgen cuando la falta de metilación de la 6mercaptopurina por acción de TPMT causa acumulación del fármaco y la consiguiente generación de concentraciones tóxicas de 6TGN. La identificación de los alelos inactivos de TPMT y el desarrollo de una prueba de genotipificación para identificar portadores homocigotos del alelo defectuoso permiten la identificación de individuos que pueden estar predispuestos a los efectos secundarios tóxicos del tratamiento con 6MP. Los ajustes simples en el régimen de dosificación son una intervención que salva vidas para los pacientes con deficiencias de TPMT. PARTICIPACIÓN DEL METABOLISMO XENOBIÓTICO EN EL USO SEGURO Y EFICAZ DE LOS FÁRMACOS Cualquier xenobiótico que entre en el cuerpo debe ser eliminado a través del metabolismo y la excreción por la orina, bilis o heces. Los mecanismos de metabolismo y excreción impiden la acumulación de compuestos extraños en el cuerpo que posiblemente causan toxicidad. En el caso de los fármacos, el metabolismo normalmente provoca la inactivación de su eficacia terapéutica y facilita su eliminación. La tasa y la extensión del metabolismo pueden determinar la eficacia y toxicidad de un fármaco controlando su semivida biológica. Entre las consideraciones más serias en el uso clínico de los fármacos se encuentran las reacciones secundarias. Si un fármaco se metaboliza demasiado rápido, pierde con rapidez su eficacia terapéutica. Esto puede ocurrir si las enzimas específicas involucradas en el metabolismo son demasiado activas o son inducidas por factores dietéticos o ambientales. Si un fármaco se metaboliza con demasiada lentitud, se puede acumular en el torrente sanguíneo; como consecuencia, se reduce la eliminación plasmática del fármaco, se eleva el área bajo la curva de concentracióntiempo en plasma (AUC; fig. 2–9) y la exposición al Downloaded 20231227 A clínicamente Your IP is 138.97.143.28 fármaco puede superar los10:36 niveles apropiados. Un aumento en el área bajo la curva a menudo ocurre cuando se inhiben enzimas que Page 29 / 36 CAPÍTULO 5: Metabolismo de los fármacos, Frank J. Gonzalez; Michael Coughtrie metabolizan xenobióticos específicos. Tal evento puede ocurrir cuando un individuo está tomando una combinación de agentes terapéuticos y dos o ©2023 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use • Privacy Policy • Notice • Accessibility más de ellos actúan sobre una enzima específica que participa en el metabolismo de los fármacos; de manera similar, pueden interactuar un fármaco y un producto dietético. Por ejemplo, el consumo de jugo de toronja puede inhibir el CYP3A4 intestinal, bloqueando el metabolismo de numerosos fármacos, el metabolismo normalmente provoca la inactivación de su eficacia terapéutica y facilita su eliminación. La tasa y la extensión del UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR metabolismo pueden determinar la eficacia y toxicidad de un fármaco controlando su semivida biológica. Entre las consideraciones más serias en UES el Access Provided pierde by: uso clínico de los fármacos se encuentran las reacciones secundarias. Si un fármaco se metaboliza demasiado rápido, con rapidez su eficacia terapéutica. Esto puede ocurrir si las enzimas específicas involucradas en el metabolismo son demasiado activas o son inducidas por factores dietéticos o ambientales. Si un fármaco se metaboliza con demasiada lentitud, se puede acumular en el torrente sanguíneo; como consecuencia, se reduce la eliminación plasmática del fármaco, se eleva el área bajo la curva de concentracióntiempo en plasma (AUC; fig. 2–9) y la exposición al fármaco puede superar los niveles clínicamente apropiados. Un aumento en el área bajo la curva a menudo ocurre cuando se inhiben enzimas que metabolizan xenobióticos específicos. Tal evento puede ocurrir cuando un individuo está tomando una combinación de agentes terapéuticos y dos o más de ellos actúan sobre una enzima específica que participa en el metabolismo de los fármacos; de manera similar, pueden interactuar un fármaco y un producto dietético. Por ejemplo, el consumo de jugo de toronja puede inhibir el CYP3A4 intestinal, bloqueando el metabolismo de numerosos fármacos. Entre los componentes del jugo de toronja que inhiben el CYP3A4 están la naringina y las furanocumarinas. La inhibición del CYP específico en el intestino por el consumo dietético de jugo de toronja altera la biodisponibilidad oral de muchas clases de fármacos, como ciertos antihipertensivos, inmunodepresores, antidepresivos, antihistamínicos y estatinas, entre otros. Mientras que los factores ambientales pueden alterar los niveles de estado de equilibrio de enzimas específicas o inhibir su potencial catalítico, estos cambios fenotípicos en el metabolismo de fármacos también se observan clínicamente en grupos de individuos que están genéticamente predispuestos a efectos farmacológicos secundarios por diferencias farmacogenéticas en la expresión de enzimas que metabolizan xenobióticos (cap. 7). La mayor parte de las enzimas que metabolizan xenobióticos muestran diferencias polimórficas en su expresión, como resultado de cambios hereditarios en la estructura de los genes. Por ejemplo, la hiperbilirrubinemia puede ocurrir por reducción en la capacidad de glucuronidación de la bilirrubina circulante por disminución de la expresión del gen UGT1A1 (síndrome de Gilbert). Los fármacos sujetos a glucuronidación por parte de UGT1A1, como el inhibidor de la topoisomerasa SN38 (figs. 5–6, 5–8 y 5–9), muestran un aumento del área bajo la curva en individuos con síndrome de Gilbert porque tales pacientes no pueden metabolizar estos fármacos. La mayor parte de los fármacos quimioterapéuticos contra el cáncer tienen un índice terapéutico estrecho; por lo tanto, debido a una deficiencia en la eliminación del fármaco, los aumentos en las concentraciones circulantes de la forma activa pueden dar lugar a efectos tóxicos significativos. Para casi todas las clases de fármacos se han reportado efectos secundarios. En Estados Unidos, los efectos secundarios relacionados con fármacos representan un costo anual de alrededor de 100 mil millones de dólares y causan más de 100 000 muertes. Se estima que 56% de los fármacos relacionados con efectos secundarios son sustratos para enzimas que metabolizan xenobióticos. Debido a que muchos de los CYP y UGT pueden ser inducidos e inhibidos por fármacos, factores dietéticos y otros agentes ambientales, estas enzimas desempeñan una función importante en la mayor parte de las reacciones secundarias. Por lo tanto, antes de presentar una New Drug Application (NDA), se debe conocer la vía metabólica del nuevo fármaco. En la actualidad, es práctica habitual en la industria farmacéutica establecer qué enzimas intervienen en el metabolismo de un compuesto en estudio para ser un nuevo fármaco e identificar los metabolitos y determinar sus posibles efectos tóxicos. Teniendo en cuenta la importante función de los CYP en la generación de reacciones farmacológicas adversas, es probable que haya un cambio para evitar las principales vías oxidativas del metabolismo al desarrollar nuevos fármacos de moléculas pequeñas. INDUCCIÓN DEL METABOLISMO DE FÁRMACOS Los xenobióticos pueden influir en el metabolismo de los fármacos activando la transcripción e induciendo la expresión de genes que codifican enzimas metabolizadoras de fármacos. Por lo tanto, un compuesto extraño puede inducir su propio metabolismo, al igual que ciertos fármacos. Una posible consecuencia de esto es una disminución plasmática en la concentración de fármacos durante el tratamiento, lo que resulta en pérdida de eficacia, ya que el metabolismo autoinducido del fármaco excede la tasa a la que el nuevo fármaco entra en el cuerpo. En el cuadro 5–5 se muestra una lista de ligandos y los receptores a través de los cuales se induce el metabolismo de fármacos. Un receptor particular, cuando es activado por un ligando, puede inducir la transcripción de una serie de genes específicos. Entre estos genes específicos se encuentran ciertos CYP y transportadores de fármacos; la inducción de CYP y proteínas transportadoras podría ocasionar interacciones farmacológicas. La figura 5–13 muestra el esquema por el cual un fármaco puede interactuar con los receptores nucleares para inducir su propio metabolismo. CUADRO 5–5 RECEPTORES NUCLEARES QUE INDUCEN EL METABOLISMO DE LOS FÁRMACOS RECEPTOR LIGANDOS Receptor de aril hidrocarburos (AHR) Omeprazol Receptor constitutivo de androstano (CAR) Fenobarbital Receptor de pregnanos X (PXR) Rifampicina Downloaded 20231227 10:36 A Your IP is 138.97.143.28 CAPÍTULO 5: Metabolismo de los fármacos, Frank J. Gonzalez; Michael Coughtrie farnesoide X (FXR) Reserved. Terms of Use • Privacy Policy • Notice • Ácidos biliares ©2023Receptor McGraw Hill. All Rights Accessibility Receptor de vitamina D (VDR) Vitamina D Page 30 / 36 lista de ligandos y los receptores a través de los cuales se induce el metabolismo de fármacos. Un receptor particular, cuando es activado por un UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR UES ligando, puede inducir la transcripción de una serie de genes específicos. Entre estos genes específicos se encuentran ciertos CYP y transportadores Access Provided by: de fármacos; la inducción de CYP y proteínas transportadoras podría ocasionar interacciones farmacológicas. La figura 5–13 muestra el esquema por el cual un fármaco puede interactuar con los receptores nucleares para inducir su propio metabolismo. CUADRO 5–5 RECEPTORES NUCLEARES QUE INDUCEN EL METABOLISMO DE LOS FÁRMACOS RECEPTOR LIGANDOS Receptor de aril hidrocarburos (AHR) Omeprazol Receptor constitutivo de androstano (CAR) Fenobarbital Receptor de pregnanos X (PXR) Rifampicina Receptor farnesoide X (FXR) Ácidos biliares Receptor de vitamina D (VDR) Vitamina D Receptor activado por proliferador del peroxisoma (PPAR) Fibratos Receptor de ácido retinoico (RAR) Todos los derivados trans del ácido retinoico Receptor X retinoide (RXR) Ácido 9cisretinoico Figura 5–13 Inducción del metabolismo de fármacos por transducción de señales mediada por receptores nucleares. Cuando un fármaco como la atorvastatina (ligando) entra en la célula, puede unirse a un receptor nuclear como PXR. El PXR forma un complejo con el RXR (receptor X de retinoides), se une al DNA en genes específicos, recluta al coactivador (que se une a la proteína de unión a la caja TATA, TBP) y activa la transcripción. Entre los genes de PXR se encuentra el CYP3A4, que puede metabolizar la atorvastatina y disminuir su concentración celular. Por lo tanto, la atorvastatina induce su propio metabolismo. La atorvastatina se somete a ortohidroxilación y parahidroxilación. Receptor de aril hidrocarburos El receptor de aril hidrocarburos (AHR) es miembro de una superfamilia de factores de transcripción con diversas funciones en mamíferos, como desempeñar un papel regulador en el desarrollo del SNC de mamíferos y modular la respuesta a la tensión química y oxidativa. Esta superfamilia de factores de transcripción incluye Per (Period) y Sim (Simpleminded), dos factores de transcripción implicados en el desarrollo del SNC y del factor 1α (HIF1α), HIF2α y su pareja de dimerización HIF1β inducido por hipoxia. En condiciones de hipoxia, una subunidad HIFα citosólica se traslada al núcleo y forma un dímero con HIF1β; el dímero se une al elemento de respuesta de hipoxia para activar la transcripción del gen. Downloaded 20231227 10:36 A Your IP is 138.97.143.28 El AHR induce expresión dede genes que codifican CYP1A1, CYP1A2Michael y CYP1B1, que son capaces de activar metabólicamente carcinógenos químicos, Page 31 / 36 CAPÍTULO 5:la Metabolismo los fármacos, Frank J. Gonzalez; Coughtrie incluidos contaminantes ambientales y carcinógenos alimentarios. estas•sustancias son inertes a menos que sean metabolizadas por el ©2023 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use • Privacy Muchas Policy •de Notice Accessibility CYP. Por lo tanto, la inducción de estos CYP por un fármaco podría ocasionar un aumento de la toxicidad y carcinogenicidad de los procarcinógenos. Por ejemplo, el omeprazol, un inhibidor de la bomba de protones utilizado para tratar úlceras gástricas y duodenales (cap. 53), es un ligando para el El receptor de aril hidrocarburos (AHR) es miembro de una superfamilia de factores de transcripción con diversas funciones en mamíferos, como UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR UES desempeñar un papel regulador en el desarrollo del SNC de mamíferos y modular la respuesta a la tensión química y oxidativa. Esta superfamilia de Access Provided by: factores de transcripción incluye Per (Period) y Sim (Simpleminded), dos factores de transcripción implicados en el desarrollo del SNC y del factor 1α (HIF1α), HIF2α y su pareja de dimerización HIF1β inducido por hipoxia. En condiciones de hipoxia, una subunidad HIFα citosólica se traslada al núcleo y forma un dímero con HIF1β; el dímero se une al elemento de respuesta de hipoxia para activar la transcripción del gen. El AHR induce la expresión de genes que codifican CYP1A1, CYP1A2 y CYP1B1, que son capaces de activar metabólicamente carcinógenos químicos, incluidos contaminantes ambientales y carcinógenos alimentarios. Muchas de estas sustancias son inertes a menos que sean metabolizadas por el CYP. Por lo tanto, la inducción de estos CYP por un fármaco podría ocasionar un aumento de la toxicidad y carcinogenicidad de los procarcinógenos. Por ejemplo, el omeprazol, un inhibidor de la bomba de protones utilizado para tratar úlceras gástricas y duodenales (cap. 53), es un ligando para el AHR y puede inducir CYP1A1 y CYP1A2, con las posibles consecuencias de la activación de toxinas o carcinógenos, así como de las interacciones farmacológicas en pacientes que reciben compuestos que son sustratos para cualquiera de estos CYP. Receptores nucleares tipo 2 Otro mecanismo importante de inducción se debe a los receptores nucleares tipo 2 que pertenecen a la misma superfamilia que los receptores de hormonas esteroides. Muchos de estos receptores, identificados con base en su similitud estructural con los receptores de hormonas esteroides, fueron originalmente llamados receptores huérfanos porque no se conocían ligandos endógenos con los cuales podrían interactuar. Ahora se sabe que algunos de estos receptores son activados por xenobióticos, incluyendo fármacos. Los receptores nucleares tipo 2 de mayor importancia para el metabolismo de fármacos y el tratamiento farmacológico incluyen el receptor de pregnano X (PXR), el receptor constitutivo de androstano (CAR) y los receptores activados por el proliferador del peroxisoma (PPAR). El PXR fue descubierto porque es activado por el esteroide sintético pregnenolona16αcarbonitrilo, también es activado por otros fármacos como antibióticos (rifampicina y troleandomicina), antagonistas de los conductos de Ca2+ (nifedipina), estatinas (mevastatina), antidiabéticos (troglitazona), inhibidores de la proteasa del VIH (ritonavir), y fármacos contra el cáncer (paclitaxel) (Nicolussi et al., 2020). La hepatotoxicidad durante el tratamiento antirretroviral constituye un buen ejemplo de la función reguladora de los CYP en la toxicidad de los fármacos. Los pacientes tratados con el antibiótico rifampicina (para la tuberculosis) o efavirenz (para VIH), seguidos de mezclas que contienen ritonavir para el VIH, desarrollan hepatotoxicidad con alta frecuencia. El mecanismo de toxicidad parece implicar la activación de los PXR (fig. 5–14). El metabolismo de ritonavir por CYP3A4 produce metabolitos reactivos que causan tensión fisiológica y toxicidad celular; rifampicina y efavirenz activan los PXR e inducen altos niveles de CYP3A4; el metabolismo de ritonavir por CYP3A4 incrementa, lo que ocasiona aumento de las concentraciones de metabolitos hepatotóxicos (Shehu et al., 2019). Esta interacción farmacológica podría reducirse mediante el desarrollo de estrategias para disminuir la activación de los PXR, disminuir el metabolismo del CYP3A4 o suprimir las vías metabólicas para mejorar el uso seguro de ritonavir en la clínica. Figura 5–14 Potenciación de la hepatotoxicidad de ritonavir por activadores de hPXR. Ritonavir, un potente inhibidor y sustrato del CYP3A4, se utiliza en el tratamiento contra el VIHsida como potenciador farmacocinético de los inhibidores de la proteasa de VIH que también son sustratos del CYP3A4 (cuadro 64–4). El ritonavir se metaboliza en metabolitos reactivos que pueden dañar las células hepáticas y la hepatotoxicidad del ritonavir aumenta notablemente en pacientes tratados con rifampicina (para tuberculosis) o efavirenz (un inhibidor no nucleósido de la transcriptasa inversa utilizado para tratar el VIH). La potenciación de la toxicidad del ritonavir farmacoinducida puede explicarse por la activación de hPXR hepática por rifampicina o efavirenz, que induce niveles elevados de CYP3A4, esto cataliza una mayor producción de metabolitos tóxicos reactivos de ritonavir que causan sobrecarga fisiológica en el retículo endoplásmico y daño a los hepatocitos (Shehu et al., 2019). Sida, síndrome de inmunodeficiencia adquirida; hPXR, receptor de pregnano X humano. La hiperforina, un componente de la hierba de San Juan, un remedio herbolario de venta libre utilizado para la depresión, también activa al PXR. Se cree que esta activación es la base para el aumento en el fracaso de los anticonceptivos orales en mujeres que toman hierba de San Juan; los PXR activados son inductores del CYP3A4, que puede metabolizar los esteroides que se encuentran en los anticonceptivos orales, por lo tanto, reducen la concentración de esteroides por debajo del intervalo de anticoncepción efectiva. Los PXR también inducen la expresión de genes que codifican ciertos Downloaded 20231227 10:36 A Your IP is 138.97.143.28 transportadores de fármacosde y enzimas de faseFrank 2, lo que incluye SULT y UGT. Así, los PXR pueden facilitar el metabolismo y la eliminación Page de 32 / 36 CAPÍTULO 5: Metabolismo los fármacos, J. Gonzalez; Michael Coughtrie ©2023 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms ofnotables. Use • Privacy Policy • Notice • Accessibility numerosos xenobióticos, a veces con consecuencias El receptor nuclear CAR fue descubierto por su capacidad para activar genes en ausencia de un ligando. Los esteroides como el androstanol, el UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR UES Access Provided by: también activa al PXR. Se La hiperforina, un componente de la hierba de San Juan, un remedio herbolario de venta libre utilizado para la depresión, cree que esta activación es la base para el aumento en el fracaso de los anticonceptivos orales en mujeres que toman hierba de San Juan; los PXR activados son inductores del CYP3A4, que puede metabolizar los esteroides que se encuentran en los anticonceptivos orales, por lo tanto, reducen la concentración de esteroides por debajo del intervalo de anticoncepción efectiva. Los PXR también inducen la expresión de genes que codifican ciertos transportadores de fármacos y enzimas de fase 2, lo que incluye SULT y UGT. Así, los PXR pueden facilitar el metabolismo y la eliminación de numerosos xenobióticos, a veces con consecuencias notables. El receptor nuclear CAR fue descubierto por su capacidad para activar genes en ausencia de un ligando. Los esteroides como el androstanol, el antimicótico clotrimazol y la meclizina (antiemético) son agonistas inversos que inhiben la activación génica a través de CAR; el esteroide 5β pregnano3,20diona (y probablemente otros compuestos endógenos) y el pesticida 1,4bis[2(3,5dicloropiridiloxi)] benceno son agonistas de CAR que activan la expresión génica. Los genes inducidos por CAR incluyen aquellos que codifican varios CYP (2B6, 2C9 y 3A4); varias enzimas de fase 2 (incluidas GST, UGT y SULT); y transportadores de fármacos y endobióticos. CYP3A4 es inducido por PXR y CAR; por lo tanto, su nivel está muy influido por una serie de fármacos y otros xenobióticos. Además de inducir la degradación de los fármacos, CAR y PXR parecen funcionar en el control de múltiples aspectos de la fisiología hepática, incluyendo la degradación de la bilirrubina, el metabolismo energético y la proliferación celular (Cai et al., 2021). Sin duda, PXR y CAR pueden ser activados o inhibidos por una gran variedad de ligandos. Al igual que con las enzimas que metabolizan xenobióticos, también existen diferencias de especificidad de ligando de estos receptores en diferentes especies. Por ejemplo, las bajas concentraciones clínicamente relevantes de rifampicina activan al PXR humano, mientras que las concentraciones muy altas del fármaco activan al PXR del ratón o de rata; la pregnenolona16αcarbonitrilo activa preferentemente al PXR de ratón y rata, pero no al PXR humano. Paradójicamente, la meclizina activa al CAR murino pero inhibe la inducción génica por el CAR humano. Estos hallazgos demuestran que la información de los modelos en roedores no siempre refleja la respuesta de los seres humanos a los fármacos. La familia de los PPAR está compuesta por tres miembros: α, β/δ y γ. Los PPARα son el objetivo farmacológico de la clase de fibratos para la hiperlipidemia, lo que incluye el gemfibrozilo y el fenofibrato, fármacos que se prescriben ampliamente. La activación de los PPARα da lugar a la inducción de genes que codifican enzimas metabolizadoras de ácidos grasos, lo que ocasiona disminución de los triglicéridos séricos. Además, la activación de estos receptores induce enzimas CYP4 que llevan a cabo la oxidación de ácidos grasos y fármacos con cadenas laterales que contienen ácidos grasos, como leucotrienos y análogos de araquidonato. Los PPARγ son el objetivo farmacológico de las tiazolidinedionas, fármacos contra la diabetes tipo 2, lo que incluye rosiglitazona y pioglitazona. PPARγ y PPARβ/δ no inducen enzimas involucradas en el metabolismo de xenobióticos. Los genes UGT, en particular UGT1A1, son objetivos de AHR, PXR, CAR, PPARα y NRF2 (factor nuclear 2 similar al factor eritroide 2, un importante regulador transcripcional de genes citoprotectores inducidos por una respuesta antioxidante). Debido a que las UGT son abundantes en el tubo digestivo e hígado, se espera que la regulación de las UGT mediante la activación inducida por fármacos de estos receptores nucleares desempeñe una función importante en relación con los parámetros farmacocinéticos de muchos agentes terapéuticos administrados por vía oral. PARTICIPACIÓN DEL METABOLISMO DE FÁRMACOS EN EL DESARROLLO DE COMPUESTOS TERAPÉUTICOS Hay dos elementos fundamentales asociados con el desarrollo exitoso de medicamentos: eficacia y seguridad. Ambos dependen del metabolismo de fármacos. Es necesario determinar qué enzimas metabolizan un posible nuevo fármaco para predecir si el compuesto puede causar interacciones farmacológicas o si es susceptible a una marcada variación individual en el metabolismo a causa de polimorfismos genéticos. Para la determinación del metabolismo, el compuesto en desarrollo que muestra eficacia en modelos preclínicos se somete a análisis utilizando hepatocitos, hígado o extractos de hígado humanos que contienen todas las enzimas metabolizadoras de fármacos. Tales estudios pueden predecir cómo los seres humanos metabolizan un fármaco en particular y con ello predecir, en cierta medida, la tasa metabólica. Si un CYP está implicado, puede utilizarse un perfil de CYP recombinantes para determinar cuál CYP predomina en el metabolismo del fármaco. Si un solo CYP, como CYP3A4, se encuentra como la única vía enzimática que metaboliza un compuesto que podría ser un fármaco, entonces se puede tomar una decisión sobre la probabilidad de interacciones farmacológicas. Antes de empezar con estudios clínicos, la estructura de una molécula que podría ser un fármaco puede modificarse para cambiar los sitios de la molécula que se metabolizan, en particular por el CYP, con el fin de disminuir la posible degradación rápida y los efectos tóxicos. Las interacciones se convierten en un problema cuando se administran simultáneamente varios fármacos, por ejemplo, en pacientes de edad avanzada, que a diario pueden tomar fármacos antiinflamatorios, hipocolesterolemiantes, fármacos para disminuir la presión arterial, antiácidos, anticoagulantes y fármacos que se venden sin prescripción médica. Un compuesto que podría ser un fármaco puede sufrir metabolismo por acción de varias CYP, de forma que la variabilidad en los niveles de expresión de un CYP o las interacciones farmacológicas podrían no afectar de forma Downloaded 20231227 10:36 A Your IP is 138.97.143.28 significativa su Metabolismo metabolismo de y sulos farmacocinética. Page 33 / 36 CAPÍTULO 5: fármacos, Frank J. Gonzalez; Michael Coughtrie ©2023 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use • Privacy Policy • Notice • Accessibility Se pueden realizar estudios similares con enzimas de fase 2 y transportadores de fármacos para predecir el destino metabólico de un fármaco. Además del uso de enzimas recombinantes humanas metabolizadoras de xenobióticos para predecir el metabolismo de los fármacos, también se rápida y los efectos tóxicos. UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR UES Access Provided by:en pacientes de edad Las interacciones se convierten en un problema cuando se administran simultáneamente varios fármacos, por ejemplo, avanzada, que a diario pueden tomar fármacos antiinflamatorios, hipocolesterolemiantes, fármacos para disminuir la presión arterial, antiácidos, anticoagulantes y fármacos que se venden sin prescripción médica. Un compuesto que podría ser un fármaco puede sufrir metabolismo por acción de varias CYP, de forma que la variabilidad en los niveles de expresión de un CYP o las interacciones farmacológicas podrían no afectar de forma significativa su metabolismo y su farmacocinética. Se pueden realizar estudios similares con enzimas de fase 2 y transportadores de fármacos para predecir el destino metabólico de un fármaco. Además del uso de enzimas recombinantes humanas metabolizadoras de xenobióticos para predecir el metabolismo de los fármacos, también se utilizan sistemas basados en receptores humanos o líneas celulares que expresan receptores nucleares para determinar si un compuesto particular que podría ser un fármaco es un ligando o activador de PXR, CAR o PPARα. Por ejemplo, un fármaco que activa los PXR puede dar lugar a una eliminación rápida de otros fármacos que son sustratos de CYP3A4, lo que disminuye su biodisponibilidad y eficacia. Una perspectiva para el futuro cercano es la predicción del metabolismo de los fármacos por análisis informático. Se han determinado las estructuras de varios CYP, incluidas las de CYP 2A6, 2C9 y 3A4. Estas estructuras pueden utilizarse para predecir el metabolismo de un compuesto que podría ser un fármaco ajustando la molécula al sitio activo de la enzima y determinando los potenciales de oxidación de los sitios de la molécula. Sin embargo, las estructuras, determinadas por el análisis de cristalografía con rayos X de complejos enzimasustrato, son estáticas, mientras que las enzimas son flexibles; esta distinción vital puede ser limitada. El gran tamaño de los sitios activos del CYP, que les permite metabolizar muchos compuestos diferentes, también los hace difíciles de modelar. La posibilidad para modelar las interacciones del ligando o del activador con los receptores nucleares también tienen limitaciones similares a las que se presentan para el CYP. En el desarrollo de fármacos es indispensable realizar estudios preclínicos para determinar los posibles efectos tóxicos de un compuesto que podría utilizarse como fármaco. Esto suele llevarse a cabo administrando dosis crecientes del posible fármaco a roedores, por lo general por arriba de la dosis terapéutica prevista para seres humanos. Se realizan estudios de carcinogenicidad a largo plazo en modelos de roedores para los posibles fármacos propuestos para su uso a largo plazo en seres humanos, por ejemplo aquellos utilizados para reducir los triglicéridos séricos y colesterol o para el tratamiento de la diabetes tipo 2. Se vigilan los signos de toxicidad y se valoran los daños en los órganos por estudios histopatológicos post mortem. Este proceso no proporciona mucha información y puede ser un cuello de botella en el desarrollo de nuevos fármacos. Se está adoptando una nueva tecnología de detección de alto rendimiento de biomarcadores de toxicidad para el desarrollo de fármacos mediante análisis metabolómico (Jacob et al., 2019). La metabolómica es la identificación y cuantificación sistemáticas de todos los metabolitos de un organismo o de una muestra biológica determinada. Las plataformas analíticas, como la resonancia magnética nuclear 1H y la cromatografía líquida o de gases, junto con la espectrometría de masas y con el análisis de datos quimiométricos y multivariados, permiten determinar y comparar en forma simultanea miles de productos químicos en líquidos biológicos como suero y orina, así como los componentes químicos de células y tejidos. Esta tecnología puede detectar la toxicidad de los fármacos en sistemas biológicos completos durante el desarrollo preclínico de fármacos y puede evitar la necesidad de necropsias y estudios histopatológicos en miles de animales, los cuales son costosos y consumen mucho tiempo. Utilizando metabolómica, los animales tratados y no tratados con un compuesto que podría ser un fármaco pueden analizarse para detectar la presencia de uno o más metabolitos en la orina que guarde relación con la eficacia o toxicidad de los fármacos. Los metabolitos en orina brindan información sobre los efectos tóxicos para el hígado, riñón y SNC, los cuales se han identificado utilizando sustancias químicas tóxicas conocidas. La información sobre compuestos específicos que están elevados en la orina se puede utilizar para determinar si un fármaco en particular causa toxicidad y también se pueden emplear en estudios clínicos tempranos para controlar posibles efectos tóxicos. La metabolómica se puede utilizar para encontrar biomarcadores para la eficacia y toxicidad que pueden ser de utilidad en estudios clínicos para identificar a los pacientes que responden y los que no responden al tratamiento. El metabolismo de fármacos se puede estudiar en modelos en animales completos y en seres humanos para determinar los metabolitos de un fármaco o para indicar la presencia de un polimorfismo en el metabolismo farmacológico que podría indicar un resultado clínico adverso. Por último, con el paso del tiempo podrían desarrollarse biomarcadores a partir de la metabolómica experimental para la vigilancia sistemática de los signos de toxicidad en pacientes que reciben farmacoterapia. MODELOS EN ANIMALES PARA EL DESARROLLO PRECLÍNICO DE FÁRMACOS Las compañías farmacéuticas pueden determinar el CYP humano y otras enzimas que llevan a cabo el metabolismo de un posible fármaco mediante el uso de herramientas informáticas, estudios in vitro y cultivos celulares descritos antes, con esto se facilita la predicción de las interacciones farmacológicas que pueden ocurrir en la práctica clínica. Estas técnicas también pueden establecer si un compuesto tiene el potencial de ser metabólicamente activado hacia un derivado citotóxico o cancerígeno. Con la ayuda de modelos en animales pequeños se puede obtener una valoración más precisa de cómo se comporta un fármaco en seres humanos, con ello se tiene la ventaja de un mayor rendimiento para el análisis de muchos derivados de un fármaco potencial. Sin embargo, el CYP de ratón y rata difiere notablemente del CYP que se encuentra en seres humanos. Por consiguiente, se han desarrollado ratones que expresan CYP humano y los receptores que lo regulan, como PXR (González et al., 2015). También se Downloaded 20231227 10:36 A Your IP is 138.97.143.28 han humanizado las UGT quede presentan diferencias las especies (Fujiwara et al., 2018). En la mayor parte de los casos, los genes endógenos Page 34 de / 36 CAPÍTULO 5: Metabolismo los fármacos, Frankentre J. Gonzalez; Michael Coughtrie ©2023 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use • Privacy Policy • Notice • Accessibility ratón han sido sustituidos por genes humanos correspondientes. Los ratones que expresan CYPPXR humanos pueden ser utilizados para valorar la estabilidad de los fármacos y su biodisponibilidad antes de iniciar los estudios clínicos de fase I dado que los transportadores de fármacos, enzimas FMO, EH y enzimas de la fase 2 no muestran grandes diferencias en las actividades de regulación y catalíticas entre especies. Estos ratones que uso de herramientas informáticas, estudios in vitro y cultivos celulares descritos antes, con esto se facilita la predicción de las interacciones UNIVERSIDAD EL SALVADOR UES farmacológicas que pueden ocurrir en la práctica clínica. Estas técnicas también pueden establecer si un compuesto tiene elDE potencial de ser Access Provided by: metabólicamente activado hacia un derivado citotóxico o cancerígeno. Con la ayuda de modelos en animales pequeños se puede obtener una valoración más precisa de cómo se comporta un fármaco en seres humanos, con ello se tiene la ventaja de un mayor rendimiento para el análisis de muchos derivados de un fármaco potencial. Sin embargo, el CYP de ratón y rata difiere notablemente del CYP que se encuentra en seres humanos. Por consiguiente, se han desarrollado ratones que expresan CYP humano y los receptores que lo regulan, como PXR (González et al., 2015). También se han humanizado las UGT que presentan diferencias entre las especies (Fujiwara et al., 2018). En la mayor parte de los casos, los genes endógenos de ratón han sido sustituidos por genes humanos correspondientes. Los ratones que expresan CYPPXR humanos pueden ser utilizados para valorar la estabilidad de los fármacos y su biodisponibilidad antes de iniciar los estudios clínicos de fase I dado que los transportadores de fármacos, enzimas FMO, EH y enzimas de la fase 2 no muestran grandes diferencias en las actividades de regulación y catalíticas entre especies. Estos ratones que expresan genes humanos también pueden utilizarse para estudios de toxicidad y carcinogénesis a largo plazo. Otro modelo que se ha desarrollado es la estrategia de reemplazar el hígado humano, donde una porción de hígado humano se usa para reemplazar el hígado de ratón (Naratomi et al., 2019). Sin embargo, este modelo requiere utilizar ratones con inmunodepresión y existe el problema de que cada hígado humano utilizado en el ratón puede expresar diferentes niveles de CYP a causa de factores genéticos (polimorfismos) y dietéticos (inductores presentes en los alimentos que consume el donador). BIBLIOGRAFÍA Cai X, et al. 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J Clin Invest , 2019, 129 :2898–2903. [PubMed: 31039134] Strassburg CP. Pharmacogenetics of Gilbert’s syndrome. Pharmacogenomics , 2008, 9 :703–715. [PubMed: 18518849] 29700501] UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR UES Access Provided by: Riches Z, et al. Quantitative evaluation of the expression and activity of five major sulfotransferases in human tissues—the SULT “pie.” Drug Metab Dispos , 2009, 37 :2255–2261. [PubMed: 19679676] Rowland A, et al. The UDPglucuronosyltransferases: their role in drug metabolism and detoxification. Int J Biochem Cell Biol , 2013, 45 :1121–1132. [PubMed: 23500526] Shehu AI, et al. Pregnane X receptor activation potentiates ritonavir hepatotoxicity. J Clin Invest , 2019, 129 :2898–2903. [PubMed: 31039134] Strassburg CP. Pharmacogenetics of Gilbert’s syndrome. Pharmacogenomics , 2008, 9 :703–715. [PubMed: 18518849] Tibbs ZE, et al. Structural plasticity in the human cytosolic sulfotransferase dimer and its role in substrate selectivity and catalysis. 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Dorrestein; Rob Knight ABREVIATURAS Abreviaturas 5ASA: ácido 5aminosalicílico cgr: glucosidasas cardiacas CYP: citocromo P450 F M T : Trasplante de microbiota fecal FXR: receptor X de farnesoide GI: gastrointestinal ICI: inhibidor del punto de verificación inmunitario LPS: lipopolisacárido O A T : transportador de aniones orgánicos OATP: polipéptido orgánico transportador de aniones PD1: Proteína de muerte celular programada 1 Pgp: glucoproteína P PPI: inhibidor de la bomba de protones PXR: receptor X de pregnano UGT: uridíndifosfatoglucuronosiltransferasa EL MICROBIOMA HUMANO ¿Qué es? El microbioma es el repertorio genético del ecosistema de microorganismos (bacterias, virus incluyendo fagos y a veces arqueobacterias, hongos y células eucariotas microbianas) que coexisten en un sitio dado dentro de cada ser humano. La microbiota humana consiste en la colección de microorganismos que existen en un área específica dentro del cuerpo, como la cavidad bucal, esófago, piel, intestino, vagina y otros sitios. La composición, regulación y dinámica de los microbiomas y microbiotas que habitan estas áreas del cuerpo se individualizan y compartimentan. Los organismos de la cavidad bucal y del intestino son más diversos que los de otros sitios del cuerpo (Costello et al., 2009; Human Microbiome Project Consortium, 2012). El establecimiento del microbioma comienza al momento del parto, cuando el bebé hereda microorganismos de la madre y del medio ambiente. El tipo de10:36 nacimiento afecta la colonización microbiana de los recién nacidos: en los bebés nacidos por cesárea predominan las Downloaded 20231227 A Your IP is a138.97.143.28 Page 1 et / 21 especies bacterianas epidérmicas con predisposición al asma a las alergias en etapas posteriores vida (Bager Rob et al.,Knight 2008; DomínguezBello CAPÍTULO 6: Microbioma gastrointestinal y respuesta a los yfármacos, Shirley M. Tsunoda; PieterdeC.laDorrestein; ©2023 McGraw Hill. Rights Reserved. Terms of Use • Privacy Policy •como Notice • Accessibility al., 2010). Después deAll que el niño es destetado, el microbioma se establece una firma individual que persiste a largo plazo (Faith et al., 2013), posiblemente a lo largo de la vida (Maynard et al., 2012). Los genes del microbioma superan con creces el número de genes humanos, con estimaciones de más de 200 millones de genes microbianos en comparación con 20 000 genes de línea germinal de seres humanos (Qin et al., 2010). células eucariotas microbianas) que coexisten en un sitio dado dentro de cada ser humano. La microbiota humana consiste en la colección de EL SALVADOR microorganismos que existen en un área específica dentro del cuerpo, como la cavidad bucal, esófago, piel,UNIVERSIDAD intestino, vaginaDE y otros sitios. La UES Access Provided by: composición, regulación y dinámica de los microbiomas y microbiotas que habitan estas áreas del cuerpo se individualizan y compartimentan. Los organismos de la cavidad bucal y del intestino son más diversos que los de otros sitios del cuerpo (Costello et al., 2009; Human Microbiome Project Consortium, 2012). El establecimiento del microbioma comienza al momento del parto, cuando el bebé hereda microorganismos de la madre y del medio ambiente. El tipo de nacimiento afecta a la colonización microbiana de los recién nacidos: en los bebés nacidos por cesárea predominan las especies bacterianas epidérmicas con predisposición al asma y a las alergias en etapas posteriores de la vida (Bager et al., 2008; DomínguezBello et al., 2010). Después de que el niño es destetado, el microbioma se establece como una firma individual que persiste a largo plazo (Faith et al., 2013), posiblemente a lo largo de la vida (Maynard et al., 2012). Los genes del microbioma superan con creces el número de genes humanos, con estimaciones de más de 200 millones de genes microbianos en comparación con 20 000 genes de línea germinal de seres humanos (Qin et al., 2010). Las células microbianas (sobre todo bacterias intestinales) tienen una proporción aproximada de 1:1 con respecto a las células humanas (Sender et al., 2016). Aunque por lo general el microbioma de un individuo parece ser estable durante toda su vida, numerosos factores ambientales pueden alterar la composición microbiana, incluyendo la ubicación geográfica, dieta, estilo de vida y xenobióticos (Human Microbiome Project Consortium, 2012; Kaplan et al., 2019; Kurilshikov et al., 2021). Otras influencias incluyen los ritmos circadianos, la edad y la estación del año. Más de 90% de las microbiotas intestinales son miembros de dos filos bacterianos, Bacteroidetes y Firmicutes (Turnbaugh et al., 2007). Anteriormente, se pensaba que los microbiomas intestinales humanos podían clasificarse en “enterotipos” aislados con el enriquecimiento de Bacteroides, Prevotella o Ruminococcus formando la base para tres enterotipos diferentes. Sin embargo, ahora se piensa que la variabilidad del microbioma intestinal a través de la población humana probablemente forma un continuo en oposición a los grupos aislados (Jeffery et al., 2012). La variabilidad de persona a persona en el microbioma intestinal es expansiva y los microbiomas individuales difieren en más de 90% (Parfrey y Knight, 2012). Enfermedad y microbioma Aunque los mecanismos están a la espera de su definición, el microbioma intestinal está implicado en numerosos resultados de salud y enfermedades, lo que incluye enfermedades autoinmunitarias, autismo, enfermedades cardiovasculares, cáncer y enfermedades hepáticas como la hepatopatía grasa no alcohólica (Gilbert et al., 2016). El National Cancer Institute estima que 16% de todos los cánceres en Estados Unidos se deben de manera demostrable a componentes del microbioma (por ejemplo, Helicobacter pylori, virus del papiloma humano, hepatitis C). Entre las causas de ese 16% aún no se cuentan Escherichia coli productora de colibactina, que puede fragmentar el ácido desoxirribonucleico (DNA, deoxyribonucleic acid) humano (Li et al., 2019) y también inducir cáncer colorrectal. Un desafío para el futuro será determinar si los cambios funcionales en el microbioma intestinal pueden servir como biomarcadores o dianas para la intervención terapéutica o si el microbioma mismo puede servir como intervención terapéutica en estados patológicos. Fármacos y el microbioma El microbioma intestinal contribuye de forma importante a la variación en la respuesta a los fármacos. Las bacterias intestinales metabolizan directamente los xenobióticos, afectan de manera indirecta el metabolismo de los fármacos influyendo en las actividades de las enzimas de fase I y fase II, además los transportadores intestinales de fármacos participan en la circulación enterohepática de estos y en las respuestas farmacodinámicas (Lam et al., 2019; Tsunoda et al., 2021). En la era actual de la medicina de precisión, comprender cómo y hasta qué punto el microbioma intestinal interactúa con los fármacos y sus acciones será clave para individualizar el tratamiento. Con su distribución a través del tubo digestivo, el microbioma intestinal se interconecta con muchos de los productos químicos que se encuentran en la vida diaria, incluyendo ligandos endógenos, fuentes ambientales, alimentos, sustancias inhaladas y sustancias químicas exógenas como los fármacos. Hay una naturaleza bidireccional a esta interacción entre los fármacos y la microbiota. Los fármacos alteran el microbioma; se necesita solamente considerar el ejemplo de los antibióticos que afectan la cantidad y variedad de microorganismos en el intestino. Sin embargo, muchos compuestos no antibióticos pueden afectar la microbiota intestinal, con 240 fármacos que muestran la inhibición de al menos una cepa bacteriana in vitro (Maier et al., 2018); tal resultado puede tener implicaciones para la resistencia a los antibióticos de los fármacos identificados de forma tradicional como no antibióticos. Por el contrario, se sabe que el microbioma puede modificar directamente los fármacos. Los gastroenterólogos dependen de las acciones de la microbiota intestinal cuando se administra el profármaco sulfasalazina para tratar la enfermedad intestinal inflamatoria. Las bacterias intestinales reducen el enlace azo de la sulfasalazina, liberando el metabolito sulfapiridina y el fármaco activo 5aminosalicilato (mesalamina) (fig. 55–3). Estudios recientes en animales y seres humanos muestran evidencia de metabolismo indirecto por microorganismos intestinales a través de la modificación de la maquinaria del metabolismo del fármaco del hospedador (Selwyn et al., 2016; Toda et al., 2009b). Los microorganismos intestinales también participan en la interacción cruzada entre el intestino y el hígado que afecta la circulación enterohepática de fármacos (véase más adelante la sección sobre la circulación enterohepática). Intervenciones terapéuticas mediante el microbioma Una vez que se tenga una comprensión más profunda de lo que constituye un microbioma “sano” y la forma en que los microorganismos regulan y coordinan la función y los factores influyen en la variabilidad dentro de los individuos y entre ellos, estaremos mejor preparados para diseñar Downloaded 20231227 10:36 A que Your IP is 138.97.143.28 Page 2 / 21 intervenciones terapéuticasgastrointestinal para manipularyelrespuesta microbioma en fármacos, beneficio de la salud. Una de estas intervenciones, el trasplante fecal CAPÍTULO 6: Microbioma a los Shirley M. Tsunoda; Pieter C. Dorrestein; Rob Knightde microbiota ©2023 McGraw Hill. Alltransplantation Rights Reserved. Terms of Use en • Privacy Notice • Accessibility (FMT, fecal microbiota ), se está utilizando el área Policy clínica•para tratar colitis por Clostridioides difficile (antes denominado Clostridium difficile) e implica una drástica remodelación del microbioma de un estado no saludable a un estado similar al del donante sano (Weingarden et al., 2015). Otros prebióticos, probióticos, postbióticos y microorganismos vivos están siendo estudiados para diversas indicaciones, participan en la interacción cruzada entre el intestino y el hígado que afecta la circulación enterohepática de fármacos (véase más adelante la sección sobre la circulación enterohepática). Intervenciones terapéuticas mediante el microbioma UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR UES Access Provided by: Una vez que se tenga una comprensión más profunda de lo que constituye un microbioma “sano” y la forma en que los microorganismos regulan y coordinan la función y los factores que influyen en la variabilidad dentro de los individuos y entre ellos, estaremos mejor preparados para diseñar intervenciones terapéuticas para manipular el microbioma en beneficio de la salud. Una de estas intervenciones, el trasplante de microbiota fecal (FMT, fecal microbiota transplantation), se está utilizando en el área clínica para tratar colitis por Clostridioides difficile (antes denominado Clostridium difficile) e implica una drástica remodelación del microbioma de un estado no saludable a un estado similar al del donante sano (Weingarden et al., 2015). Otros prebióticos, probióticos, postbióticos y microorganismos vivos están siendo estudiados para diversas indicaciones, tales como enfermedad intestinal inflamatoria, autismo (Kang et al., 2017) y fenilcetonuria. La comunidad científica y clínica deberá crear y acordar nuevas guías para el estudio y aprobación del uso clínico de estos “microorganismos vivos”. Técnicas para el estudio del microbioma La capacidad de estudiar el microbioma ha mejorado mucho en las últimas décadas debido al avance de las tecnologías para estudiar e identificar a los microorganismos. Un avance tecnológico que ha sido fundamental es la capacidad de secuenciar e inventariar el microbioma. En las primeras etapas del campo del microbioma, el enfoque se centró en la toma de inventarios utilizando ácido ribonucleico ribosómico (rRNA, ribosomal ribonucleic acid) 16S, permitiendo la información sobre el género. Con un costo reducido y un rendimiento mejorado de la secuenciación, ahora se está convirtiendo en rutina obtener información sobre las especies mediante la secuenciación metagenómica. El gen rRNA 16S es compartido por todas las bacterias y arqueobacterias y tiene regiones que pueden ser usadas como sitios de cebado para la reacción en cadena de la polimerasa. Los microorganismos pueden ser identificados al nivel de la familia, género y a veces cerca de la especie. La tecnología más notable para revolucionar el campo es el análisis de DNA de mayor resolución y basado en funciones, la metagenómica de escopeta (fig. 6–1), que se está convirtiendo rápidamente en el método estándar para estudiar el microbioma. La metagenómica de escopeta se basa en la extracción de todo el DNA de una muestra, su fragmentación en segmentos pequeños, la secuenciación e interpretación de los fragmentos o secuencias “ensambladas” más largas en términos de los taxones representados (a veces al nivel de especie o de cepa) y las funciones genéticas contenidas en el ensamblaje. Así, además de una resolución taxonómica más alta, la metagenómica de escopeta ayuda a describir e identificar genes y vías microbianas. Para la información a nivel de expresión, los metatranscriptomas, la metaproteómica y la metabolómica proporcionan información al nivel de RNA, proteínas y metabolitos, información que se puede utilizar junto con los análisis basados en DNA. La disponibilidad de modelos murinos gnotobióticos (es decir, ratones sin microbioma) ha permitido realizar estudios mecanicistas, como introducir especies microbianas únicas o grupos de microorganismos y probar su influencia en diversos parámetros de enfermedad y farmacoterapia, estudios que proporcionan más información sobre la causalidad de algunos padecimientos. Figura 6–1 Metagenómica de escopeta. FARMACOMICROBIÓMICA Un fármaco administrado por vía oral encuentra muchos obstáculos en el trayecto a la circulación sistémica. Existen barreras fisicoquímicas dentro del estómago y el intestino delgado que pueden alterar la absorción, metabolizando enzimas como los CYP intestinales y hepáticos (citocromos P450) y transportadores de membrana como la glucoproteína P (Pgp; MDR1, ABCB1) que puede ser inhibida por solutos competitivos como otros fármacos, pero también puede interactuar o puede ser inducida por fármacos. El panorama puede volverse complejo, en especial al notar que las bacterias intestinales pueden modificar los fármacos de formas directa e indirecta modificando los procesos metabólicos del hospedador (fig. 6–2). Dichas interacciones no se limitan a los agentes administrados por vía oral. Los fármacos administrados por vía parenteral y sus metabolitos pueden llegar al intestino a través de la secreción biliar y así con la microbiota intestinal. Downloaded 20231227 10:36 A Your IPinteractuar is 138.97.143.28 CAPÍTULO 6: Microbioma gastrointestinal y respuesta a los fármacos, Shirley M. Tsunoda; Pieter C. Dorrestein; Rob Knight Figura ©20236–2McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use • Privacy Policy • Notice • Accessibility Page 3 / 21 Vía de un fármaco administrado por vía oral. Cuando un medicamento se administra por vía oral (1) se encuentra con microorganismos intestinales, estómago y el intestino delgado que pueden alterar la absorción, metabolizando enzimas como los CYP intestinales y hepáticos (citocromos P450) y UNIVERSIDAD DEcomo EL SALVADOR UES transportadores de membrana como la glucoproteína P (Pgp; MDR1, ABCB1) que puede ser inhibida por solutos competitivos otros fármacos, Provided by: pero también puede interactuar o puede ser inducida por fármacos. El panorama puede volverse complejo,Access en especial al notar que las bacterias intestinales pueden modificar los fármacos de formas directa e indirecta modificando los procesos metabólicos del hospedador (fig. 6–2). Dichas interacciones no se limitan a los agentes administrados por vía oral. Los fármacos administrados por vía parenteral y sus metabolitos pueden llegar al intestino a través de la secreción biliar y así interactuar con la microbiota intestinal. Figura 6–2 Vía de un fármaco administrado por vía oral. Cuando un medicamento se administra por vía oral (1) se encuentra con microorganismos intestinales, CYP y transportadores como la glucoproteína P en el intestino delgado y colon. En estos procesos se perderá algo del fármaco en las heces. El fármaco que permanece no metabolizado en el intestino delgado se absorbe y luego viaja a través de la vena porta hasta el hígado, donde encuentra más transportadores y CYP, por lo que se puede perder más fármaco a causa del metabolismo (2). La cantidad de fármaco que entra en la circulación sistémica es a menudo una fracción de lo que se ingirió en un inicio (3). Muchos fármacos absorbidos son metabolizados posteriormente en el hígado y excretados en el tubo digestivo a través de la bilis como conjugados polares con ácido UDPglucurónico, glutatión o sulfato y no son lo suficientemente lipófilos para ser reabsorbidos. El microbioma intestinal participa en la desconjugación, hidrolizando glucurónidos y sulfatos y los hace más lipófilos; los grupos funcionales más lipófilos son reabsorbidos y reingresan a la circulación portal, como si hubieran sido administradas por vía oral y comienza de nuevo el ciclo. Así, el ciclo enterohepático puede prolongar la semivida de eliminación de un xenobiótico. Numerosos procesos que actúan sobre un fármaco afectan a la fracción de un este administrado por vía oral que finalmente entra en la circulación sistémica: el entorno ácido del estómago, el metabolismo en el intestino y el hígado antes de su distribución por todo el cuerpo, las barreras de membrana y la permeabilidad selectiva, la extrusión de las células intestinales en la luz del tubo digestivo y los efectos del microbioma que pueden alterar la solubilidad o la identidad química y la eficacia de un fármaco. Esta fracción (fármaco total administrado/fármaco total que realmente alcanza la circulación sistémica) se denomina biodisponibilidad del fármaco, o F, una fracción que varía entre 0 y 1, 0 < F < 1 (cap. 2). Los CYP y los transportadores de expulsión de fármacos son los principales impulsores de la biodisponibilidad. La variabilidad de la biodisponibilidad dentro de los individuos y entre ellos es una de las principales causas del fracaso terapéutico y de los efectos tóxicos. Las enzimas CYP metabolizan 70% a 80% de todos los fármacos comercializados (fig. 5–3). El CYP3A participa en más de 50% del metabolismo de fármacos mediado por CYP. En el intestino, las enzimas CYP3A metabolizan los sustratos antes de que entren en la circulación portal y la Pgp expulsa los fármacos del intestino, limitando así la biodisponibilidad. El CYP3A hepático puede metabolizar aún más los sustratos. Teniendo en cuenta el tiempo prolongado que los fármacos administrados por vía oral pasan en el intestino delgado y colon donde reside la mayor parte del microbioma intestinal, es importante comprender el impacto de la microbiota intestinal en la eficacia y toxicidad de los fármacos. El nuevo campo que estudia las interacciones del microbioma con xenobióticos se llama farmacobiómica. Entre las complejidades del estudio de las contribuciones del microbioma al efecto y toxicidad de los fármacos se encuentran el estado de la enfermedad de un individuo y las características genéticas, ambientales y del estilo de vida. La variabilidad interindividual en respuesta al tratamiento farmacológico es una de las principales causas de ineficacia terapéutica y toxicidad, con las consecuentes hospitalizaciones, y aumento de la morbilidad y mortalidad. Se ha avanzado mucho en la determinación de la variabilidad genética en enzimas metabolizadoras de fármacos, transportadores de fármacos y genes diana de fármacos, lo que ha dado lugar a guías clínicas para determinados fármacos (Relling y Klein, 2011). Los microorganismos intestinales pueden afectar a los fármacos al influir en la farmacocinética y en la farmacodinámica. Las bacterias pueden metabolizar los fármacos antes de la absorción, después de la absorción a través del epitelio intestinal y después de la excreción biliar del hígado, lo que puede alterar o llevar a la reabsorción del fármaco a través de la circulación enterohepática. El microbioma intestinal puede afectar la actividad de los transportadores (Walsh et al., 2020) y las enzimas metabolizadoras de fármacos que afectan la farmacocinética de un fármaco. El microbioma también puede ocasionar la bioacumulación de fármacos, Downloaded 20231227 10:36 A Your IP et is al., 138.97.143.28 almacenándolos sin alterarlos (Klünemann 2021), reduciendo así la biodisponibilidad de estos en el tubo digestivo. Están surgiendo datos sobre Page 4 / 21 CAPÍTULO 6: Microbioma gastrointestinal y respuesta a los Shirley M. Tsunoda; Pieter C. Dorrestein; Rob Knight el efecto del microbioma intestinal en la farmacodinámica y lafármacos, compleja interacción con el eje intestinocerebro, así como con el eje intestinosistema ©2023 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use • Privacy Policy • Notice • Accessibility inmunitario. Será importante incorporar la contribución del microbioma intestinal a la eficacia y toxicidad de los fármacos junto con otros factores como la genética, la edad, el sexo, los ritmos circadianos, la inflamación, enfermedad y fármacos administrados en forma simultánea. determinación de la variabilidad genética en enzimas metabolizadoras de fármacos, transportadores de fármacos y genes diana de fármacos, lo que UNIVERSIDAD EL SALVADOR UES ha dado lugar a guías clínicas para determinados fármacos (Relling y Klein, 2011). Los microorganismos intestinales puedenDE afectar a los fármacos al by: influir en la farmacocinética y en la farmacodinámica. Las bacterias pueden metabolizar los fármacos antesAccess de laProvided absorción, después de la absorción a través del epitelio intestinal y después de la excreción biliar del hígado, lo que puede alterar o llevar a la reabsorción del fármaco a través de la circulación enterohepática. El microbioma intestinal puede afectar la actividad de los transportadores (Walsh et al., 2020) y las enzimas metabolizadoras de fármacos que afectan la farmacocinética de un fármaco. El microbioma también puede ocasionar la bioacumulación de fármacos, almacenándolos sin alterarlos (Klünemann et al., 2021), reduciendo así la biodisponibilidad de estos en el tubo digestivo. Están surgiendo datos sobre el efecto del microbioma intestinal en la farmacodinámica y la compleja interacción con el eje intestinocerebro, así como con el eje intestinosistema inmunitario. Será importante incorporar la contribución del microbioma intestinal a la eficacia y toxicidad de los fármacos junto con otros factores como la genética, la edad, el sexo, los ritmos circadianos, la inflamación, enfermedad y fármacos administrados en forma simultánea. METABOLISMO DIRECTO DE FÁRMACOS POR MICROORGANISMOS INTESTINALES El metabolismo bacteriano consiste en distintos tipos de reacciones que difieren en forma significativa del metabolismo del hospedador humano. El metabolismo bacteriano de los fármacos a menudo ocasiona aumento de la hidrofobicidad de los compuestos, incrementando su liposolubilidad y potencialmente aumentando su toxicidad, mientras que el metabolismo del hospedador por lo general produce más compuestos hidrofílicos, disminuyendo su toxicidad y facilitando la excreción. Las modificaciones realizadas por las bacterias incluyen reducción, hidrólisis, hidroxilación, desalquilación y desmetilación, entre otros. Las bacterias también pueden añadir o eliminar grupos funcionales mediante hidrólisis y desconjugación (Sousa et al., 2008) (cuadro 6–1). La reducción y la hidrólisis parecen predominar porque estas dos reacciones reflejan las demandas energéticas de los microorganismos intestinales en gran parte anaerobios. Las reacciones de reducción facilitan la respiración anaeróbica al proporcionar una gama más amplia de aceptores de electrones disponibles, mientras que la hidrólisis proporciona sustratos para el crecimiento microbiano. Estas modificaciones metabólicas bacterianas complementan las realizadas por los CYP del hospedador, que incluyen la oxidación con moléculas de nitrógeno y de azufre, la desalquilación de Ndesalquilación o la Odesalquilación, la hidroxilación aromática, la desaminación y la deshalogenación (Zanger y Schwab, 2013). CUADRO 6–1 METABOLISMO REPRESENTATIVO DE FÁRMACOS MEDIADOS POR EL MICROBIOMA MODIFICACIÓN Reducción TIPO Azorreducción FÁRMACOS DE EJEMPLO Sulfasalazina EFECTO INDICACIÓN MICROORGANISMOS SOBRE LA ACTIVIDAD Antiinflamatorio Muchos; por ejemplo, Bacteroides fragilis, Activa Streptococcus faecium, Streptococcus faecalis Nitrorreducción Cloranfenicol Antibiótico Escherichia coli, Haemophilus influenzae, Desactiva Neisseria meningitides, Bacteroides fragilis Reducción Digoxina Cardiovascular Reducción Fluorouracilo, una vez Antineoplásico Eggerthella lenta Desactiva Desactiva que se ha unido a la ribosa Reducción de Omeprazol sulfóxido Trastornos Bacillus megaterium Desactiva Comunidades de fibrosis quística Desconocido relacionados con el ácido gástrico Acilación Propionilación Tobramicina Antibiótico cultivadas Acetilación Aminoglucósidos (p. Antibiótico Mycobacterium tuberculosis Desactiva ej., kanamicina A) Downloaded 20231227 10:36 A Your IP is 138.97.143.28 Hidroxilación Simvastatinaa los fármacos, Antihipolipidémico Comunidad intestinal cultivada CAPÍTULO 6: Microbioma gastrointestinal y respuesta Shirley M. Tsunoda; Pieter C. Dorrestein; Rob Knight ©2023 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use • Privacy Policy • Notice • Accessibility Hidrólisis Hidrólisis de ésteres Lovastatina Antihipolipidémico Desactiva Page 5 / 21 Activa nitrógeno y de azufre, la desalquilación de Ndesalquilación o la Odesalquilación, la hidroxilación aromática, la desaminación y la deshalogenación UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR UES (Zanger y Schwab, 2013). Access Provided by: CUADRO 6–1 METABOLISMO REPRESENTATIVO DE FÁRMACOS MEDIADOS POR EL MICROBIOMA MODIFICACIÓN Reducción TIPO Azorreducción FÁRMACOS DE EJEMPLO Sulfasalazina EFECTO INDICACIÓN MICROORGANISMOS SOBRE LA ACTIVIDAD Antiinflamatorio Muchos; por ejemplo, Bacteroides fragilis, Activa Streptococcus faecium, Streptococcus faecalis Nitrorreducción Cloranfenicol Antibiótico Escherichia coli, Haemophilus influenzae, Desactiva Neisseria meningitides, Bacteroides fragilis Reducción Digoxina Cardiovascular Reducción Fluorouracilo, una vez Antineoplásico Eggerthella lenta Desactiva Desactiva que se ha unido a la ribosa Reducción de Omeprazol sulfóxido Trastornos Bacillus megaterium Desactiva Comunidades de fibrosis quística Desconocido relacionados con el ácido gástrico Acilación Propionilación Tobramicina Antibiótico cultivadas Acetilación Aminoglucósidos (p. Antibiótico Mycobacterium tuberculosis Desactiva Comunidad intestinal cultivada Desactiva ej., kanamicina A) Hidrólisis Hidroxilación Simvastatina Antihipolipidémico Hidrólisis de ésteres Lovastatina Antihipolipidémico Desglucuronidación Irinotecán (SN38G) Antineoplásico Activa E. coli, Lactobacillus rhamnosus, Activa Ruminococcus gnavus, Faecalibacterium prausnitzii Desulfatación Picosulfato sódico Laxante Eubacterium rectale Desactiva Desfosforilación 5Fluorouracilo Antineoplásico Comunidad intestinal Activa Hidrólisis de amidas Metotrexato Antimetabolito Asociación con Firmicutes Activa Desacetilación Diltiazem Antihipertensivo Bacteroides thetaiotaomicron Actividad reducida Desmetilación Desmetilación Altretamina Antineoplásico Cultivo microbiano fecal combinado Activa Descarboxilación Descarboxilación Levodopa Enfermedad de Comunidad intestinal cultivada Desactiva Parkinson Downloaded 20231227 10:36 A Your IP is 138.97.143.28 Datos tabulados extraídos de: Wilson y Nicholson, 2017; Guthrie et al., 2019; Letertre et al., 2020; Onuora, 2021; Aura et al., 2011; Swanson, 2015; Pellock y Redinbo, Page 6 / 21 CAPÍTULO 6: Microbioma gastrointestinal y respuesta a los fármacos, Shirley M. Tsunoda; Pieter C. Dorrestein; Rob Knight 2017; Biernat et al., 2019; Tsodikov et al., 2014; Jarmusch et al., 2020; Jang et al., 2017; Guo et al., 2020; Zimmermann et al., 2019; Clarke et al., 2019; Guthrie y Kelly, ©2023 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use • Privacy Policy • Notice • Accessibility 2019; Koppel et al., 2017; Sun et al., 2019. Desmetilación Desmetilación Altretamina Antineoplásico Cultivo microbiano fecal combinado Activa UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR UES Descarboxilación Descarboxilación Levodopa Enfermedad de Comunidad intestinal cultivada Access Provided by: Desactiva Parkinson Datos tabulados extraídos de: Wilson y Nicholson, 2017; Guthrie et al., 2019; Letertre et al., 2020; Onuora, 2021; Aura et al., 2011; Swanson, 2015; Pellock y Redinbo, 2017; Biernat et al., 2019; Tsodikov et al., 2014; Jarmusch et al., 2020; Jang et al., 2017; Guo et al., 2020; Zimmermann et al., 2019; Clarke et al., 2019; Guthrie y Kelly, 2019; Koppel et al., 2017; Sun et al., 2019. Aunque la biotransformación directa de fármacos por bacterias se conoce desde hace más de un siglo, en años recientes hemos apreciado su naturaleza generalizada, reflejando los avances en las herramientas para identificar estas transformaciones bacterianas. La microbiota intestinal puede metabolizar de forma directa los fármacos en metabolitos activos, inactivos o tóxicos. Las azorreductasas microbianas son ubicuas a través de varios filos bacterianos encontrados en el microbioma intestinal. Los efectos terapéuticos de varios profármacos se activan por la reducción del enlace azo tras la administración oral. Por ejemplo, la sulfasalazina para la colitis ulcerosa se activa por acción de las azorreductasas microbianas intestinales para formar sulfapiridina y ácido 5aminosalicílico (5ASA). El 5ASA es el fármaco activo que inhibe la inflamación dentro del colon de los pacientes con colitis ulcerosa. Este fármaco puede ser inactivado por Nacetiltransferasas de arilamina bacteriana. La actividad de estas enzimas puede variar en un intervalo de 10 veces (Deloménie et al., 2001), lo que conduce a una variabilidad interindividual significativa en el metabolismo y posiblemente a la eficacia de la sulfasalazina entre los pacientes. A diferencia de la biotransformación de fármacos humanos, donde las enzimas metabolizadoras de fármacos de fase I y II están bien identificadas, falta una base de conocimientos completa sobre las bacterias metabolizadoras de fármacos. Sin embargo, el campo está progresando. Mediante una combinación de incubaciones in vitro de fármacos y metabolómica no dirigida, se demostró que 76 especies bacterianas intestinales metabolizan 176 fármacos no antibióticos que abarcaban diversas indicaciones clínicas (Zimmermann et al., 2019). Han surgido algunos patrones de metabolismo bacteriano directo. Los aislados bacterianos comparten actividades metabólicas específicas del filo y metabolizan fármacos con grupos funcionales específicos. Por ejemplo, los fármacos metabolizados por Bacteroidetes contienen grupos de ésteres o amidas que se pueden hidrolizar. Los fármacos con lactonas o con grupos nitro, azo y urea son más susceptibles al metabolismo microbiano. Además, los resultados sugieren que la identificación al nivel de la especie es insuficiente para explicar el metabolismo bacteriano y que podría ser necesaria la identificación de marcadores genéticos directamente asociados con el metabolismo de fármacos enzimáticos microbianos (Zimmermann et al., 2019). Hasta la fecha, hay pocos ejemplos de metabolismo directo de fármacos por la microbiota intestinal que sean lo suficientemente significativos en la clínica como para cambiar la eficacia o toxicidad de los fármacos, pero unos pocos de ellos con intervalos terapéuticos estrechos demuestran muy bien el problema. La digoxina, un glucósido cardiaco, que se utiliza en la clínica para la fibrilación auricular y la insuficiencia cardiaca, es un buen ejemplo. Los signos de toxicidad por digoxina pueden ocurrir alrededor del doble del nivel requerido para un tratamiento eficaz. Permanecer dentro de este estrecho intervalo terapéutico requiere la vigilancia de los fármacos terapéuticos y de una valoración cuidadosa de la dosis. En casi 10% de los pacientes, se producen niveles altos de un metabolito inactivo, la dihidrodigoxina, que conducen a una disminución significativa de la concentración sistémica del fármaco activo. El microbio intestinal Eggerthella lenta causa la reducción del anillo de lactona α,βinsaturado de digoxina, lo que lleva a la formación de dihidrodigoxina. Con mayor precisión, solo una cepa específica de E. lenta (DMS2243) reduce el anillo de lactona de digoxina, esta cepa e induce la expresión de un operón de dos genes y de las reductasas de glucósidos cardiacos (cgr, cardiac glycoside reductases) 1 y 2 (Haiser et al., 2013). Una dieta rica en arginina inhibe la cgr, mitigando así la reducción bacteriana (Haiser et al., 2013). Esto demuestra la naturaleza altamente específica de la variabilidad interindividual que puede influir en la eficacia terapéutica de la digoxina. El tacrolimús, un inmunodepresor con un intervalo terapéutico estrecho, también presenta una variabilidad de la eficacia que está ligada a un miembro de la microbiota Faecalibacterium prausnitzii. Los pacientes de trasplante de riñón que requerían dosis más altas de tacrolimús tenían microbiomas intestinales ricos en F. prausnitzii, una bacteria grampositiva no móvil (Lee et al., 2015). La investigación posterior mostró que la incubación del tacrolimús con F. prausnitzii produce un producto de reducción de tacrolimús que no se encontró cuando se incubó en microsomas hepáticos, lo que sugiere una biotransformación directa y única del tacrolimús por microorganismos intestinales (Guo et al., 2019). METABOLISMO INDIRECTO DE FÁRMACOS POR MICROORGANISMOS INTESTINALES Además de la transformación enzimática directa por parte de los microorganismos intestinales, las bacterias intestinales también pueden afectar de forma indirecta la biotransformación de fármacos al regular los genes que metabolizan fármacos en el hospedador. Los estudios en animales han demostrado que la expresión génica, los niveles de proteínas y la actividad de las enzimas metabolizadoras de fármacos están alterados. Por ejemplo, la expresión génica de Cyp3a (el ortólogo murino del CYP3A humano) tiene una regulación descendente notable tanto en el intestino como en el hígado de ratones sin microorganismos (Toda et al., 2009b) en comparación con los testigos de tipo silvestre. Esto se correlacionó con la disminución de la unión nuclear del receptor X de pregnano (PXR), un regulador ascendente de la transcripción de Cyp3a en el hígado (Björkholm et al., 2009). La “convencionalización” de los ratones sin microorganismos restableció el Cyp3a a niveles cercanos a lo normal (Selwyn et al., 2016). El tratamiento de ratones convencionales con el antibiótico ciprofloxacina (una quinolona) redujo la expresión hepática de CYP3A y disminuyó el metabolismo del Downloaded 20231227 10:36 A Your IP is 138.97.143.28 Page 7 / 21 sustrato CYP3A triazolam; lagastrointestinal ciprofloxacina no produjo cambios en la actividad en ratones (Toda et al., 2009a). Estos CAPÍTULO 6: Microbioma y respuesta a los fármacos, ShirleydeM.CYP3A Tsunoda; Pietersin C. microorganismos Dorrestein; Rob Knight ©2023 McGrawque Hill.los Allmicroorganismos Rights Reserved.o productos Terms of Use • Privacypueden Policy •unirse Noticea •factores Accessibility datos sugieren microbianos nucleares como el PXR para reducir la expresión de enzimas metabolizadoras de fármacos como el CYP3A. demostrado que la expresión génica, los niveles de proteínas y la actividad de las enzimas metabolizadoras de fármacos están alterados. Por ejemplo, UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR la expresión génica de Cyp3a (el ortólogo murino del CYP3A humano) tiene una regulación descendente notable tanto en el intestino como en el UES Access Provided by: hígado de ratones sin microorganismos (Toda et al., 2009b) en comparación con los testigos de tipo silvestre. Esto se correlacionó con la disminución de la unión nuclear del receptor X de pregnano (PXR), un regulador ascendente de la transcripción de Cyp3a en el hígado (Björkholm et al., 2009). La “convencionalización” de los ratones sin microorganismos restableció el Cyp3a a niveles cercanos a lo normal (Selwyn et al., 2016). El tratamiento de ratones convencionales con el antibiótico ciprofloxacina (una quinolona) redujo la expresión hepática de CYP3A y disminuyó el metabolismo del sustrato CYP3A triazolam; la ciprofloxacina no produjo cambios en la actividad de CYP3A en ratones sin microorganismos (Toda et al., 2009a). Estos datos sugieren que los microorganismos o productos microbianos pueden unirse a factores nucleares como el PXR para reducir la expresión de enzimas metabolizadoras de fármacos como el CYP3A. Otras enzimas y transportadores de fases I y II son alterados por microorganismos intestinales en animales. Los ratones sin microorganismos presentaron una mayor expresión intestinal de ácido ribonucleico mensajero (mRNA, messenger ribonucleic acid) de las enzimas de fase I alcohol deshidrogenasa y aldehído deshidrogenasa, la enzima de fase II UDPglucuronosiltransferasa 1a1 (Ugt1a1), dos transportadores de ácidos biliares (Fu et al., 2017) y Mdr1b hepático, el ortólogo murino de la MDR humana, el gen que codifica el Pgp (Walsh et al., 2020). Por el contrario, los ratones sin microorganismos presentaron una disminución de la expresión hepática de la proteína Oatp1a1 (el ortólogo de la OATP1A1 humana), de la proteína Bcrp1 de resistencia al cáncer mamario (ortólogo de BCRP humano) y del transportador de cationes orgánico Oct1 (ortólogo de OCT1 humano) (Kuno et al., 2016). Para determinar la relevancia clínica de estos resultados, será importante realizar estudios en seres humanos con los niveles de proteínas y las actividades de estas enzimas y transportadores. Los datos humanos disponibles son limitados, pero son coherentes con los datos de los estudios con animales. Un estudio en voluntarios sanos mostró disminuciones en la actividad de CYP 1A2, 2C19 y 3A4 después de un ciclo de 7 días con cefalosporina cefprozilo (Jarmusch et al., 2020); los sustratos utilizados fueron cafeína para CYP1A2, omeprazol para CYP2C19 y midazolam para CYP3A4 (cuadro 6–2). El análisis de la comunidad microbiana mostró una disminución de la diversidad alfa (una medida de la varianza de microorganismos dentro de una muestra dada) y una correlación entre la pérdida de diversidad alfa y el aumento de la formación de fármacos y metabolitos para los tres sustratos analizados (Jarmusch et al., 2020). Alterar el microbioma con antibioticoterapia disminuyó de forma moderada la actividad enzimática, lo que sugiere que un microbioma sano y diverso puede ser necesario para el funcionamiento óptimo de las enzimas metabolizadoras de fármacos. Las investigaciones futuras sobre el mecanismo de este efecto, así como sobre los de otros antibióticos, pueden proporcionar información clínica adicional aplicable. CUADRO 6–2 METABOLISMO INDIRECTO DE FÁRMACOS POR MICROORGANISMOS Y SU EFECTO SOBRE PARÁMETROS FARMACOCINÉTICOS METABOLISMO INDIRECTO IN FÁRMACO ANIMAL/HUMANO VIVO/IN VITRO Paracetamol Animal In vivo EFECTO SOBRE FARMACOCINÉTICA (MICROBIOMA INTESTINAL INTACTO) ↑ AUC y Cmáx ENZIMAS DIVERSIDAD COMENTARIOS SULT1A1 NA El Pcresol compite (Malfatti et al., con el paracetamol 2020) que se une a SULT1A1 → impide que el hospedador elimine el paracetamol Cafeína Humano In vivo ↓ CL CYP1A2 ↓α↑β ↓ Actividad del CYP (Jarmusch et cuando se da al., 2020) tratamiento con cefprozilo Metformina Animal In vivo ↓ Cmax y ↑ semivida Oct1 NA Cambios probables en (Wu et al., la farmacocinética 2017) debidos a ↓ expresión de Oct1 en el hígado → alteración de la captación hepática de metformina in vivo Downloaded 20231227 10:36 A Your IP is 138.97.143.28 Page 8 / 21 CAPÍTULO 6: Microbioma gastrointestinal y respuesta a los fármacos, Shirley M. Tsunoda; Pieter C. Dorrestein; Rob Knight vitro of Use ↓ Cmáx , AUC, semivida Cyp3a; NA Niveles bajos de ©2023Midazolam McGraw Hill. AllAnimal Rights Reserved. In Terms • Privacy Policy • Notice • Accessibility (Jarmusch et al., 2020; Humano In vivo ↓ CL Ugt ↓α↑β actividad de Cyp3a en ratones GF ↓ (Wu et al., la farmacocinética UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR debidos a ↓ expresión UES 2017) Access Provided by: de Oct1 en el hígado → alteración de la captación hepática de metformina in vivo Midazolam Animal In vitro (Jarmusch et Humano In vivo ↓ Cmáx, AUC, semivida Cyp3a; NA Niveles bajos de ↓ CL Ugt ↓α↑β actividad de Cyp3a en al., 2020; ratones GF ↓ Togao et al., metabolismo in vivo 2020) de fármacos ↓ Actividad del CYP cuando se da tratamiento con cefprozilo Omeprazol Humano In vivo ↓ Relación de metabolitos de AUC CYP2C19 ↓α↑β ↓ Actividad del CYP (Jarmusch et cuando se da al., 2020) tratamiento con cefprozilo Progestágenos Humano In vivo MPA tuvo una semivida más larga CYP450 NA Es probable que la (Coombes et hidroxilación de los al., 2020) progestágenos sea mediada por CYP Triazolam Animal In vivo ↑ de la relación del metabolito sobre el Cyp3a (Toda et al., fármaco original en ratones sin patógenos Cyp3a11 del CYP en ratones sin 2009a, 2009b) específicos en comparación con ratones sin Cyp3a25 patógenos específicos microorganismos NA ↑ Actividad hepática (Bacteroides y Escherichia coli) La administración de ciprofloxacina a ratones SPF → ↓ de forma significativa la expresión de mRNA de Cyp3a11 AUC: Área bajo la curva; CL: eliminación; GF: sin microorganismos; MPA, medroxiprogesterona; NA, no aplicable; SPF, sin patógenos específicos. El analgésico paracetamol proporciona un ejemplo de microorganismos intestinales que alteran el metabolismo hepático de fase II del hospedador (cuadro 6–2). El paracetamol sufre glucuronidación y las glucuronidasas bacterianas pueden desconjugar el metabolito de glucurónido, permitiendo la reabsorción del paracetamol original o un metabolismo posterior de los conjugados de sulfato, con glucurónido o con ambos. Con el tratamiento antibiótico, hay una disminución en el conjugado de sulfato de paracetamol (Malfatti et al., 2020). Además, las bacterias intestinales producen un metabolito del metabolismo de aminoácidos aromáticos, el pcresol, que compite con el paracetamol para unirse a la sulfotransferasa (SULT1A1). Los individuos que producen altos niveles de pcresol tienen menor capacidad para sulfonatar el paracetamol (Clayton et al., 2009). Por lo tanto, el tratamiento antibiótico y las altas concentraciones del metabolito bacteriano derivado de pcresol podrían predisponer a los individuos a los efectos hepatotóxicos del paracetamol. CIRCULACIÓN ENTEROHEPÁTICA La circulación enterohepática se produce cuando los xenobióticos o sustancias endógenas son absorbidos a través de los enterocitos, procesados por los hepatocitos y luego secretados en la bilis, donde son reabsorbidos por las células intestinales (fig. 6–1). La circulación enterohepática a menudo puede ir acompañada de conjugación hepática y desconjugación intestinal. Este proceso puede ocurrir de manera continua y da como resultado un Downloaded 10:36prolongado A Your IP para is 138.97.143.28 tiempo medio20231227 de permanencia el sustrato. Muchos fármacos y sustancias endógenas son modificados por enzimas de fase II como la Page 9 / 21 CAPÍTULO 6: Microbioma gastrointestinal y respuesta a los fármacos, Shirley Tsunoda; Pieter C. Dorrestein; Rob más Knight uridina difosfato glucuronosiltransferasas (UTG), que añaden un radical de ácidoM. glucurónico para hacer un metabolito soluble en agua que se ©2023 McGraw Hill. All Rights Reserved. Terms of Use • Privacy Policy • Notice • Accessibility excreta con mayor facilidad en orina o bilis. En el intestino, los metabolitos pueden encontrar enzimas bacterianas como la βglucuronidasa, β glucosidasa, demetilasa, la desulfatasa y otras enzimas con actividad inversa de fase II que desdoblan las moléculas pequeñas como los glucurónidos, CIRCULACIÓN ENTEROHEPÁTICA UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR UES Access Provided by: La circulación enterohepática se produce cuando los xenobióticos o sustancias endógenas son absorbidos a través de los enterocitos, procesados por los hepatocitos y luego secretados en la bilis, donde son reabsorbidos por las células intestinales (fig. 6–1). La circulación enterohepática a menudo puede ir acompañada de conjugación hepática y desconjugación intestinal. Este proceso puede ocurrir de manera continua y da como resultado un tiempo medio de permanencia prolongado para el sustrato. Muchos fármacos y sustancias endógenas son modificados por enzimas de fase II como la uridina difosfato glucuronosiltransferasas (UTG), que añaden un radical de ácido glucurónico para hacer un metabolito más soluble en agua que se excreta con mayor facilidad en orina o bilis. En el intestino, los metabolitos pueden encontrar enzimas bacterianas como la βglucuronidasa, β glucosidasa, demetilasa, la desulfatasa y otras enzimas con actividad inversa de fase II que desdoblan las moléculas pequeñas como los glucurónidos, lo que hace que el compuesto original esté disponible de nuevo para su reabsorción. Las βglucuronidasas se encuentran entre las enzimas microbianas derivadas del intestino más estudiadas. Además de separar los radicales glucurónido de los fármacos, también descomponen carbohidratos complejos, proporcionando así una fuente de carbono para el crecimiento bacteriano (Dabek et al., 2008). Los miembros de múltiples filos bacterianos pueden catalizar la hidrólisis de enlaces glucosídicos, incluyendo Actinobacteria, Bacteroidetes, Firmicutes y Proteobacterias (Pellock y Redinbo, 2017), destacando la distribución filogenética generalizada de este proceso. Cabe destacar que las βglucuronidasas de bacterias oportunistas (a diferencia de las bacterias comensales) pueden desempeñar una función más importante en la toxicidad inducida por xenobióticos (Dashnyam et al., 2018). Un ejemplo clínicamente importante de la función de las β glucuronidasas ocurre con el irinotecán, un quimioterapéutico utilizado en el tratamiento del cáncer colorrectal. La diarrea intensa es un efecto adverso que limita la dosis y que ocurre en casi 50% de los pacientes. El irinotecán es un profármaco metabolizado al compuesto activo SN38, que luego sufre glucuronidación en el hígado por acción de UGT1A1. Más tarde, el glucurónido de SN38 inactivo es secretado en la bilis y reabsorbido por las células intestinales a través de la circulación enterohepática. El glucurónido de SN38 se somete a la acción de las βglucuronidasas bacterianas intestinales que eliminan el glucurónido, produciendo SN38 activo. Los niveles intestinales altos de SN38 causan la diarrea (figs. 5–8 y 5–9). Los inhibidores de las βglucuronidasas como la ciprofloxacina pueden ejercer un efecto protector de la diarrea (Kodawara et al., 2016; Wallace et al., 2010). Otros fármacos metabolizados por las βglucuronidasas incluyen morfina, estrógenos, ibuprofeno y midazolam. La actividad de las β glucuronidasas puede variar con el sexo, la edad y las especies bacterianas (Elmassry et al., 2021); esa variación puede tener consecuencias en la biodisponibilidad de los fármacos. Los ácidos biliares, producidos en el hígado, median una significativa interferencia cruzada entre el intestino y el hígado. Los ácidos biliares, modificados por bacterias en el intestino, son importantes moléculas de señalización que regulan el metabolismo del hospedador. Los microorganismos pueden modificar los ácidos biliares derivados del hospedador (Gentry EC et al., 2021; Foley et al., 2019). Los microorganismos de varios géneros, lo que incluye Lactobacillus, Clostridium y Bifidobacterium, pueblan la porción proximal del intestino delgado, donde desconjugan taurina y glicina mediante la acción de las hidrolasas dedicadas. Otras modificaciones microcatalizadas de los ácidos biliares incluyen la deshidroxilación (p. ej., la conversión del ácido cólico en ácido desoxicólico) y la epimerización y oxidación de alcoholes. En 2020, se descubrió que la microbiota también tiene la capacidad de desconjugar diferentes aminoácidos, ampliando enormemente la diversidad de ácidos biliares producidos por microorganismos (Gentry et al., 2021; Guzior y Quinn, 2021). Los ácidos biliares logran sus propiedades de señalización al unirse a receptores nucleares como el receptor X de farnesoide (FXR, farnesoid X receptor) y TGR5, un receptor acoplado a proteínas G activado por ácidos biliares (Pols et al., 2011). La unión de los ácidos biliares a FXR modula CYP3A (Gner

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