Fosfodiesterasa
La fosfodiesterasa (en inglés: Phosphodiesterase, PDE para abreviar) hidroliza los segundos mensajeros intracelulares (cAMP, monofosfato de adenosina cíclico o cGMP, fosfato cíclico guanosina), acelera la degradación de cAMP o cGMP . Las fosfodiesterasas se pueden clasificar en tipo 11, PDE1 a PDE11.
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Progreso de la investigación sobre inhibidores selectivos de la fosfodiesterasa
Wang Xiaoying, Wu Junfang, Zhang Juntian
Resumen Hasta ahora se han informado nueve familias de genes de fosfodiesterasas (PDE), y cada familia incluye múltiples subfamilias. Las PDE se distribuyen en múltiples tejidos y sus inhibidores tienen una amplia gama de efectos fisiológicos. Entre ellos, los inhibidores de la PDE 4 se consideran nuevos fármacos inmunomoduladores y antiinflamatorios que actúan sobre dianas intracelulares. El nuevo inhibidor de la PDE 5, sildenafil, relaja los vasos sanguíneos cavernosos y los músculos lisos a través de la vía NO/cGMP y ha logrado buenos resultados clínicos cuando se utiliza en el tratamiento de la impotencia. Este artículo revisa brevemente el progreso de la investigación de los inhibidores selectivos de las PDE en los últimos años.
Palabras clave: inhibidor de la fosfodiesterasa, isoenzima, antiinflamatorio, antiimpotencia
cAMP y cGMP son segundos mensajeros intracelulares y desempeñan un importante papel regulador en la actividad celular. La regulación de su concentración está determinada principalmente por el equilibrio entre la síntesis de nucleótido ciclasa y la hidrólisis de fosfodiesterasas (PDE). Las PDE están ampliamente distribuidas en el cuerpo humano y sus efectos fisiológicos involucran muchos campos de investigación. En los últimos años, las PDE, como nuevas dianas terapéuticas [1], han atraído una amplia atención por parte de muchos académicos y se han convertido en un nuevo punto de investigación clínica sobre los inhibidores selectivos de la PDE 4 y la PDE 5. A continuación se presenta una revisión de los avances de la investigación relevante sobre los inhibidores de las PDE en los últimos años.
1 Descripción general de la familia de isoenzimas PDE
1.1 Miembros de la familia y características En la familia PDE, según su selectividad específica para la acción del sustrato, sensibilidad a inhibidores y dependencia de calcio/calmodulina y diferentes aminoácidos Las secuencias ácidas se dividen en siete familias de genes PDE [2]. Familia 1: activada por calcio/calmodulina, hidrolizando AMPc y GMPc. Familia 2: estimulada por GMPc, utilizando GMPc y AMPc como sustratos. Familia 3: inhibida por GMPc. Familia 4: específica de AMPc; sitio catalítico de la enzima e hidroliza específicamente cGMP Familia 6: una PDE específica de retina que hidroliza cGMP Familia 7: una PDE específica de cAMP con una Km muy baja;
En los últimos años, Fisher DA et al [3] informaron sobre la PDE 8A, un nuevo miembro de la familia PDE. Es estructuralmente más cercano a la PDE 4 y tiene secuencias homólogas de 38,5 aminoácidos en el dominio catalítico. Pero no pertenece a ninguno de los 7 miembros reportados. El ARNm de PDE 8A tiene aproximadamente 4,5 kb y se expresa en muchos tejidos, con la expresión más alta en el ovario, el colon, el intestino delgado y los testículos. La PDE 8A es una PDE específica de AMPc de alta afinidad que es insensible a diferentes inhibidores de la PDE como: rolipram, zapinast, vinpocetina, SKF-94120 e IBMX, pero puede ser inhibida por dipiridimole, IC50=9 mmol·L-1. Posteriormente, Scott H et al. [2] informaron que el noveno miembro de la familia PDE, PDE 9A1, es altamente específico para cGMP. Muestra una alta expresión de ARNm en el riñón, pero una baja expresión en el hígado, los pulmones y el cerebro. Según el análisis de hibridación de Northern, el ARNm tenía aproximadamente 2,0 kb. Cuando se expresó en células COS-7, la actividad de PDE 9A1 no fue inhibida por el inhibidor no selectivo IBMX, ni por el nuevo inhibidor selectivo de PDE 5, sildenafil. Sin embargo, es inhibido por el inhibidor de PDE 1/5 SCH 51866, con IC50=1,55 μmol·L-1.
1.2 Mecanismo de acción de las PDE Las isoenzimas AMPc y GMPc sirven como segundos mensajeros de neurotransmisores, hormonas, luz, olores y otras sustancias, y actúan ampliamente sobre órganos diana intracelulares, como quinasas, canales iónicos y diversas especies. PDE. Cuando las señales externas se transmiten a través de la membrana y provocan una serie de reacciones fisiológicas para activar la nucleótido ciclasa (como se muestra en la Figura 1), se producen cAMP y cGMP. La misión de la familia de PDE es hidrolizarlos e inactivarlos en 5? nucleósido 5?monofosfato (5?AMP). El equilibrio entre la síntesis de nucleótidos ciclasas y la inactivación hidrolítica de las PDE determina las concentraciones de los segundos mensajeros AMPc y GMPc. Vale la pena señalar [4] que el cGMP no solo es hidrolizado por las PDE, sino que también puede regular la actividad de algunas PDE. Por ejemplo, la PDE 2 puede ser estimulada por el cGMP, mientras que la PDE 3 puede ser inhibida por el cGMP y la PDE 4. insensible al cGMP.
Fig 1 Mecanismo de acción de las isoenzimas PDE
2 Distribución y características de la fosfodiesterasa selectiva y su mecanismo de acción inhibidor
2.1 Distribución y características de la PDE 4 Su inhibidor- Mecanismo de acción relacionado La PDE 4 se distribuye principalmente en diversas células inflamatorias, incluidos mastocitos, macrófagos (MΦ), eosófagos (EOS), linfocitos y células epiteliales. La distribución tisular de la PDE 4 muestra que está estrechamente relacionada con el sistema nervioso central y el sistema inmunológico, y sus inhibidores se consideran nuevos fármacos antiinflamatorios y fármacos del sistema nervioso central que actúan sobre objetivos intracelulares [5]. Los estudios han demostrado que los inhibidores selectivos de la PDE 4 pueden actuar sobre neutrófilos, macrófagos, basófagos, monocitos y esófagos [6].
La PDE 4*** se divide en 4 subtipos, a saber, PDE 4A, 4B, 4C y 4D. Cada subtipo tiene nuevas ramas, como 4D y 4B, cada una de las cuales tiene 3 subtipos. [7]. El desarrollo de cada subtipo probablemente aumentará la eficacia y reducirá las reacciones adversas de una manera más específica. Los inhibidores selectivos de la PDE 4 estudiados anteriormente incluyen principalmente zaprinst, rolipram, Ro20-1724, etc. Entre ellos, rolipram y ro20-174 pueden inhibir la liberación de histamina y leucotrienos por los mastocitos respiratorios y los granulocitos alcalinos, así como la superóxido dismutasa (SOD) producida por los eosinófilos, y también pueden inhibir la liberación de bacteriólisis por los neutrófilos, enzimas PAF. , LTB4. Entre los inhibidores de la PDE 4, el rolipram tiene el mayor efecto inhibidor. Actúa principalmente sobre los linfocitos y tiene el menor efecto inhibidor sobre los monocitos. Recientemente, existen CP-0633, SB 207499 (Ariflo), etc., entre los cuales CDP 840 se encuentra en ensayos clínicos.
El mecanismo antiinflamatorio de los inhibidores de la PDE 4 implica principalmente [5, 8, 9]: ① Inhibe la liberación de una variedad de mediadores/citoquinas inflamatorias y puede inhibir la IL-4 y la IL-5 de Expresión génica de células TH 2. ② Inhibe la activación de los glóbulos blancos (ráfaga respiratoria) e inhibe la migración de los glóbulos blancos. ③ Inhibe la expresión o regula positivamente el factor de adhesión celular (CAM). ④Inducir la producción de citocinas con actividad inhibidora, como la IL-6. ⑤Inducir la apoptosis celular. ⑥Estimular la liberación de hormonas endógenas y catecolaminas.
En definitiva, las investigaciones han confirmado que los inhibidores de la PDE 4 tienen importantes efectos antiinflamatorios, antialérgicos y antiplaquetarios. Algunas personas incluso creen que el efecto antiinflamatorio de los inhibidores de la PDE 4 es superado sólo por las hormonas adrenocorticales.
2.2 Distribución, características y mecanismos de acción relacionados con los inhibidores de la PDE 5. La PDE 5 se distribuye principalmente en tejido cavernoso y plaquetas, utilizando cGMP como sustrato específico [10]. sildenafil Se ha convertido en un tema candente de investigación. En marzo de 1998, la FDA de EE. UU. aprobó su uso oral en el tratamiento de la impotencia y logró buenos resultados clínicos [11, 12].
2.2.1 Características estructurales y propiedades físicas y químicas el sildenafil es un nuevo derivado de la metilpiperazina. Su estructura química se muestra en la Figura 2. Su nombre químico es 1-[4-etoxi-3-(6,7). Ácido cidra -dihidro-1-metil-7-oxo-3-propil-1hidro-pirazolona [4,3-d]pirimidina-5)-bencenosulfonil] 4-metilpiperazina, su solubilidad en agua es de 3,5 g·L-1, y su peso molecular relativo es 666,7. Cristal blanco, el producto terminado es una tableta azul, las especificaciones son 25, 50, 100 mg. Además de los principios activos, también existen celulosa microcristalina, fosfatos, estearatos, lactosa, triglicéridos, etc.
2.2.2 Mecanismo de acción del sildenafil El mecanismo de la erección del pene es muy complejo y actualmente no existe un entendimiento unificado. Ahora la mayoría de los investigadores han desviado su atención de la hemodinámica a los neuromediadores. Se ha confirmado que tres mecanismos neurales participan en la regulación del tono del músculo liso cavernoso y de las arterias espirales. a saber, adrenérgico, colinérgico y no adrenérgico no colinérgico (NANC). Ahora se cree que el mecanismo NANC es el principal mecanismo para la relajación de los vasos sanguíneos cavernosos y los músculos lisos, y el NO es el neuromediador de NANC [13]. En todo el proceso fisiológico de la erección, la relajación de los vasos sanguíneos del pene y de los músculos lisos cavernosos es un factor clave. Sildenafil actúa a través de la vía NO/cGMP [14] (ver Figura 3).
Fig 2 Estructura química del sildenafil
Fig 3 Mecanismo de acción del sildenafil
Bajo la estimulación del sistema nervioso NANC del nervio pélvico, actúa la NO sintasa (NOS) El terminal nitrogenado de guanidinio de la L-arginina produce NO. Debido a su lipofilicidad, puede difundirse rápidamente entre células adyacentes a través de la membrana celular y actuar sobre la guanilil ciclasa (GC) en la célula, junto con sus iones de hierro. las moléculas se combinan para formar el complejo NO-GC. Este complejo se combina con la parte porfirina de la enzima, provocando un cambio de configuración y activando GC, provocando que se produzca una gran cantidad de cGMP en las células. Como segundo mensajero intracelular, el cGMP puede producir una serie de reacciones fisiológicas, provocando liso cavernoso. muscular y vasodilatación. Mientras el cGMP transmite información, la PDE 5 lo hidroliza y lo convierte en 5?GMP y lo inactiva. Sildenafil inhibe selectivamente la hidrólisis de cGMP por la PDE 5, aumentando así la concentración de acumulación de cGMP y mejorando en gran medida su efecto vasodilatador [15].
En la prueba de órganos aislados en animales [15], se utilizaron conejos blancos de Nueva Zelanda para eliminar el tejido cavernoso, y se incubaron con diferentes concentraciones de sildenafilo en presencia del nitroprusiato sódico donante de NO durante diferentes tiempos para detectar la concentración de cGMP, como resultado, la concentración de cGMP aumentó de manera dependiente del tiempo y de manera dependiente de la dosis para el sildenafil. Cuando el nitroprusiato de sodio alcanza su concentración máxima, puede aumentar la concentración de cGMP 28 veces.
El NO en el tejido del pene proviene de dos fuentes: las células endoteliales sinusoidales y las fibras nerviosas NANC [16]. En la prueba del baño de agua de órganos aislados [17], después de que las tiras del cuerpo cavernoso del conejo se contrajeran con fenilefrina (PE), se utilizó un método de estimulación eléctrica similar a los impulsos nerviosos para realizar una prueba de relajación de 1 a 16 Hz. Los resultados fueron. que sildenafil solo La contracción de PE básicamente no tiene ningún efecto, pero el uso de sildenafil combinado con estimulación eléctrica puede aumentar considerablemente su porcentaje de relajación. Esto muestra que el sildenafilo libera NO del tejido cavernoso mediante estimulación eléctrica similar a los impulsos nerviosos, y luego ejerce su efecto relajante a través de la vía NO/cGMP. También se utilizó acetilmetilcolina (MCH) para relajar el cuerpo cavernoso después de la contracción del PE. Como resultado, el sildenafil podría aumentar en gran medida la amplitud de relajación del MCH. Esto muestra que el sildenafilo libera NO a través del tejido cavernoso dependiente del endotelio y luego utiliza la vía NO/cGMP para lograr un efecto relajante.
3 Outlook
Las isoenzimas PDE se distribuyen en diferentes tejidos y tienen diferentes funciones fisiológicas.
Al mismo tiempo [18], no sólo cada familia de PDE tiene sustratos específicos y características reguladoras, sino que también existen diferencias en la expresión específica tisular, celular y subcelular entre los miembros de cada familia, y participan en diferentes vías de señalización. Los inhibidores selectivos de las PDE pueden actuar específicamente sobre diferentes isoenzimas y ejercer diferentes efectos. Por lo tanto, las PDE se han convertido en objetivos atractivos para el desarrollo de fármacos. La familia de isoenzimas PDE participa en muchos campos, como el cardiovascular, la reproducción, el antiinflamatorio y el inmunológico. Además, con el desarrollo de la investigación en biología molecular, bioquímica y farmacología, las isoenzimas PDE se han subdividido en varias subfamilias y subfamilias, por lo que los fármacos pueden actuar sobre un objetivo determinado con alta especificidad y reducir en gran medida los efectos tóxicos y secundarios. La mayor parte de la investigación sobre inhibidores selectivos de las PDE aún se encuentra en la etapa de prueba básica y los ensayos clínicos acaban de comenzar. Además, constantemente se descubren nuevos miembros en la familia y poco a poco se van señalando las diferencias entre los miembros de la familia. Esto indica que los trabajadores farmacológicos tendrán un futuro difícil pero prometedor en este campo.
Referencias: Boletín Farmacológico Chino 2000 Volumen 16 Número 2 Wang Xiaoying Wu Junfang Zhang Juntian