Apputi esame lezioni 29-33 su 33 di Chimica farmaceutica e tossicologica 2

Lezione del 14/05

FARMACI ANTISTAMICI

oggi parleremo dei farmaci antistaminici.

Prima di parlare dei farmaci, parliamo della struttura dell’istamina.

L'istamina è una piccola molecola, grande, lunga, costituita da una catena laterale basica. Facile da

sintetizzare e conosciuta ben prima di andare a scoprire il suo ruolo sia fisiologico che patologico.

È una molecola in cui l'atomo di idrogeno si può trovare in equilibrio su questo atomo di azoto, che

è l'atomo di azoto prossimale alla catena laterale e quindi viene chiamato l'atomo di azoto pigreco

oppure su questo altro atomo di azoto, che è l'atomo di azoto più lontano dalla catena laterale e

che quindi viene chiamato atomo di azoto Tau. Questo fa sì che in questa molecola così semplice, a

seconda della presenza dell'azoto, sull'azoto tau e sull'azoto pi greco, la numerazione della

posizione della catena laterale varia dalla posizione 4 alla posizione 5 e che quindi ci sono

numerazioni diverse a seconda dell’atomo di idrogeno. Queste due conformazioni della molecola

dell'istamina sono in equilibrio tra di loro.

A pH fisiologico, tra l'altro questa forma dell'istamina non protonata che si può invece isolare si

trova in una percentuale molto limitata circa l'1% dell'istamina nel nostro organismo si trova nella

forma non protonata; a pH fisiologico invece si trova sotto forma molto cationica, in cui viene

protonato un atomo di azoto della catena laterale che è il più basico dell'atomo di azoto, dell'anello

imidazolico.

In realtà la forma monocationica per ciò che abbiamo detto prima, esistono due tautomeri:

quelloNHAU e quello NHY pigreco.

ApH acidi, come pH che si ha invece a livello gastrico, si ha la forma dicationica, in cui si ha la

protonazione anche dell'atomo di azoto dell'anello imidazolico. Questa carica positiva è condivisa

comunque tra i due atomi di azoto, sia l'azoto tau che l'azoto pigreco. Quindi, a Ph fisiologico,

questa forma monocationica è quella che interagisce con i recettori, mentre la forma dicationica

non vuole interagire con i recettori.

La forma dell'istamina come base libera, invece, è sempre importante perchè è l'unica che può

attraversare le barriere cellulari.

Nell’istamina è presente questa catena in cui sono presenti soltanto dei legami semplici; quindi, si

possono avere diverse conformazioni spaziali:

• una conformazione trans o meglio antitrans in

cui il gruppo amminico protonato della catena

laterale e l'anello imidazolico sono in trans tra di

loro

• la conformazione semi-pulsata con Gauche in

cui invece queste due funzioni presenti nella

molecola ancora si trovano più o meno nella

stessa parte della molecola.

Anche qui c'è un equilibrio tra le diverse conformazioni e quello che è stato messo in evidenza che

la conformazione trans è quella che preferenzialmente si lega ai recettori dell'istamina tipo 1, tipo

3 e tipo 2, mentre la conformazione gauche è quella che si lega ai recettoridell'istamina di tipo 3.

Tuttequeste conformazioni comunque ricordatevi che esistono, soltanto cristallizzando l'istamina si

può andare a isolare uno dei conformeri e in particolare l’istamina sotto forma di base libera viene

cristallizzata sotto forma di tautomero NH pigreco in conformazione gauche, mentre la forma

monocationica viene cristallizzata sotto forma NH-Tau in conformazione trans.

Detto ciò, per quanto riguarda la chimica della molecola dell’istamina, com'è che questa molecola

esercita i suoi effetti?

Non è un neurotrasmettitore, ma viene compreso tra sostanze che vengono biosintetizzate che

interagiscono con i recettori, dando anche manifestazioni oltre che a livello periferico, a livello del

sistema nervoso centrale.

In particolare, quali sono le azioni svolte dell’istamina?

L'istamina è coinvolta nella risposta allergica e in particolare nella cosiddetta risposta di Lewis, in

cui l'effetto vasodilatatore dell'istamina causa l'arrossamento e questo è dovuto alla

vasodilatazione delle arteriole, mediata dall'attivazione dei recettori H1 dell'istamina, che sono dei

recettori ad alta affinità che si trovano nell’endotelio vascolare e anche all'attivazione da parte

dell'istamina dei propri recettori H2, che invece sono dei recettori a bassa affinità presenti nella

muscolatura liscia dei vasi. Nella triplice risposta di Lewis, è anche coinvolto l'aumento della

permeabilità delle venule post capillari che è legato all'attivazione dei recettori H1 e questo porta a

diffusione dei mediatori della risposta allergica e alla formazione di confi per aumento della

permeabilità. La terza risposta di Lewis, l’eritema che è dovuta all'attivazione proprio dei recettori

H1 che portano alla diminuzione di pH, allo stiramento meccanico delle terminazioni.

L'istamina però ha anche effetti sulle grandi vene e in particolare è stato messo in evidenza in

modelli animali che porta alla contrazione delle grandi vene e ha anche un effetto a livello

cardiaco, in particolare per l'attivazione dei recettori H2, si ha un aumento della forza di

contrazione sia a livello atri che a livello di venticoli e un aumento della depolarizzazione del nodo

senoatriale. Invece, l'attivazione dei recettori H1 dell'istamina a livello cardiaco ha un effetto

opposto, ossia porta ad un rallentamento della produzione dell'impulso di contrazione tra atri e

ventricoli.

L'istamina ha effetti però anche sulla muscolatura liscia di altri organi, non soltanto dei vasi e in

particolare qui l'effetto è opposto, quando vengono attivati i recettori H1 si ha l'attivazione della

muscolatura liscia a livello di bronchi, a livello dell'utero, a livello di tutta la muscolatura del

sistema gastrointestinale. Mentre l'attivazione dei recettori H2 dell'istamina causa l'effetto

opposto, quindi il rilassamento della muscolatura.

Perché questi effetti? L'attivazione dei recetori 1. Sono dei recettori accoppiati a proteine G, i

recettori dell'istamina, con meccanismi di trasduzione differenti.

Il meccanismo di trasduzione dei recettori H1 dell'istamina porta a un aumento della

concentrazione di ioni calcio a livello intracellulare. questo aumento della concentrazione di ioni

calcio va a attivare la chinasi e la catena leggera della miosina che è una chinasi calcio di modulina

dipendente, questo porta a maggior legame dei filamenti di miosina con i filamenti di actina e

quindi alla contrazione muscolare.

Effetto diverso, ha invece l’istamina, sui recettori H1 che si trovano a livello dell'endotelio

vascolare. In questo caso, l'attivazione della produzione di fosfatidil-tri-inositolo, induce la

liberazione di ossido nitrico e abbiamo visto in precedenti lezioni che l'ossido nitrico è capace di

attivare la guanilato ciclasi, che a loro volta producono il GMP ciclico, attivando le chinasi

GMPciclico dipendenti andando a diminuire la concentrazione di ioni calcio e quindi causando il

rilassamento della muscolatura liscia dei vasi.

Che effetto ha l'istamina a livello del sistema nervoso centrale?

In effetti l'istamina a livello del sistema nervoso centrale è molto difficile andare a distinguere

rispetto all'effetto dei neurotransmettitori, anche perché non è un vero e proprio

neurotrasmettitore e quindi l'effetto dell'istamina a livello del sistema nervoso centrale noi

l'abbiamo citato diverse volte, quando abbiamo parlato di effetti collaterali di altri farmaci

progettati per interazione con altri recettori che vanno a interferire, attivare o disattivare,

agonizzare o antagonizzare i recettori dell'istamina a livello cerebrale. Quindi non un effetto

diretto, ma un effetto indiretto. L'effetto diretto si può dimostrare soltanto con la somministrazione

intraventricolare; quindi, su modelli animali e tramite questi esperimenti è stato messo in evidenza

che la somministrazione di instamina è in grado di incrementare la pressione arteriosa andando a

incrementare la forza di connessione cardiaca quindi con un meccanismo non soltanto periferico

come quello di cui vi ho parlato.

Va ad attivare anche il riflesso del vomito e aumenta la produzione dell'ormone antidiuretico.

L'istamina ha effetti anche su diverse ghiandole a secrezione esterna. In particolare, l'attivazione

dei recettori H2 a livello delle cellule parietali dello stomaco, porta ad un aumento della secrezione

degli ioni H+, quindi di acido nitritico, perché l'accumulazione dei recettori H2, va ad attivare

l'enzima che è una pompa sodio-potassio-atpasi di idrogeno-potassio-atpasi che produce ioni H+

che servono per l'acido cloridrico.

In realtà, l'attivazione dei recettori H2 a livello delle cellule parietali per lo stomaco non induce

soltanto la produzione di acido cloridrico, ma ha anche di enzimi come la pepsina e il fattore

intrinseco. L'istamina, invece, attivando i recettori H1 va a incrementare la produzione di secreti

delle ghiandole salivari, delle ghiandole intestinali, pancreatiche, ma anche delle ghiandole

bronchiali. L'istamina è legata alla risposta allergica, quindi coinvolta nella attività del sistema

immunitario.

Durante una risposta immunitaria si ha anche una modifica dell'espressione sia dei recettori H1

che dei recettori H2 che dei recettori H3 degli Stati Uniti. In particolare, i recettori H1 e H2 sono

espressi in maniera differente durante le fasi di differenziazione dei linfociti, da linfociti TH1 a

linfociti TH2.

A livello dei mastociti e dei granulociti basofili che sono i responsabili della maggior liberazione di

istamina. l'istamina che si lega ai recettori presenti su queste cellule del sistema immunitario va a

diminuire la secrezione di istamina stessa con un meccanismo di feedback negativo si si ha

l'autocontrollo della liberazione di istamina.

Al livello invece dei granulociti neutrofili, sempre con un meccanismo a feedback negativo mediato

sempre dai recettori H1, si ha una diminuzione della secrezione degli enzimi lisosomali.

L'istamina produce anche la modulazione della sintesi di citochine. Questo è un meccanismo

complesso perchè le citochine che abbiamo visto sono molecole di segnale che servono a

comunicare tra di loro, tra le cellule e anche tra diverse citochine e quindi alcune citochine sono

capaci di modulare in senso positivo o in senso negativo la produzione di istamina.

L'istamina si comporta anche come mediatore dell'effetto ematopoietico indotto da altri fattori di

crescita, quindi altre citochine, in quanto promuove l'ingresso nel ciclo cellulare delle cellule che

sono precursori dei granulociti. Questo attraverso l'attivazione dei recettori H2.

questo come si è capito? si è capito dall'effetto collaterale mostrato da alcuni antagonisti o meglio

dire agonisti inversi dei recettori H2 dell'istamina.

L'istamina va a stimolare anche il differenziamento dei linfociti da Th1 a Th2, non direttamente ma

perché stimola la produzione di interleuchina 10, mentre inibisce la produzione di interleuchina 1 a

livello linfociti Th1.

Inoltre, l'istamina tramite l'attivazione del proprio recettore H1 va a incrementare la produzione di

interferone gamma. Anche qui c'è un meccanismo di controllo dell'attività dell'istamina, in quanto

l'attivazione invece dei recettori H2 dell'istamina va ridurre la produzione sempre dell'iterferone

gamma.

L'istamina è in grado di andare a controllare, modulandolo, anche il differenziamento delle cellule

dendritiche dal fenotipo DC1 al fenotipo DC2 e queste cellule dendritiche che a loro volta

andranno a facilitare lo sviluppo di linfociti di tipo TH1 o di tipo TH2 nelle cellule del sistema di

infarto.

Quindi, abbiamo parlato dell'attività dell'istamina, principalmente sui recettori H1 e H2.

In realtà, di recettori dell'istamina ne esistono ben 4 tipi:

• H1,

• H2,

• H3,

• H4.

Sono tutti, come vi dicevo, dei recettori accoppiati a proteine G, quindi con meccanismi di

trasduzione differenti. I recettori dell’stamina di tipo 1 sono accoppiati alle proteine G alfa U;

quindi, hanno come secondi messaggeri le fosfolipasi C, l'incremento della concentrazione di ioni

calcio, l'attivazione della NOS, del GMPciclico e della fosfolipasi A2.

I recettori H2 invece hanno come secondi messaggeri sia la fosfolipasi C e di ionicalcio, attivano

anche la produzione di Amp ciclico. Invece, i recettori H3 portano a riduzione dell'amp ciclico,

all'attivazione di macchinazzi e all'incremento del livello di calcio.

I meccanismi di trasduzione dei recettori H4 sono molto simili, però hanno un'intensità diversa

rispetto a quello dimostrato dai recettori H3, soprattutto, per quanto riguarda l'inibizione della

produzione dell’amp ciclico e non hanno come meccanismo di trasduzione l'incremento della

concentrazione di ioni calcio ma soltanto l'attivazione di massa.

Un'altra differenza tra i diversi tipi di recettori dell'istamina è che i recettori H1 e H3 possono

trovarsi in uno stato costitutivamente attivo, cosa che invece non è possibile per i recettori H2 e

H4. I recettori H3 si trovano fondamentalmente a livello presinaptico e agiscono con un

meccanismo di feedback negativo sulla liberazione di istamina.

I recettori H4 pur avendo un'elevata omologia con i recettori H3, sono recettori che si trovano a

livello postinatico, sono quelli molto meno diffusi, si trovano soltanto a livello dell'intestino della

milza, dei linfociti T, dei leucociti neotrofili e sono anche quelli più conosciuti, la cui funzione

fisiologica non è ancora del tutto chiara.

I farmaci attualmente esistenti sono farmaci che agiscono come agonisti inversi o dei recettori H1 o

dei recettori H2.

Esistono delle sostanze, però non sono arrivate in stadi di farmaci, che agiscono sui recettori H3,

mentre non si che conoscono delle sostanze selettive per il recettore di H4.

Vediamo come fisiologicamente viene prodotta l'istamina.

L'istamina, come abbiamo visto spesso, ha come precursore un aminoacido che è l’istidina. La

reazione di decarbossilazione dell’istidina, che porta alla formazione dell'istamina è una reazione

in cui avviene in realtà una reazione non di decarbossilazione semplice, ma una reazione di

transaliminazione.

Perché? Perché avvenga la decarbossilazione dell’istidina è necessario che l'istidina si formi, si leghi

a questa aldimina interna che deriva dall'NADPH.

l'NDPH si lega a questo residuo di lisina dell'enzima, formando questa aldimina interna che a sua

volta interagisce con l’istidina.

Si lega all'aldimina il gruppo amminico e si viene a formare questa aldimina interna in cui il gruppo

amminico del residuo dell'istidina viene sostituito dal gruppo amminico della istidina. Questa

aldimina esterna che subisce quindi la reazione di tetraossidazione.

L'istamina o il precursore dell'istamina rimane però legato all'aldimina esterna, che poi per perdita

di un protone, va a formare quest'altra forma di aldimina esterna, da cui per intervento di nuovo

dell'enzima, si ha il legame del residuo di serina dell'enzima in formazione dell'aldimina interna è la

liberazione dell'istamina, istamina che viene liberata sotto la forma monocationica che abbiamo

visto all'inizio della lezione.

L'istamina prodotta viene accumulata in vescicole all'interno dei mastociti principalmente; quindi,

viene liberata in seguito alla degranulazione dei mastociti e agisce nelle strette vicinanze del sito di

liberazione.

Perché?

Perché l'istamina viene velocemente metabolizzata.

Le reazioni di metabolizzazione prevedono la metilazione dell’azoto immidazolico con la

formazione delle N-metil istamine. Su questo metabolita, può avvenire sia a livello periferico che a

livello cerebrale, l'ossidazione da parte delle Mao, prima ad Aldeide, come abbiamo già visto, e poi

sull'Aldeide ad opera dell'enzima Aldeide deidrogenasi, la conversione acido, quindi acido N-metil

imidazzolico acetico.

Oppure le aminossigenasi a livello periferico o le aminossigenasi a livello cerebrale, vanno ad agire

sull’istamina in modo tale con la prima formazione dell'aldeide poi da parte dell'aldeide

deidrogenasi, ossidazione del gruppo aldeidico a acido imidazzolacetico e l'acido imidazzolacetico

viene eliminato per coniugazione con il ribosio, quindi sotto forma di ribosio.

il riboside dell’acido imidazzolo acetico e l'acido N-T imidazzolo acetico quindi sono i metaboliti

dell'istamina.

L'istamina viene liberata per degranulazione dei mastociti, che è indotta dal legame degli antigeni.

Gli antigeni si legano ai linfociti B che vengono per legame con i linfociti TH2 attivati con la

formazione di linfociti B che sono in grado di seccernere le IgE. Le IgE si legano a specifici recettori,

i recettori Fc che sono presenti sulla superficie dei mastociti, come tale i mastociti non sono attivi,

ma l'intervento di alcune citocchine fa sì che si abbia la formazione di dimeri questi IgE, quando si

legano all'allergene e questo va a produrre l'attivazione dei mastociti e la liberazione di istamina e

altri mediatori della risposta allergica.

Abbiamo parlato già di questo sistema quando abbiamo visto i farmaci che si usano per l'asma, ma

non abbiamo parlato certamente di farmaci antistaminici che sono del tutto inutili nell'asma

allergica. Per che cosa vengono utilizzati invece gli antistaminici? vengono utilizzati per

manifestazioni allergiche molto meno severe rispetto all'asma allergica e quindi ad esempio la

congiuntivite allergica, la rinite allergica o altre manifestazioni allergiche. Quindi, ad esempio, l