6 Enzimi come bersaglio di farmaci

ENZIMI COME BERSAGLIO DI FARMACI

Esistono diversi enzimi che sono bersaglio di numerose classi di farmaci tra cui:

_ CICLOSSIGENASI= bersaglio di farmaci anti-infiammatori non steroidei (FANS)

_ VITAMINA K-REDUTTASI= bersaglio di farmaci orali anticoagulanti

_ MONOAMMINOOSSIDASI (MAO)= bersaglio di farmaci antidepressivi e per il trattamento

sintomatologico del morbo di Parkinson

_ ACETILCOLINISTERASI CICLOSSIGENASI (COX)

La ciclossigenasi è l’enzima che interviene nella conversione dell’acido arachidonico in

eicosanoidi (prostaglandine, prostacicline, trombossani, leucotrieni e lipossine), mediatori flogistici

importanti.

L’acido arachidonico è un acido grasso che non esiste libero nelle cellule, ma è normalmente

esterificato ai fosfolipidi di membrana come fosfatdilcolina e fosfatidiletanolammina. È un acido

grasso essenziale: non è prodotto dall’organismo ma deriva dalla conversione dell’acido linoleico, il

quale deve essere introdotto con la dieta.

Durante un processo flogistico, la produzione di citochine pro-infiammatorie da parte delle cellule

reclutate al sito di infiammazione, attiva la fosfolipasi A2, che catalizza il taglio del legame estere

tra l’acido arachidonico e i fosfolipidi di membrana a cui è legato, determinandone la liberazione

all’interno della cellula. A seguito di ciò, l’acido arachidonico è disponibile a 2 vie biotrasformative:

1) via CICLOSSIGENASICA: è mediata dalle ciclossigenasi e determina la formazione, a partire

dall’acido arachidonico, di prostaglandine, prostacicline e trombossani

2) via LIPOSSIGENASICA: è mediata dalle lipossigenasi e determina la formazione, a partire

dall’acido arachidonico, di leucotrieni e lipossine.

La via ciclossigenasica converte l’acido arachidonico in un mediatore comune che è la

prostaglandina H (PGH ). Questa via è mediata dalle ciclossigenasi, enzimi che hanno 2 attività

2 2

catalitiche: ciclossigenasica e perossidasica.

A sua volta, la prostaglandina H , a seconda del tipo cellulare e quindi del tipo di enzimi presenti e

2

differenti a cui fa da substrato, si avrà la produzione di mediatori flogistici:

- Prostaglandine E2 (PGE2) prodotte a livello di macrofagi e mastociti. PGE è

2

l’eicosanoide più importante nel sostenere i processi infiammatori. La PGE interagisce con

2

4 sottotipi di recettore, dalla cui attivazione derivano tutti i cambiamenti biologici che

sottendono all’infiammazione: vasodilatazione, dolore, febbre, aumento diuresi e

immunomodulazione.

Questi effetti avvengono perché questi recettori sono a livello ipotalamico dove ci sono i

centri termoregolatori e ciò determina la febbre, a livello delle terminazioni nervose e ciò

determina una loro iperattivazione e quindi dolore, sui leucociti richiamati nel sito di

infiammazione contribuendo alla vasodilatazione, extravasazione ed edema.

- Trombossani prodotti a livello delle piastrine. Concorrono alla vasocostrizione e

all’aggregazione piastrinica

- Prostacicline prodotte nell’endotelio vascolare. Concorrono alla vasodilatazione e

all’inibizione dell’aggregazione piastrinica (azione opposta ai trombossani).

La via lipossigenasica converte l’acido arachidonico in un’altra classe di mediatori flogistici

importanti ossia i leucotrieni: svolgono essenzialmente la stessa azione delle PGE2 ma sono

prodotti principalmente dai leucociti e sono i principali mediatori flogistici responsabili delle

infiammazioni delle vie aeree x es. l’asma bronchiale.

FANS

Sono farmaci antinfiammatori non steroidei e vengono utilizzati per la cura di patologie

flogistiche.

Dal punto di vista molecolare sono inibitori della COX, dal punto di vista terapeutico un FANS per

essere definito tale deve avere 3 proprietà:

- Antinfiammatoria

- Antipiretica

- Analgesica o antidolorifica

CICLOSSIGENASI: COX1 e COX2

La ciclossigenasi esiste in due isoforme: COX1 e COX2. Esse differiscono in:

• Livelli di espressione:

• Tipo 1: costitutiva nei tessuti in cui i mediatori prodotti non hanno carattere

patologico, ma fisiologico (omeostasi renale, piastrinica, gastrointestinale)

• Tipo 2: inducibile normalmente non è espressa, ma è indotta dall’attivazione del

processo infiammatorio. Il gene che codifica per la COX2 è controllato da fattori

trascrizionali attivati dal processo infiammatorio.

La > parte dei FANS non distingue tra le due isoforme, dunque inibiscono anche la COX1, non

solo la COX2.

Ciò comporta, per la COX2, l’azione antinfiammatoria mentre, per la COX1, effetti collaterali per il

blocco della produzione di eicosanoidi con ruolo omeostatico e fisiologico .

Effetti collaterali dei FANS:

_ Effetto gastrointestinale= erosione della mucosa gastrica (gastrite erosiva) con

conseguente formazione di ulcere peptiche.

Sul lato apicale delle cellule parietali gastriche c’è una pompa protonica (pompa

protonica gastrica) che scambia ioni K+ con ioni H+ e controlla il tono dell’acidità

gastrica.

Più la pompa è attiva, più ioni H+ vengono riversati nel lume gastrico e si associano

al cloro dando origine all’acido cloridrico. Questa pompa a sua volta è finemente

regolata da numerosi stimoli legati ai processi di digestione gastrica che arrivano

alla cellula parietale gastrica e che sono in grado attivare la pompa. A fronte di

numerosi stimoli positivi cioè attivatori sulla pompa protonica, ne esiste solo uno

negativo cioè in grado di modulare negativamente l’attività di questa pompa, che è

dato dalle PGE2.

La COX1 presente a livello delle cellule della mucosa gastrica produce a scopo

fisiologico PGE2 che, legandosi al suo recettore sulle cellule parietali gastriche, un

recettore metabotropico legato ad una proteina-G inibitoria, decrementa l’attività

dell’adenilato ciclasi, con conseguente diminuzione del cAMP e riduzione

dell’attivazione di questa pompa. Il risultato finale è che la pompa estrude meno ioni

H+ e quindi l’acidità gastrica diminuisce COX1 mantiene quindi i livelli di PGE2

tali da permettere un’azione citoprotettiva della mucosa gastrica.

Gli stimoli pro-secretori insieme all’attività del modulatore negativo PGE2

mantengono una corretta secrezione gastrica.

I FANS non selettivi, bloccando anche la COX1, riducono in questa sede la

produzione di PGE2, quindi viene meno la modulazione negativa sulla pompa

gastrica e l’equilibrio si sposta verso il segnale pro-secretorio Il risultato è



ipersecrezione gastrica che causa l’aumento dell’acidità gastrica che a lungo andare

erode la mucosa gastrica con conseguente formazione di ulcere peptiche.

Per questo motivo, chi fa uso prolungato di FANS deve assumere in concomitanza

inibitori della pompa protonica gastrica (farmaci gastroprotettori). Inoltre, le PGE2 a

livello fisiologico stimolano la produzione di bicarbonato che concorre a tamponare

l’acidità gastrica. Quindi, la gastrolesività dei FANS è causata anche dalla

mancanza di bicarbonato.

_ Effetto renale= La COX1 presente a livello renale produce a scopo fisiologico PGE2

e PGI2, implicate nel mantenimento del flusso ematico renale e, in modo

particolare, della vasodilatazione compensatoria contrastando la vasocostrizione

che si manifesta in risposta all’azione di composti vasocostrittori (angiotensina e

noradrenalina).

I FANS, bloccando anche la COX1, riducono a livello renale la produzione di PGE2

e PGI2, ciò riduce il flusso ematico renale e la filtrazione glomerulare e può portare

a insufficienza renale acuta se i FANS sono utilizzati per lunghi periodi di tempo.

_ Inibizione aggregazione piastrinica= I FANS, bloccando anche la COX1, riducono la

sintesi di trombossani, che sono responsabili sia della vasocostrizione, sia

dell’aggregazione piastrinica.

Se i FANS sono utilizzati per lunghi periodi di tempo causano emorragie nasali.

_ Effetto uterino= i FANS, bloccando anche la COX-1, riducono in questa sede la

produzione di PGE2, le quali modulano la contrazione della muscolatura uterina al

momento del parto.

_ Broncospasmo= i FANS, bloccando le COX, lasciano tutto l’acido arachidonico

disponibile per la via lipossigenasica con conseguente iper-produzione di

leucotrieni, i principali mediatori flogistici responsabili delle infiammazioni delle vie

aeree x es. l’asma bronchiale.

Questo effetto collaterale si ha maggiormente con l’aspirina dato che essa è un

inibitore irreversibile delle COX; si parla di asma da aspirina.

• Localizzazione tissutale:

_ Tipo 1: ubiquitaria

_ Tipo 2: nella sede del processo flogistico

• Localizzazione cellulare:

_ COX2: più vicina alla membrana nucleare rispetto alla COX1

CLASSIFICAZIONE DEI FANS IN BASE AL MECCANISMO DI INIBIZIONE CHE ESERCITANO

SULLA COX

1. FANS di classe 1= agiscono con un meccanismo di inibizione competitivo semplice:

competono reversibilmente con l’acido arachidonico per il legame al sito catalitico della

COX1/COX2. X es. ibuprofene (principio attivo del moment)

2. FANS di classe 2= agiscono con un meccanismo di inibizione competitivo tempo-

dipendente ossia lentamente reversibile : il

(in questo modo viene prolungata l’inibizione della COX)

legame tra farmaco ed enzima (legame non covalente) è relativamente stabile. I COX2

selettivi sono tutti di classe 2. X es. diclofenac , rofecoxib

(principio attivo del voltaren)

3. FANS di classe 3= agiscono con un meccanismo di inibizione competitivo, irreversibile:

competono irreversibilmente con l’acido arachidonico. Per il ripristino dell’attività catalitica

della COX, è necessaria la neosintesi della COX stessa. L’unico rappresentante è

l’aspirina.

COXib

Inibitori selettivi della COX2 e sono stati studiati per evitare gli effetti collaterali dovuti

all’inibizione COX1. Sia nella COX1 sia nella COX2 il sito di legame per l’acido arachidonico si

trova in una tasca laterale. La grande differenza è che il canale d’ingresso è più ristretto nel

caso della COX1. Sulla base di questa differenza sono stati sviluppati inibitori selettivi della COX2

che, per ingombro sterico, non sono in grado di entrare nel canale più piccolo della COX1.

Problematica COXib: i COXib (x es. rofecoxib) sono stati ritirati dal commercio perché sono stati

riportati numerosi casi di eventi protrombotici: ictus e infarto del miocardio. Cosa accade?

La trombogenesi è finemente regolata dall’equilibrio tra le azioni dei trombossani e delle

prostacicline.

La sintesi di trombossani è esclusivamente COX1 dipendente, mentre la sintesi di prostacicline è

dipendente da COX1, ma durante il processo flogistico anche e soprattutto da COX2.

L’utilizzo di FANS non selettivi, inibisce entrambe le COX, riducendo la produzione di entrambi gli

eicosanoidi e dunque l’equilibrio trombossani/prostacicline non varia molto.

L’utilizzo di COXib, invece, riduce la produzione di prostacicline (vasodilatatori!) e sposta

l’equilibrio verso la produzione di trombossani con conseguente aggregazione piastrinica,

vasocostrizione e quindi trombogenesi, che causa ictus e infarto del miocardio.

CLASSIFICAZIONE DEI FANS IN BASE ALLA LORO SELETTIVITA’ PER COX1/COX2:

• COX2 selettivi: x es. rofecoxib.

• COX2 preferenziali: presentano una selettività migliore per la COX2, x es. diclofenac,

nimesulide ; il nimesulide ha però manifestato gli effetti avversi dei

(principio attivo dell’aulin)

COX2 selettivi)

• COX2 non selettivi: inibiscono sia COX1 sia COX2. Sono la > parte dei FANS. X es.

ibuprofene.

Hanno gli effetti collaterali esposti precedentemente.

• COX1 selettivi: l’unico rappresentante è l’aspirina. Inibisce in maniera irreversibile la

COX1.

La valutazione della selettività è stata fatta sulla base di questo rapporto: IC50 COX1/ IC50

COX2

Più è alto il rapporto, più è alta la selettività per la COX2 (molecole COX2 preferenziali)

perché significa che la IC50 verso la COX1 è molto alta, quando questo rapporto è vicino a 1

significa che le IC50 sono uguali e quindi non c’è preferenza nella selettività tra la COX1 e la

COX2, quando questo rapporto è molto < 1 significa che la IC50 verso la COX2 è molto alta e

quindi la molecola è COX1 selettiva (solo l’aspirina).

ASPIRINA O ACIDO ACETILSALICILICO

L’aspirina, grazie alle caratteristiche di essere COX1 selettivo e di essere un inibitore irreversibile

ha anche azione antitrombotica. L’aspirina inattiva la COX1 acetilando irreversibilmente la serina

529 del sito attivo dell’enzima. Ci si aspetta che cali la produzione sia di trombossani (che

promuovono l’aggregazione piastrinica, sia di prostacicline (che la inibiscono) in ugual modo e che

quindi l’equilibrio trombossani-prostacicline rimanga invariato. In realtà, ciò non accade perché il

meccanismo di inibizione dell’aspirina è irreversibile Il ripristino dell’attività enzimatica si può

avere solo con la neosintesi dell’enzima Qui, piastrine e cellule endoteliali si comportano in

modo diverso: le cellule endoteliali, a differenza delle piastrine (che sono prive di nucleo), hanno la

capacità di sintetizzare nuovamente l’enzima. Si crea uno squilibrio a favore delle prostacicline,

prevenendo la formazione di trombi:

L’attività enzimatica di COX1 si rivede solo in nuove piastrine, dato che le piastrine influenzate

o dal farmaco non possono sintetizzare COX1. Queste ultime piastrine necessitano di circa 14

giorni per essere rimpiazzate.

L’attività enzimatica di COX1 nelle cellule endoteliali si rivede dopo poche ore, perché

o risintetizzano COX1.

La aspirina viene utilizzata come antiaggregante a basse dosi perché:

_ lo scopo è inibire la COX1 a livello delle piastrine e l’aspirina è COX1 selettiva

_ l’aspirina (dopo essere assunta per via orale, essere assorbita a livello intestinale e una volta raggiunto il sistema

viene captata dalle piastrine nel sangue portale e in questo modo sfugge dall’effetto di

portale)

primo passaggio epatico .

(sfugge all’eliminazione presistemica nel fegato)

La aspirina viene utilizzata come antinfiammatorio ad alte dosi perché:

_ è COX1 selettivo ma lo scopo è inibire la COX2 per avere l’effetto antinfiammatorio

_ per l’effetto di primo passaggio epatico di tutti i farmaci somministrati per via orale e perché è

captato dalle piastrine nel sangue portale; è necessario che il farmaco abbia una buona

biodisponibilità affinché possa raggiungere tutti i siti dell’infiammazione (periferici + siti centrali di

termoregolazione per dare l’effetto antipiretico).

PARACETAMOLO (principio attivo della tachipirina e dell’efferalgan)

Il paracetamolo, nonostante sia un inibitore della COX, non è classificato come FANS in quanto ha

sì azione antipiretica e analgesica MA NON antinfiammatoria perché ha bassa selettività per la

COX2 e sembra inibire l’enzima COX3. (SLIDE).

La COX3 è una variante di splicing della COX1 ed è presente quasi esclusivamente a livello del

SNC. In condizione infiammatoria la COX3 produce prostaglandine a livello del SNC che

interagiscono con i propri recettori in siti centrali deputati alla termoregolazione e alla percezione

del dolore.

Quindi, il paracetamolo può essere definito un COX3 preferenziale.

Il paracetamolo viene farmacologicamente definito analgesico non oppiaceo.

Il paracetamolo, non avendo un effetto antinfiammatorio viene spesso usato in combinazione con

altre molecole per potenziare il suo effetto analgesico (x es. Z