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AGENTI
COLINERGICI
Acetilcolina
 Neurotrasmettitore derivato dalla colina rilasciato
dai neuroni pregangliari del sistema nervoso
autonomo e da alcuni neuroni postgangliari del
simpatico (ghiandole sudoripare e salivari).
 Tutti i neuroni che rilasciano acetilcolina sono detti
colinergici.
H3C
+
H3C N
H3C
Colina
OH
H3C
+
H3C N
H3C
CH3
O
Acetilcolina
O
Acetilcolina
 Funzione
 Composti “classici”
 Farmacologia ben nota
 Poco usata in terapia a causa degli effetti
collaterali
 Biologia molecolare
 Poco nota fino a tempi recenti
 Possibilità di ottenere derivati con pochi
effetti collaterali
Acetilcolina (ACh)
 Trasporto
 La colina è prontamente
trasportata nella cellula sui
terminali dell’assone
 L’ acetilcolina no
 Quindi . . .
 L’aceticolina è probabilmente metabolizzata nello spazio
sinaptico
 La colina è trasportata nella cellula. . .
 . . .trasformata in acetilcolina
 . . .trasportata nelle vescicole
Effetto locale:
• Rapida idrolisi in plasma ad opera della colinesterasi
• Scarsa penetrazione nei siti nicotinici
• Non penetra nel CNS
Interazioni dell’ACh con i recettori
L’acetilcolina produce due effetti: nicotinico e muscarinico.
L’effetto nicotinico, sui gangli, è analogo agli effetti provocati
dalla nicotina (stimolo e aumento del tono dei muscoli scheletrici).
Questi effetti sono bloccati dai sali di tetraetilammonio.
Gli effetti muscarinici sono simili a quelli prodotti da muscarina e
pilocarpina. Sui recettori postganglionici parasinaptici questi
effetti sono: inibizione cardiaca, vasodilatazione periferica,
contrazione delle pupille, aumento della salivazione e della
peristalsi intestinale.
Questi effetti sono bloccati dall’ atropina.
Interazioni dell’ACh con i recettori
A partire dall’osservazione sulla diversità degli effetti, è stata
avanzata l’ipotesi che questi effetti siano dovuti a differenti
conformazioni assunte dalla molecola.
Nel caso dell’interazione con i recettori muscarinici, l’ACh
assume una “conformazione muscarinica” responsabile degli
effetti osservati.
Identiche considerazioni per i recettori nicotinici.
Interazioni dell’ACh con i recettori
Attraverso i calcoli sugli orbitali molecolari sono state stabilite le
distanze interatomiche nelle conformazioni preferite dell’ACh e dei
suoi analoghi muscarina e nicotina.
B
B
H
HO
O
+ CH
N CH3
3
CH3
O
H3C
A
Acetilcolina
+
N H
H3C
H3C
O
+
N
A
Muscarina
N
A
Nicotina
Interazioni dell’ACh con i recettori
Ci sono evidenze che favoriscono l’ipotesi che ACh esista solo in una
conformazione preferita, quella “trans”, attraverso la quale interagisce
con i recettori.
L’azione dell’ACh è breve
perché viene rapidamente
idrolizzata
dall’acetilcolinesterasi
L’azione duale è stata spiegata negli anni ’70 (Clothia):
nella sua conformazione preferita, l’ACh interagisce con entrambi
i recettori ma su zone differenti; con il nicotinico dalla parte carbonilica,
mentre con il muscarinico dalla parte del metile.
Recettori colinergici
Recettori Muscarinici
 recettori a 7-domini di
transmembrana
 5 sottotipi recettoriali
 M1 – M5
 pochi farmaci in uso terapeutico
 molti effetti collaterali dovuti a
farmaci agenti su altri recettori
Effetti colinergici
1. Stimolazione di siti recettoriali
specifici
Molti agenti colinergici in clinica agiscono
attraverso questo meccanismo
2. Inibizione dell’acetilcolinesterasi
Mediante questo meccanismo d’azione si ottiene
l’accumulo di ACh nei siti di trasmissione colinergica.
Agenti colinergici
• DEFINIZIONE:
Farmaci che producono effetti simili a quelli
osservati durante la stimolazione delle fibre
postganglioniche parasimpatiche, cioè farmaci che
esibiscono i loro effetti attraverso la stimolazione
dei recettori muscarinici periferici.
• Agonisti colinergici; agonisti muscarinici,
parasimpatomimetici
Analoghi dell’acetilcolina
Colinomimetici ad azione diretta
• Esteri colinergici
- Acetilcolina
• Breve durata d’azione (metabolizzata dai sistemi
enzimatici acetil e butirrilcolinesterasi)
• Relativamente selettiva vs. i recettori muscarinici
– Metacolina
• Sensibile all’acetilcolinesterasi
– Betanecolo
• Muscarinico puro (scarsa attività cardiaca sui recettori
M2). Stimolante della muscolatura liscia del tratto GI e
della vescica.
– Carbacolo
• Potente agente nicotinico, causa rilascio di acetilcolina
Analoghi dell’acetilcolina (SAR)
In generale i colinomimetici ad azione muscarinica sono
strutturalmente costituiti da un atomo di N quaternario
legato a una catena a 5 atomi.
Questa regola non vale per gli agenti nicotinici.
Studi SAR sui colinomimetici hanno portato alle
seguenti conclusioni:
1. L’attività aumenta in modo regolare aumentando il
numero di atomi legati alla testa cationica, fino a 5 atomi;
oltre l’attività comincia a diminuire.
2. La testa cationica è “essenziale” per l’attività colinergica.
3. L’allungamento del residuo acile provoca l’aumento
dell’attività muscarinica e la diminuzione di quella nicotinica
Analoghi dell’acetilcolina (SAR)
4. L’introduzione di un gruppo metile sul ponte etilenico in posizione
a porta a composti con forte attività nicotinica e debole attività
muscarinica.
5. L’introduzione di un gruppo metile sul ponte etilenico in posizione
b porta a un composto con debole attività nicotinica e forte attività
muscarinica e l’isomero L(+) è 300 volte + attivo dell’isomero D(-).
6. Il gruppo estere apparentemente non è essenziale per l’attività
colinergica. Può infatti essere sostituito da un chetone, un ossidrile o
un altro gruppo, senza perdita di attività.
Muscarinici di origine naturale
• Muscarina:
Dai funghi della specie Inocybe; Amanita
Priva di effetti nicotinici
• Pilocarpina:




Ammina terziaria presente nel Pilocarpus.
Predomina l’azione muscarinica (agonista parziale).
Bloccante dell’AChE.
Usata solo per via topica nel trattamento del glaucoma (riduzione P
intraoculare)
• Alcaloidi naturali
– Muscarina
• Presente come veleno in alcuni funghi
• Emesi, diarrea, urinazione incontrollata,
crampi, salivazione, sudorazione, bradicardia,
ipotensione, broncospasmo, miosi
– Pilocarpina
• Agente muscarinico “puro” a basse dosi;
stimolazione ganglionica in overdose
(stimolazione cardiovascolare)
Agenti bloccanti i recettori colinergici
Farmaci che occupano i recettori muscarinici e
bloccano l’azione muscarinica dell’acetilcolina
endogena o di altri agenti muscarinici (detti
anticolinergici o antimuscarinici)
Composti di origine naturale
(Alcaloidi della Belladonna)
pianta
Atropa belladonna
Dautura stramonium
Hyosacyamus niger
Azione periferica e sul CNS
farmaco
atropina
scopolamina
atropina
scopolamina
• Cenni storici:
L’uso clinico degli estratti di Atropa belladonna risale al
1504. Da questa e da altre piante della famiglia delle
Solanacee furono isolati nel XIX sec. alcuni alcaloidi ad
attività antimuscarinica, come atropina e scopolamina.
Scopolamina
Anticolinergici (SAR)
La lunga durata d’azione dell’atropina ha spinto i chimici
farmaceutici ad usare il metodo della “variazione” per
la progettazione di migliori agenti anticolinergici, mediante
l’applicazione di uno di questi procedimenti:
1) semplificazione, disgiunzione o scissione della molecola
dell’atropina con lo scopo di individuare la parte della
molecola “spasmoforica”;
2) inserzione di gruppi lipofili ingombrati, soprattutto
ciclici;
3) uso di gruppi bioisosteri in altri anticolinergici.
In questo modo sono state sintetizzate dozzine di nuove
molecole, molte delle quali ad attività antispasmodica
Usi terapeutici degli antimuscarinici
• Anestesiologia
– Prevenzione delle secrezioni bronchiali e salivari
• Disordini respiratori
– Ipratropium (Atrovent). Blocco della costrizione e della
secrezione bronchiale
– Asma, enfisema, bronchite cronica.
• Oftalmologia
– Induzione di midriasi
• Debolezza
– Scopolamina
• Avvelenamento da Muscarina
Inibitori della Colinesterasi
• DEFINIZIONE:
Farmaci che inibiscono gli enzimi colinesterasici e
permettono che ACh sia rilasciata dalle terminazioni
colinergiche per accumularsi, legarsi e stimolare i
recettori colinergici postsinaptici.
Queste sostanze agiscono indirettamente per
“amplificare” il segnale dell’ACh generato dall’attività
delle terminazioni colinergiche (detti anche
colinomimetici indiretti)
Enzimi Colinesterasici
Funzioni:
• Rapida terminazione dell’azione dell’ ACh
• La colina viene riciclata; l’acetato libero viene
metabolizzato
Distribuzione:
• Acetilcolinesterasi (AChE) (vera o specifica).
– ACh è il miglior substrato; è situata sulle terminazioni
nervose colinergiche, neuroeffettrici e nelle giunzioni
neuromuscolari.
• Butirrilcolinesterasi (pseudo; colinesterasi plasmatiche)
– possibile meccanismo di difesa contro le tossine
vegetali; non importanti per gli effetti fisiologici degli
anticolinesterasici.
Usi clinici di agenti anticolinesterasici
• Applicazioni oftalmologiche
• Diagnosi e trattamento della miastenia grave
• Trattamento dell’avvelenamento da atropina e da
curaro
• Potenziali veleni
Anticolinesterasici
• Inibitori “reversibili”
– Edrofonio
• Puro agente reversibile
• Breve durata d’azione
– Neostigmina
• Tipico agente “reversibile”
• Si lega in modo irreversibile;
viene lentamente idrolizzata
― Fisostigmina
• Lipofila
• Usata per gli effetti “centrali”
Anticolinesterasici
• Inibitori “irreversibili” (organofosfati)
– Gas nervini: sarin, tabun
– Insetticidi: malathion, parathion
– Agenti terapeutici: echothiophate,
isoflurophate
• Agenti per la cura del morbo di Alzheimer
– Donepezil, etc..
Anticolinesterasici
• Meccanismo d’azione
– Prevengono il metabolismo dell’ACh nella
sinapsi, permettendo l’ inattivazione del
neurotrasmettitore
– Si crea un aumento della concentrazione
di ACh nella sinapsi dovuta all’inibizione
della AChE
Anticolinesterasici
– Molto solubili nei lipidi
– Si legano in modo covalente inibendo le
colinesterasi
– Attività muscarinica e nicotinica
– Penetrano nel CNS
– Vengono bene assorbiti
– Vengono idrolizzati nell’organismo lentamente
ad opera di fosforilfosfatasi
Acetilcolinesterasi e suoi inibitori
Organofosfati
• Trattamento del glaucoma
• Insetticidi (malathion; Diazanon)
– negli insetti vengono convertiti a
composti estremamente tossici;
– nei mammiferi vengono convertiti per
ossidazione a composti meno tossici;
• Gas nervini (soman, tabun, sarin)
– sviluppati per la loro volatilità e il rapido
assorbimento
Organofosfati: tossicità
• Reversibilità limitata se trattata rapidamente
• Il legame enzima/drug diventa sempre più
stabile e irreversibile nel tempo.
• Trattamento
– Respirazione di soccorso
– Grandi dosi di atropina
– Uso di pralidossima, riattivatore
dell’attività colinesterasica
Recettori Nicotinici
 5 subunità
 α1-7, b1-4, γ, δ, ε?
 Canali ionici (cationici, responsivi a Ca2+,Na+ e K+)
 Suddivisi in neuronali (CNS e gangli del sistema
simpatico e parasimpatico) e muscolari (giunzioni
neuromuscolari)
 Correlati ai recettori 5-HT3, GABAA e Gly
 Desensibilizzati mediante fosforilazione
 PKA, PKC, o tirosinchinasi
Recettori Nicotinici
Recettori Nicotinici
 Glicoproteina costituita da 4 differenti subunità
a, b, g, d disposte intorno a un poro centrale che serve
come canale ionico.
 Sequenza extracellulare idrofila N-terminale
 Sequenza intracellulalre idrofila C-terminale
 Quattro domini idrofobici transmembranici a-elicoidale
 Due siti di binding per l’acetilcolina
Come agiscono e a che cosa servono?
Pochi composti specifici, quasi nessuno selettivo
Composti ad attività nicotinica
Agonisti
 nicotina
 epibatidina
 analgesia
Antagonisti
 Curaro (neuromuscolare)
 paralisi
 Esametonio (agisce su neuroni autonomici e
periferici)
 Distingue tra gli effetti centrali e periferici della nicotina
 Mecamilamina (agisce su neuroni autonomici e
centrali)
Composti nicotinici - SAR
Tutti gli agenti nicotinici, anche con struttura e proprietà
chimico-fisiche diverse, hanno due caratteristiche comuni:
1) un centro cationico;
2) un potenziale accettore di legame H.
La complessazione di agonisti e antagonisti nicotinici con
il recettore coinvolge:
1) un’interazione elettrostatica con il gruppo alchilammonio;
2) un legame H a carico del gruppo accettore del farmaco.
Inibitori nicotinici – interazioni recettoriali