Metabolismo.

Muitas interações medicamentosas podem ocorrer por alterações nas enzimas biotransformadoras que estão presentes no fígado e em outros tecidos extra-hepáticos. Os mecanismos farmacocinéticos envolvidos nestas interações consistem principalmente em mudanças no complexo enzimático citocromo P450 (CYP), que pode ser inibido ou induzido por algumas drogas, afetando assim a biotransformação destas drogas. O entendimento destes mecanismos é extremamente importante para a escolha de um regime terapêutico envolvendo várias drogas.

Biotransformação e o Papel do CYP.

A maioria dos fármacos possui caráter lipofílico e, em pH fisiológico, permanecem não ionizados ou parcialmente ionizados. Devido a estas características, os mesmos tenderiam a permanecer no organismo, já que seriam reabsorvidos nos rins, após a filtração glomerular. Visando a eliminar estas substâncias exógenas, o organismo pode lançar mão de sistemas enzimáticos utilizados normalmente para a degradação de substâncias endógenas. Desse modo, a biotransformação é a transformação enzimática dos fármacos em metabó1itos com características mais hidrofílicas, tendo como objetivo facilitar a excreção pelo organismo.

A biotransformação de fármacos pode ser dividida em duas fases. A fase I consiste nas reações de oxidação, redução e hidrólise, ocasionando sempre uma modificação estrutural do fármaco, o que na maioria das vezes pode levar a sua inativação. No caso de administração de pró-fármacos, a fase I vai ser fundamental para gerar a substância farmacologicamente ativa. Na fase II, conhecida como fase de conjugação, ocorrem reações de conjugação do fármaco com substâncias endógenas, visando a facilitar sua excreção. Os processos das fases I e II são independentes, ou seja, o fármaco pode sofrer apenas reações de fase I ou de fase II, ou as duas, seqüencialmente. Geralmente as reações da fase I introduzem um grupo relativamente reativo, como o grupo hidroxila, na molécula, e este grupo funcional servirá, então, como ponto de ataque para o sistema conjugador, que fixa a ele um substituto maior, como um grupo glicuronil, sulfato ou acetil.

O órgão onde ocorre a maioria das reações de biotransformação é o fígado, por apresentar várias enzimas ou complexos enzimáticos especializados. Dentre elas, destacam-se as mono-oxigenases do complexo enzimático CYP, as redutases, as esterases e as transferases (COSTA & STRECK, 1999).

O CYP é o principal responsável pela biotransformação de fármacos no organismo humano, estando presente principalmente no retículo plasmático liso (fração microssômica) dos hepatócitos, podendo também ser encontrado em outros órgãos, como pulmões e rins. O CYP é uma proteína com um grupo prostético heme (ou grupo ferro-porfirina, ver figura 6) e pertence ao grupo das mono-oxigenases, que são enzimas que catalisam reações nas quais um átomo de oxigênio da molécula de O2 é incorporado na molécula do substrato orgânico, o outro átomo é reduzido a H2O. As mono-oxigenases requerem dois substratos que funcionam como redutores dos dois átomos de oxigênio do O2. O substrato principal (no caso o fármaco) recebe um dos dois átomos de oxigênio e o co-substrato (no caso do CYP é a nicotinamida adenina dinucleotídeo fosfato - NADPH) fornece átomos de hidrogênio para reduzir o segundo átomo de oxigênio a água (LEHNINGER, 1986).


Estrutura do grupamento heme
FIGURA 6 - Estrutura do grupamento heme unido covalentemente ao citocromo. O anel porfirínico está indicado em azul. Fonte: ALBERTS et al, 1997.

O sistema transportador de elétrons, envolvido na biotransformação das drogas, se processa da seguinte maneira: O NADPH ao se oxidar reduz uma flavoproteína - a NADPH citocromo P450 redutase. Esta ao oxidar-se reduz uma proteína Fe++ não-heme, que por sua, ao se oxidar, reduz o CYP, que reage com o oxigênio molecular para formar o complexo ativo oxigênio-CYP e o transporta para a molécula da droga, oxidando-a (observar a figura 7) (MELLO, 1998).


Sistema transportador de elétrons
FIGURA 7 - Sistema transportador de elétrons envolvido na hidroxilação de drogas via CYP. Adaptado de MELLO, 1998.

Isoformas do CYP

O CYP apresenta várias isoformas, que são formas múltiplas de uma mesma enzima que catalisam o mesmo tipo de reação , neste caso de oxidação , apresentando afinidade por substratos diferentes, biotransformando, portanto, fármacos distintos. Além disso, as isoformas diferem na sua distribuição pelo organismo e na regulação de sua atividade, apresentando diferentes inibidores, indutores e fármacos marcadores. Estes últimos são utilizados para a determinação da atividade de cada isoforma e, por isso, são também substratos das mesmas.

Atualmente mais de 30 isoformas do CYP estão identificadas em humanos, as quais são classificadas de acordo com as convenções da biologia molecular e identificadas por um número arábico indicando a família (membros de uma mesma família são os que apresentam mais de 40% de aminoácidos idênticos); seguido de uma letra em caixa alta que indica a subfamília (55% de aminoácido idênticos) e um outro número representando o gene na subfamília, por exemplo CYP1A2. As enzimas envolvidas na biotransformação de drogas em humanos pertencem às famílias 1,2,3 e 4 (NELSON et al, 1996).

Aproximadamente 70% do CYP hepático são constituídos pelas isoformas CYP1A2, CYP2A6, CYP2B6, CYP2C, CYP2D6, CYP2E1 e CYP3A. Entre estes o CYP3A (CYP3A4 e CYP3A5) e o CYP2C (principalmente o CYP2C9 e 2C19) são as subfamílias mais abundantes, responsáveis por 30% e 20% respectivamente do CYP total. As outras isoformas apresentam a seguinte contribuição para o CYP total: CYP1A2 em 13%, CYP2E1 em 7%, CYP2A6 em 4% e CYP2D6 em 2% (LIN & LU, 1998). Uma avaliação do mecanismo de “clearance” metabólico de 315 drogas diferentes (BERTZ & GRANNEMAN, 1999) revelou que 56% são eliminadas primariamente através da ação das várias isoformas do CYP; a CYP3A4 foi a mais importante (50%), seguida pela CYP2D6 (20%), CYP2C9 e CYP2C19 (15%) e o restante era biotransformado pelas CYP2E1, CYP1A2, CYP2A6 entre outras, de modo que podemos estimar que 90% das reações de oxidação das drogas em humanos podem ser atribuídas a estas sete enzimas principais. O conceito que a maioria das oxidações de drogas são catalisadas por um pequeno número de enzimas é importante na prevenção e identificação das possíveis interações medicamentosas envolvendo a biotransformação dos fármacos.

Um dos muitos aspectos interessantes do CYP é que além de poder catalisar várias reações de oxidação (hidroxilação, desalquilação, epoxidação, oxigenação de heteroátomos) ele também pode biotransformar um grande número de xenobióticos de caráter lipofílico. Cada isoforma do CYP possui atividade catalítica para um amplo espectro de substratos. A capacidade do CYP em biotransformar múltiplos substratos é responsável por um grande número de interações medicamentosas associadas com a inibição do CYP. A inibição da biotransformação de fármacos por competição por uma mesma enzima pode resultar em elevações na concentração plasmática de algumas drogas e levar a sintomas clínicos importantes. As interações medicamentosas em nível de biotransformação também podem ser no sentido de indução do CYP.

A atividade das isoformas também pode ser afetada pelo polimorfismo genético e de acordo com a atividade enzimática de cada isoforma, pode-se dividir a população em dois grupos distintos: os metabolizadores extensivos (MEs) e os metabolizadores pobres (MPs). Os primeiros possuem a isoforma com atividade normal, não apresentando problemas para biotransformar os fármacos. Os metabolizadores pobres têm a atividade da isoforma diminuída ou nula, podendo levar a diferenças significativas na posologia de alguns fármacos. Entre as principais isoformas que apresentam polimorfismo genético, segundo um estudo de INGELMAN-SUNDBERG et al (1999), estão a CYP2D6 (caráter autossômico recessivo, sendo a freqüência de metabolizadores pobres de 5 a 10% na população caucasiana) e a CYP2C19 (também de caráter autossômico recessivo, com a freqüência de metabolizadores pobres variando entre 2% a 3% na população caucasiana, podendo chegar até 23% na população oriental).

Mecanismos de Inibição do CYP

O ciclo catalítico do CYP consiste de pelo menos 7 etapas distintas:

  • ligação do substrato à forma férrica da enzima;
  • redução do grupo heme de férrico (Fe+++) para o estado ferroso (Fe++) por um elétron vindo do NADPH;
  • ligação do oxigênio molecular;
  • transferência de um segundo elétron;
  • quebra da ligação O-O;
  • oxigenação do substrato;
  • liberação do substrato.

Embora a interferência em qualquer uma destas etapas possa levar a inibição da atividade enzimática do CYP, as etapas (a), (c) e (f) são particularmente vulneráveis à inibição. O mecanismo de inibição do CYP pode ser dividido em três categorias: inibição reversível ou competitiva, inibição não-competitiva e inibição irreversível. Entre estas, a inibição reversível é provavelmente o mecanismo mais comum responsável pelas interações medicamentosas. As interações reversíveis resultam da competição pelo sítio ativo da enzima e provavelmente envolva somente a primeira etapa do ciclo catalítico do CYP. Por outro lado, agentes que atuam durante a ligação do oxigênio ou em etapas subseqüentes levam a inibições não-competitivas ou inibições irreversíveis (HALPERT, 1995).

Inibição reversível ou competitiva

Muitos dos inibidores reversíveis potentes do CYP são drogas que contêm o nitrogênio, com a presença dos grupos imidazol, piridina e quinolina (figura 8). Estes compostos ligam-se ao ferro do grupo prostético heme e/ou também a região lipofílica da proteína no CYP; as drogas que se ligam simultaneamente a estas duas regiões são inibidores mais potentes. A potência de um inibidor é determinada por seu caráter lipofílico e pela força de ligação entre o par de elétrons do nitrogênio da droga e o ferro do grupo heme do CYP. Por exemplo, o cetoconazol e a cimetidina (figura 8), que são compostos contendo o imidazol, interagem com o Fe+++ do CYP (CYP férrico); porém, a cimetidina é um inibidor reversível relativamente mais fraco, devido provavelmente a sua baixa lipossolubilidade e a sua menor afinidade em se ligar ao CYP microssômico; por outro lado, o cetoconazol é um potente inibidor do CYP, possivelmente pela sua alta lipossolubilidade. De modo similar, o fluconazol contém um grupo triazol (figura 8) que se liga ao ferro do heme prostético, mas é um inibidor menos potente, novamente devido principalmente a sua menor lipossolubilidade (LIN & LU, 1998).


 Estruturas dos grupos
FIGURA 8 - Estruturas dos grupos imidazol, piridina e quinolina e dos fármacos cetoconazol, cimetidina e fluconazol.

Os agentes derivados da piridina também podem interagir com o Fe+++ do CYP - entre os derivados de piridina o inibidor mais conhecido é a metirapona; este composto age como um inibidor potente e seletivo das várias isoformas do CYP, incluindo a inibição da 11b-hidroxilase que catalisa a etapa final da biossíntese do cortisol. Esta inibição da 11b-hidroxilase permite o uso da metirapona no diagnóstico e tratamento das manifestações de excesso de cortisol (síndrome de Cushing) e outras desordens hormonais (JONEN et al, 1974).

As quinolinas consistem de uma outra classe de heterocíclicos contendo o nitrogênio que também apresentam uma potente inibição do CYP, como por exemplo as elipticinas - um grupo de agentes antileucêmicos (inibem a síntese do ácido desoxirribonucléico (DNA) e do ácido ribonucléico (RNA)) com propriedades imunossupressoras, isolados primariamente da Ochrosia elliptica - que contém o grupo quinolina em sua estrutura, interage com o ferro (na forma férrico ou ferroso) do CYP. A elipticina e seu derivado 9-hidroxi-elipticina têm sido usados com sucesso como inibidores da CYP1A1 e CYP1A2.(LESCA P et al, 1979).

Outros derivados de quinolina, como a quinidina e a quinina (figura 9) são potentes inibidores reversíveis da 4-hidroxilação da debrisoquina, uma reação catalisada pela subfamília CYP2D. Curiosamente a quinidina é um potente inibidor da CYP2D6 em humanos, porém ela é biotransformada pela CYP3A4 e não pela CYP2D6; assim um potente inibidor de uma determinada isoforma do CYP não precisa ser necessariamente o substrato desta isoforma (LIN & LU, 1998).


Estrutura do néfron.
FIGURA 9 - Estruturas da quinidina e quinina – potentes inibidores de CYP2D.

A quinina contém um grupo quinolina ligado através de uma ligação álcool secundária a um anel de quinuclidina. A quinidina possui a mesma estrutura que a quinina exceto pela configuração espacial do grupo álcool secundário.

Muitos agentes antimaláricos (como a primaquina, cloroquina, amodiaquina e mefloquina – ver figura 10) contêm um anel quinolina e são potentes inibidores reversíveis do CYP; porém, a atividade inibitória não está associada com a estrutura da quinolina, uma vez que o nitrogênio da piridina está inacessível pelo impedimento estéreo. Em vez disso, o grupo amino em substituintes do anel quinolina parece ser o determinante primário da potência inibitória observada nestes compostos. Acredita-se que o grupo amino terminal da primaquina está envolvido na ligação direta com o Fe+++ do heme. (MURRAY & FARREL, 1986)


Estrutura dos agentes antimaláricos
FIGURA 10 - Estrutura dos agentes antimaláricos - primaquina, cloroquina, amodiaquina e mefloquina

Inibição não-competitiva – Formação de complexo estável

Um grande número de drogas, incluindo metilenedioxibenzenos, alquilaminas, antibióticos macrolídeos e hidrazinas, sofre ativação metabólica pelo CYP para formar metabólitos inibitórios. Estes metabólitos podem formar complexos estáveis com o heme do CYP (figura 11), chamado complexo metabólico intermediário (CMI), de forma que o CYP fique em um estado inativo funcionalmente (estas substâncias são chamadas de substratos suicidas); a formação deste complexo pode ser revertida e a função catalítica do CYP férrico pode ser restaurada por incubação in vitro com compostos altamente lipofílicos que deslocam o metabólito intermediário do sítio ativo da enzima. A dissociação ou deslocamento do CMI resulta na reativação da atividade funcional do CYP; porém, em situações in vivo, o CMI é tão estável que o CYP envolvido neste complexo fica indisponível para a biotransformação de drogas e a síntese de novas enzimas é a principal maneira pela qual a atividade pode ser restaurada.


Estruturas propostas para o CMI
FIGURA 11 - Estruturas propostas para o CMI formado durante o ciclo catalítico do CYP. Esquerda – compostos com o grupo metilenedioxifenil formando um complexo carbene-ferro; Centro – Alquilaminas formando um complexo nitroso-ferro. Direita – 1,1 dialquil-hidrazinas formando um complexo nitrene-ferro. Fonte - LI & LU, 1998.

O piperonil butóxido, um derivado metilenedioxibenzeno, tem sido usado como um inibidor do metabolismo oxidativo de drogas. Este composto age por formar um CMI, provavelmente por uma ligação entre o carbono e o ferro (figura 11).

A troleandomicina e a eritromicina são os antibióticos macrolídeos mais estudados na inibição seletiva que envolve a formação de CMI. Estes 2 agentes possuem em sua estrutura uma amina terciária (figura 12) que depois de passar por várias etapas de biotransformação mediadas pelo CYP (N-demetilação, N-hidroxilação e N-oxidação) produz um metabólito nitroso que se liga fortemente ao CYP ferroso (figura11) levando a formação de um CMI.


Estrutura dos antibióticos macrolídeos
FIGURA 12 - Estrutura dos antibióticos macrolídeos troleandomicina e eritromicina. Em destaque o grupo amino terciário.

Os derivados de metilenedioxibenzeno e os macrolídeos, como a troleandomicina e eritromicina, não agem somente como inibidores mas também produzem efeitos de indutores. Doses repetidas de troleandomicina induz o CYP em ratos (PESSAYRE et al, 1982a), entretanto a maioria das isoenzimas induzidas fica geralmente complexada e funcionalmente inativa. A concentração da CYP livre depende da dosagem diária de troleandomicina e da duração do tratamento.

A CYP3A4 humana está entre as isoenzimas induzidas pela troleandomicina. Em 6 pacientes tratados com troleandomicina (2g/dia durante 7 dias), verificou-se (PESSAYRE et al, 1982b) um aumento de 76% do CYP total comparado com o grupo controle; porém a maioria do CYP induzido estava presente na forma de CMI; a eritromicina produz efeito semelhante (DANAN et al, 1981).

Os efeitos indutores da troleandomicina e da eritromicina são causados pela diminuição da degradação do CMI, e não pelo aumento da síntese do CYP. Uma vez que a maioria do CYP induzido está na forma de complexo e portanto não disponível para biotransformação in vivo, a indução pela formação de CMI pode ser mascarada pelos efeitos inibitórios destes antibióticos.

Outra droga alquilamina, associada com a formação de complexo com o CYP, é a orfenadrina (figura 13) - um relaxante muscular usado no tratamento da doença de Parkinson. Como esta droga possui um grupamento amino terciário, se acredita que o metabolismo da alquilamina para um metabólito nitroso é a reação de biotransformação que dá origem ao CMI (REIDY et al, 1989).


Estrutura da orfenadrina
FIGURA 13 - Estrutura da orfenadrina

Os derivados da hidrazina pertencem a uma outra classe de compostos que podem levar a formação de CMI. O tipo de substituição da hidrazina é um fator importante para a formação do complexo envolvendo o CYP. A hidrazina 1,1-disubstituída, em contraste com a hidrazina monosubstituída, é oxidada pelo CYP para intermediários nitrene que se ligam fortemente ao ferro do grupo prostético heme, formando o complexo nitrene-ferro (figura 11). A isoniazida - a hidrazida do ácido isonicotínico (figura 14) - também leva a formação de CMI, o que pode explicar o porque da isoniazida, que é biotransformada principalmente pela N-acetilação em humanos, inibe a biotransformação da fenitoína e varfarina mediada pelo CYP (MUAKKASSAH et al, 1981).


Estrutura da isoniazida
FIGURA 14 - Estrutura da isoniazida.

Inibição irreversível do CYP – Inativação da enzima

Algumas drogas contêm certos grupos funcionais que podem ser oxidados pelo CYP a intermediário reativos que causam a inativação irreversível da enzima antes da sua liberação do sítio ativo; ou seja, é necessária uma ativação metabólica para uma posterior inativação da enzima. Este tipo de inativação do CYP pode ser o resultado de alterações irreversíveis do grupo prostético heme ou da porção protéica, ou ainda uma combinação de ambos. De modo geral, as modificações do grupo heme sempre inativam o CYP, enquanto que alterações na proteína só resultam em perda da atividade catalítica se aminoácidos fundamentais para a ligação do substrato, transferência de elétrons ou ativação do oxigênio, forem modificados.

Alquilação do grupo heme

Drogas que possuem uma ligação dupla (olefinas) ou uma ligação tripla (acetilenos) na porção terminal podem ser oxidadas pelo CYP para radicais intermediários que alquilam o grupo prostético heme e assim inativam a enzima. Entre as evidências da alquilação do heme inclui a demonstração de perdas equimolares de enzima e de heme, assim como o isolamento e a caracterização estrutural do heme adulterado. A alquilação do grupo heme é iniciada pela adição do oxigênio ativado para o carbono interno da dupla ou tripla ligação e é concluída com a ligação do carbono ao nitrogênio pirrólico do heme. É interessante observar que o acetileno reage com o nitrogênio do anel pirrólico A do CYP2B1 em microssomos hepáticos de rato induzidos por fenobarbital, enquanto que olefinas lineares reagem com o nitrogênio do anel pirrólico D (LI & LU, 1998).

O etinilestradiol, um estrógeno amplamente utilizado como contraceptivo oral, é um derivado acetilênico (ver figura 15), que ao contrário de outros derivados de estradiol, tem atividade biológica longa e uma alta biodisponibilidade. Estudos realizados por GUENGERICH (1988), indicam que esta droga é um substrato para a CYP3A4 e também leva a destruição estrutural desta mesma enzima. Atualmente está esclarecido que a atividade longa e a alta biodisponibilidade do etinilestradiol são atribuídas principalmente a alteração do heme prostético da enzima que o biotransforma.


Estrutura do etinilestradiol
FIGURA 15 - Estrutura do etinilestradiol

Assim como as olefinas e acetilenos, as diidropiridinas também podem ser oxidadas pelo CYP para metabólitos reativos que alquilam o heme prostético. Por exemplo, os radicais 4-alquil-1,4-diidropiridina são oxidados pelas enzimas do CYP para radicais intermediários que alquilam o nitrogênio do grupo heme. Porém nem todas as diidropiridinas provocam a alquilação do heme, a substituição na posição 4 do anel diidropiridina é um fator importante. A alquilação do heme é detectada se o substituinte é um grupo alquil alifático primário (metil, etil, propil); caso o substituinte seja um grupo aromático (fenil) ou um radical secundário (isopropil) não ocorre a alquilação do heme. Por exemplo, a nifedipina, uma diidropiridina com um aril na posição 4 (ver figura 16) não inativa o CYP (DE MATTEIS et al, 1982).


Estrutura da nifedipina
FIGURA 16 - Estrutura da nifedipina – uma diidropiridina com um substituinte aromático na posição 4.

Ligação covalente a apoproteína

O exemplo mais conhecido de inativação do CYP através de modificação na cadeia de aminoácidos por um metabólito ativado é o caso do cloranfenicol. O grupo dicloacetamida (ver figura 17) é oxidado para um radical oxamil que acila um resíduo de lisina no sítio ativo do CYP (HALPERT, 1981), porém esta inativação pelo cloranfenicol não ocorre igualmente para todas as isoformas do CYP; estudos (HALPERT et al, 1985) com microssomos hepáticos de ratos revelaram que a CYP2B1, CYP2C6 e CYP2C11 são suscetíveis à inativação pelo cloranfenicol, enquanto a CYP1A1 e a CYP1A2 são resistentes.


Estrutura do cloranfenicol
FIGURA 17 - Estrutura do cloranfenicol com o grupo dicloacetamida em destaque.

Outros compostos com uma ligação tripla terminal inativam o CYP por se ligarem covalentemente à proteína. Por exemplo o 2-etinilnaftaleno (figura 18) é convertido pela CYP2B1 para uma ceteno, que modifica o sítio ativo da enzima, incluindo a alteração em um resíduo de treonina da posição 302 que desempenha uma função importante na ativação do oxigênio molecular (ROBERTS et al, 1993).


Estrutura do 2-etinilnaftaleno
FIGURA 18 - Estrutura do 2-etinilnaftaleno

A oxidação de grupos contendo o enxofre também pode resultar em modificações da cadeia protéica do CYP. Vários compostos com enxofre podem inativar o CYP por ligação covalente a cadeia protéica depois que são ativados por oxidação pela enzima, como por exemplo o ácido tienílico - um tiofeno substituído - que é oxidado pela CYP2C9 para um metabólito reativo, possivelmente um sulfóxido tiofeno que se liga covalentemente a apoproteína do CYP (LOPEZ-GARCIA et al, 1993).

De modo semelhante, os grupos contendo o nitrogênio também podem inativar o CYP. Por exemplo, as ciclopropilaminas são biotransformadas para metabólitos reativos e experimentos de BONDON et al, (1989) mostram que ocorre uma ligação covalente entre o radical ciclopropilamina e a proteína.

Os dados a respeito do cloranfenicol, ácido tienílico e ciclopropilaminas mostram claramente que o CYP pode gerar espécies reativas que modificam a proteína, porém algumas drogas podem modificar a apoproteína e o grupo prostético heme simultaneamente. Por exemplo, a espironolactona (figura 19), um agente tioesteróide usado como diurético, pode inativar as subfamílias CYP2C e CYP3A e esta inativação ocorre depois da hidrólise do 7a-tioéster que dá origem a um grupo tiol livre - o CYP oxida então este radical tiol para um composto tioesteróide eletrófilico que se liga covalentemente a proteína e modifica também o grupo prostético heme (DECKER et al, 1989).


Estrutura da espironolactona
FIGURA 19 - Estrutura da espironolactona.

Mecanismos de Indução do CYP

Um dos aspectos intrigantes do CYP é que algumas de suas isoformas (CYP1A1, CYP2C9, CYP2E1 e CYP3A4) são induzíveis e outras, não. Diferentemente da inibição, que é uma resposta quase imediata, a indução do CYP é um processo regulatório mais lento que pode reduzir a concentração de algumas drogas no plasma, e assim comprometer a eficácia terapêutica destas drogas.

Apesar do fenômeno de indução do CYP ser conhecido há mais de 4 décadas, somente nos últimos anos os mecanismos envolvidos na indução começaram a ser elucidados. De um ponto de vista biológico, a indução é uma resposta adaptativa que protege as células de xenobióticos tóxicos, uma vez que aumenta a atividade de desintoxicação. A indução da biotransformação tem sido constatada depois da administração de doses terapêuticas de algumas drogas; porém o número de drogas que podem produzir este efeito é, talvez, mais limitado do que se suspeitava anteriormente.

A rifampicina, os barbitúricos, a fenitoína e a carbamazepina estão bem estabelecidos como indutores que produzem mudanças clinicamente importantes na biotransformação de drogas. Recentemente mais algumas drogas, como o omeprazol e a sinvastatina têm sido observadas por causar mudanças na farmacocinética de alguns substratos para isoformas específicas do CYP, mas a importância clínica destas observações precisa ser melhor estabelecida. O uso de etanol e o tabagismo também podem causar a indução do CYP2E1 e CYP1A, respectivamente, o que pode ter implicações terapêuticas e toxicológicas importantes (GONZALEZ, 1988).

Os indutores podem ser monofuncionais, quando promovem a indução apenas do CYP ou alguma isoforma específica, ou multifuncionais quando leva a indução de várias enzimas, incluindo as enzimas da fase I e da Fase II da biotransformação (figura 20) (PARK et al, 1996).


Classificação dos indutores
FIGURA 20 - Classificação dos indutores das enzimas biotransformadoras. Adaptado de PARK et al, 1996.

Os níveis de CYP hepáticos podem ser controlados pela concentração de seus substratos no fígado. Há muitos passos no caminho do DNA até chegar à enzima, e todos eles, em princípio, podem ser regulados. Dessa forma, uma célula pode controlar as enzimas, que ela faz das seguintes maneiras (figura 21):

  • quando e com que freqüência um determinado gene é transcrito (controle transcricional);
  • como o transcrito primário de RNA é processado (controle de processamento de RNA);
  • selecionando quais RNA mensageiros (mRNAs) maduros no núcleo da célula são exportados ao citoplasma (controle de transporte de RNA);
  • selecionando quais mRNAs no citoplasma são traduzidos pelos ribossomos (controle de tradução);
  • desestabilizando seletivamente certas moléculas de mRNA no citoplasma (controle de degradação de mRNA);
  • ativando, inativando ou compartimentalizando seletivamente moléculas de proteínas específicas depois que elas foram sintetizadas (controle de atividade de proteína) (ALBERTS et al, 1997).

Mecanismos pelos quais as enzimas podem ser reguladas
FIGURA 21 - Mecanismos pelos quais as enzimas podem ser reguladas. Fonte: ALBERTS et al, 1997.

Algumas enzimas CYP estão presentes somente em baixos níveis e são induzidas por xenobióticos, enquanto outras são expressas continuamente em níveis relativamente mais altos.

Para a maioria dos genes o controle transcricional é o predominante e portanto a maioria dos casos de indução do CYP é conseqüência de um aumento da transcrição genética, porém a regulação pós-transcricional tem sido reconhecida para CYP2E1 e possivelmente para CYP3A1. Por exemplo os níveis da CYP2E1 podem ser controlados pela fosforilação da enzima. Os agentes que levam a fosforilação desta enzima conseqüentemente aumentam a degradação da mesma, enquanto substratos que inibem esta fosforilação previnem a sua degradação a levam a um aumento dos níveis de CYP2E1. A fosforilação ocorre em um resíduo de serina na posição 129 e inicia uma rápida perda do grupo prostético heme (ELIASSON et al, 1990).

Por muitos anos, os cientistas estão tentando resolver o mistério de como as células reconhecem o agente indutor e como o sinal é transferido para a maquinaria de transcrição. O mecanismo molecular de indução tem sido mais claramente definido para agentes químicos ambientais do que para os agentes terapêuticos, embora os princípios básicos sejam os mesmos.

Os hidrocarbonetos policíclicos aromáticos, representado principalmente pelo 2,3,7,8-tetraclorodibenzodioxina (TCDD), também chamado apenas de dioxina; são indutores efetivos de CYP1A1 e CYP1A2 que estão sob controles regulatórios similares. (THOMAS et al, 1983). A indução da CYP1A1 envolve a interação do indutor com um receptor citosólico hidrofóbico denominado de receptor Ah (hidrocarboneto aromático) e a translocação do complexo indutor-receptorAh para o núcleo da célula (POLAND et al,1976).

O gene CYP1A1 possui uma região de controle gênico – que consiste de seqüências de DNA necessárias ao início de transcrição do gene e seqüências que regulam a taxa em que esta transcrição ocorre – chamada de elementos regulatórios receptor Ah (AhRE). O receptor Ah na sua forma ativa consiste de um heterodímero composto por um domínio ligado ao indutor (ALBD) e um transportador nuclear para o receptor Ah (ARNT). Na ausência de um indutor, o ALBD fica associado a uma proteína denominada HSP-90 (do inglês “heat shock protein”). O agente indutor penetra no citoplasma celular, desloca a HSP-90 de seu sítio de ligação e se liga ao ALBD. Isto permite o transportador nuclear (ARNT) se associar com o ALBD para formar o complexo indutor-receptorAh. A translocação deste complexo para o núcleo permite que ele se ligue ao AhRE do gene CYP1A1 levando ao aumento da taxa de transcrição do gene conforme esquematizado na figura 22 (WHITLOCK, 1993).


Mecanismo proposto para a indução do CYP1A1
FIGURA 22 - Mecanismo proposto para a indução do CYP1A1. Adaptado de PARK et al, 1996.

Receptores para a indução de outras isoformas do CYP, incluindo as famílias CYP2 e CYP3, que são responsáveis pela biotransformação da maioria das drogas, ainda não foram definidos.

Vários genes da família CYP2 são induzidos pelos barbitúricos. Um estudo de PIKE et al (1985) demonstra que indução do CYP pelo fenobarbital em ratos é mediada pelo aumento do respectivo RNA mensageiro devido ao aumento da taxa de transcrição do gene e não envolve mudanças nas taxas de processamento, transporte ou degradação do RNAm. Embora existam vários estudos e possíveis mecanismos de regulação propostos para indução do CYP pelos barbitúricos, ainda não foi identificado um receptor envolvido neste caso. Um trabalho de SHAW & FULCO (1993) com o Bacillus megaterium sugere que os barbitúricos induzem o CYP por deslocar uma proteína regulatória repressora do seu sítio de ligação no gene.

As Implicações Clínicas das Interações em Nível de Biotransformação.

O estudo das interações medicamentosas envolvendo a biotransformação das drogas é de grande interesse para a prática clínica, não somente para prevenir a toxicidade e os efeitos adversos dos medicamentos mas também para o planejamento de terapias seguras. Os substratos, inibidores e indutores das diversas isoformas do CYP estão listados no quadro 6.


QUADRO 6 - Lista de substratos, inibidores e indutores das principais isoformas do CYP.
Isoenzima Substrato Inibidor Indutor
CYP1A2 Amitriptilina
Clomipramina
Clozapina
Imipramina
Propranolol
R-Varfarina
Teofilina
Cafeína
Haloperidol
Verapamil

Fluvoxamina
Suco de “grape-fruit”
Quinolonas1
Furafilne
Enoxacina
Eritromicina
Ciprofloxacina


Omeprazol
Fenobarbital
Fenitoína
Rifampicina
Tabagismo
CYP2C9
Tolbutamida
S-Varfarina
Fenitoína
Antiinflamatórios não esteróides2
Fluconazol
Cetoconazol
Metronidazol
Itraconazol
Sulfafenazol
Ritonavir
Fluvoxamina
Rifampicina
Fenobarbital
CYP2C19 Diazepam
Mefenitoína
Omeprazol
Propranolol
Clomipramina
Imipramina
Hexobarbital
Fluoxetina
Sertralina
Ritonavir
Omeprazol
CYP2D6 Antidepressivos 3
Antipsicóticos 4
Beta-bloqueador 5
Codeína
Debrisoquina
Esparteína
Antidepressivos 6
Cimetidina
Flufenazina
Antipsicóticos 7
Quinidina
Haloperidol
Desconhecido
CYP2E1 Acetaminofeno
Etanol
Dissulfiram Etanol
Isoniazida
CYP3A4
CYP3A5
Psicotrópicos 8
Antiarritmicos 9
Bloq.de cálcio 10
Antiulcerosos 11
Analg. opióides 12
Horm. esteróides 13
Anti-histamínicos 14
Antimicrobianos 15
Antidepressivos 19
Antifúngicos azol 20
Cimetidina
Diltiazem
Eritromicina
Inibidores de proteases
Gestodene
Carbamazepina
Dexametazona
Fenobarbital
Fenitoína
Rifampicina

1 fenoxacina, ciprofloxacina; 2 ibuprofeno, flurbiprofeno; 3 amitriptilina, clomipramina, desipramina, doxepina, fluoxetina, imipramina, nortriptilina, paroxetina, venlafaxina; 4 haloperidol, perfenazine, risperidona, tioridazina; 5 metoprolol, penbutolol, propranolol, timolol; 6 paroxetina, fluoxetina, sertralina, fluvoxamina, nefazodona, venlafaxina, clomipramina, amitriptilina; 7 haloperidol, perfenazina, thioridazina; 8 triazolam, alprazolam, midazolam, diazepam, bromazepam, imipramina, amitriptilina, nefazodona; 9 amiodarona, lidocaína, quinidina, propafenona, disopiramida; 10 diltiazem, verapamil, nifedipina; 11 omeprazol; 12 alfentanil, 13 tamoxifeno, testosterona, cortisol, progesterona, etinilestradiol, paclitaxel; 14 terfenadina, loratasina, astemizol; 15 eritromicina, troleandomicina, dapsona; 16 ciclosporina, tacrolimus; 17 carbamazepina; 18 ritonavir, saquinavir, indinavir, nelfinavir; 19 nefazodona, fluvoxamina, fluoxetina, sertralina, paroxetina,venlafaxina; 20 cetoconazol, itraconazol, fluconazol. Fonte: TANAKA, 1998.

Implicações clínicas da inibição enzimática.

A relevância clínica das interações medicamentosas por inibição da biotransformação depende de vários fatores. O índice terapêutico da droga envolvida é uma das mais importantes considerações. Pacientes recebendo anticoagulantes, antidepressivos ou agentes cardiovasculares geralmente apresentam um risco maior devido ao baixo índice terapêutico destas drogas. Embora a maioria das interações que podem ocorrer com estes agentes são manejáveis, geralmente por ajuste adequado da dosagem, algumas destas interações podem colocar em risco a vida do paciente.

Uma interação importante, que pode levar a arritmia ventricular fatal em alguns pacientes, ocorre com a administração concomitante de terfenadina e cetoconazol (HONIG et al, 1993). A terfenadina é extensivamente biotransformada pela CYP3A4 para 2 metabólitos, por N-dealquilação e hidroxilação. Depois da administração oral de 60mg, a terfenadina não é normalmente detectável no plasma, devido à alta taxa de extração hepática (efeito de primeira passagem); portanto a administração de drogas que inibem esta biotransformação pode resultar em aumento da concentração plasmática da terfenadina, a qual pode levar o aparecimento de efeitos colaterais graves como a arritmia cardíaca.

A inibição enzimática também pode reduzir a eficácia clínica de uma droga, caso ela seja administrada na forma de pró-fármaco e requer uma ativação metabólica para exercer os seus efeitos terapêuticos, como por exemplo, a codeína e o proguanil.

O polimorfismo genético das isoformas do CYP também é um fator importante quando se estudam as interações medicamentosas em nível de biotransformação. Um exemplo é o caso da interação do omeprazol e do diazepam – os quais são biotransformados predominantemente pela CYP2C19. A coadministração de omeprazol resulta em um aumento significativo na AUC do diazepam para os MEs, o que não ocorre em MPs (ANDERSSON et al, 1990). De modo similar a coadministração de quinidina – um inibidor da CYP2D6 – aumenta a concentração plasmática da encainida, um agente antiarrítmico biotransformado principalmente pela CYP2D6 em ME. Porém em MP a quinidina tem pouco ou nenhum efeito sobre a concentração plasmática da encainida (TURGEON et al, 1990), sugerindo que os MEs são mais suscetíveis à inibição enzimática que os MPs, provavelmente por que em MPs outras vias de eliminação passam a ser predominantes.

Apesar das interações que envolvem a inibição enzimática serem geralmente relatadas como prejudiciais, estas interações podem ser exploradas terapeuticamente como no caso da associação do cetoconazol com a ciclosporina, com o objetivo de prolongar a meia-vida desta (KEOGH et al,1995), ou ainda a associação do saquinavir com o ritonavir para aumentar a biodisponibilidade do saquinavir (KEMPF et al, 1997).

Implicações clínicas da indução enzimática.

Geralmente, os metabólitos são farmacologicamente menos ativos que a droga inalterada; portanto a indução enzimática na maioria das vezes resulta em diminuição dos efeitos terapêuticos devido ao aumento da biotransformação das drogas. Em alguns casos, os metabólitos formados durante a biotransformação podem ser quimicamente reativos e a indução enzimática pode levar a um aumento da toxicidade de certas drogas pelo aumento da produção de metabólitos tóxicos.

O significado clínico das interações por indução enzimática pode ser determinado por vários fatores incluindo:

  • o índice terapêutico e a eficácia da droga;
  • a fração eliminada por biotransformação;
  • as enzimas envolvidas no “clearance” metabólico;
  • a potência dos indutores enzimáticos;
  • o polimorfismo genético individual.

A rifampicina é um dos mais potentes indutores conhecido. Esta droga induz várias isoformas do CYP, incluindo as famílias CYP2C e CYP3A. De acordo com HEIMARK et al (1987) a redução das respostas antitrombóticas da varfarina pela rifampicina é causada pelo aumento da biotransformação da varfarina. Outra interação clinicamente importante com a rifampicina envolve a administração concomitante de contraceptivos orais, que pode resultar em distúrbios menstruais ou em uma gravidez indesejada. O mecanismo envolvido nesta interação consiste do aumento da biotransformação dos componentes estrogênicos e progestogênicos do contraceptivo oral (BACK et al,1979). A rifampicina também aumenta a biotransformação da ciclosporina, podendo resultar em concentração subterapêutica deste agente imunossupressor (DANIELS et al, 1984).

A indução enzimática representa um problema comum no tratamento da epilepsia. O fenobarbital, fenitoína e a carbamazepina são potentes inibidores do CYP (RIVA et al, 1996). Assim como a rifampicina,o fenobarbital também pode estimular a atividade catalítica de muitas isoformas do CYP, incluindo as famílias CYP2C e CYP3A. A fenitoína e a carbamazepina parecem ser indutores menos potentes que a rifampicina e o fenobarbital nas doses utilizadas clinicamente. Porém um estudo realizado por SHAW et al (1985) mostra um aumento de 60 e 90% no “clearance” da fenazona em voluntários sadios depois de múltiplas doses de fenitoína e carbamazepina, respectivamente.

Assim como a inibição enzimática, os MEs são mais susceptíveis a indução enzimática que os MPs. O tratamento com rifampicina leva a um aumento significativo no metabolismo da S-mefenitoína em MEs, mas este efeito não ocorre na biotransformação da S-mefenitoína nos MPs (ZHOU et al, 1990).

A redução na concentração plasmática de um fármaco devido a administração concomitante de um indutor enzimático, pode ser contornada pelo aumento da dosagem, porém existe o perigo de acumulação excessiva deste fármaco quando o indutor é suspenso e a atividade enzimática volta ao normal.