Rang e Dale: Farmacologia
Metabolismo dos fármacos
Os animais desenvolveram sistemas complexos para destoxificar
substâncias químicas estranhas (“xenobióticos”), incluindo carcinogênicos e
toxinas presentes em plantas venenosas. Os fármacos são um caso especial
de xenobióticos e, assim como os alcaloides vegetais, geralmente exibem
uma quiralidade distinta (i. e., existe mais de um estereoisômero) que afeta
seu metabolismo global. O metabolismo dos fármacos envolve dois tipos de
reação, conhecidos como de fase 1 e fase 2, que ocorrem de modo
sequencial com frequência. Ambas as fases diminuem a lipossolubilidade,
aumentando, assim, a eliminação renal.
REAÇÕES DE FASE 1
As reações de fase 1 (p. ex., oxidação, redução ou hidrólise) são catabólicas
e seus produtos geralmente são quimicamente mais reativos; por isso,
paradoxalmente, às vezes se apresentam mais tóxicos ou carcinogênicos
que o fármaco original. As reações de fase 1 normalmente introduzem na
molécula um grupo reativo, como o grupo hidroxila, um processo
conhecido como “funcionalização”. Esse grupo serve de ponto de ataque
para que o sistema de conjugação ligue um substituinte, como o
glicuronídio (Figura 10.1), o que explica por que as reações de fase 1 tão
frequentemente precedem as reações de fase 2. O fígado é especialmente
importante nas reações da fase 1. Muitas enzimas hepáticas que
metabolizam fármacos, incluindo as enzimas CYP, estão inseridas no
retículo endoplasmático liso. Elas geralmente são chamadas de enzimas
“microssômicas” porque, na homogeneização e centrifugação diferencial, o
retículo endoplasmático é quebrado em fragmentos muito pequenos que
somente se sedimentam na fração microssômica depois de centrifugação
prolongada em alta velocidade. Para chegarem a essas enzimas, os fármacos devem atravessar a membrana plasmática. Moléculas polares o fazem mais
lentamente que as moléculas lipossolúveis, exceto onde existem
mecanismos específicos de transporte (ver Capítulo 9), e, por isso, o
metabolismo intracelular é importante para fármacos lipossolúveis,
enquanto fármacos polares são pelo menos parcialmente eliminados na
forma inalterada na urina.
Sistema mono-oxigenase P450
■ Natureza, classificação e mecanismo das enzimas P450
As enzimas do citocromo P450 são hemeproteínas que abrangem uma
grande família (“superfamília”) de enzimas relacionadas, mas distintas
(cada uma chamada de CYP, seguida por um conjunto de números e uma
letra). As enzimas P450 (revisadas por Guengerich et al., 2016 e Nair et al.,
2016) se diferenciam entre si pela sequência de aminoácidos, sensibilidade
a inibidores e agentes indutores (ver adiante) e na especificidade das
reações que catalisam. Os diferentes membros da família apresentam
especificidades de substratos distintas, mas que frequentemente se
sobrepõem. A purificação e a clonagem das enzimas P450 formam a base
da classificação atual, calcada nas similaridades da sequência de
aminoácidos. Nem todas as 57 CYP humanas estão envolvidas no
metabolismo dos fármacos, mas estima-se que as enzimas CYP nas famílias
1-3 medeiem 70 a 80% de todo o metabolismo dependente de fase 1 de
fármacos com moléculas pequenas utilizados na clínica (Ingelman-
Sundberg, 2004). Doze CYP são responsáveis por 93% do metabolismo de
1.839 reações conhecidas de metabolização de fármacos, inscritas em uma
grande base de dados internacional (Preissner et al., 2013). As CYP 1A2,
3A4, 2D6, 2C9 e 2C19 são responsáveis por cerca de 60% do metabolismo
dos fármacos. Exemplos de fármacos que são substratos de algumas
importantes isoenzimas P450 são referidos na Tabela 10.1. O Department of
Medicine/Clinical Pharmacology da Indiana University disponibiliza uma
tabela útil de substratos, inibidores e indutores dos subtipos de CYP
(<http://medicine.iupui.edu/clinpharm/ddis/main-table/– acessado em
agosto de 2018>).
Figura 10.1 As duas fases do metabolismo dos fármacos.
Tabela 10.1 Exemplos de fármacos que são substratos de
isoenzimas P450.
Isoenzima P450 Fármaco(s)
CYP1A2 Cafeína, paracetamol (→NAPQI), tacrina, teo lina
CYP2B6 Ciclofosfamida, metadona
CYP2C8 Paclitaxel, repaglinida
CYP2C19 Omeprazol, fenitoína
CYP2C9 Ibuprofeno, tolbutamida, varfarina
CYP2D6 Codeína, debrisoquina, S-metoprolol
CYP2E1 Álcool, paracetamol
CYP3A4, 5, 7 Ciclosporina, nifedipino, indinavir, sinvastatina
NAPQI, N-acetil-p-benzoquinona imina – metabólito responsável pela toxicidade do paracetamol na superdosagem.
(Adaptada de http://medicine.iupui.edu/ ockhart/table.htm)
A oxidação dos fármacos pelo sistema mono-oxigenase P450 requer
fármaco (substrato, “FH”), enzima P450, oxigênio molecular, NADPH e
NADPH-P450 redutase (uma flavoproteína). O mecanismo envolve um
ciclo complexo (Figura 10.2), mas o resultado da reação é bem simples; ou
seja, a adição de um átomo de oxigênio (do oxigênio molecular) ao fármaco
para formar um produto hidroxilado (FOH), enquanto o outro átomo de
oxigênio é convertido em água.
▼ As enzimas P450 contêm propriedades espectrais únicas, e as
formas reduzidas se combinam ao monóxido de carbono para formar
um composto rosa (daí o “P” [do inglês, pink]) com picos de
absorbância próximos a 450 nm (variando de 447 a 452 nm). O primeiro
indício de que existem diversas formas de CYP veio da observação de
que o tratamento de ratos com 3-metilcolantreno (3-MC), um agente
indutor (ver adiante), causa um desvio na absorbância máxima de 450
para 448 nm – a isoforma da enzima induzida por 3-MC absorve o
máximo de luz em um comprimento de onda menor que a enzima não
induzida.
■ P450 e variação biológica Existem variações importantes entre as espécies na expressão e na
regulação das enzimas P450. Por exemplo, vias de ativação pelas quais
determinadas aminas heterocíclicas da dieta (formadas quando a carne é
cozida) originam produtos genotóxicos envolvem um membro da
superfamília P450 (CYP1A2), que é constitutiva em seres humanos e ratos
(que desenvolvem tumores do cólon após o tratamento com essas aminas),
mas não em macacos cinomolgus (que não desenvolvem esses tumores).
Essas diferenças entre as espécies apresentam implicações cruciais para o
tipo de espécie a ser usada em testes de toxicidade e potencial
carcinogênico durante o desenvolvimento de novos fármacos a serem
usados em humanos.
Nas populações humanas, existem fontes importantes de variação
interindividual nas enzimas P450, que se revestem de grande importância
terapêutica. Tais fontes incluem polimorfismos genéticos (sequências
alternativas em um locus dentro da fita de DNA – os alelos – que persistem
em uma população ao longo de diversas gerações; ver Capítulo 12). Os
fatores ambientais também são importantes, uma vez que inibidores e
indutores enzimáticos estão presentes na dieta e no meio ambiente. Por
exemplo, um componente do suco de toranja inibe o metabolismo de
fármacos (com consequências potencialmente funestas, incluindo arritmias
cardíacas), enquanto a couve-de-bruxelas e a fumaça do cigarro induzem as
enzimas P450. Os componentes da erva-de-são-joão, um medicamento
fitoterápico (ver Capítulo 48), induzem isoenzimas CYP450 bem como a
glicoproteína P (P-gp) (ver Capítulo 9). As interações dos fármacos, com
base nas alterações que um fármaco provoca no metabolismo de outro, são
comuns e clinicamente importantes (ver Capítulo 12).
Figura 10.2 O ciclo da mono-oxigenase P450. Cada retângulo rosa ou azul representa uma única molécula do citocromo P450 durante o ciclo catalítico. O ferro na P450 encontra-se no estado férrico (retângulos em rosa) ou no estado ferroso (retângulos em azul). O P450, que contém ferro férrico (Fe 3+), combina-se com uma molécula do fármaco (“FH”) e recebe um elétron da NADPH-P450 redutase, que reduz o ferro para Fe2+. Este combina-se com oxigênio molecular, um próton e um segundo elétron (da NADPH-P450 redutase ou do citocromo b 2+ ) para formar um complexo FeOOH-FH. Esse complexo se combina com
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outro próton para produzir água e o complexo oxeno férrico (FeO)3+ 3+-FH. O (FeO) extrai um átomo de hidrogênio do FH, com formação de um par de radicais livres de curta duração (ver texto), liberação do fármaco oxidado (“FOH”) do complexo e regeneração da enzima P450.
Nem todas as reações de oxidação dos fármacos envolvem o sistema
P450. Vários fármacos são metabolizados no plasma (p. ex., hidrólise do
suxametônio pela colinesterase plasmática; ver Capítulo 14), pulmão (p.
ex., diversos prostanoides; ver Capítulo 18) ou intestino (p. ex., tiramina,
salbutamol; ver Capítulos 15 e 29). O etanol (ver Capítulo 50) é
metabolizado por uma enzima citoplasmática solúvel, a álcool
desidrogenase, além do CYP2E1. Outras enzimas independentes do P450
envolvidas na oxidação dos fármacos incluem a xantina oxidase, que inativa
a 6-mercaptopurina (ver Capítulo 57) e a monoamina oxidase, que inativa
muitas aminas biologicamente ativas (p. ex., norepinefrina, tiramina, 5-
hidroxitriptamina; ver Capítulos 15 e 16).
Reações de hidrólise
A hidrólise (p. ex., do ácido acetilsalicílico; Figura 10.1) ocorre no plasma
e em muitos tecidos. Tanto as ligações éster como as ligações amida (estas
menos facilmente) são suscetíveis à hidrólise. A redução é muito menos
comum na fase 1 que a oxidação, mas a varfarina (ver Capítulo 25) é
inativada por intermédio da redução de uma cetona em um grupo hidroxila
pelo CYP2A6.
Figura 10.3 A reação de conjugação de glicuronídio. Um grupo glicuronil é transferido a partir da uridina difosfato de ácido glicurônico a uma molécula de fármaco.