Rang e Dale: Farmacologia
Subtipos de receptores de glutamato
O glutamato e os AAE relacionados, como o aspartato e o homocisteato,
ativam tanto os receptores ionotrópicos (canais de cátions dependentes de
ligantes) quanto os metabotrópicos (acoplados à proteína G; ver Capítulo 3
para descrição geral dos receptores ionotrópicos e metabotrópicos).
Receptores de glutamato ionotrópicos
Com base nos estudos com agonistas e antagonistas seletivos (Figura 39.3 e
Tabela 39.1), podem-se distinguir três principais subtipos de receptores
ionotrópicos de glutamato: os receptores NMDA, AMPA e cainato,2
denominados originalmente de acordo com seus agonistas específicos.
Esses canais dependentes de ligantes compreendem quatro subunidades,
cada uma com a estrutura “alça com poro” mostrada na Figura 3.5 (ver
Capítulo 3). Existem cerca de 16 subunidades de receptores diferentes e sua
nomenclatura era, até recentemente, muito confusa.3 Aqui, nessa breve
descrição geral, usaremos a terminologia recomendada pela International
Union of Basic and Clinical Pharmacology (IUPHAR), pois simplifica
consideravelmente o assunto; é necessário, no entanto, tomar cuidado para
não fazer confusão ao ler artigos mais antigos. Os receptores NMDA são
heterômeros montados com sete tipos de subunidades (GluN1, GluN2A,
GluN2B, GluN2C, GluN2D, GluN3A, GluN3B). As subunidades que
compreendem os receptores AMPA (GluA1-4) e cainato (GluK1-5) estão
intimamente relacionadas, porém são distintas das subunidades Glu. Os
receptores AMPA e cainato podem ser homoméricos ou heteroméricos. Os
receptores que contêm diferentes subunidades podem apresentar
características fisiológicas e farmacológicas distintas; por exemplo, os
receptores AMPA sem a subunidade GluA2 apresentam maior
permeabilidade ao Ca2+ que os outros, o que tem importantes consequências
funcionais (ver Capítulo 4). As subunidades do receptor AMPA estão
também sujeitas a outros tipos de variação, ou seja, splicing alternativo,
dando origem às variantes envolventes designadas flip e flop, à alteração do
RNA no nível de um único aminoácido e a subunidades auxiliares
associadas, todas as quais contribuem com diversidade ainda mais funcional
para essa família diversificada.
Os receptores AMPA e, em certas regiões do cérebro, os receptores de
cainato servem para mediar a transmissão sináptica excitatória rápida no
SNC – absolutamente essencial para que o cérebro humano funcione. Os
receptores NMDA (que coexistem frequentemente com os receptores
AMPA) contribuem com um componente lento no potencial sináptico
excitatório (Figura 39.4B), cuja magnitude varia em diferentes vias. Os
receptores de NMDA, de cainato e de AMPA também são expressos nas
terminações nervosas, em que podem estimular ou reduzir a liberação do
transmissor.4 Os receptores AMPA ocorrem tanto nos astrócitos quanto nos
neurônios, e essas células desempenham importante papel na comunicação
no cérebro.
Figura 39.3 Estruturas dos agonistas que atuam nos receptores de glutamato,
GABA e glicina. A especificidade do receptor desses compostos está mostrada nas
Tabelas 39.1 e 39.2. AMPA, (S)ácido α-amino-3-hidroxi-5-metilisoxazol-4-propriônico; L-AP4, ácido L-2-amino-4-fosfonopentanoico; NMDA, ácido N-metil-D-aspártico.
Tabela 39.1 Propriedades dos receptores dos aminoácidos
excitatórios.
NMDA AMPA Cainato
Tetrâmeros consistindo
em subunidades
Tetrâmeros
Composição das GluA1-4 (variantes
Tetrâmeros consistindo em subunidades GluN1-3 consistindo em
subunidades associadas a splicing
subunidades GluK1-5
alternativo e edição de
RNA)
Ponto modulador
Ponto receptor
(glicina)
Agonista(s) Glicina
Glutamato Aspartato Glutamato Glutamato
endógeno(s) D-Serina
Outro(s) agonista(s) NMDA D-Ciclosserina AMPA b Domoato a Cainato
a Ácido 7-cloro- NBQX
Antagonista(s) AP5, CPP NBQX
cinurênico HA-966 ACET
Ciclotiazida
Poliaminas (p. ex., espermina, espermidina) Perampanel
Outros moduladores — 2+ 2+ Mg , Zn Piracetam
CX-516
Dizocilpina (MK801)
Fenciclidina, cetamina
Bloqueadores de canal Remacemida — —
Memantina
Mg2+
Mecanismos efetores Canal de cátion regulado por ligantes (cinética Canal de cátion Canal de cátion
lenta, alta permeabilidade de Ca2+) controlado por ligante controlado por ligante
(cinética rápida; canais (cinética rápida, baixa
que apresentam permeabilidade ao
subunidades Glu2A 2+ Ca) mostram baixa
permeabilidade ao
Ca2+)
Pós-sináptica (alguma pré-sináptica, também
Pós-sináptica
Localização glial) Pré e pós-sináptica
(também glial)
Ampla distribuição
peps lento
peps rápido Inibição
Plasticidade sináptica (potencialização a longo peps rápidoAmpla
Função pré-sináptica
prazo, depressão a longo prazo) distribuição
Distribuição limitada
Excitotoxicidade
a As estruturas dos compostos experimentais podem ser encontradas em Brauner-Osborne et al. (2002).
bUma neurotoxina dos mexilhões (ver Capítulo 41).
ACET, (S)-1-(2-amino-2-carboxietil)-3-(2-carboxi-5-feniltiofeno-3-il-metil)-5-metilpirimidina-2,4-diona; AP5, ácido 2-amino-
5-fosfonopentanoico; CPP, ácido 3-(2-carboxipirazin-4-il)-propil-1-fosfônico; CX-516, 1-(quinoxalina-6-ilcarbonil)-piperidina;
peps, potencial pós-excitatório sináptico; NBQX, 2,3-di-hidro-6-nitro-7-sulfamoil-benzoquinoxalina; NMDA, ácido N-metil-D-
aspártico. (Outras estruturas são mostradas na Figura 39.3.)
Figura 39.4 Efeitos de antagonistas do receptor de aminoácidos excitatórios na
transmissão sináptica. A. O AP5 (antagonista ácido N-metIL-D-aspártico [NMDA]) impede a potencialização a longo prazo (PLP) no hipocampo do rato, sem afetar o potencial pós-excitatório sináptico (peps) rápido. Os registros superiores mostram o peps rápido (deflexão para baixo) registrado antes e 50 minutos depois de uma salva condicionadora de estímulos (100 Hz por 2 segundos). A presença de PLP na preparação controle está indicada pelo aumento na amplitude do peps. Na presença de AP5 (50 mol/ ℓ ), o PEPS normal está inalterado, porém o PLP não ocorre. O traçado inferior mostra a amplitude do peps como função do tempo. A salva condicionadora produz aumento de curta duração na amplitude do peps, que ainda ocorre na presença de AP5, porém o efeito de longa duração está abolido. B. Bloqueio dos componentes rápido e lento do peps pelo CNQX (6-ciano-7-nitroquinoxalina-2,3-diona; antagonista do receptor AMPA) e pelo AP5 (antagonista do receptor NMDA). O peps (deflexão para cima) em neurônio do hipocampo, registrado com eletrodo intracelular, está parcialmente bloqueado pelo CNQX (5 mol/ℓ), deixando atrás um componente lento, que é bloqueado pelo AP5 (50 mol/ ℓ ). (Painel [A] de Malinow, R., Madison, D., Tsien, R.W., 1988. Nature 335, 821; Painel [B] de Andreasen, M., Lambert, J. D., Jensen, M. S., 1989. J. Physiol. 414, 317-336.)
Os estudos de ligação fármaco-receptor mostram que os receptores de
glutamato são mais abundantes no córtex, nos núcleos da base e nas vias
sensitivas. Os receptores NMDA e AMPA estão geralmente colocalizados,
mas os receptores de cainato têm a distribuição muito mais restrita. A
expressão dos muitos e diversos subtipos de receptores no cérebro também
mostra diferenças regionais distintas, porém só estamos começando a
compreender o significado dessa extrema complexidade organizacional.
■ Características especiais dos receptores NMDA
Os receptores NMDA e seus canais associados foram estudados com mais
detalhes que os outros tipos e mostram propriedades farmacológicas
especiais, resumidas na Figura 39.5, que se postula desempenharem algum
papel nos mecanismos fisiopatológicos.
Figura 39.5 Principais locais de ação dos fármacos nos receptores ácido N-metIL-D-aspártico (NMDA) e GABAA. Ambos os receptores são do tipo multimérico, com canais iônicos regulados por ligantes. Os fármacos podem agir como agonistas ou antagonistas no local do receptor do neurotransmissor ou em pontos moduladores associados ao receptor. Eles também podem agir para bloquear o canal iônico em um ou mais sítios distintos. No caso do receptor GABA , o mecanismo pelo qual os “moduladores do canal” A
(p. ex., etanol, agentes anestésicos, neuroesteroides) facilitam a abertura do canal é incerto; eles podem afetar tanto os pontos de ligação do ligante quanto o canal. A localização dos diferentes pontos de ligação, mostrada na figura, é totalmente imaginária, embora o estudo dos receptores mutados seja revelador de onde eles de fato se localizam.
Exemplos das diferentes classes de fármacos são dados nas Tabelas 39.1 e 39.3.
• Eles são altamente permeáveis ao Ca2+, bem como a outros cátions;
assim, a ativação dos receptores NMDA é particularmente efetiva na
promoção da entrada de Ca2+
• Eles são prontamente bloqueados pelo Mg2+, e esse bloqueio mostra a
dependência marcante da voltagem. Ele ocorre em concentrações
fisiológicas de Mg2+ quando a célula está normalmente polarizada,
porém desaparece se a célula for despolarizada
Figura 39.6 Facilitação no ácido N-metIL-D-aspártico (NMDA) pela glicina. Registros dos neurônios do cérebro de ratos em cultura (técnica de patch clamp em célula completa). As deflexões para baixo representam as correntes de entrada que fluem dos canais iônicos ativados pelos aminoácidos excitatórios. A. NMDA (10 mol/ℓ) ou glicina (1 mol/ℓ) aplicados separadamente têm pouco ou nenhum efeito, porém, juntos, produzem resposta. B. A resposta ao glutamato (10 mol/ ℓ , Glu) foi fortemente potencializada pela glicina (1 mol/ ℓ , Gly). C e D. As respostas dos receptores AMPA e cainato para o quisqualato (Quis) e ao cainato (Cai) não foram afetadas pela glicina. (De Johnson, J.W., Ascher, P., 1987. Glycine potentiates the NMDA response in cultured mouse brain neurons. Nature 325, 529-531.)
• A ativação dos receptores NMDA exige glicina, bem como glutamato
(Figura 39.6). O local de ligação da glicina é distinto do lugar de ligação
do glutamato, ou seja, a glicina é um modulador alostérico (ver Capítulo
2), e ambos têm de estar ocupados para o canal abrir. Essa descoberta de
Johnson e Ascher causou comoção porque, até então, a glicina era
reconhecida como transmissor inibitório (p. 497); assim, descobrir que
ela facilita a excitação contrariava a doutrina prevalente. A
concentração exigida de glicina depende da composição das
subunidades do receptor NMDA; para alguns subtipos de receptores
NMDA, a variação fisiológica da concentração de glicina pode servir
como mecanismo regulador, enquanto outros são completamente
ativados em todas as concentrações fisiológicas de glicina. Os
antagonistas competitivos no ponto da glicina (ver Tabela 39.1) inibem
indiretamente a ação do glutamato. A D-serina, de modo
surpreendente,5 pode também funcionar como um ativador endógeno do
sítio da glicina no receptor NMDA
• Algumas poliaminas endógenas (p. ex., espermina, espermidina)
atuam em um local alostérico diferente do da glicina, de forma a
facilitar a abertura do canal. Os fármacos experimentais ifemprodil e
eliprodil bloqueiam a sua ação
• Identificaram-se outros locais alostéricos nos receptores NMDA e
foram descobertos moduladores alostéricos positivos e negativos com
novos padrões de seletividade da subunidade GluN2 (Zhu e Paoletti,
2015)
• O aspartato e o homocisteato ativam os receptores NMDA e podem
ser ativadores endógenos em certas regiões do cérebro
• Alguns anestésicos e psicotomiméticos bem conhecidos, como a
cetamina (ver Capítulo 42) e a fenciclidina (ver Capítulo 49), são
agentes bloqueadores seletivos dos canais dos receptores NMDA. O
composto experimental dizocilpina apresenta a mesma característica.
Receptores metabotrópicos de glutamato
Existem oito tipos diferentes de receptores metabotrópicos de glutamato
(mGlu1-8), que são incomuns por não mostrarem sequências de homologia com outros receptores acoplados à proteína G (Ferraguti e Shigemoto,
2006). Funcionam como homo e heterodímeros6 (ver Capítulo 3) cruzados
por uma ponte dissulfeto ao longo do domínio extracelular de cada proteína
(Goudet et al., 2009). São membros da classe de receptores acoplados à
proteína G, apresentando grande número de domínios extracelulares N
terminais que formam uma estrutura semelhante a uma planta carnívora, na
qual o glutamato se liga. Podem ser divididos em três grupos, com base na
sequência de homologia, acoplamento à proteína G e farmacologia (Tabela
39.2). Já foram descritas variantes alternativas dos receptores com
processamento diferente.
Os receptores mGlu encontram-se amplamente distribuídos ao longo do
SNC (Ferraguti e Shigemoto, 2006), nos neurônios, em que regulam a
excitabilidade celular e a transmissão sináptica, e na glia. O grupo neuronal
1 de receptores mGlu está localizado pós-sinapticamente e é claramente
excitatório. Ao elevar a [Ca2+] intracelular, eles modificam as respostas por
intermédio dos receptores ionotrópicos de glutamato (Figura 39.7). Os
receptores mGlu dos grupos 2 e 3 são predominantemente pré-sinápticos e
sua ativação tende a reduzir a transmissão sináptica e a excitabilidade
neuronal. Podem funcionar como autorreceptores, envolvidos na redução da
liberação de glutamato ou heterorreceptores, por exemplo, quando presentes
nos terminais que contêm GABA.
Tabela 39.2 Receptores metabotrópicos do glutamato.
Grupo 1 Grupo 2 Grupo 3
Membros a mGlu , mGlu mGlu , mGlu mGlu , mGlu
1 5 2 3 4 6, mGlu7, mGlu8
Acoplados à proteína G G G /G G /G q i o io
Agonistas c d DHPG Eglumegad L-AP4 (S)-3,4- DCPG
CHPGb