Rang e Dale: Farmacologia

Humphrey P. Rang · Capítulo 474 de 751

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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