Rang e Dale: Farmacologia
Mecanismos gerais de lesão e morte celular induzidas por toxinas
Figura 58.1 Mecanismos em potencial de morte das células hepáticas resultante do
metabolismo do paracetamol em N-acetil-p-benzoquinona imina (NAPBQI). GSH, glutationa. (Com base em dados de Boobis, A.R. et al., 1989. Trends Pharmacol. Sci. 10, 275-280 e Nelson, S.D., Pearson, P.G., 1990. Annu. Rev. Pharmacol. Toxicol. 30, 169.)
MECANISMOS GERAIS DE LESÃO E MORTE CELULAR INDUZIDAS POR TOXINAS
Concentrações tóxicas de fármacos ou de seus metabólitos podem causar
necrose; no entanto, a morte celular programada (apoptose; ver Capítulo 6) é cada vez mais reconhecida como de igual ou maior importância,
sobretudo na toxicidade crônica.
Metabólitos quimicamente reativos podem estabelecer ligações
covalentes com moléculas-alvo ou alterá-las por meio de interações não
covalentes. O fígado é importantíssimo no metabolismo dos fármacos (ver
Capítulo 10), e os hepatócitos são expostos a concentrações elevadas de
metabólitos nascentes. Os fármacos e seus metabólitos polares são
concentrados no líquido tubular renal à medida que a água é reabsorvida,
estando os túbulos renais, portanto, expostos a concentrações mais elevadas
que os outros tecidos. Além disso, os mecanismos vasculares renais são
críticos na manutenção da filtração glomerular e vulneráveis a fármacos que
interfiram no controle da contratilidade arteriolar aferente e eferente. Vários
medicamentos hepatotóxicos (p. ex., paracetamol) também são
nefrotóxicos. Em consequência, lesões hepáticas ou renais são motivos
comuns para o abandono do desenvolvimento de fármacos durante os testes
de toxicidade, e os testes de patologia química de lesões hepáticas (em
geral, por causa dos níveis de transaminases medidos no plasma ou no soro
sanguíneo) e função renal (geralmente pela concentração de creatinina) são
rotineiros.
Interações não covalentes
▼ Os metabólitos reativos podem estar envolvidos em muitas
interações relacionadas, potencialmente citotóxicas e não covalentes,
incluindo:
• Peroxidação de lipídios
• Geração de espécies reativas de oxigênio tóxicas
• Reações que causam depleção da glutationa (GSH)
• Modificação de grupos sulfidrila.
■ Peroxidação de lipídios
▼ A peroxidação de lipídios insaturados pode ser iniciada por
metabólitos reativos, bem como por espécies reativas de oxigênio
(Figura 58.1). Radicais peróxidos de lipídios (ROO•) podem produzir
hidroperóxidos de lipídios (ROOH), os quais, por sua vez, produzem
mais radicais peróxidos de lipídios. Essa reação em cadeia – cascata
peroxidativa – pode, por fim, afetar muitos dos lipídios de membrana.
Mecanismos de defesa, como, por exemplo, GSH peroxidase e vitamina
E, protegem contra tais reações. A lesão celular resulta de alterações na
permeabilidade da membrana ou de reações de produtos da peroxidação
de lipídios com proteínas.
■ Espécies reativas de oxigênio
▼ A redução do oxigênio molecular ao ânion superóxido (O −• 2) pode
ser seguida pela conversão enzimática a peróxido de hidrogênio (H2O2),
radicais hidroperóxido (HOO•) e hidroxila (OH•), ou a oxigênio reativo
isolado. Essas espécies reativas de oxigênio são citotóxicas, tanto
diretamente quanto pela peroxidação de lipídios, e importantes na
excitotoxicidade e na neurodegeneração (ver Capítulo 41, Figura 41.2).
■ Depleção da glutationa
▼ O ciclo redutivo do GSH protege a célula do estresse oxidativo. O
GSH pode ser depletado pelo acúmulo de produtos oxidativos normais
do metabolismo celular ou pela ação de produtos químicos tóxicos. Em
geral, é mantido em um par redutivo com seu dissulfeto, GSSG.
Espécies oxidativas convertem GSH em GSSG, e o GSH é regenerado
pela GSSG redutase dependente de NADPH. Quando o GSH celular
diminui para aproximadamente 20 a 30% do normal, a defesa celular
contra compostos tóxicos é prejudicada, podendo resultar em morte
celular.
■ Modificação de grupos sulfidrila
▼ A modificação de grupos sulfidrila pode ser produzida por espécies
oxidativas que os alteram de modo reversível, bem como por interações
covalentes. Grupamentos sulfidrila livres desempenham um papel
decisivo na atividade catalítica de muitas enzimas. Alvos importantes
para a modificação da sulfidrila por metabólitos reativos incluem a
proteína do citoesqueleto actina, a GSH redutase e as ATPases
transportadoras de Ca2+ na membrana plasmática e no retículo
endoplasmático. Essas mantêm a concentração citoplasmática de Ca2+
em aproximadamente 0,1 μmol/ ℓ contra a concentração extracelular
superior a 1 mmol/ℓ . Ocorre aumento sustentado no Ca2+ celular diante
da inativação dessas enzimas (ou com o aumento da permeabilidade da
membrana; ver anteriormente), e isso compromete a viabilidade da
célula. Processos letais que conduzem à morte celular após a sobrecarga
aguda de Ca2+ incluem a ativação de enzimas degradativas (proteases
neutras, fosfolipases, endonucleases) e proteinoquinases, lesão
mitocondrial e alterações no citoesqueleto (p. ex., modificação da
associação entre actina e proteínas que a ela se ligam).
Interações covalentes
Os alvos para a interação covalente incluem DNA, proteínas/peptídios,
lipídios e carboidratos. A ligação covalente ao DNA é o mecanismo básico
de produtos químicos mutagênicos; isso é considerado mais adiante. Muitos
produtos químicos não mutagênicos também formam ligações covalentes
com macromoléculas, mas a relação entre eles e a lesão celular ainda não está completamente compreendida. Por exemplo, o inibidor da colinesterase
paroxano (metabólito ativo do inseticida paratião) liga-se à
acetilcolinesterase na junção neuromuscular (ver Capítulo 14) e causa
necrose do músculo esquelético. Uma toxina de um cogumelo
excepcionalmente venenoso, Amanita phalloides, liga-se à actina, e outra à
RNA-polimerase, interferindo na despolimerização da actina e na síntese
proteica, respectivamente.
Mecanismos gerais de lesão e morte celular
• A lesão/morte celular induzida por fármacos é, em geral, causada por metabólitos reativos
deles, envolvendo interações não covalentes e/ou covalentes com moleculas-alvo. A morte
celular ocorre muitas vezes por apoptose
• As interações não covalentes incluem:
– Peroxidação lipídica via reação em cadeia
– Geração de espécies reativas de oxigênio citotóxicas
– Depleção da glutationa reduzida
– Modi cação de grupos sul drila em enzimas-chave (p. ex., Ca-ATPase) e proteínas 2+
estruturais
• Interações covalentes, como, por exemplo, a formação de complexo entre um metabólito
do paracetamol (NAPBQI: N-acetil-p-benzoquinona imina) e macromoléculas celulares
(ver Figura 58.1). A ligação covalente a uma proteína pode produzir um imunógeno; a
ligação ao DNA pode causar carcinogênese e teratogênese.
Hepatotoxicidade
Muitos fármacos terapêuticos provocam lesões no fígado, manifestadas
clinicamente como hepatite ou (em casos menos graves) apenas em testes laboratoriais (p. ex., aumento da atividade da aspartato transaminase
plasmática, uma enzima liberada por células hepáticas lesionadas). O
paracetamol e o halotano causam hepatotoxicidade pelos mecanismos de
lesão celular anteriormente descritos. Diferenças genéticas no metabolismo
dos fármacos (ver Capítulo 12) foram consideradas em alguns casos (p. ex.,
isoniazida e fenitoína). Anomalias leves da função hepática induzidas por
fármacos não são incomuns, mas o mecanismo de lesão do fígado é quase
sempre incerto (p. ex., estatina; ver Capítulo 24). Nem sempre é necessário
descontinuar um fármaco quando ocorrem tais anomalias laboratoriais
brandas, mas o aparecimento de cirrose como resultado do tratamento a
longo prazo com baixas doses de metotrexato, para artrite ou psoríase (ver
Capítulos 27 e 28), implica maior precaução. A hepatotoxicidade de um
tipo diferente, denominada icterícia obstrutiva reversível, ocorre com
clorpromazina (ver Capítulo 47) e andrógenos (ver Capítulo 36).
A hepatotoxicidade causada pela superdosagem de paracetamol ainda é
causa de morte comum após autoenvenenamento. Há uma revisão a respeito
no Capítulo 27. A intoxicação por paracetamol exemplifica muitos dos
mecanismos gerais de dano celular anteriormente descritos. Com doses
tóxicas de paracetamol, as enzimas que catalisam as reações de conjugação
normais ficam saturadas e, consequentemente, as oxidases de funções
mistas convertem o fármaco no metabólito reativo N-acetil-p-benzoquinona
imina (NAPBQI). Como explicado no Capítulo 10, a toxicidade do
paracetamol está aumentada em pacientes nos quais as enzimas P450 foram
induzidas, por exemplo, pelo consumo excessivo e crônico de álcool. A
NAPBQI inicia muitas das interações covalentes e não covalentes
anteriormente descritas e ilustradas na Figura 58.1. O estresse oxidativo
derivado da depleção do GSH é importante por levar à morte celular. A
regeneração de GSH a partir de GSSG depende da disponibilidade de cisteína, de modo que sua disponibilidade intracelular pode ser um fator
limitante. A acetilcisteína ou a metionina podem ser substituídas pela
cisteína, aumentando a disponibilidade de GSH; são utilizadas no
tratamento de pacientes com intoxicação por paracetamol.
A lesão do fígado também pode ser produzida por mecanismos
imunológicos (p. 741), que têm sido implicados, particularmente, na
hepatite por halotano (ver Capítulo 42).
Hepatotoxicidade
• Os hepatócitos são expostos a metabólitos reativos de fármacos à medida que são
formados por enzimas P450
• A lesão ao fígado é produzida por diversos mecanismos de agressão celular; o
paracetamol exempli ca muitos deles (ver Figura 58.1)
• Alguns fármacos (p. ex., clorpromazina, amoxicilina-ácido clavulânico) podem causar
icterícia colestática reversível
• Mecanismos imunológicos algumas vezes estão envolvidos (p. ex., halotano).
Nefrotoxicidade
A nefrotoxicidade induzida por fármacos é uma situação clínica comum:
AINE (Tabela 58.1) e inibidores da enzima conversora de angiotensina
(ECA) estão entre as causas mais frequentes de precipitação da
insuficiência renal aguda, em geral causada pelas principais ações
farmacológicas desses fármacos. A doença renal crônica, associada à lesão
tubular ou papilar renal, pode ser causada por uma variedade de fármacos,
incluindo antibióticos aminoglicosídios, fármacos antivirais e lítio. Os
fármacos nefrotóxicos são frequentemente bem tolerados em indivíduos saudáveis, mas podem causar insuficiência renal em pessoas idosas ou