5 BIOTRANSFORMAÇÃO DE DROGAS

        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.

5.1 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).

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 vez, 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).

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

5.2 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).

5.3 Mecanismos de Inibição do CYP

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

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

5.3.1 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).

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 11-beta-hidroxilase que catalisa a etapa final da biossíntese do cortisol. Esta inibição da 11-beta-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).

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).

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