La terza generazione di antagonisti dei recettori H2 dell’istamina come cimetidina, ranitidina e famotidina sono ampiamente utilizzati per trattare le ulcere duodenali e gastriche, la malattia da reflusso gastroesofageo e i disturbi patologici ipersecretori come la sindrome di Zollinger-Ellison.
La famotidina incorpora una frazione sulfamidica, un bioisostere del gruppo sulfamidico, un gruppo legante lo zinco presente negli inibitori dell’anidrasi carbonica (AC, EC 4.2.1.1) (IAC). Tuttavia, gli effetti della famotidina su questi metalloenzimi dello zinco sono stati poco studiati. Gli AC sono metalloenzimi onnipresenti che catalizzano l’idratazione reversibile dell’anidride carbonica in bicarbonato e protoni.
Negli esseri umani esistono 15 diverse isoforme α, con localizzazione subcellulare e distribuzione tissutale molto diverse.
Esistono diverse isoforme citosoliche (hAC I−III, VII, XIII), quattro isoenzimi legati alla membrana (AC IV, IX, VI, oltre a tre catalitici (AC VIII, X e XI).
Questi enzimi hanno funzioni fisiologiche/patologiche essenziali nell’omeostasi acido-base, nella secrezione degli elettroliti e nel trasporto degli ioni, poiché forniscono bicarbonato e regolano il pH nella produzione di acido gastrico all’interno delle cellule parietali dello stomaco, nonché nella produzione di bile, succo pancreatico, trasporto intestinale di ioni, protezione del tratto digestivo da condizioni di pH estreme (troppo acido o troppo basico).
In questo contesto speciale, gli autori hanno studiato se la famotidina mostra effetti inibitori dell’AC. Nello studio sono state incluse tutte le isoforme cataliticamente attive dell’AC proveniente dall’uomo (hAC I−XIV), nonché le due AC presenti nel batterio Helicobacter pylori (α-HpAC, β-HpAC), l’agente eziologico responsabile delle ulcere gastriche . Riferiscono anche sulla struttura della famotidina determinata dai raggi X in complesso con hCA I e hCA II, il che permette di decifrare aspetti interessanti legati al suo meccanismo di inibizione dell’AC.
Il profilo di inibizione delle isoforme citosoliche era molto diverso con la famotidina. L’isoforma più sensibile all’inibizione con questo farmaco è stata hAC VII, con una costante di inibizione K i di 3,0 nM. Tuttavia, le due isoforme citosoliche più diffuse hAC I e hAC II hanno mostrato un’inibizione molto diversa con questo composto: hAC II è stato effettivamente inibito (K i 57,9 nM), mentre hAC I è stato più di dieci volte meno sensibile all’inibizione con famotidina, in relazione a hAC II, con un K i di 922,4 nM.
La famotidina era un moderato inibitore dell’isoforma hAC XIII (K i 171,5 mM) e ha perso tutta la sua attività contro hAC III, con un K i > 10 μM. Le due isoforme mitocondriali (hAC VA e VB) sono state scarsamente inibite da questo farmaco sulfamidico nell’intervallo micromolare (K è rispettivamente di 1,4 e 5,3 μM).
Le isoforme legate alla membrana, come quelle citosoliche sopra menzionate, hanno mostrato un pattern di inibizione eterogeneo. hAC XII, un’isoforma associata al tumore recentemente validata come bersaglio antitumorale, è stata efficacemente inibita dalla famotidina con un K i di 45,3 nM.
Il secondo enzima sovraespresso nei tumori ipossici hAC IX era, tuttavia, meno inibito dalla famotidina, con un K i di 126,3 nM. Le ultime due isoforme di hAC IV e XIV associate alla membrana, invece, sono state debolmente inibite da questo farmaco nell’intervallo nanomolare elevato (K i 938,8 e 677,2 nM).
È stato dimostrato che H. pylori , un batterio gram-negativo che prospera a un pH relativamente neutro, è la causa della gastrite cronica, dell’ulcera peptica e, più recentemente, del cancro gastrico. Questo batterio gastrico codifica due classi di AC, una α- e l’altra β. Entrambi gli enzimi sono essenziali per la loro sopravvivenza nell’ambiente acido dello stomaco e studi recenti hanno dimostrato che i sulfamidici bloccano la crescita del germe in vitro e in vivo.
Pertanto, in caso di interferenza con questi enzimi, la famotidina potrebbe essere utilizzata come nuovo strumento farmacologico per trattare l’H. pylori resistente . Per questo motivo sono stati condotti studi di inibizione sulle due AC batteriche. L’enzima della classe α è stato efficacemente inibito da questo composto, con una costante di inibizione di 20,7 nM, paragonabile all’acetazolamide (AAZ) utilizzata in clinica.
Tuttavia, hpβCA è stata inibita meno efficacemente dalla famotidina (K i di 49,8 nM), ma anche per questo enzima l’attività è stata paragonabile a quella dell’AAZ. La famotidina era più attiva contro gli enzimi di H. pylori rispetto alle due isoforme citosoliche umane dominanti (hAC I e hAC II), mentre AAZ era un inibitore efficace per entrambi.
Considerando l’abbondante localizzazione degli hAC I e II citosolici nel tratto digestivo, nonché le loro funzioni essenziali nella regolazione del pH, sono state ottenute strutture cristalline ai raggi X ad alta risoluzione degli addotti della famotidina con questi enzimi, al fine di conoscere in dettaglio il legame modalità del farmaco.
L’ispezione delle mappe iniziali di densità elettronica Fo-Fc di entrambe le zone attive ha mostrato una densità elettronica ben definita, pienamente compatibile con la presenza di famotidina, e ha sorprendentemente rivelato due possibili conformazioni del farmaco per entrambi gli addotti.
La famotidina coordina lo ione catalitico zinco delle due isoforme AC tramite un atomo di azoto del gruppo sulfamidico, spostando la molecola d’acqua legata allo ione zinco/idrossido, che produce una geometria di coordinazione degli ioni metallici teraedrici, come fanno altri composti sulfamidici.
Il complesso hAC I/famotidina ha mostrato due diversi orientamenti dell’inibitore. Il primo, presentato in verde, mostrava diverse catene di idrogeno che stabilizzavano l’addotto enzima-inibitore, come quelle che interessavano la coda della guanidina e Asn69 o l’atomo di azoto vicino alla frazione sulfamidica e Thr199 e His200. Tuttavia, le interazioni idrofobiche erano quasi inesistenti in questo complesso.
È stata trovata solo una di queste interazioni tra Leu198 e la catena metilenica della famotidina. L’orientamento opposto della seconda struttura (in viola), sorprendentemente, non ha mostrato alcuna interazione con le catene laterali delle proteine.
Una situazione completamente diversa è stata osservata analizzando la zona attiva dell’hCA II. Sono stati nuovamente osservati due possibili orientamenti della famotidina, entrambi localizzati nella regione idrofobica delimitata da una piccola tasca allineata dalle catene laterali di Phe131, Leu198 e Pro201. L’anello tiazolico di un orientamento della famotidina formava forti interazioni idrofobiche con questi residui e un ponte idrico con Pro201 tramite l’atomo di azoto dell’azometina.
Questa porzione della molecola era orientata diversamente in due conformazioni: in una, l’atomo di azoto partecipa a diverse catene di idrogeno con Thr199 e Thr200. Nel secondo si è osservato un orientamento opposto dell’azoto, senza interazioni con la proteina. Infine, l’ossigeno sulfamidico partecipa ad una catena ramificata dell’ossigeno con Thr200. La densità elettronica era assente per la coda guanidinica della conformazione e non era presentata nel modello complesso.
La sovrapposizione strutturale tra i complessi hAC I e hAC II mostra che, mentre le porzioni sulfamidici della famotidina sono abbastanza sovrapponibili, le due code alifatiche presentano orientamenti diversi e, di conseguenza, diverse interazioni con le catene laterali degli aminoacidi delle due zone attive. Phe131 nell’hCA II è risultato essenziale per posizionare la famotidina all’interno del lato lipofilo della cavità del sito attivo, che è fortemente correlato alla potenza inibitoria di questo farmaco contro l’hCA II.
Tuttavia, la presenza di Leu131 nell’hCA I ha portato a un’interazione di forza di van der Waals libera, che non ha forzato la famotidina verso il lato lipofilo della zona attiva, portando così a due orientamenti opposti della struttura e poche interazioni idrofobiche. con la zona attiva. Queste caratteristiche riflettono la perdita di potere inibitorio contro questa isoforma rispetto all’hCA II.
In sintesi , è stato analizzato il modello di inibizione della famotidina contro tutti gli AC umani attivi. Il farmaco mostra un’efficacia speciale per le isoforme citosoliche hAC II e hAC VII. Inoltre, anche gli enzimi batterici di due classi di H. pylori (hp α AC e hp β AC) sono stati altamente inibiti da questo farmaco, aumentando così la possibilità che gli efficaci effetti antiulcera della famotidina possano essere dovuti non solo alla sua azione antagonista. del recettore H2, ma anche perché, inibendo l’AC batterica, viene compromessa la sopravvivenza del germe all’interno della nicchia gastrica, come precedentemente dimostrato per l’acetazolamide. Questo composto è stato utilizzato come agente antiulcera con un certo successo, ma i suoi effetti collaterali dovuti all’inibizione dell’AC in altri tessuti hanno escluso la diffusione del suo uso clinico. La famotidina è uno IAC isoforme molto più selettivo dell’acetazolamide e inibisce efficacemente anche l’AC batterica. Pertanto, gli autori di questo articolo lo propongono come un nuovo esempio per la creazione di agenti antinfettivi con un meccanismo d’azione multifattoriale. |
