FARMACOS ANTI-RETROVIRAIS E DESENVOLVIMENTO DE INIBIDORES DE HIV PROTEASE

Autor: Ramon Delano ferreira Leite

INDICE:

INTRODUÇÃO.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3

O CICLO DE VIDA DO HIV, PRINCIPAIS ALVOS TERAPÊUTICOS E AGENTES DISPONÍVEIS. . . . . . . . . . . . . . . . .4

BASES MOLECULARES DE AÇÃO DOS INIBIDORES DE HIV-PROTEASE.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9

FATORES FARMACODINÂMICOS E FARMACOCINÉTICOS IMPORTANTES AO DESENVOLVIMENTO DE RESISTÊNCIA. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .13

CONCLUSÃO.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .15

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS ..........................................16

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INTRODUÇÃO:

A epidemia da síndrome da imunodef ic iência adquir ida(AIDS) é um dos maiores desaf ios já enfrentados por prof iss ionais da área de saúde. A infecção pelo ví rus é um processo d inâmico caracter izado por in tensa repl icação v i ra l , depleção de l in fóc i tos CD4 e imunodef ic iência profunda. A propensão a erros que caracter iza a t ranscr iptase reversa provoca e levada var iabi l idade genét ica, com o consequente desenvolv imento de rápida res is tência aos fármacos ef icazes no t ratamento da doença. O for te invest imento em pesquisa resul tou em uma sér ie de medicamentos ef icazes, capazes de in ib i r a repl icação v i ra l , rever ter a depleção de célu las CD4, e reduzi r acentuadamente as taxas de morta l idade. Porém, a despei to de todo este avanço, mui tos pacientes não se benef ic iam da terapia ant i - ret rov i ra l , devido ao surgimento de res is tência, ocorrência de efe i tos adversos, incapacidade de ader i r a esquemas complexos, ou impossib i l idade de acesso aos medicamentos d isponíveis.

Neste t rabalho, é fe i to um resumo dos pr inc ipais a lvos terapêut icos do ví rus, destacando os fármacos desenvolv idos para cada a lvo, inc lu indo os mais recentemente aprovados pelo FDA, com suas vantagens e desvantegens em re lação à terapia. É dada especia l atenção aos in ib idores de HIV-protease, a lvo de cont ínuos avanços nos ú l t imos anos.

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O CICLO DE VIDA DO HIV, PRINCIPAIS ALVOS TERAPÊUTICOS E AGENTES DISPONÍVEIS :

O HIV é um ví rus de RNA que infecta l in fóc i tos CD4+, macrófagos e célu las dendrí t icas. Seu c ic lo de v ida sugere uma sér ie de a lvos moleculares para fármacos 1 .

F i g u r a 1 : p r i n c i p a i s a l v o s p a r a f á r m a c o s a n t i - r e t r o v i r a i s

A etapa in ic ia l da infecção consiste na f ixação do ví rus e sua fusão com a membrana. O ví rus penetra na célu la at ravés da interação das proteínas de envelope gp41 e gp120, com os receptores celu lares CD4 e receptores de quimeocinas CCR5 e CXCR4 1 .

A g l icoproteína do envol tór io v i ra l é uma estrutura composta de 3 moléculas de gp120 externas e moléculas de gp41 t ransmenbrana. A l igação de gp120 ao receptor CD4 produz modi f icações em gp41, sendo esta a responsável por in termediar a fusão do envelope v i ra l com a célu la do hospedeiro 1 .

Neste a lvo tem se focado o desenvolv imento dos chamados in ib idores de fusão. O único agente d isponível para uso c l ín ico agindo neste a lvo é o enfuvi r t ive . Este se l iga à região chamada HR1 na proteína GP41, impedindo o processo de fusão 4 . Apesar de os estudos c l ín icos demonstrarem que o farmaco é út i l para o uso

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como terapia de resgate(combinado com outros agentes) em pacientes com cepas mul t i res is tentes, este possui uma sér ie de problemas a serem superados. O pr imeiro é que o fármaco é um pol ipept ídeo, sendo at ivo apenas por v ia parentera l , e necessi tando ser administ rado duas vezes ao d ia, o que torna d i f íc i l a aderência do paciente à terapia. Além disso, este provoca uma sér ie de reações adversas, que consistem em prur ido e dor no local da in jeção, que ocorre em quase todos os pacientes. Também podem ocorrer febre, dor de cabeça, e desordens respi ratór ias 2 . A lém disso, o fármaco possui uma barre i ra genét ica f raca para o desenvolv imento de res is tência, v is to que a mudança de apenas um aminoácido do sí t io at ivo já causa e levada res is tência à ação do medicamento 4 .

F i g u r a 2 : E s t r u t u r a d o E n f u v i r t i v e , í n i b i d o r d e f u s ã o .

Após sua entrada no c i toplasma e desnudamento, o RNA v i ra l atua como modelo para a t ranscr ição de modelos complementares de DNA. O processo é real izado at ravés da enzima t ranscr iptase reversa do

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HIV. Esta enzima const i tu i o a lvo de duas importantes c lasses de ant i ret rov i ra is : os in ib idores nucleosid icos e não nucleosíd icos da t ranscr iptase reversa 1 .

Os in ib idores nucleosíd icos da t ranscr iptase reversa foram os pr imeiros farmacos ant i - ret rov i ra is usados na terapêut ica. São exemplos de in ib idores a Zidovudina , a Didanosina, e o Abacavi r como um exemplo de fármaco mais recentemente aprovado. Estes consistem em análogos de bases n i t rogenadas carentes de um grupo 3´-h idroxi la , sendo incorporados ao DNA e impedindo então o crescimento da cadeia. Seu uso fo i in ic iado como monoterapia. Porém, atualmente é usado em coqueteis compostos por 3 ou 4 farmacos. Os coquete is mais usados na c l ín ica geralmente inc luem um ou dois in ib idores nucleosíd icos de t ranscr iptase, um in ib idor não-nucleosíd ico e um in ib idor de protease 1 .

F i g u r a 3 : i n i b i d o r e s n u c l e o s í d i c o s d a t r a n s c r i p t a s e r e v e r s a : Z i d o v u d i n a , D i d a n o s i n a e A b a c a v i r .

Devido ao seu longo tempo de uso, é comum a res is tência a in ib idores da t ranscr iptase reversa, ocorrendo mui tas vezes res is tência cruzada a vár ios in ib idores. Esta se dá por dois mecanismos: capacidade da enzima discr iminar o substrato natura l do fa lso substrato, ou capacidade desta de remover o fa lso nucleot ídeo e cont inuar o crescimento da f i ta de DNA 4 . A Zidovudina, pr imeiro fármaco int roduzido, possuia como efe i to colatera l mie losupressão, devido à baixa selet iv idade para a t rancr iptase v i ra l , agindo também sob as enzimas s imi lares do hospedeiro. Os agentes mais recentes são mais selet ivos, possuem menos efe i tos colatera is , e são at ivos em mui tos casos de res is tência a

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in ib idores ant igos 1 . Atualmente, não exis tem novos in ib idores nucleosíd icos em fase I I I de ensaios c l ín icos 2 .

Os in ib idores não nucleosíd icos da t ranscr iptase reversa agem no mesmo alvo dos in ib idores nucleosíd icos. Porém, ao invés de agi r como um fa lso subtrato, l iga-se a um sí t io a lostér ico da enzima, induzindo esta a uma conformação inat iva. Os fármacos mais comuns deste c lasse são: Nevi rapina , delav i rd ina e efav i renz , sendo at ivos apenas contra HIV-1 1 . A lém do problema de serem todos indutores ou in ib idores do s is tema CYP 450 e assim possuirem al tos r iscos de interações medicamentosas, estes a inda possuem uma baixa barre i ra genét ica à res is tência, podendo a modi f icação de um único aminoácido tornar o fármaco inat ivo f rente à enzima 4 .

F i g u r a 4 : i n i b i d o r e s n ã o n u c l e o s i d i c o s d a t r a n s c r i p t a s e r e v e r s a : N e v i r a p i n a , D e l a v i r d i n a e E f a v i r e n z .

Foi recentemente aprovado para uso c l ín ico pelo FDA um novo agente da c lasse: a Etrav i r ina , considerado um agente de segunda geração da sér ie. Este fármaco, devido à sua estrutura química a l tamente f lexível , permi te a efet iva l igação até mesmo em cepas com vár ios pontos de mutação na t ranscr iptase reversa. Hipótese conf i rmada através de ensaios c l ín icos, que indicam o fármaco como opção em casos de res is tência a esta c lasse de in ib idor 4 .

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F i g u r a 5 : I n i b i d o r n ã o n u c l e o s i d i c o d e t r n a s c r i p t a s e r e v e r s a d e s e g u n d a g e r a ç ã o : e t r a v i r i n a .

Após a t ranscr ição reversa, a f i ta dupla de DNA produzida c i rcula e penetra no núcleo. A integração deste dna pro-v i ra l no cromossomo do hospedeiro é mediada por uma segunda enzima v i ra l essencia l : a in tegrase 1 . O fármaco Ral tegravi r é o único agente d isponível na c lasse dos in ib idores desta enzima, se mostrando at ivo contra cepas de HIV-1 mul t i res is tentes. Tem se mostrado capaz de agi r s inergicamente com outros agentes, e possui a vantagem de não inter fer i r na at iv idade do CYP3A4 e de não ser metabol izado por este, não provocando assim interações potencia is com outros fármacos ant i - ret rov i ra is 4 . O fármaco se mostrou em ensaios c l ín icos tão efet ivo quanto o Efavi renz em reduzi r a contagem vi ra l sanguínea, e não apresentou efe i tos colatera is , como disturb ios neuropsiquiat r icos e d is l ip idemia, que são observados com o Efavi renz. Apesar da possib i l idade do farmaco poder aumentar o r isco de neoplasias, nenhum r isco aumentado fo i ev idenciado nos estudos c l ín icos até então desenvolv idos. Porém, apesar deste fármaco possuir uma sér ie de vantagens, este possui também uma baixa barre i ra genét ica à res is tência, já sendo detectadas cepas res is tentes ao agente. Deste modo, o agente só deve ser usado em combinação com outros ant i ret rov i ra is 4 .

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F i g u r a 6 : R a l t e g r a v i r , ú n i c o i n b i d o r d e p r o t e a s e d i s p o n í v e l p a r a u s o c l í n i c o .

Uma vez incorporado ao cromossomo do hospedeiro, este DNA pode ser t ranscr i to em RNA v i ra l , e t raduzido em pol iproteínas v i ra is , como a proteína gag-pol . Estas proteínas, associadas ao RNA v i ra l , i rão const i tu i r o v í r ion imaturo. Este ví r ion sofre o processso de maturação e brotamento pela membrana celu lar , sendo ponto crucia l deste processo a c l ivagem da pol iproteína gag-pol pela HIV-protease. A c l ivagem desta proteína gera as proteínas v i ra is t ranscr iptase reversa, protease e in tegrase, a lém de uma sér ie de proteínas estrutura is . Esta proteína const i tu i outro a lvo para a ação de ant i ret rov i ra is , v is to que a inat ivação desta produz ví r ions imaturos, que não são infecciosos 1 .

BASES MOLECULARES DE AÇÃO DOS INIBIDORES DE HIV-PROTEASE

A HIV-protease é uma homodimér ica aspart i l -protease. Cada monômero contr ibui com um aspartato para a formação do sí t io cata l í t ico. Em contraste, as aspart i l proteases humanas(ex:renina) contém apenas uma cadeia pol ipept íd ica. Estas d i ferenças estrutura is permi tem que os in ib idores de HIV-protease tenham uma af in idade mais de 1000 vezes maior pela protease v i ra l do que pelas humanas. No sí t io at ivo da protease, dois resíduos de aspartato estabi l izam a adição de água à l igação amídica, cr iando um estado de t ransição tet raedr ico. Este in termediár io instável então se quebra, l iberando o C-terminal ác ido carboxí l ico e a N-terminal amida 1 .

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F i g u r a 7 : E s t r i t u r a c r i s t a l i n a d a H I V - p r o t e a s e s e l v a g e m . O s i n i b i d o r e s s ã o p l a n e j a d o s p a r a l i g a ç ã o n o s í t i o a t i v o . O s f l a p s s ã o e s t r u t u r a s f l e x i v e i s q u e s e a b r e m p a r a a e n t r a d a d a v o l u m o s a p r o t e i n a g a g - p o l . O s a s p a r t a t o s n o s í t i o a t i v o c o n f e r e m a a t i v i d a d e p r o t e o l í t i c a à e n z i m a 1 .

Como não se conhecia a est rutura cr is ta l ina da enzima, o desenvolv imento dos pr imeiros in ib idores basearam-se na síntese de análogos de nucleot ídeos, explorando-se a s imi lar idade com as l igações pept íd icas feni la lanina-pro l ina e t i ros ina-pro l ina(as quais são h idro l isadas pela HIV-protease, nas não costumam ser h idro l isadas por proteases de maní feros) , e ut i l izando-se um bio isóstero da carboni la amídica como um análogo de estado de t ransição não h idro l isável 6 .

Com esta est ratégia, fo i desenvolv ido o saquinavi r : pr imeiro membro da c lasse. Apesar de este ter s ido um grande avanço na terapêut ica, sua baixa b iodisponib i l idade era uma sér ia l imi tação, e a res is tência v i ra l a este surgiu rapidamente 3 .

F i g u r a 8 : S a q u i n a v i r , e u m a l i g a ç ã o f e n i l a l a n i n a - p r o l i n a . N o t e q u e a h i d r o x i l a d o d e r i v a d o é u m b i o i s o s t e r o n ã o h i d r o l i z á v e l d a c a r b o n i l a d a f e n i l a l a n i n a , q u e m i m e t i z a o e s t a d o d e t r a n s i ç ã o t e t r a e d r i c o .

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O

NNH

O

A part i r de então, os esforços foram focados no desenvolv imento de agentes com melhor b iodisponib i l idade e potência. O desenho de novos in ib idores fo i a inda mui to benef ic iado pela e luc idação da estrutura cr is ta l ina da enzima. Deste modo, obteve-se então os agentes de segunda geração, com incrementada b iodisponib i l idade e potencia: indinavi r , r i tonavi r , nel f inavi r , lop inavi r e amprenavi r 3 .

F i g u r a 9 : I n i b i d o r e s d e s e g u n d a g e r a ç ã o : I n d i n a v i r e A m p r e n a v i r .

Poster iormente, novos esforços buscaram o desenvolv imento de farmacos com menor impacto no metabol ismo de l ip ídeos e maior at iv idade contra cepas res is tentes. Desta forma, desenvolveu-se os compostos: atazanavi r , t ipranavi r , e darunavi r 3 .

F i g u r a 1 0 : I n i b i d o r e s d e s e g u n d a g e r a ç ã o A t a z a n a v i r e D a r u n a v i r .

Os in ib idores de protease possuem uma for te barre i ra para o desenvolv imento de res is tência, de forma que é necessár io mutações em vár ios pontos da enzima para que se tenha uma perda s igni f icat iva de at iv idade. As mutações pr imár ias não tem importância c l ín ica.

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Porém, o acúmulo se seguidas mutações pode levar à res is tência, que pode se estender a outros fármacos da c lasse 4 .

O desenvolv imento de cepas res is tentes t raz a necessidade de constante desenvolv imento de agentes ant i - ret rov i ra is , não apenas no que d iz respei to aos in ib idores de protease, mas a todos os fármacos da c lasse.

As atuais pesquisas para novos in ib idores de HIV-protease tem se focado justamente no desenvolv imento de der ivados com reduzidas caracter ís t icas pept íd icas(como uma forma de se obter farmacocinét ica favorável) , e at ivos tanto f rente a cepas selvagens quanto em cepas mul t i res is tentes. As estratégias tem se baseado no mesmo paradigma anter ior , uso de análogos de estado de t ransição, assis t ido por modelagem molecular , explorando interações adic ionas com a enzima, como por exemplo nos f laps que protegem o sí t io at ivo desta.

Em um t rabalho recente, estas estratégias foram exempl i f icadas, com a síntese e aval iação farmacológica de uma sér ie de der ivados com elevada at iv idade, tanto f rente a cepas selvagens quanto f rente a cepas mul t i res is tentes 5 .

F i g u r a 1 1 : N o v o s d e r i v a d o s a t i v o s c o n t r a c e p a s s e l v a g e n s e m u l t i r e s i s t e n t e s , u t i l i z a n d o c o m b a s e o e s q u e l e t o A p n s - d m p , c o m a i n s e r ç ã o d e u m a d - c i s t e í n a 5 .

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X = S, SO2

R1 = p-metoxibenzil, 1-naftil, 2-naftilR2 = acila, mesila

OH

N

O

S

N

O

N

H

O

HNH

R1X

R2

L-cisteína

HS OH

O

NH2

Além das estratégias já descr i tas para o desenvolv imento, estes der ivados foram construídos com alguns aminoácidos na forma d, a qual não é reconhecida pelas proteases, como uma estratégia adic ional para se evi tar a degradação por proteases do hospedeiro. A f igura 12 representa o modelo de interação do in ib idor KNI-1931(mais at ivo da sér ie) com o sí t io at ivo da HIV-protease selvagem. Merecem destaque a in teração da h idroxi la com os resíduos de asp25 no sí t io at ivo da enzima, e também as interações acessór ias das carboni las amídicas, in termediadas por uma molécula de água com os resíduos i le50 do dímero, na porção f lap da enzima 5 .

OH

N

O

S

N

O

N

H

O

H

S

NH

OHO

H3CO

F i g u r a 1 1 : E s t r u t u r a 3 D d o s í t i o a t i v o d a e n z i m a s e l v a g e m , d e m o n s t r a n d o a s p r i n c i p a i s i n t e r a ç õ e s e n t r e o i n i b i d o r m a i s a t i v o ( e s t r u t u r a a o l a d o ) e o s r e s í d u o s d e a m i n o a c i d o s p r e s e n t e s 5 .

FATORES FARMACODINÂMICOS E FARMACOCINÉTICOS IMPORTANTES AO DESENVOLVIMENTO DE RESISTÊNCIA:

É importante ressal tar que não apenas fatores inerentes à in teração do fármaco com o seu sí t io receptor são importantes em um processo de res is tência. Fatores farmacodinâmicos, farmacocinét icos, e até mesmo a aderência do paciente à terapia i rão afetar s igni f icat ivamente o processo de res is tência.

A aderência à terapia in f lu i for temente no desenvolv imento de res is tência v i ra l . Esta é nor teada por

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uma var iedade de fatores, como custo da terapia, efe i tos colatera is , d isponib i l idade do medicamento, e outros. Observa-se o caso mais cr í t ico quando se tem uma aderência média ao t ratamento, pois na aderência e levada a in ib ição da repl icação não permi te a pro l i feração de cepas res is tentes, e na aderência baixa a exposição do ví rus ao farmaco não é suf ic iente para o desenvolv imento de res is tência 3 .

As caracter ís t icas farmacocinét icas do fármaco são fator fundamental no desenvolv imento de res is tência. Como os fármacos em questão in ibem de forma compet i t iva o seu a lvo, este deve estar sempre em concentrações sér icas acima de sua IC50 ou IC90, para que se tenha uma efet iva in ib ição da repl icação v i ra l . Mesmo que uma dose do medicamento não seja tomada, o ideal é que este seja capaz de manter os níveis sér icos na concentração in ib i tór ia mínima 3 .

Uma outra preocupação farmacocinét ica é a var iabi l idade da at iv idade das enzimas do CYP450 e da g l icoprote ina P(que promove o ef luxo de cer tos fármacos para o meio ext racelu lar) entre indiv íduos. Observou-se var iação indiv idual na capacidade da g l icoprote ina P secretar ou não os d i ferentes in ib idores de protease d isponíveis para o exter ior celu lar . A lém disso, todos os farmacos da c lasse são metabol izados pelo CYP 450, t razendo a imprevis ib i l idade farmacocinét ica devido à var iedade genét ica da at iv idade do c i tocromo, assim como a possib i l idade das enzimas encontrarem-se induzidas em uma sér ie de ocasiões 5 .

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CONCLUSÃO

Com base no que fo i exposto, pode se conclu i r que Existem grande número de fármacos d isponíveis para o t ratamento da AIDS. Porém, a necessidade de uso cont ínuo das medicações com o consequente desenvolv imento de res is tência t raz uma cont ínua demanda de inovações farmacologicas para a terapia.

Neste contexto, os in ib idores de protease merecem destaque, devido à e levada ef icácia, poucos efe i tos colatera is e e levada barre i ra genét ica à res is tência.

O atual desenvolv imento de in ib idores de protease busca pr inc ipalmente o d is tanciamento cada vez maior das estruturas pept íd icas, como forma de obter-se uma melhor b iodisponib i l idade do fármaco. Busca-se também farmacos at ivos tanto em cepas selvagens quanto em cepas res is tentes. É importante também que estes novos agentes tenham larga janela terapêut ica, af im de se manter sempre níveis p lasmát icos e levados, d i f icu l tando-se assim a repl icação v i ra l , e consequentemente a res is tência.

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REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS:

1- Gi lman, A. G. , et . a l . 2003. AS BASES FARMACOLOGICAS DA TERAPÊUTICA , 10ª edição, Ed. Mc Graw Hi l l .

2- ht tp: / /www.tpan.com/publ icat ions/drug_guide/fuzeon.html

3- Mart inez-Cajas, Jorge L. ;Wainberg, Mark A. ; Protease inhib i tor res is tance in HIV- infected pat ients:Molecular and c l in ica l perspect ives .Ant iv i ra l Research 76 (2007) 203–221.

4- Hughes, Amel ia; Barber , Tr is tan; Nelson, Mark; New t reatment opt ions for HIV salvage pat ients: An overv iew of second generat ion PIs, NNRTIs, in tegrase inhib i tors and CCR5 antagonists . Journal of In fect ion (2008) art ic le in press , 1-10

5- Ami, Ei ’ ich i et . a l . ; Synthesis and ant iv i ra l property of a l lophenylnorstat ine-based HIV protease inhib i tors incorporat ing D-cyste ine der ivat ives as P2/P3 moiet ies. B ioorganic & Medic inal Chemist ry Let ters 17 (2007) 4213–4217.

6- Wi l l iams, D. A. ; Lemke, T. L. ;Foye, W. O. ; Foye ’s Pr inc ip les of Medic inal Chemist ry . 5 a Edição, L ippincot t Wi l l iams & Wi lk ins Publ ishers, 2002.

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