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11. Aspectos farmacológicos del citocromo P-450

ÁNGEL M.ª VILLAR DEL FRESNO, PALOMA BERMEJO BESCÓS Y SAGRARIO MARTÍN-ARAGÓN ÁLVAREZ

Departamento de Farmacología. Universidad Complutense de Madrid Ciudad Universitaria - 28040 Madrid

RESUMEN

La familia de las monooxigenasas de función mixta del citocromo P- 450 constituye el principal catalizador de las reacciones de biotransfor- mación de medicamentos (oxidación y reducción) y ejerce su actividad en un grupo de sustratos químicamente muy heterogéneo. La mayor par- te de los tejidos de mamíferos, sobre todo hígado e intestino delgado, po- seen uno o más de estos citocromos localizados principalmente en el re- tículo endoplásmico y en la mitocondria.

Las enzimas del citocromo P-450 están en estrecha relación con una segunda proteína de membrana, la NADPH-citocromo P-450 reductasa, que constituye la fuente de uno o dos electrones necesarios para la reac- ción multifásica de oxidación.

El sistema del citocromo P-450 hepático comprende una gran fami- lia de enzimas relacionadas que difieren en la secuencia de aminoácidos. Las familias 1, 2 y 3 (CYP1, CYP2 y CYP3) intervienen en la mayor parte de las biotransformaciones de fármacos, si bien las demás familias son importantes en el metabolismo de compuestos endógenos, esteroides y ácidos grasos.

Entre las biotransformaciones oxidativas que catalizan las monooxi- genasas del citocromo P-450 se incluyen: oxidación alifática, hidroxila- ción aromática, N-desalquilación, O-desalquilación, S-desalquilación, epoxidación, desaminación oxidativa, formación de sulfóxido, desulfura- ción, N-oxidación y N-hidroxilación, y deshalogenación.

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En la regulación de las reacciones del citocromo P-450 de biotrans- formación de fármacos intervienen diversos factores, entre los más im- portantes destacan: la variabilidad genética en cuanto a la capacidad de cada persona para metabolizar un fármaco, el empleo concomitante de otros fármacos, la exposición a contaminantes ambientales y sustancias químicas industriales, las enfermedades, y la edad.

La mayor síntesis de novo del citocromo P-450 se produce por el con- tacto con algunos fármacos y contaminantes ambientales. La inducción enzimática provoca un aumento de la tasa de biotransformación y una disminución de la disponibilidad o actividad del fármaco original, por el contrario, la inhibición de las enzimas de biotransformación ocasiona ma- yores niveles de fármaco original, prolongación de los efectos intrínse- cos y una mayor incidencia de intoxicación medicamentosa.

La función hepática deficiente puede culminar en alteraciones en la biotransformación de fármacos, el grado de disminución de la actividad monooxigenasa del citocromo P-450 y de la eliminación por el hígado es proporcional a la gravedad del daño hepático existente. La capacidad me- tabólica global del hígado disminuye con la edad, debido a la reducción de su masa, de la actividad enzimática, y del riego sanguíneo. Las res- tricciones en la biotransformación hepática propias de la senilidad deben guardar relación con el sistema del citocromo P-450, en tanto que otras vías metabólicas no se alteran en grado extraordinario por la edad.

Las interacciones medicamentosas originadas en el metabolismo de- penden en gran medida del sistema del citocromo P-450. Los medicamen- tos que se metabolizan por un mismo enzima interactúan de forma com- petitiva, disminuyendo la velocidad de metabolización del fármaco menos afín. Si la vía afectada constituye el mecanismo principal de eliminación del medicamento, las concentraciones plasmáticas del fármaco original pue- den aumentar, y así prolongarse o intensificarse sus efectos intrínsecos.

1. CONCEPTOS GENERALES DE LA BIOTRANSFORMACIÓN DE FÁRMACOS

Las reacciones involucradas en el proceso de metabolización de fármacos son múltiples y diversas. En general, se clasifican en dos grupos, reacciones de funcionalización (Fase I) y reacciones de conjugación (Fase II).

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Las reacciones de fase I consisten en reacciones de oxidación y re- ducción que alteran o crean nuevos grupos funcionales, así como reac- ciones de hidrólisis de enlaces ésteres y amidas liberando así nuevos gru- pos funcionales. Estos cambios, generalmente incrementan la polaridad de la molécula. Las biotransformaciones oxidativas catalizadas por las en- zimas microsomales hepáticas son las reacciones enzimáticas más im- portantes implicadas en la fase I del metabolismo de fármacos.

Las reacciones de conjugación de fase II convierten los metabolitos intermediarios procedentes de la fase I en productos finales que son fá- cilmente eliminados por el organismo. El fármaco o metabolito proce- dente de la fase I se acopla a un sustrato endógeno (ácido glucurónico, ácido acético o ácido sulfúrico) aumentando así el tamaño de la molécu- la. Estos conjugados, fuertemente polares, suelen ser inactivos y se ex- cretan con rapidez por la orina y las heces.

2. NATURALEZA DEL SISTEMA MONOOXIGENASA DEL CITOCROMO P-450

La familia de monooxigenasas de función mixta, denominadas cito- cromo P-450, constituye el principal sistema enzimático de las reaccio- nes de biotransformación de medicamentos. Este término engloba a un grupo de hemoproteínas que, al combinarse en su estado reducido (fe- rroso) con el monóxido de carbono, forma un complejo de color rosa con picos de absorbancia máxima de aproximadamente 450 nm (447-452 nm).

El sistema del citocromo P-450 (CYP) hepático comprende una gran familia de enzimas relacionadas (aunque distintas en cuanto a la secuen- cia de aminoácidos) en la regulación mediante inhibidores e inductores y en la especificidad de las reacciones que catalizan.

En seres humanos se han identificado 12 familias del gen del citocro- mo P-450, y es frecuente que en una sola célula existan diversas enzimas de esta índole. Casi todos los tejidos de mamíferos, especialmente hígado e intestino delgado, poseen uno o más de estos citocromos que se locali- zan principalmente en el retículo endoplásmico y en la mitocondria.

Esta ‘superfamilia’ de enzimas cataliza reacciones muy diversas de oxidación y reducción, y posee actividad en un grupo de sustratos quí-

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ASPECTOS FARMACOLÓGICOS DEL CITOCROMO P-450

micamente muy heterogéneo. Aunque algunas de las formas del cito- cromo P-450 son específicas de un determinado sustrato, la mayoría de ellas y en particular las del retículo endoplásmico, catalizan un gran nú- mero de reacciones metabólicas a la vez. Asimismo, un mismo sustra- to puede ser metabolizado por más de una de estas formas (Wester et col., 2003).

Como resultado de la especificidad relativamente pequeña por el sus- trato, dos o más enzimas individuales suelen catalizar una reacción de biotransformación particular. Así, por ejemplo, en el metabolismo del 17b-estradiol participan muchas isoformas del CYP humano con diferente grado de actividad catalítica y selectividad regional (Lee, 2003a).

3. CLASIFICACIÓN DE LAS ENZIMAS DEL CITOCROMO P-450

La clasificación corriente de la familia de multigenes del citocromo P-450 se basa en la similitud de “secuencias” de proteínas individuales. Los miembros de una familia génica particular tienen una identidad que incluye más del 40% de los aminoácidos. Una familia particular del ci- tocromo P-450 suele subdividirse a su vez en subfamilias de tal forma que la analogía en la secuencia de aminoácidos es superior al 55%. Se nombran con el prefijo CYP, seguido del número que designa a la fami- lia, una letra mayúscula que indica la subfamilia, y un número que re- presenta a la forma individual. En el hombre se han descrito 17 familias, 30 subfamilias y alrededor de 50 genes individuales.

Atendiendo al modo en que se liberan los electrones en el sitio cata- lítico procedente del NADPH, los citocromos se dividen en cuatro clases:

— Clase I: como donadores de electrones requieren tanto de NADPH reductasa como de la redoxina hierro-azufre.

— Clase II: necesitan únicamente P-450 reductasa y FAD/FMN para la transferencia de electrones.

— Clase III: no precisan de ningún donador de electrones.

— Clase IV: reciben los electrones directamente del NADPH.

Las familias génicas 1, 2 y 3 del citocromo P-450 (CYP1, CYP2 y CYP3) codifican las enzimas que intervienen en la mayor parte de las

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biotransformaciones de fármacos, si bien las demás familias son impor- tantes en el metabolismo de compuestos endógenos, esteroides y ácidos grasos.

CYP1B1 es el principal enzima del metabolismo de estrógenos car- cinogénicos y está involucrado en la activación metabólica de pro-carci- nógenos de hidrocarburos aromáticos policíclicos (Chun, 2003).

CYP2A6 constituye alrededor del 5-10% del total CYP hepático mi- crosomal en el hombre. Aunque la cumarina es su principal sustrato, mu- chos tóxicos y pro-carcinógenos también lo son, como el metilterbutilé- ter, la nicotina, la N-nitrosobenzilmetilamina, y la N-nitrosodietilamina (Le Gal et col. 2003).

CYP2B6 lleva a cabo el metabolismo de compuestos como la nicotina, el bupropión, y muchas toxinas y carcinógenos. Su expresión en cerebro es específica de determinadas regiones y se localiza tanto en neuronas como en astrocitos. Los niveles de CYP2B6 en cerebro se encuentran elevados en fumadores y alcohólicos, lo que puede alterar la sensibilidad a fármacos que actúan a nivel central, incrementar la susceptibilidad a toxinas y carcinóge- nos, y contribuir a la tolerancia central de la nicotina (Miksys et col. 2003).

CYP3A contribuye sustancialmente al metabolismo de aproximada- mente el 50% de los fármacos comercializados actualmente y que sufren metabolismo oxidativo (Gibbs et col., 2003). Este citocromo P-450 es el más abundante en el hígado humano y su expresión en el tracto gas- trointestinal es elevada. Por ello, un factor importante que contribuye a la baja biodisponibilidad de muchos fármacos administrados oralmente es el extenso metabolismo que tiene lugar en las vías gastrointestinales debido al CYP3A4.

El estudio del intestino delgado está suscitando últimamente un gran interés en el aspecto que se refiere al metabolismo de fármacos ya que el conocimiento que se posee acerca de la intervariabilidad y regulación del CYP intestinal es pobre en comparación con el CYP hepático. Existe una elevada variabilidad interindividual en CYP1A2, CYP2A6 y CYP2E1 en duodeno humano que puede conducir a una biodisponibilidad variable de los fármacos utilizados oralmente y complicar así la terapia farmacológi- ca óptima, especialmente en el caso de fármacos que poseen una estre- cha ventana terapéutica (Lindell et col., 2003).

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ASPECTOS FARMACOLÓGICOS DEL CITOCROMO P-450

CYP1A2, CYP2C9, CYP2C19, CYP2D6 y CYP3A4 son la princi- pales isoformas del metabolismo de fármacos y contribuyen al metabo- lismo oxidativo de más del 90% de los fármacos de uso clínico actual (Alvares & Prat, 1990).

4. MECANISMO DE OXIDACIÓN DE FÁRMACOS A TRAVÉS DEL CITOCROMO P-450

Las reacciones oxidativas catalizadas por el sistema monooxigenasa microsomal P-450 (Lewis, 2003) requieren la integridad de un flujo de electrones que es canalizado por la NADPH-citocromo P-450 reductasa desde el NADPH hasta el complejo formado por el citocromo P-450 y el fármaco (sustrato).

La reacción de oxidación multifásica transcurre como sigue: el sustra- to (fármaco o xenobiótico) reacciona con la forma oxidada del citocromo P-450 (Fe3+) para formar un complejo enzima-sustrato; la reductasa acepta un electrón del NADPH que a su vez reduce al complejo oxidado del ci- tocromo P-450-sustrato; el complejo citocromo P-450-sustrato reducido (Fe2+) reacciona con el oxígeno molecular y con un segundo electrón del NADPH donado a través de la reductasa para formar oxígeno activado; en las fases finales se libera un átomo de oxígeno en forma de agua, y otro se transfiere al sustrato; una vez liberado el sustrato sometido a oxidación, el enzima oxidado (citocromo P-450) se regenera (Alvares & Prat, 1990).

El requerimiento del nucleótido de piridina reducido y del oxígeno molecular define a este sistema enzimático como una oxidasa de función mixta (también llamada monooxigenasa). Se consume una molécula de oxígeno por cada molécula de sustrato oxidado; se introduce un átomo de oxígeno en el sustrato y el otro es reducido para formar agua. El conjun- to de la reacción se puede formular como a continuación se indica, don- de A es la forma oxidada y AH2 es la forma reducida del citocromo P-450.

1. NADPH + A + H+ Æ AH2 + NADP +

2. AH2 + O2 Æ “complejo de oxígeno activado”

3. “Complejo de oxígeno activado” + sustrato Æ sustrato oxidado + A + H2O

NADPH + O2 + sustrato + H + Æ NADP+ + sustrato oxidado + H2O

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La ruta del flujo electrónico se esquematiza a continuación:

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ASPECTOS FARMACOLÓGICOS DEL CITOCROMO P-450

La flavoproteína NADPH-citocromo P-450 reductasa oxida al NADPH formando NADP+ y conduciendo con la transferencia de un elec- trón, a través de la flavoproteína, a la forma oxidada del citocromo P-450, el cual ya ha interactuado con el sustrato (fármaco o xenobiótico). Se ha comprobado in vitro que la flavoproteína es capaz de transferir electrones al citocromo c u otros aceptores electrónicos (azul de metileno, menadio- na) si se añaden a la reacción (in vitro). Tales aceptores electrónicos, por tanto, inhiben las oxidaciones del sustrato mientras el NADPH permane- ce inalterado, es decir, no sufre oxidación (Alvares & Prat, 1990).

La solubilización, separación y purificación parcial de la NADPH-ci- tocromo P-450 reductasa y del citocromo P-450 (Lu & Coon, 1968) per- mitió por primera vez la reconstitución del sistema monooxigenasa del citocromo P-450. El requerimiento de la NADPH-citocromo P-450 re- ductasa en la recontitución de las actividades de hidroxilación máxima para varios sustratos demostró el papel de esta flavoproteína en las reac- ciones mediadas por el citocromo P-450. El otro componente necesario para la actividad en sistemas reconstituidos es la fosfatidilcolina. Este fos- folípido no está directamente involucrado en la transferencia electrónica pero parece que tiene una función en el acoplamiento de la reductasa y el citocromo P-450, y en la unión del sustrato al citocromo. El sistema reconstituido del citocromo P-450 ha sido utilizado para demostrar que

la especificidad del sustrato de las monooxigenasas hepáticas está deter- minada primariamente por el citocromo P-450. Aunque algunos estudios han demostrado que el metabolismo de algunos sustratos puede estar in- crementado por la presencia del citocromo b5, el citocromo P-450 es el factor más importante en la determinación de la especificidad del sustra- to (Alvares & Prat, 1990).

En contraste a lo que ocurre en el hígado, en el sistema monooxige- nasa de la glándula adrenal los electrones son transferidos desde la fla- voproteína (NADPH-adrenodoxin reductasa) al citocromo P-450 a través de una proteína llamada adrenodoxina. El sistema monooxigenasa adre- nal, localizado en la mitocondria, metaboliza exclusivamente sustratos en- dógenos, como la 11-desoxicorticosterona y el colesterol. La NADPH- adrenodoxin reductasa aislada de mitocondria adrenal bovina ha demostrado ser inmunológicamente distinta de la NADPH-citocromo P- 450 reductasa microsomal.

Se han purificado múltiples isoenzimas del citocromo P-450 a partir de hígado animal y humano. Cada una de las isoenzimas del citocromo P-450 de microsomas hepáticos de rata tiene sus propias características, pero con frecuencia se solapa la especificidad del sustrato por el meta- bolismo de diferentes xenobióticos.

El Oxicitocromo P-450, O2.P-450(Fe 2+).RH, puede disociarse para dar

un anión superóxido, concomitantemente con la regeneración de la hemo- proteína férrica P-450 (Fe3+).RH. Se piensa que el oxígeno molecular es tó- xico para los tejidos debido a su capacidad para generar radicales libres.

El oxígeno molecular sufre una reducción (1 e-) en los sistemas bio- lógicos, dando lugar a la formación de radical superóxido. Esta reacción puede transcurrir no enzimáticamente o puede estar catalizada por nu- merosas enzimas como la NADPH-citocromo P-450 reductasa, xantino oxidasa, y varias enzimas mitocondriales. Una vez formado el superóxi- do, éste puede producir ulteriores productos de reducción llamados oxi- rradicales. El radical superóxido puede dañar las células y tejidos mamí- feros bien directa (inactivando enzimas) o indirectamente mediante la estimulación de la peroxidación lipídica. La reducción secuencial (4e-) del oxígeno molecular puede describirse así:

O2 O2 .- H2O2

•OH H2O

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El superóxido, el peróxido de hidrógeno, y especialmente el radical hidroxilo son individual y colectivamente especies tóxicas para las célu- las y tejidos. Normalmente los tejidos tienen mecanismos de defensa con- tra los efectos tóxicos de los oxirradicales. Entre ellos destacan la supe- róxido dismutasa, la catalasa, y las glutation peroxidasas. Sin embargo, cuando estas defensas se encuentran disminuidas estos oxirradicales se pueden acumular en los tejidos alcanzando niveles tóxicos.

La asociación del sustrato al citocromo P-450 oxidado se puede de- terminar espectrofotométricamente. Para algunos compuestos, esta aso- ciación da lugar a un espectro tipo I con un valle alrededor de los 420 nm y un pico a 385 nm, o un tipo II con un valle a 394 nm y un pico al- rededor de los 430 nm. Los ligandos tipo I se unen a un lugar hidrofóbi- co de la proteína en una proximidad cercana al hierro hemo, mientras que los ligandos tipo II interactúan directamente con el hierro hemo. Algunos fármacos, como el hexobarbital y la etilmorfina, originan un espectro tipo I, y otros, como la anilina y la acetanilida, dan lugar a un espectro tipo II. En algunos casos, la tasa de metabolismo es proporcional a la unión del sustrato al citocromo P-450 microsomal. Sin embargo, no es una re- gla general que la constante de disociación espectral y la constante de Michaelis (Km) para la oxidación del sustrato sean similares.

Aunque el hígado es el principal lugar de las oxidaciones mediadas por el citocromo P-450, tales biotransformaciones pueden también tener lugar en te- jidos extrahepáticos. Los lugares del metabolismo extrahepático de fármacos son frecuentemente las puertas de entrada o excreción de xenobióticos (por ej., pulmón, riñón, piel y mucosa intestinal). Aunque el metabolismo extrahepáti- co no sea esencial en todas las fases de la disposición del fármaco, el metabo- lismo en estos tejidos puede jugar un papel importante en la determinación de la toxicidad del órgano diana. En tejidos extrahepáticos la toxicidad puede es- tar mediada por la molécula original o por un metabolito químicamente reac- tivo que es generado bien directamente en el órgano diana o en el hígado se- guido por el transporte del metabolito tóxico al órgano diana. En un mismo tejido pueden existir muchas diferencias en la distribución celular o subcelular de las monooxigenasas. En la corteza adrenal las fracciones mitocondriales ca- talizan la ruptura alifática, y la 11b-hidroxilación y 18-hidroxilación del coles- terol, mientras que las fracciones microsomales son responsables de la 17a-hi- droxilación y 21-hidroxilación de hormonas esteroides.

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ASPECTOS FARMACOLÓGICOS DEL CITOCROMO P-450

5. BIOTRANSFORMACIONES OXIDATIVAS CATALIZADAS POR EL CITOCROMO P-450

Ahora examinaremos ejemplos típicos de biotransformaciones oxidati- vas catalizadas por las monooxigenasas del citocromo P-450: oxidación ali- fática, hidroxilación aromática, N-desalquilación, O-desalquilación, S-des- alquilación, epoxidación, desaminación oxidativa, formación de sulfóxido, desulfuración, N-oxidación, N-hidroxilación, y deshalogenación.

También tienen lugar reacciones catalíticas reductoras por acción de las enzimas del citocromo P-450, por lo común en un medio con una ten- sión baja de oxígeno. La única característica estructural común al grupo heterogéneo de xenobióticos oxidados por enzimas del citocromo P-450 es su gran liposolubilidad.

Oxidación alifática

Los principales metabolitos del PENTOBARBITAL en perros y huma- nos son derivados alcohólicos formados mediante oxidación alifática:

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Los ácidos carboxílicos pueden también producirse como metaboli- tos minoritarios:

En las oxidaciones alifáticas, los productos del sistema microsomal son alcoholes. La posterior oxidación a aldehídos y ácidos carboxílicos requiere las enzimas solubles alcohol deshidrogenasa y aldehído deshidrogenasa.

Entre los fármacos que sufren oxidación alifática destacan: tolbuta- mida, ibuprofeno, meprobamato, ciclosporina, midazolam.

Hidroxilación aromática

La conversión de ACETANILIDA a p-hidroxiacetanilida es un ejem- plo clásico ilustrativo de hidroxilación en el anillo aromático:

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ASPECTOS FARMACOLÓGICOS DEL CITOCROMO P-450

La reacción tienen lugar a través de la formación de un intermedia- rio epóxido. La reacción catalizada por el citocromo P-450 forma el epó- xido que espontáneamente (no enzimáticamente) da lugar al correspon- diente hidróxido aromático. Las HORMONAS ESTEROIDES, como la testosterona y el 17b-estradiol, son también hidroxiladas por un sistema microsomal hepático que requiere NADPH, probablemente el mismo sis- tema que oxida los fármacos.

Fármacos que sufren hidroxilación aromática: fenilhidantoína, feno- barbital, propranolol, fenilbutazona, etinilestradiol, anfetamina, warfarina.

N-desalquilación

Grupos N-metilo, N-etilo, y N-alquilo, en general, pueden ser eli- minados oxidativamente y convertidos a aldehídos (formaldehído, ace- taldehído, etc.). El paso oxidativo inicial forma un hidroxialquilo que espontáneamente se rompe para formar el correspondiente compuesto noralquilo y un aldehído. Las reacciones son claramente diferentes de las transferencias usuales (carbono sencillo) en el metabolismo inter- mediario, que implica bien S-adenosilmetionina o un derivado del áci- do fólico.

La conversión de ETILMORFINA a noretilmorfina ilustra esta reacción:

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Fármacos que sufren N-desalquilación: imipramina, diazepam, code- ína, eritromicina, tamoxifeno, teofilina, cafeína.

O-desalquilación

Los éteres aromáticos son fragmentados como se muestra en la si- guiente reacción:

Fármacos que sufren O-desalquilación: codeína, indometacina, dex- trometorfán.

S-desmetilación

Ciertos metiltioéteres sufren una reacción oxidativa similar a la N- u O-desmetilación:

Epoxidación

Muchos compuestos aromáticos u olefínicos son metabolizados a óxi- dos de areno o alqueno. El carcinógeno policíclico benzo(a)pireno es me- tabolizado a varios epóxidos. A continuación se muestra el metabolismo del hidrocarburo en los dobles enlaces 4,5 (región K) y 7,8 (región no K):

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ASPECTOS FARMACOLÓGICOS DEL CITOCROMO P-450

Los óxidos de areno pueden ser hidratados enzimáticamente por la epóxido hidrolasa microsomal, o pueden sufrir isomerización no enzimá- tica a fenoles, ser conjugados con glutation, y también reaccionar con DNA, RNA y proteínas formando enlaces covalentes.

Desaminación oxidativa

El metabolismo de la ANFETAMINA a fenil-acetona por el hígado de conejo es un ejemplo de desaminación oxidativa:

En perro y rata, sin embargo, la anfetamina experimenta p-hidroxila- ción del anillo de benceno en vez de desaminación. El diazepam es otro ejemplo de desaminación oxidativa.

Formación de sulfóxidos

Los TIOÉTERES, en general, son oxidados a sulfóxidos como se muestra a continuación:

Otro ejemplo de formación de sulfóxido fue descubierto en el curso de una búsqueda de agentes antigotosos. La FENILBUTAZONA, fárma- co con actividad antirreumática, antipirética, analgésica y acumuladora de sodio, también bloquea la reabsorción tubular de ácido úrico. Se vio que un metabolito alcohólico, generado mediante oxidación alifática de la fe- nilbutazona, tenía poco efecto antirreumático pero que conservaba cierta acción uricosúrica:

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Las manipulaciones de la cadena alifática del alcohol fenilbutazona con- dujeron al descubrimiento de que los derivados que contienen azufre tienen una marcada acción uricosúrica. Entre ellos, el 4-feniltioetilo, análogo de fe- nilbutazona, se metaboliza mediante la formación de sulfóxido para produ- cir un fármaco uricosúrico más potente, la sulfinpirazona:

La sulfinpirazona llegó a la terapéutica como fármaco selectivamente uri- cosúrico, prácticamente carente de actividades antirreumática, analgésica y acumuladora de sodio. También se utiliza como fármaco antiagregante.

Desulfuración

Un ejemplo de desulfuración es la conversión del PARATIÓN a su análogo oxigenado, paraoxón. El paratión, que se utiliza como insectici- da, es biológicamente inerte ya que su efectividad depende de la desul- furación oxidativa en el insecto y su toxicidad en mamíferos depende de la desulfuración oxidativa en el hígado:

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ASPECTOS FARMACOLÓGICOS DEL CITOCROMO P-450

En esta reacción, la especificidad del nucleótido de piridina aún no se conoce. En general se ha aceptado que el NADPH es el cofactor preferido, sin embargo, varios autores han afirmado que el NADH puede ser igual o más eficiente que el NADPH en la desulfuración de insecticidas de tionato.

N-oxidación y N-hidroxilación

La N-oxidación es ejemplificada mediante la conversión oxidativa de la TRIMETILAMINA a su N-óxido:

Las aminas secundarias y terciarias son oxidadas por las enzimas mi- crosomales que requieren NADPH y oxígeno molecular, pero parece evidente la existencia de una amino oxidasa especial (una flavoproteína distinta de la NADPH-citocromo c reductasa), responsable de estas oxidaciones. La ami- no oxidasa es una oxidasa de función mixta, y el citocromo P-450 parece que no está implicado. Aminas secundarias son convertidas a hidroxilaminas, y aminas terciarias a óxidos de amina. Sufren N-oxidación los siguientes fár- macos: clorfeniramina, dapsona, meperidina, quinidina, acetaminofeno.

Cuando el compuesto carcinogénico 2-acetilaminofluoreno es admi- nistrado a ratas u otras especies animales en las que éste produce cáncer, se forma un metabolito N-hidroxi:

Ni el N-hidroxi-2-acetilaminofluoreno, ni el compuesto primario, son carcinógenos finales. Un éster sulfato del metabolito N-hidroxi es un in- termediario en la formación de un carcinógeno final, esta formación és- ter es catalizada por una sulfotransferasa citoplásmica. El 2-acetil-ami- nofluoreno no es un carcinógeno hepático en el cobayo, especie con una actividad sulfotransferasa muy baja.

Deshalogenación

Ciertos insecticidas halogenados, anestésicos, y otros compuestos pueden experimentar deshalogenación en el organismo animal. Los hi- drocarburos alifáticos halogenados poseen propiedades farmacológicas, como es el caso de los anestésicos. El hombre puede también estar ex- puesto a hidrocarburos alifáticos halogenados a través de la contamina- ción ambiental, y algunos de estos compuestos, como el tetracloruro de carbono, son tóxicos muy importantes.

En la deshalogenación del tetracloruro de carbono a cloroformo se ha demostrado que está implicado el sistema monooxigenasa citocromo P- 450. El tetracloruro de carbono experimenta una reducción (1e-) catali- zada por el citocromo P-450 para rendir un radical triclorometil. En el re- tículo endoplásmico, el radical triclorometil puede captar un átomo de hidrógeno procedente de la membrana lipídica para producir cloroformo e iniciar la peroxidación lipídica:

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Alternativamente, el radical triclorometilo puede reaccionar con el oxí- geno molecular para formar un radical triclorometil-peroxilo (CCl3-O-O.) que se puede convertir en fosgeno:

El radical CCl3-O-O . puede también iniciar la peroxidación lipídica.

Estos hallazgos, acerca de la formación de cloroformo procedente del te- tracloruro de carbono y su inhibición por el cloruro de cobalto, así como el hecho de que la administración de fenobarbital incrementa marcada- mente la toxicidad aguda del tetracloruro de carbono, sugieren claramente que el citocromo P-450 es el lugar de su bioactivación.

Los anestésicos halogenados, como el halotano, fluroxeno, y metoxi- flurano son metabolizados de forma significativa en el hombre y en anima- les de experimentación. Generalmente, la unión carbono-flúor es más esta- ble que la unión carbono-cloro. Sin embargo, se han encontrado cantidades sustanciales del ion flúor libre tanto en el hombre como en animales de experimentación después de la administración de metoxiflurano, por lo que dicho ion se ha relacionado con casos de toxicidad renal.

6. FACTORES QUE MODIFICAN LA BIOTRANSFORMACIÓN DE LOS FÁRMACOS

En la regulación de las reacciones de biotransformación de fármacos intervienen factores genéticos, ambientales y fisiológicos. Entre los más im- portantes destacan: los polimorfismos genéticos en cuanto a la capacidad de cada persona para metabolizar un fármaco, el empleo concomitante de otros fármacos, la exposición a contaminantes ambientales y sustancias quí- micas industriales, las enfermedades, y la edad. Al parecer, estos factores son los que explican la menor eficacia, la mayor duración de los efectos farmacológicos y la intensificación de la toxicidad de los fármacos.

6.1. Inducción del citocromo P-450

La mayor síntesis de novo de proteína del citocromo P-450 se pro- duce tras la exposición duradera a un agente inductor (algunos fármacos y contaminantes ambientales) que incrementa la transcripción génica. La

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inducción, por tanto, es más el resultado de un aumento en la síntesis de enzimas microsomales que un cambio en la actividad del enzima exis- tente por un efecto alostérico. La inducción del enzima provoca un au- mento de la tasa de biotransformación y una disminución, por tanto, de la disponibilidad o actividad del fármaco original. Como consecuencia, puede aumentar o disminuir la toxicidad farmacológica.

Los inductores, por lo común, muestran especificidad por una fami- lia particular del citocromo P-450, a pesar de que dentro de ella, sustan- cias con estructuras químicas diferentes pueden tener efectos similares.

En el caso de compuestos que se metabolizan hasta una especie reac- tiva, la inducción puede generar mayor toxicidad. Por ejemplo, la exposi- ción a hidrocarburos aromáticos policíclicos de contaminantes industria- les, humo de cigarrillos y carnes asadas al carbón, induce la actividad de la familia CYP1A en el hígado de forma extraordinaria, y también extra- hepáticamente (Wittayalertpanya, 2003). El efecto carcinógeno de algunos hidrocarburos policíclicos se asocia a un aumento de la formación hepá- tica de productos oxidantes altamente reactivos que pueden dañar el DNA. Este tipo de inductores se fija a un receptor arilcarburo (AhR) citosólico, y el complejo formado es transportado por un traslocador nuclear (Arnt) hasta el núcleo donde actúa como factor de transcripción para regular en dirección ascendente la expresión de CYP1A. Además, estos inductores del citocromo P-450 aumentan de manera simultánea la expresión de en- zimas que intervienen en biotransformaciones de la fase II como las glu- curonosiltransferasas y las transferasas del glutation.

La inducción del citocromo P-450, debido al consumo crónico de al- cohol, aumenta la toxicidad farmacológica del paracetamol cuyos meta- bolitos de fase I son los principales causantes de su toxicidad. Por ello, el efecto hepatotóxico del paracetamol es mayor en alcohólicos ya que en ellos tiene lugar una mayor síntesis de un metabolito reactivo, N-ace- til-p-benzoquinoneimida, mediado por el CYP2E1.

En ocasiones, un fármaco particular induce el metabolismo de otros, y también el propio. Un ejemplo ampliamente estudiado de la llamada autoinducción lo constituye el anticonvulsivante carbamazepina.

En terapéutica, la inducción metabólica adquiere su máxima impor- tancia cuando se interrumpe la administración del agente inductor y se

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conserva la misma dosis del fármaco que se estaba utilizando. En este caso, la disminución progresiva del efecto inductor provocará un aumen- to de las concentraciones plasmáticas y posiblemente de los efectos ad- versos del segundo fármaco, salvo que se reduzca la dosis.

Los inductores prototipo de otras enzimas del citocromo P-450 in- cluyen los glucocorticoides y anticonvulsivantes (CYP3A4), isoniazida y acetona (CYP2E1).

6.2. Inhibición del citocromo P-450

La inhibición de las enzimas de biotransformación ocasiona mayores niveles de fármaco original, prolongación de los efectos intrínsecos y una mayor incidencia de intoxicación medicamentosa. La competencia entre dos o más fármacos por la unión al sitio activo de la misma enzima pue- de disminuir el metabolismo de uno de ellos, en base a las concentracio- nes relativas de cada sustrato y sus afinidades por la enzima.

Los inhibidores del citocromo P-450 difieren en su selectividad ha- cia las diferentes isoformas de la enzima y se clasifican según sus meca- nismos de acción:

Inhibición competitiva. Algunos fármacos compiten por el lugar activo, pero no son sustratos por sí mismos. Por ejemplo, la gli- benclamida ejerce una potente inhibición del CYP2C9 y débil in- hibición del CYP3A4. Inhibe fuertemente el metabolismo de la S-warfarina y de la fenitoína (catalizadas ambas por el CYP2C9) de forma competitiva, respectivamente, así como la 1-hidroxila- ción del imidazolam catalizada por el CYP3A4 (Kim, 2003).

Inhibición no competitiva reversible. Este mecanismo requiere la oxidación de los inhibidores por medio de una enzima P-450. El ke- toconazol inhibe el metabolismo oxidativo al formar un complejo con el hierro (Fe3+) del grupo hemo del CYP3A4, produciendo una inhibición reversible. El ketoconazol incrementa la biodisponibili- dad del tacrolimus (inhibidor de calcineurina) mediante la inhibición del CYP3A4 y la P-glicoproteína. Esta propiedad se aprovecha para administrar una menor cantidad de fármaco obteniendo el mismo efecto. Y así, por ejemplo, la coadministración de tacrolimus y ke-

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toconazol a pacientes con transplante renal lo que da lugar a una sustancial disminución de la dosis y consecuente reducción del cos- te sin que se detecten efectos adversos metabólicos con esta combi- nación (Soltero 2003). En el caso de antibióticos macrólidos, como la eritromicina y la troleandomicina, la especie que se liga al grupo hemo es un metabolito de dichos compuestos.

Inactivación “suicida”. Los inactivadores “suicidas” de las enzimas del citocromo P-450 forman un enlace covalente con la enzima que posteriormente se destruye. Entre estos inactivadores se encuentran el secobarbital y esteroides sintéticos (noretindrona, etinilestradiol).

CYP1A1 y CYP1B1 catalizan el metabolismo oxidativo del 17-b-es- tradiol a estrógenos catecólicos y quinónicos que provocan daño en el DNA. La catecol-O-metiltransferasa cataliza la metilación de los estró- genos catecólicos a metoxiestrógenos que disminuyen el potencial de daño al DNA debido al efecto feedback inhibitorio que ejercen sobre CYP1A1 y CYP1B1 (Dawling et col., 2003).

La metabolización del paclitaxel a 6a-hidroxipaclitaxel por el CYP2C8 es inhibida por algunos compuestos fenólicos (fisetina, querce- tina, morina, resveratrol), incrementándose las concentraciones plasmáti- cas de paclitaxel durante la quimioterapia (Vaclavikova, 2003).

El CYP1B1 juega un importante papel en el metabolismo de fárma- cos antitumorales. Se ha visto que el CYP1B1 se expresa en una alta fre- cuencia en varios cánceres humanos pero no en tejidos normales. Estos hallazgos sugieren que la inhibición del CYP1B1 mediante compuestos naturales y sintéticos podría ser una nueva estrategia terapéutica oncoló- gica (Chun et col, 2003).

6.3. Enfermedades

La función hepática deficiente de sujetos con hepatitis, hepatopatía alcohólica, hígado graso, cirrosis biliar o hepatocarcinomas, puede cul- minar en alteraciones en la biotransformación de fármacos por dicha vís- cera. El grado de disminución de la actividad monooxigenasa del cito- cromo P-450 y la consiguiente eliminación es proporcional a la gravedad del daño hepático.

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En individuos con disfunción hepática, la disminución de la bio- transformación de tolbutamida, diazepam y morfina se ha relacionado con una intensificación de la respuesta farmacológica. El voriconazol, anti- fúngico azólico, se elimina vía hepática en un 80% por medio de las iso- enzimas CYP2C19, CYP3A4 y CYP2C9, y por ello es recomendable ajus- tar la dosis en pacientes con disfunción hepática (Jeu, 2003).

La disminución del flujo de sangre en el hígado, característica de la insuficiencia cardiaca o del bloqueo b-adrenérgico, también disminuye la rapidez de biotransformación hepática.

Por otro lado, se ha demostrado que respuestas inflamatorias en el ce- rebro causan un descenso significativo de los niveles y actividades de im- portantes isoformas del citocromo P-450 en hígado (CYP1A, CYP2B, CYP3A) (García del Busto Cano, 2003).

El osteosarcoma, tumor de hueso primario pediátrico más común, se ca- racteriza por su agresividad con tendencia a una temprana metástasis pul- monar. El CYP3A4/5 está implicado en la activación y detoxificación meta- bólica de numerosos carcinógenos y quimioterápicos, incluidos muchos fármacos que se utilizan en el tratamiento del osteosarcoma. La expresión de CYP3A4/5 se ha visto que es significativamente más elevada en biopsias pri- marias de pacientes que desarrollan metástasis en comparación con las de pa- cientes que no la desarrollan. Así, la expresión elevada de CYP3A4/5 puede predecir la metástasis y mal pronóstico en los osteosarcomas. El uso de CYP3A4/5 como biomarcador de la respuesta terapéutica puede tener impli- caciones en el tratamiento de estos tumores (Dhaini, 2003).

6.4. Edad

Las enzimas funcionales del citocromo P-450 son detectables en una fase relativamente temprana del desarrollo fetal, si bien los índices del metabolismo oxidativo en esta etapa son menores que los que se obser- van después del nacimiento. No se ha definido con exactitud la impor- tancia de las enzimas individuales del citocromo P-450 en las reacciones de biotransformación fetales. Sin embargo, la presencia de una peculiar proteína CYP3A7 del citocromo P-450 refuerza la participación de la fa- milia de CYP3A en las biotransformaciones que se expresan exclusiva-

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mente en el feto. Los neonatos tienen la capacidad de catalizar de mane- ra eficaz casi todas las reacciones de biotransformación de fase I, si bien lo hacen con mayor lentitud que los adultos.

La capacidad metabólica global del hígado es menor en el anciano debi- do a la disminución de su masa, actividad enzimática y riego sanguíneo. Es importante que las disminuciones propias de la senilidad en la biotransfor- mación hepática guarden relación con el sistema monooxigenasa del citocro- mo P-450, en tanto que otras vías metabólicas, al parecer, no se alteran en gra- do extraordinario por la edad. Las enzimas farmacometabolizantes de fase I son afectadas en mayor grado que las que catalizan las reacciones de fase II. Sin embargo, los cambios suelen ser pequeños, en comparación con otras cau- sas de variabilidad interindividual del metabolismo. En el caso de fármacos que poseen un intenso efecto de primer paso, incluso una disminución pe- queña en la capacidad metabolizante, puede conllevar un incremento en la bio- disponibilidad después de ingeridos. El uso de fármacos en el anciano, re- quiere una administración moderada de la dosis, teniendo en cuenta la posibilidad de una reactividad farmacodinámica demasiado intensa.

7. INTERACCIONES METABÓLICAS DE LOS FÁRMACOS

La administración simultánea de dos o más medicamentos suele ocasio- nar cambios en la eliminación de uno de ellos. Aunque las interacciones me- dicamentosas pueden alterar procesos como la absorción, la unión a proteí- nas y la excreción por orina, el efecto en la biotransformación es, en términos generales, el más intenso. Las interacciones medicamentosas originadas en el metabolismo dependen en gran medida del metabolismo de fase I, por in- tervención del sistema del citocromo P-450. Los medicamentos que se me- tabolizan por un mismo enzima interactúan de forma competitiva por unirse a un sitio en ella, lo que enlentece el metabolismo del fármaco menos afín. Si la vía afectada constituye el mecanismo principal de eliminación del me- dicamento, pueden aumentar las concentraciones plasmáticas del fármaco ori- ginal, y así prolongarse o intensificarse sus efectos intrínsecos. En muchos casos, la inhibición competitiva del metabolismo en cierta vía se ve com- pensada por un incremento en la biotransformación por vías alternas.

Los antibióticos macrólidos y los antimicóticos de tipo azólico inhiben la eliminación de diversos fármacos mediante la competencia en su meta-

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bolización por el CYP3A4 (Sagir, 2003). La inhibición del metabolismo de warfarina, carbamazepina, ciclosporina y midazolam por parte de la eritro- micina, se ha relacionado con niveles tóxicos del fármaco original.

La inhibición de la biotransformación de fenilhidantoína por parte del di- cumarol frecuentemente se manifiesta por ataxia y somnolencia. Conforme se amplían los conocimientos acerca de las distintas enzimas del citocromo P-450 encargadas de vías metabólicas específicas, es posible evaluar la pro- babilidad de efectos adversos que derivan del uso de múltiples fármacos.

Las interacciones intermedicamentosas también surgen cuando un fár- maco induce el metabolismo de otro. En este caso la eliminación del medi- camento aumentará y disminuirá el efecto farmacológico. Se reconoce a los barbitúricos como inductores del metabolismo de diversos fármacos, como clorpromazina, doxorrubicina, estradiol y fenilhidantoína. La rifampicina es un inductor potente de CYP3A4 de intestino e hígado, y ha ocasionado in- crementos notables en la eliminación de corticosteroides, ciclosporina, anti- conceptivos orales, quinidina, diazepam, warfarina y digoxina. En muchos casos, hay que aumentar la dosis del fármaco “disminuido” durante la ad- ministración de rifampicina, con el fin de conservar sus efectos terapéuticos.

Muchos psicótropos son sustratos e inhibidores a la vez de isoenzi- mas del CYP, mientras muchos antiepilépticos son sustratos e inductores del CYP. Pueden tener potenciales interacciones cuando estos agentes se administran concomitantemente (Lee et col., 2003b).

Las interacciones entre antiepilépticos y quimioterápicos son frecuentes ya que en muchos casos es necesaria la administración conjunta de ambos. Así, los antiepilépticos inductores del CYP (carbamazepina, fenitoína, fe- nobarbital y primidona) reducen los efectos de taxanos, alcaloides de la vin- ca, metotrexato, tenipósido y análogos de campotecina (Vecht, 2003). La in- hibición del metabolismo de las nitrosoureas o del etopósido por el ácido valproico puede conducir a la toxicidad de aquellos quimioterápicos. Algu- nos de los nuevos antiepilépticos (gabapentina, lamotrigina, levetiracetam, tiagabina, topiramato, vigabatrina y zonisamida) no se metabolizan por el sistema CYP y pueden constituir una buena alternativa (Patsalos, 2003).

Las interacciones de medicamentos con bloqueantes de receptores de angiotensina (losartán e ibersartán) se deben a la elevada afinidad que po- seen estos antihipertensivos por las isoenzimas del CYP. Sin embargo,

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otros como candesartán, cilexetilo, valsartán y eprosartán, tienen una va- riable pero generalmente modesta afinidad, mientras que telmisartán no posee ninguna (Unger, 2003).

La clozapina se metaboliza principalmente por el isoenzima CYP1A2, que puede ser inducido por omeprazol, conocido inhibidor de la bomba de protones; por ello se deben monitorizar los niveles plasmáticos de clo- zapina (Frick et col, 2003).

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