Corso di Farmacologia & Tossicologia, 2015
CHEMIOTERAPIA-9
Farmaci inibitori
della parete cellulare
JeanJean-Franç
François DESAPHY
proteine
transmembrana
Parete batterica
Bersaglio esclusivo
membrana
citoplasmatica
citosolo
EUCARIOTI
Acidi micolici
lipopolisaccaridi
porine
arabinogalattano
membrana
esterna
lipoproteine
lipoproteine
periplasma
mureina
peptidoglicano
o
mureina
GRAM POSITIVI
Streptococchi
Stafilococchi
Clostridium
Bacilli
GRAM NEGATIVI
Enterobacter, E. coli
Salmonella
Pseudomonas
Vibro cholerae
Neisseria (meningite)
MICOBATTERI
Tuberculosi
Lebbra
2008© J.F. DESAPHY
Sintesi della mureina
A
Alanina
racemasi
fosfoenolpiruvato
acetilCoA
UTP
A DE K
PEP
Glucosamina-1-P
UDP-NAG
GlmU
UDP-NAM
MurA MurB
N-acetilglucosamina
N-acetilmuramico
CITOSOL
A
DA
K G G G G G
DE
tRNA
Gly-tRNA
A
D
BP-NAM-NAG
A
DA
K
DE
A
D
A
D-Ala-D-Ala
sintetasi
A
DA
D
UDP-NAM
MurC
MurD
MurE
A
DA
K
DE
A
UDP-NAM
MurF
A
DE
K
D
D
UDP
BP-NAM-NAG
UDP-NAG
UMP
BP-NAM
bactoprenolo (BP)
MEMBRANA CELLULARE del BATTERIO
traslocazione
A
DA
polimerizzazione
K G5
DE
A
D
PERIPLASMO
parete cellulare --NAM--NAG
2008© J.F. DESAPHY
A
DE
K
DA
DA
A
DA
K G5
DE
A
D
A
DA
K G5
DE
A
D
parete cellulare --NAM--NAG--NAM--NAG
Sintesi della mureina
A
Alanina
racemasi
La sintesi della mureina coinvolge ca. 30 enzimi batterici
fosfoenolpiruvato
acetilCoA
UTP
A DE K
PEP
Glucosamina-1-P
UDP-NAG
GlmU
UDP-NAM
MurA MurB
N-acetilglucosamina
N-acetilmuramico
CITOSOL
A
DA
K G G G G G
DE
tRNA
Gly-tRNA
A
D
BP-NAM-NAG
A
DA
K
DE
A
D
A
D-Ala-D-Ala
sintetasi
A
DA
D
UDP-NAM
MurC
MurD
MurE
A
DA
K
DE
A
UDP-NAM
MurF
A
DE
K
D
D
UDP
BP-NAM-NAG
UDP-NAG
UMP
BP-NAM
bactoprenolo (BP)
MEMBRANA CELLULARE del BATTERIO
traslocazione
A
DA
polimerizzazione
K G5
DE
A
D
PERIPLASMO
parete cellulare --NAM--NAG
2008© J.F. DESAPHY
A
DE
K
DA
DA
A
DA
K G5
DE
A
D
A
DA
K G5
DE
A
D
parete cellulare --NAM--NAG--NAM--NAG
Legami crociati
D
A
--NAM—NAG--
A
DE
K G G G G G
DA
DA
A
transpeptidasi
DA
K G5
DE
A
D
--NAM—NAG--
A
DE
K G G G G G DA
K G5
DA
DE
DA
A
--NAM—NAG--
--NAM—NAG--
glicina
D-Ala-D-Ala
Glicina-D-Ala
D-Ala
2008© J.F. DESAPHY
Farmaci inibitori della parete batterica
INIBITORI DELLA SINTESI DEI MONOMERI DI MUREINA
fosfomicina, fosfidomicina
D-cicloserina, terizidone
bacitracina A
INIBITORI DELLA POLIMERIZZAZIONE DELLA MUREINA
vancomicina, teicoplanina
INIBITORI DELLA TRANSPEPTIDASI: β-lattamici
penicilline, cefalosporine,
monobattami, carbapenemi
ANTIBIOTICI SURFATTANTI
Polimixina B, colistina
ANTI-MICOBATTERI
isoniazide, etambutolo, pirazinamide
2008© J.F. DESAPHY
HOOC
Inibitori della sintesi di mureina
CH2
O
C
P O
O
2008© J.F. DESAPHY
PEP
CITOSOL
UDP-NAG
MurA MurB
OH
UDP-NAM
Analoghi del fosfoenolpiruvato (PEP)
Inibitori della enolpiruvato trasferasi (MurA)
fosfomicina
fosfidomicina
OH
H
H
O
H3C
O
PO3H-
H
N
C
H2
H2
C
Enolpiruvato trasferasi
C
H2
PO3H-
Somministrazione per Os
escreti non modificati nelle urine
Infezioni del tratto urinario da gram-negativi (E. Coli, Klebsiella, Clostridia,...)
Sinergismo con β-lattamici, aminoglicosidi, e fluorochinoloni
Effetti avversi Pochi , non teratogeno, uso pediatrico
Selettiva verso MurA rispetto agli enzimi eucariotici della glicolisi
Resistenza
Resistenza dovuta a mutazioni a carico dei trasportatori per l’ingresso in cellula
Inibitori della sintesi di mureina
A
D-alanina
D-cicloserina
OH
OH
H2N
O
H2N
Alanina
racemasi
N
O
Antibiotico prodotto da Streptococcus orchidaceus
Analogo della D-Ala, Inibitore irreversibile
della Ala-racemasi e della D-Ala-D-Ala sintetasi
D
A
D-Ala-D-Ala
sintetasi
A
DA
UDP-NAM
A
DE
K
CITOSOL
D
UDP-NAM
MurF
Somministrazione per Os, escreto non modificato nelle urine
Attivo contro molti batteri gram-positivi e gram-negativi in vitro
Resistenza frequente ed effetti avversi centrali:
Solo in seconda linea in cistite e politerapia contro M. Tuberculosis
Effetti avversi poco usata
Permea la barriera emato-encefalica:
Sonnolenza, cefalea, psicosi,
convulsioni, neuropatia periferica
Resistenza
Resistenza frequente dovuta a vari meccanismi
A
DE
K
DA
DA
terizidone
Derivato più potente
Effetti avversi simili
2015© J.F. DESAPHY
Inibitori della sintesi di mureina
Bacitracina A
Antibiotici polipeptidici
prodotti da Bacillus subtilis e Bacillus licheniformis
Blocca la defosforilazione del bactoprenolo pirofosfato,
rendendo non funzionale il trasportatore di mureina
Somministrazione topica dermatologica e oftalmica,
Prevenzione da infezioni di gram-positivi su lesioni superficiali della cute
Crema oftalmica in caso di congiuntivite
Spesso in combinazione: bacitracina + neomicina + polimixina B + lidocaina
Effetti avversi
Reazioni di ipersensibilità molto rare, dermatite
Nefrotossicità per via sistemica
Resistenza
Resistenza frequente dovuta a vari meccanismi
2008© J.F. DESAPHY
Farmaci inibitori della parete batterica
INIBITORI DELLA SINTESI DEI MONOMERI DI MUREINA
fosfomicina, fosfidomicina
D-cicloserina, terizidone
bacitracina A
INIBITORI DELLA POLIMERIZZAZIONE DELLA MUREINA
vancomicina, teicoplanina
INIBITORI DELLA TRANSPEPTIDASI: β-lattamici
penicilline, cefalosporine,
monobattami, carbapenemi
ANTIBIOTICI SURFATTANTI
Polimixina B, colistina
ANTI-MICOBATTERI
isoniazide, etambutolo, pirazinamide
2008© J.F. DESAPHY
Inibitori della polimerizzazione di mureina
vancomicina, teicoplanina
Antibiotici
glicopeptidici
triciclici
battericidi di bacilli gram-positivi
batteriostatici dei cocchi gram-positivi
Gram-negativi resistenti
Trattamento della colite per Os (Clostridium difficile), non assorbito
Somministrazione endovenosa in caso di polmonite, sepsi, endocardite ed
infezioni della pelle e delle ossa
Effetti avversi
Nausea per Os
Arrossamenti ed eruzioni cutanee, nefrotossicità rara per via e.v.
Resistenza
Presenza o acquisizione di una via di sintesi alternativa
uso limitato a MRSA (Staphylococcus aureus resistente a meticillina)
o pazienti allergici ad antibiotici β-lattamici
2008© J.F. DESAPHY
Resistenza alla vancomicina
Mutazioni a carico degli enzimi VanH, VanA, VanX
Trasferimento plasmidico
2008© J.F. DESAPHY
Farmaci inibitori della parete batterica
INIBITORI DELLA SINTESI DEI MONOMERI DI MUREINA
fosfomicina, fosfidomicina
D-cicloserina, terizidone
bacitracina A
INIBITORI DELLA POLIMERIZZAZIONE DELLA MUREINA
vancomicina, teicoplanina
INIBITORI DELLA TRANSPEPTIDASI: β-lattamici
penicilline, cefalosporine,
monobattami, carbapenemi
ANTIBIOTICI SURFATTANTI
Polimixina B, colistina
ANTI-MICOBATTERI
isoniazide, etambutolo, pirazinamide
2008© J.F. DESAPHY
Inibitori della Transpeptidasi
Antibiotici β-lattamici: 42 in Italia
H
N
R
H
N
R1
O
N
O
COOH
penicilline
H
N
R
S
O
S
O
N
O
SO3H
R2
O
COOH
SR
N
O
N
OH
monobattami
COOH
carbapenemi
cefalosporine
PERIPLASMO
Effetto battericida
su batteri in proliferazione
Elevato indice terapeutico
Legame covalente irreversibile
2008© J.F. DESAPHY
Inibitori della Transpeptidasi
Antibiotici β-lattamici
Meccanismo d’azione simile: effetto battericida su batteri in proliferazione
Inibizione della transpeptidasi. Altri bersagli (Penicillin-binding proteins)
Spettro d’azione determinato dalle proprietà fisico-chimiche:
Permeabilità attraverso le membrane
batteri gram-negativi: farmaci idrofili e idrofobi
batteri gram-positivi: farmaci idrofili
batteri intracellulari possono essere resistenti
Selettività verso la transpeptidasi
differenze enzimatiche tra bacilli e cocchi
es. meticillina selettiva per la transpeptidasi di S. aureus
Resistenza
β-lattamasi codificate da DNA plasmidico: Trasmissione verticale ed orizzontale
Mutazioni cromosomiche delle transpeptidasi (MRSA)
Sinergismo con aminoglicosidi
La maggior parte con eliminazione renale
Tossicità
Reazioni di ipersensibilità dovute a coniugazione AB con proteine
2008© J.F. DESAPHY
Reazioni di ipersensibilità da β-lattamici
penicilline
H
N
R
R
S
O
coniugazione
NH
O
N
O
O
COOH
S
NH HN
..
NH2
proteina
COOH
proteina
β-lattamico
coniugazione
proteina
aptene
reazione allergica
2008© J.F. DESAPHY
Inibitori della β-lattamasi
aumentare l’efficacia degli antibiotici β-lattamici
Acido clavulanico
sulbactam
Tazobactam
β-lattamasi
Esempio: Augmentin
combinazione di amoxicillina e acido clavulanico
2008© J.F. DESAPHY
Inibitori della Transpeptidasi
Gruppi
Principali
rappresentanti
1° gruppo Penicillina G
(benzilpenicillina)
Penicillina V
(fenossimetilpenicillina)
Som.
Principali bersagli
e.v.
cocchi gram-positivi
penicilline
sensibilità
β-lattamasi
++
pneumococco, S. pyrogenes
per Os
cocchi gram-negativi
Neisseria meningitidis
bacilli gram-positivi
Clostridium
spirochete
sifilide, Leptospira
2° gruppo oxacillina, cloxacillina,
dicloxacillina, nafcillina,
meticillina
e.v.
i.m.
per Os
cocchi gram-positivi
3° gruppo ampicillina, amoxicillina
e.v.
per OS
cocchi gram-positivi
cocchi gram-negativi
--
Staphylococcus aureus
(MRSA trattati con vancomicina)
+++
N. gonorrhoeae, N. meningitidis
bacilli gram-negativi
E. Coli, H. influenzae
4° gruppo carbenicillina, piperacillina, e.v.
ticarcillina, mezlocillina
Ampio spettro ma uso ristretto
+++
Pseudomonas aeruginosa
2008© J.F. DESAPHY
Inibitori della Transpeptidasi
Gruppi
Principali
rappresentanti
1° gruppo Penicillina G
(benzilpenicillina)
Penicillina V
(fenossimetilpenicillina)
penicilline
Som.
Principali bersagli
sensibilità
β-lattamasi
e.v.
i.m.
per Os
cocchi gram-positivi
++
pneumococco, S. pyrogenes
cocchi gram-negativi
Neisseria meningitidis
bacilli gram-positivi
Clostridium
spirochete
sifilide, Leptospira
2° gruppo oxacillina, cloxacillina,
dicloxacillina, nafcillina,
meticillina
e.v.
i.m.
per Os
cocchi gram-positivi
3° gruppo ampicillina, amoxicillina
e.v.
per OS
cocchi gram-positivi
cocchi gram-negativi
rgato
a
l
l
a
e
n
’azio
d
o
r
t
t
e
Sp
4° gruppo carbenicillina, piperacillina, e.v.
ticarcillina, mezlocillina
Staphylococcus aureus
nte
Resiste -- masi
ta
alle β-la
(MRSA trattati con vancomicina)
+++
N. gonorrhoeae, N. meningitidis
bacilli gram-negativi
E. Coli, H. influenzae
Ampio spettro ma uso ristretto
+++
onas
m
o
d
u
e
Anti-ps 2008© J.F. DESAPHY
Pseudomonas aeruginosa
Inibitori della Transpeptidasi
cefalosporine
Generazione
Principali
rappresentanti
Som.
Principali bersagli
sensibilità
β-lattamasi
1a
cefazolina
cefalexina
cefalotina
ecc...
e.v.
per Os
gram-positivi
bacilli gram-negativi
++
2a
cefuroxima
cefotetan
cefoxitina
cefamandolo, ecc...
e.v.
i.m.
per Os
3a
ceftazidima
parenterale
ceftriaxone
cefotaxima, ecc…
cefixima
per os
4a
cefepima
E. Coli, Proteus mirabilis
Klebsiella pneumoniae
parenterale
Come sopra
+ più efficaci su
gram-negativi
+/-
Pseudomonas aeruginosa
+/N. gonorrhoeae, Borrelia burgdorferi
H. influenzae, Neisseria
gram-negativi
-
Terza e quarta generazioni sono più idrofobiche, raggiungendo il SNC più facilmente
Reazioni di ipersensibilità non crociate con penicilline nel ∼90% dei casi
Cefamandolo, cefotetan, cefoperazone riducono la coagulazione (interazioni con Warfarin)
e causano intolleranza all’alcol
2008© J.F. DESAPHY
Inibitori della Transpeptidasi
Monobattami: aztreonam
nessun azione contro gram-positivi
Batteri gram-negativi, inclusi
E. coli
Neisseria meningitidis (meningite)
Neisseria gonorrhoeae (gonorrea)
Pseudomonas aeruginosis (infezioni polmonari, occhio, cute, urinarie, orecchio)
Haemophilus influenzae (infezioni vie aeree, meningite, artrite, ecc…)
Somministrazione parenterale
Effetti avversi: vomito, nausea, diarrea, crampi addominali
Reazioni di ipersensibilità non crociate con penicilline e cefalosporine
Interazioni con gli anticoagulanti
Resistente a molte β-lattamasi
2011© J.F. DESAPHY
Inibitori della Transpeptidasi
Carbapenemi: imipenem e meropenem
Infezioni generiche
profilassi chirurgica
imipenem
meropenem
Ampio spettro d’azione contro gram-positivi e gram-negativi
Inefficaci contro Legionella e MRSA
Imipenem in associazione con cilastatina, inibitore della diidropeptidasi,
enzima renale inattivante
Meropenem non inattivato dalla diidropeptidasi
Somministrazione parenterale
Tossicità: Nausea, cefalea, esantema, vomito, sordità
Reazioni di ipersensibilità
Meropenem: convulsioni dose-dipendenti
2011© J.F. DESAPHY
Farmaci inibitori della parete batterica
INIBITORI DELLA SINTESI DEI MONOMERI DI MUREINA
fosfomicina, fosfodomincina
D-cicloserina
bacitracina A
INIBITORI DELLA POLIMERIZZAZIONE DELLA MUREINA
vancomicina, teicoplanina
INIBITORI DELLA TRANSPEPTIDASI: β-lattamici
penicilline, cefalosporine,
monobattami, carbapenemi
ANTIBIOTICI SURFATTANTI
Polimixina B, colistina
ANTI-MICOBATTERI
isoniazide, etambutolo, pirazinamide
2008© J.F. DESAPHY
Antibiotici Surfattanti
2011© J.F. DESAPHY
Antibiotici polipetidici ciclici surfattanti (Bacillus polymyxa)
colistina
polimixina B
Legame ai lipopolisaccaridi della parete dei GRAM-negativi
Coda idrofobica funziona da detergente: distruzione delle membrane
Battericida
Somministrazione per Os (infezioni intestinali), topica, o endovenosa
Colistimethate sodium (profarmaco di colistina) per via aerosol
Spettro ristretto ai bacilli Gram-negativi (E. Coli, Enterobacter, ecc...)
Usato in politerapia
Effetti avversi
Nefro e neurotossicità (blocco sinapsi nicotinica): restrizione dell’uso sistemico
Resistenza
Resistenza dovuta a modificazioni dei lipopolisaccaridi
Farmaci inibitori della parete batterica
INIBITORI DELLA SINTESI DEI MONOMERI DI MUREINA
fosfomicina, fosfodomincina
D-cicloserina
bacitracina A
INIBITORI DELLA POLIMERIZZAZIONE DELLA MUREINA
vancomicina, teicoplanina
INIBITORI DELLA TRANSPEPTIDASI: β-lattamici
penicilline, cefalosporine,
monobattami, carbapenemi
ANTIBIOTICI SURFATTANTI
Polimixina B, colistina
ANTI-MICOBATTERI
isoniazide, etambutolo, pirazinamide
2008© J.F. DESAPHY
Farmaci anti-micobatteri
micobattericidi
isoniazide
pirazinamide
micostatico
Acidi micolici
etambutolo
Utilizzati per Os in combinazione
Resistenza frequente
Sinergismo
Reazioni avversi
Etambutolo
Neurite del nervo ottico
(controlli oftalmici)
Pirazinamide
Artralgia, iperuricemia
Isoniazide
Epatite, neuropatia periferica
arabinogalattano
mureina
MICOBATTERI
Resistenza cromosomica
Bersaglio per etambutolo
Enzima attivante per Isoniazide
tubercolosi
etambutolo
Isoniazide inibitore enzimatico
Interazioni con farmaci
2008© J.F. DESAPHY
Farmaci anti-micobatteri
TUBERCOLOSI: Prevenire l’insorgenza di resistenza
Resistenza dovuta a mutazioni
enzimi metabolizzanti (isoniazide)
bersaglio terapeutico (etambutolo)
mutazioni inattivanti
ATTIVAZIONE METABOLICA
pirazinamide
X
isoniazide
catalasi-perossidasi
micobatterica
X
FAS1
AcetilCoA
FAS2
acidi grassi
acido micolico
parete micobatterica
2008© J.F. DESAPHY
Reazione idiosincrasica all’Isoniazide
Farmacogenetica della N-acetiltrasferasi 2 (NAT2)
Numero di soggetti (%)
Concentrazione plasmatica di isoniazide 6 ore dopo una somministrazione orale di
isoniazide alla dose di 71 µmol/kg.
acetilatori veloci
isoniazide
acetilatori lenti
da Farmacologia 2a ed., Rang et al.,
Casa Editrice Anbrosiana, 2001
Il grafico mostra una distribuzione bimodale della popolazione attorno a due
concentrazioni medie di farmaco di circa 10 e 30 µmol/L.
La distribuzione bimodale è dovuta alla presenza di un polimorfismo nell’enzima NAT2.
Vengono definiti due fenotipi: acetilatori lenti e acetilatori veloci
2008© J.F. DESAPHY
Concentrazione plasmatica di salicilato (aspirin) 3 ore dopo una somministrazione
orale di salicilato di sodio alla dose di 0.19 mmol/kg.
Numero di soggetti (%)
salicilato
da Farmacologia 2a ed., Rang et al., Casa Editrice Anbrosiana, 2001
Il grafico mostra una distribuzione normale della popolazione attorno ad una
concentrazione media di farmaco di circa 200 µmol/L.
Le variazioni attorno alla media sono determinate principalmente da fattori fisiologici
che influenzano la farmacocinetica
2008© J.F. DESAPHY
Reazione idiosincrasica all’Isoniazide
Numero di soggetti (%)
Farmacogenetica della N-acetiltrasferasi 2 (NAT2)
isoniazide
O
N
acetilatori veloci
acetilatori lenti
acetil-CoA
N
H
CoA
NH2
H2N
acetilidrazine
isoniazide
acetilatori lenti
Concentrazione maggiore di isoniazide
Risposta terapeutica migliore
Neuropatia periferica
CH3
O
NAT-2
(-)
O
H
N
OH
N
acido isonicotinico
(+)
acetilatori veloci
Concentrazione ridotta di isoniazide
Risposta terapeutica minore
Concentrazione maggiore di acetilidrazine
Epatotossicità
2008© J.F. DESAPHY
FINE
2008© J.F. DESAPHY
