ISTAMINA E RECETTORI ISTAMINERGICI β NH2 α H N τ N π L'Istamina è un ammina biogena molto diffusa nell'organismo ed è contenuta nei mastociti dove viene sintetizzata e conservata. La sua concentrazione è particolarmente elevata (circa 1mg/100gr di tessuto) nella mucosa intestinale, nella cute e nei polmoni. E' definita un ormone locale o autacoide. Principalmente nota per il suo intervento nei fenomeni dell'allergia e dell'anafilassi, l'Istamina svolge altre importanti funzioni quali: contrazione della muscolatura liscia (bronchi, stomaco, intestino) aumento della permeabilità vascolare aumento della secrezione di succo gastrico diminuzione della pressione capacità di stimolare i battiti del cuore Istamina (HA) Recettore H1 NH2 HN N Recettore H2 Recettore H4 Presinaptico Allergie Secrezione acida gastrica Sistema immunitario Postsinaptico H1 L-His HA H3 HA H2 H4 Biosintesi e Metabolismo dell'Istamina COOH CH2CHNH2 N H N L-Istidina Istidina decarbossilasi Decarbossilasi degli Aminoacidi Aromatici CH2CH2NH2 H N N Istamina Diamina ossidasi (istaminasi) CH2COOH N H N CH2CH2NH2 N Me Acido Imidazolacetico Indoliletilammina N-Metiltransferasi Istamina Metiltransferasi N H Nτ-Metilistamina Fosforibosilfosfato transferasi CH2CH2NHCH3 N N Nα-Metilistamina + Monoammina ossidasi OH HO P O CH2COOH CH2 H N O N Me H H H HO OH Acido Imidazolacetico ribosil fosfato CH2CH2NH2 CH2COOH O N N Acido Nτ-Metil imidazolacetico N N CH3 Nπ-Metilistamina Rilascio dell'Istamina COO H3N NHSO3 H3N OSO3 Proteina Eparina La maggior parte dell'istamina è conservata sotto forma di granuli nei mastociti (basofili nel sangue). COO H3N Istamina COO H3N 5-HT H3N GRANULO Il complesso Eparina-Proteina-Istamina agisce come una resina a scambio ionico. Proteina COO + Na NH3 Istamina GRANULO GRANULO Eparina NH3 Eparina Proteina + Istamina COO Na TIPO DI ATTIVATORE ESEMPI - Danneggiamento tessuto Meccanico, chimico, calore - Macromolecole complesse Veleni di serpente e vespa, Tossine batteriche - Polimeri ad alto peso molecolare Destrano - Detergenti e Agenti di superficie Sali biliari - Farmaci a carattere basico Atropina, Morfina, Tubocurarina 1948 Recettori H1 Recettori non-H1 (H2) Mediano la risposta contrattile della muscolatura liscia dell'ileo di cavia e dei bronchi. Mediano la stimolazione della secrezione acida dello stomaco. Mediano la stimolazione del battito dell'atrio destro di cavia. permeabilità capillare Ipotensione: H1 + H2 1983 Recettori H3 Recettori presinaptici dei neuroni istaminergici dove modulano la sintesi ed il rilascio di Istamina. La loro attivazione riduce la concentrazione di Istamina nella giunzione sinaptica. I recettori H3 inibiscono anche il rilascio di altri neuromediatori (Ach, NA, D, 5-HT). RECETTORI DELL’ISTAMINA 1948 1983 (1999) 2001 H4 Nomenclatura H1 H2 H3 Agonisti selettivi 2-(m-fluorofenil)istamina* Dimaprit Impromidina R-α-metilistamina Imetit Antagonisti selettivi Mepiramina Triprolidina Ranitidina Tiotidina Tioperamide Iodofenpropit Clobenpropit Radioligandi [3H]mepiramina [125I]iodobolpiramina [3H]Tiotidina [3H]R-α-metilistamina [3H]N-α-metilistamina Effettori predominanti IP3/DG cAMP Gene h1 h2 Informazioni Strutturali 491 aa bovino 486 aa ratto 488 aa cavia 359 aa uomo 359 aa cane 358 aa ratto *Agonista parziale clonato cAMP CARATTERISTICHE DEI RECETTORI DELL’ISTAMINA • • • • H1 Acido aspartico 107 di TM3 che lega il gruppo amminico asparagina 207 di TM5 forma legame a H con Nτ dell’istamina Treonina 174 di TM5 (corrisponde all’acido aspartico 186 di H2) che dà legame a H sia donor che acceptor (non discrimina i due tautomeri) non è essenziale al binding dell’istamina. Lisina 200 di TM5 (coinvolta nel processo di attivazione del recettore) molto importante nel binding di antagonisti zwitterionici H2 • Acido aspartico 98 di TM3 che lega il gruppo amminico (essenziale sia per il binding che per l’efficacia) • Acido aspartico 186 di TM5 che forma coppia ionica con Nτ (essenziale per la selettività H2) • Treonina 190 di TM5 dà legame a H con Nπ del recettore (importante per il binding ma non per la selettività). Importante la presenza dei due atomi di azoto del nucleo imidazolico H3 • Acido aspartico 114 di TM3 che lega il gruppo amminico (essenziale sia per il binding che per l’efficacia) • Glutammato 206 di TM5 forma legame H con NH imidazolo (molto importante per il binding). H4 • Acido aspartico 94 di TM3 che lega il gruppo amminico • Acido glutammico 182 di TM5 che forma coppia ionica con Nτ Treonina 178 o Serina 179 di TM5 che dovrebbero dare legame a H con Nπ non sono significativamente coinvolti né nel binding né nell’attivazione del recettore. Queste caratteristiche ricordano quelle di H1 E’ localizzato in tessuti che sono coinvolti in processi immunologici Numerazione per i derivati dell’istamina Interazione proposta dell’Istamina con il recettore H2 DIFFERENTI SPECIE CHIMICHE DELL'ISTAMINA Legami semplici che permettono rotazione NH2 CH2 H N CH2 N Atomo di azoto basico che possiede un doppietto elettronico disponibile e può essere protonato Lo spostamento del protone consente il tautomerismo Specie Effetto Causa Ioni Differiscono nella posizione dell'idrogeno e della carica Atomi di azoto basici Tautomeri Differiscono nella posizione dell'idrogeno e del doppietto elettronico disponibile L'anello imidazolico ha un N: e un NH Conformeri Differiscono nella forma I legami semplici nella catena laterale danno flessibilità Equilibri ionici e tautomerici tra le diverse specie dell'istamina CH2CH2NH3 H N N H Dicatione 2.5% CH2CH2NH3 CH2CH2NH3 Kt1 H N N N τ N H Monocatione tautomero N -H Monocatione tautomero Nπ-H 79% 18.5% H H CH2CH2NH2 CH2CH2NH2 Kt2 H N N N τ Specie non carica tautomero N -H N N H Monocatione imidazolio H π 1% Specie non carica tautomero N -H CH2CH2NH2 CH2CH2NH2 H N N N Anione La deprotonazione della catena laterale del dicatione fornisce il monocatione imidazolio che pure è presente in soluzione, ma ad una concentrazione molto bassa. A pH molto alto (>12) si formerebbero anche significative quantità dell'anione. NH3 N N H 5.80 9.40 NH3 H N N Dicatione NH2 N H N H Monocatione Base non carica NH2 R τ H N N R % Nτ-H Attività H2 (Atrio) H 71 100 CH3 80 43 Cl 12 11 Br 10 9 NO2 0.9 0.6 La sostituzione dell'anello imidazolico con altri nuclei eterociclici porta ad una diminuzione dell'attività. In alcuni casi si è osservata una rilevante selettività! NH2 N Isomero 2: Agonista H1 Isomero 3: Inattivo Isomero 4: Inattivo Betaistina Agonista H1 - Vasodilatatore periferico N NHCH3 NH2 S Agonista H1 N La tautomeria dell'anello imidazolico non è importante per l'attivazione del recettore H1 mentre è fondamentale nell'attivazione del recettore H2. H H N Conformazione planare (eclissata) θ1 = 180°, θ2 = 0° θ1 4 H 5 α H H Conformazione trans (estesa) θ2 = 180° (antiperiplanare) H H N H H H Im N NH3 H NH3 H H H Conformazione gauche (piegata) θ2 = 60° o 300° (sinclinale) H H N H N H H H3N H H Im N H H3N H N H H H3N H θ2 β N H H H H H H N H FARMACI ISTAMINERGICI Agonisti AZIONE DIRETTA Antagonisti AZIONE INDIRETTA Inibizione del rilascio o della biosintesi dell'istamina AZIONE USO TERAPEUTICO ESEMPIO AGONISTA 1. Diagnosi funzionalità gastrica 2. Vasodilatazione periferica Betazolo ANTAGONISTA BLOCCO DEL RILASCIO Betaistina 1. Antiallergico Prometazina 2. Antiulcera Cimetidina 3. Trattamento malesseri da mozione (Antinausea) Ciclizina 1. Antiasma Cromoglicato sodico Agonisti dell'Istamina Gli agonisti dell'istamina hanno un uso clinico limitato. Sono impiegati come mezzi diagnostici per valutare la funzionalità gastrica e come vasodilatatori periferici. Sono inoltre importanti per lo studio delle relazioni struttura-attività. Attività di METILISTAMINE [Istamina = 100] valutate in vitro nell'ileo (H1), nell'atrio (H2) e nella corteccia cerebrale di ratto (H3) α N NH2 β τ H 4 N 2 N NH2 α τ π 4 N 2 N π H CH3 H1 H2 H3 π <0.01 <0.1 <4 2 16 4.4 <0.08 τ 0.42 <0.1 <4 4 0.5 57 <0.008 β(+) 0.83 0.89 300 α(+) 0.36 0.74 - α(+)-S 0.49 1.7 13 α(-)-R 0.49 1.0 1550 Nα 72 74 270 H N H Impromidina H N Agonista H2 Debole antagonista H1 N CH2 CH2 CH2 N CH2 CH2 S N C N CH2 H N H3C H Attività di alcuni agonisti misurata su ileo di cavia (H1), secrezione gastrica nel ratto (H2) e corteccia cerebrale di ratto (H3) Agonisti H1-selettivi Agonista H1 H2 H3 Istamina 100 100 100 16.5 2.0 <0.08 5.6 0.2 - 8.0 0.2 Antagonista 26 0.3 <0.008 NH3 H N N H3C NH3 N NH2CH3 N NH3 S N Agonisti H2-selettivi Agonista H1 H2 H3 Istamina 100 100 100 0.23 39 <0.008 H3C NH3 H N N NH3 selettivo N S Dimaprit <10-4 20 <0.008 Impromidina Antagonista 1680 Antagonista Agonisti H3-selettivi Agonista H1 H2 H3 Istamina 100 100 100 0.49 1.0 1550 * NH3 H N N CH3 (R)-α-Metilistamina Dimaprit E' meno potente dell'istamina a livello dei recettori H2 ed è praticamente inattivo a livello dei recettori H1. Mostra quindi un'elevata selettività verso i recettori H2. H2N CS(CH2)3NH(CH3)2 H2N Dicatione 87% k1 k2 H2N Kt CS(CH2)3NH(CH3)2 H2N CS(CH2)3N(CH3)2 H2N HN Monocatione 7.5% Monocatione 5.4% k3 k4 H2N CS(CH2)3N(CH3)2 HN Specie non carica 0.2% Monocationi confrontabili H2N H H H N SCH2CH2CH2N CH3 CH2CH2N CH3 HN CH3 CH3 N Nα,Nα-Dimetilistamina Dimaprit Tautomerismo H H N H N SCH2CH2CH2NH(CH3)2 H SCH2CH2CH2NH(CH3)2 N H N H H N N CH2CH2NH(CH3)2 N CH2CH2NH(CH3)2 N H Legame ad idrogeno (Durant et al.) NH(CH3)2 NH(CH3)2 S B H N N H H H-A B H N N H-A Legame ad idrogeno (dopo Green et al.) NH(CH3)2 NH(CH3)2 H H N Sito II N S H H Sito III H N Sito II N H Sito III Interazione dell'Istamina e del 5-(2-Aminoetil)-tiazolo con il recettore H2 5-(2-Aminoetil)-tiazolo Istamina Sito IV Sito IV Sito I - Z - Z NH3 Sito III Sito I NH3 Sito III X X H N S H Sito IV Sito II Y Sito I NH3 Sito III X X N H S Y NH3 Sito III N H Sito II Y Sito IV Sito I - Z N H Sito II Sito IV Sito I - Z NH3 Sito III X X H H Z NH3 Sito III N Sito IV Sito I - Z N Sito II Y N S Y Sito II H N N H Y Sito II Regione accettrice di protoni e regione per l'interazione elettrostatica di agonisti con il recettore H2 Sito III donatore di protone H Sito I NH3 X H Regione per interazione elettrostatica / formazione di legame ad idrogeno Regione accettrice di protone HO - OH SitoII carico negativamente accettore di protone Requisiti chimici funzionali dell'istamina come agonista ai recettori H1 e ai recettori H2 Recettori H1 CH2 N H CH2 N 1. Catena laterale cationica e gruppo N+-H. 2. Anello eterociclico con un N: basico (con un doppietto elettronico disponibile) in posizione orto. 3. Rotazione dell'anello (dinamica), o possibile conformazione essenziale (statica). Recettori H2 N H CH2 CH2 N H N 1. Catena laterale cationica e gruppo N+-H. 2. Tautomero Nτ-H e sistema amidinico. τ 3. Il tautomero imidazolico N -H può essere coinvolto in legami ad idrogeno bifunzionali: a) legame ad H statico B H CH2CH2NH3 N H-A N b) o funzione dinamica nel trasferimento di un protone CH2CH2NH3 B H N N H-A CH2CH2NH3 B-H N N H A Sommario dei risultati delle relazioni struttura-attività (SAR) CH2 NHRR' HN CH2 X CH2 N NHRR' CH2 N Catena flessibile SAR per Agonisti al recettore H1 Catena flessibile SAR per Agonisti al recettore H2 proposto Interazioni di legame con il recettore H1 e con il recettore H2 HN HN CH2 CH2 NH3 CH2 CH2 NH3 N N RECETTORE H1 CH3 RECETTORE H2 Ingombro sterico CH2 NH3 HN CH3 HN CH2 CH2 N N CH2 NH3 ANTAGONISTI DELL’ISTAMINA Le azioni fisiologiche dell’Istamina possono divenire patologiche e necessitano quindi di essere controllate. Due sono i casi in cui è necessario intervenire per bloccare gli effetti dell’Istamina: 1. Reazioni di tipo allergico Es: rinite, asma, orticaria, allergia da farmaci, febbre da fieno, shock anafilattico, dermatiti, ecc… 2. Eccessiva produzione di acidità gastrica Es: ulcera gastrica e duodenale. Queste due azioni patologiche dell’Istamina sono dovute all’interazione del mediatore naturale con i recettori H1 e H2. ANTAGONISTI H1-ISTAMINERGICI (Antiallergici) Agenti estranei di vario tipo possono entrare nell’organismo attraverso le seguenti vie: 1. Per inalazione (polline, polveri, vapori). Viene colpito l’apparato respiratorio e si possono avere asma e raffreddore allergico. 2. Per ingestione (alimenti, farmaci). Viene colpito l’apparato digerente l’insorgenza di coliti. con 3. Per contatto (polveri, vapori, sostanze chimiche, detersivi, tessuti, ecc.). Vengono interessate la cute e le mucose e gli effetti sono: prurito, orticaria, dermatiti, congiuntiviti, ecc. 4. Per iniezione (sieri, farmaci). Vengono interessati lo strato sottocutaneo, vasi sanguigni, organi interni. Si può scatenare lo shock anafilattico severo. 5. Per assorbimento (tossine, prodotti metabolici di parassiti). Vengono interessati gli organi interni con manifestazioni di vario tipo. Antigene (Allergene) Antigene-Ig Anticorpi (Ig) Interazione Cellule bersaglio MASTOCITI BASOFILI PIASTRINE Secrezione ISTAMINA 5-IDROSSITRIPTAMINA (5HT) Mediatori PGE2, PGF2α SRS-A (Slow Reacting Substance of Anaphylaxis) BRADICHININA Aumentata Permeabilità Capillare Edema Ipotensione Contrazione Muscolatura Liscia Arg-Pro-Pro-Gly-Phe-Ser-Pro-Phe-Arg Bradichinina NH2 HO O COOH N H 5-HT HO OH SRS-A - Impieghi Gli antiistaminici H 1 sono impiegati nel trattamento dell reazioni allergiche, delle reazioni di ipersensibilità del 1° tipo (rinite allergica, congiuntiviti allergiche, dermatosi allergiche, prurito, orticaria, febbre da fieno, ecc.), nelle cinetosi (mal d'auto, di mare, capogiri, vertigini, ecc.). - Farmacocinetica e metabolismo Sono facilmente assorbiti ed hanno un "onset" abbastanza rapido (circa 20 min.). Non sono metabolizzati nel tratto gastrointestinale e pertanto possono essere somministrati per via orale. Sono escreti, in parte inalterati (circa 10%), principalmente come metaboliti di N-demetilazione, rottura di legami eterei, ossidrilazione di anelli, degradazione di catene laterali. Esempio Inalterata N N CH3 N N H Inattiva Ciclizina NH CH2 CH2 NH2 Inattiva - Effetti collaterali Sul S.N.C. (sedazione, azione antiemetica) Queste sostanze inducono sedazione e sonnolenza con perdita della concentrazione mentale. Questi effetti variano con l'età: nei bambini si ha agitazione anzichè sedazione; negli adulti si ha aggressività che può essere ridotta con benzodiazepine. Sui recettori colinergici (effetti antimuscarinici: inibizione della peristalsi, tachicardia, secchezza delle mucose) Sviluppo di antagonisti H1-Istaminergici PROTOTIPO INIZIALE es. Piperossano - bassa potenza, bassa efficacia; - non utilizzato in clinica PRIMI ANTIISTAMINICI es. Difenidramina, Clorfeniramina; - alta potenza, alta efficacia - significativi effetti collaterali sedativi e anticolinergici MODERNI ANTIISTAMINICI es. Terfenadina, Astemizolo - alta potenza, alta efficacia - trascurabili effetti collaterali sedativi e anticolinergici - evidente potenziale di effetti collaterali a livello cardiaco O O N PRIMI ANTIISTAMINICI es. Ketotifene, Oxatomide - alta potenza, alta efficacia - inibizione del rilascio di istamina - ridotti effetti collaterali sedativi e anticolinergici MODERNI ANTIISTAMINICI es. Cetirizina, Loratidina - alta potenza, alta efficacia - trascurabili effetti collaterali sedativi e anticolinergici - basso potenziale di effetti collaterali a livello cardiaco FUTURI ANTIISTAMINICI - alta potenza, alta efficacia * alta disponibilità tissutale * ampio spettro di attività * trascurabili effetti collaterali RELAZIONI STRUTTURA-ATTIVITA' Un numero elevato di composti ad elevata attività antiistaminica H1 possono essere inquadrati dalla formula generale: Ar1 R1 X (CH2)n Ar2 N R2 Questa formula generale ricorda quella degli antimuscarinici. Non a caso l'attività antiistaminica H1 è spesso accompagnata da attività anticolinergica. In aggiunta la suddetta formula può rappresentare quella di anestetici locali e di alcuni farmaci del sistema nervoso centrale per cui queste azioni possono essere effetti secondari degli antiistaminici H1. Ar1: Aromatico o Eteroaromatico con svariati sostituenti Ar2: Aromatico o Arilmetilico X: N ; CH O ; CH R1, R2: quasi sempre CH3 (con C2H5 si potenzia l'attività antimuscarinica). L'azoto può essere inglobato in un sistema ciclico. E' quasi sempre un azoto terziario, ma esistono esempi di azoto quaternario. n: generalmente 2 A seconda della natura di X, gli anti-H1, dal punto di vista chimico, si dividono in : 1. Derivati etilendiamminici e piperazinici (X = NH) 2. Derivati dell'etanolammina (X = O) 3. Derivati propilamminici (X = CH) 4. Derivati fenotiazinici o triciclici R CH2 N N CH3 CH N CH3 N CH3 N R = OCH3 Mepiramina (Neoantergan) R=H Ciclizina Tripelenammina (Piristina) 1 1 Cl H N O CH3 H N CH3 N Difenidramina Clorfeniramina 2 3 S N CH2 CH N CH3 Prometazina 4 CH3 CH3 CH3 CH3 R CH3 N CH2 N CH3 R'CH2 R CH2 R' Nome d'uso Antergan Metafenilene S Piristina N Neoantergan H3CO N Metapirilene N S N O Metafurilene N Tonzilammina N H3CO L'atomo di azoto può essere inserito in un ciclo: O CH N N N N CH2 N H3CO OH H Cl Antazolina Idrossiciclizina CH3 O CH2 CH2 N CH3 Cl Clemastina o Taregil STEREOCHIMICA La stereochimica ha un ruolo importante nel determinare l'attività dei composti: pA2 (ileo di cavia) H3C N 9.94 H N Trans 1150 Triprolidina N N 6.88 H H3C Cis pA2 E.R. Cl Eutomero (+)-(S): 9.30 (-)-(R): 7.84 H 29 CH3 N CH3 N In vivo il rapporto eudismico (E.R.) è >200 Clorfenamina (Polaramin) H3C H O N CH3 CH3 Eutomero (+)-(R): 8.76 (-)-(S): 6.87 78 Neobenodina Cl * O . N CH3 . . (*R, .R): 9.40 (*S, .S): 7.99 (*R, S): 9.45 (*S, R): 8.57 CH3 Clemastina L'eutomero di Clorfeniramina e Neobenodina presenta la medesima disposizione spaziale dei gruppi attorno al centro stereogenico. La diversa notazione (S) ed (R) è dovuta alle regole di priorità di Kahn-Ingold-Prelog. GEOMETRIA DEGLI ANTAGONISTI H1 BASATA SULLE STRUTTURE CRISTALLINE A d1 = 6.20 A° N d3 = 4.90 A° B d2 = 5.3-6.8 A° B ANTAGONISTI H1 di seconda generazione Sono stati scoperti casualmente negli anni ’80. Sono privi degli effetti collaterali sedativi a livello del sistema nervoso centrale che caratterizzano gli anti H1 classici per cui sono dotati di proprietà cliniche migliori. Sono caratterizzati da: Ñ affinità relativamente bassa per i recettori H1 centrali Ñ scarsa capacità di superare la barriera ematoencefalica e di penetrare nel SNC Ñ maggiore specificità per i recettori H1 Ñ minore interazione con i recettori muscarinici e quindi ridotta attività anticolinergica Ñ diminuita affinità per i recettori adrenergici e serotoninergici. Quindi sono composti con limitati effetti sul SNC, mentre possiedono un effetto anti H1 selettivo a livello periferico. ANTAGONISTI H1 di seconda generazione TERFENADINA CH3 CH3 CH3 N OH HO E’ nata casualmente dal tentativo di trovare una molecola con attività neurolettica. In realtà si è arrivati ad un composto con proprietà anti H1 e praticamente privo degli effetti sul SNC tipici degli antistaminici classici. Possiede però effetti avversi sulla conduzione miocardica. ASTEMIZOLO N N N H N L N N OCH3 N R R1 R2 F E’ un potente antagonista H1 non sedativo, a lunga durata d’azione e con scarso o nullo effetto anticolinergico. E’ stato sviluppato nel corso degli studi su una serie di derivati del 2ammino-benzimidazolo. Viene metabolizzato lentamente e completamente per idrossilazione aromatica e soprattutto dealchilazione ossidativa. I metaboliti sono farmacologicamente attivi e probabilmente contribuiscono a prolungare l’azione antistaminica. La scarsa attività sul SNC sembra sia dovuta alla scarsa penetrazione dei suoi metaboliti attraverso la barriera ematoencefalica. CH3 CH3 CH3 H N N N N N OH OCH3 HO F Astemizolo Terfenadina P450 P450 N N COOH CH3 CH3 H N N NH OH HO F Norastemizolo MDL16,455 (Fexofenadina) ANTAGONISTI H1 di seconda generazione O Cl O N O Cl OH N N O OH N Cetirizina Levocetirizina Cl N R N Loratadina R = COOEt Desloratadina R = H La Desloratadina non blocca i canali del potassio cardiaci e quindi ha un profilo di sicurezza maggiore rispetto alla Loratadina. Relazioni strutturali tra antiistaminici potenzialmente cardiotossici e i loro metaboliti antiistaminici non-cardiotossici Antagonisti H1 SENZA potenziali effetti cardiaci avversi Antagonisti H1 CON potenziali effetti cardiaci avversi Gruppi farmacofori di antagonisti H1 Porzione CON potenziale tossicità cardiaca Gruppi farmacofori di antagonisti H1 Porzione SENZA potenziale tossicità cardiaca CH3 CH3 CH3 COOH CH3 CH3 N N OH HO Terfenadina H N N HO N N N F metabolismo H N N N MDL16,455 H N NH N OCH3 metabolismo Astemizolo N OH metabolismo Norastemizolo F OH O F O N OH N N Cl OH N metabolismo Idrossizina O Cetirizina Cl O O N Ebastina metabolismo O O N Carebastina COOH ANTIISTAMINICI H1 PIU' UTILIZZATI 1- Derivati etilendiamminici (Piperazinici) Sono prodotti che hanno un periodo d'azione variabile e che vengono utilizzati nella prevenzione delle cinetosi. CICLIZINA (Ciclergot, Marzine, Motozina) O 1. H N H rid. H HCl OH Cl H N CH3 N N CH3 .HCl 2. HCl OXATOMIDE (Tinset) O CH N N (CH2)3 N N H Differisce dagli antiistaminici classici per il diverso sostituente sull'atomo di azoto piperazinico. TRIPELENAMINA (Piristina, Sedilene) CHO HCOOH NHCH2 A N NH2 Cl(CH2)2N(CH3)2 N NH CH2 CH2 N(CH3)2 B A + Cl CH2 CH2 N(CH3)2 N B N CH2 CH2 N(CH3)2 Cl + La Tripelenamina provoca sonnolenza e disturbi gastro-intestinali. 2- Derivati dell'etanolammina Sono prodotti dotati di notevole azione sedativa usati nelle cinetosi. Oltre agli effetti collaterali sul S.N.C. possiedono una significativa componente antimuscarinica. DIFENIDRAMINA (Allergan, Benadryl, Nisidina) Br2 rad. Br HO N(CH3)2 CH3 H N O CH3 3- Derivati propilamminici Sono prodotti che vengono utilizzati anche come singoli isomeri (Polaramin). CLORFENAMINA (Clorten, Trimeton) Cl CN KCN CN + N Cl Cl Cl Cl N(CH3)2 NC N NaNH2 Cl N NaNH2 N(CH3)2 N(CH3)2 N H+ -CO2 Cl Cl 4- Derivati fenotiazinici e triciclici PROMETAZINA (Fargan) Cl S N S ∆ + H3C CH CH2 N(CH3)2 N H H NaNH2 S N N CH3 CH3 CH3 CHETOTIFENE (Totifen, Zatiden) E' un composto antagonista H1 utilizzato come antiasmatico. O S N CH3 CIPROEPTADINA (Periactin) E' un composto antagonista H1, ma è anche un antagonista della serotonina (5-HT2A). Provoca un aumento di peso e di statura nei bambini per interazione con l'ormone della crescita. N .HCl CH3 MgCl 1. NBS 2. N(C2H5)3 + N O O CH3 -H2O HO N N CH3 CH3 Antiistaminici non rientranti nei gruppi precedenti TERFENADINA (Teldane) Antiistaminico H1 non sedativo. OH OH C CH3 N (CH2)3 CH C CH3 CH3 ASTEMIZOLO (Ismanal) Antiistaminico H1 non sedativo. F CH2 N NH N CH2 CH2 OCH3 N CETIRIZINA (Zyrtec) Cl CH N N CH2 CH2 O CH2 COOH EBASTINA O CH O N CH2 CH2 CH2 C CH3 C CH3 CH3 Farmaci Istaminergici ad azione indiretta TRITOQUALINA (Ipostamina) Inibisce la biosintesi dell'istamina bloccando l'enzima istidindecarbossilasi. O NH H O O H O C2H5O NH2 C2H5O OC2H5 CROMOGLICATO DI SODIO Questo farmaco viene utilizzato come antiasmatico. Non ha azione broncodilatante, ma agisce attraverso l'inibizione del rilascio di istamina e di altri autacoidi (es. leucotrieni). Deve essere impiegato a scopo profilattico. Somministrato per aerosol è assorbito per l'8% ed è sufficiente a prevenire l'attacco di asma se si ripete la somministrazione 4-5 volte al dì. Viene rapidamente eliminato nelle 24 ore. O O CH2 CH CH2 O O OH Na OOC O O COO Na Sintesi del Cromoglicato di Sodio O CH3 HO O Cl OH O CH2 CH CH2 O HO base + CH3 O 2 1 O O CH3 CH3 OH O CH2 CH CH2 O HO + OH O CH2 C COOEt O O O CH2 CH CH2 O O COOEt O O OH EtO EtO- Na+ COOC2H5 O O O O COOC2H5 1. H2O / H+ OEt O O 2. NaOH O O O O CH2 CH CH2 O O OH Na OOC O O COO Na ANTIISTAMINICI H2 (Antiulcera) 1972 SECREZIONE GASTRICA Il succo gastrico è costituito da una miscela di H2O, sali inorganici, HCl, vari polipeptidi, ... La secrezione ha luogo sia nella fase di riposo (indigestiva) che nella fase di lavoro (digestiva). Quest'ultima può essere suddivisa in tre ulteriori fasi: 1. FASE CEFALICA (Cp) (HCl, pepsinogeno, ACh, poco muco) 2. FASE GASTRICA (Gp) (HCl, pepsinogeno, gastrina, istamina) Gli stimoli arrivano dal S.N.C. attraverso il nervo vago. La stimolazione è di tipo colinergico. Inizia quando il cibo arriva nello stomaco. Può continuare per 3-4 ore. Si ha secrezione di gastrina ed istamina che stimolano la produzione di HCl. 3. FASE INTESTINALE (Ip) Vengono emessi inibitori (colecistochinina, della secrezione gastrica enteroglucagone) (enterogastroni). Anti ACh Istamina Gp Anti H2 Gastrina Gp Enterogastroni (Ip) CELLULA PARIETALE HCl C'è una costante interazione fra ACh, Istamina e Gastrina nello stimolare la produzione di HCl. ACh FARMACI CHE AGISCONO SUL TRATTO GASTROINTESTINALE SVILUPPO DI ANTAGONISTI H2 Istamina NH2 pKa = 5.74 (97% non ionizzato) H N E' la molecola modello. Si cercò di ottenere una molecola più lipofila e di modificare il gruppo NH2 NH2 Ag. parziale S C N NH NH2 NH C NH H N Nα-Guanilistamina Agonista parziale N Allungamento della catena e introduzione di un gruppo tioureico S NH C pKa = 7.25 (40% parz. ioniz.) H NHCH3 N N Il gruppo metile Burimamide E' il primo anti-H2 selettivo ed ha permesso la sottoclassificazione H1-H2. Non è però sufficientemente potente per uso terapeutico. stabilizza il τ tautomero N -H H3C pKa = 6.80 (20% ioniz.) S S H N NHCH3 S H NHCH3 N H3C N NH C N NH C N CN Metiamide E' 10 volte più attiva della Burimamide. Purtroppo causa granulocitopenia. Cimetidina (Tagamet) - 1975 Possiede attività simile alla Metiamide. Possibili tipi di legame per l'Nα-Guanilistamina Sito di legame antagonista H2N Sito di legame antagonista NH2 CH2 NH HN CH2 N HN CH2 N Sito di legame agonista CH2 NH NH2 H2N Legame dell'Istamina: solo di tipo agonista Sito di legame antagonista CH2 NH3 HN CH2 N Sito di legame agonista Sito di legame antagonista HN CH2 N CH2 NH3 HN CH2 CH2 NH3 Istamina N HN CH2 CH2 NH3 N Recettore (Inattivo) Adattamento indotto Recettore attivato Gruppo funzionale extra HN CH2 CH2 NH2 N HN CH2 CH2 NH2 N Recettore (Inattivo) Siti di legame Nessun adattamento indotto Recettore inattivo La scoperta della Cimetidina ha stimolato un intensa attività di ricerca nel settore. Attualmente si hanno a disposizione diversi antagonisti H2-selettivi che possono essere raggruppati in due classi principali: 1- Composti rappresentabili dalla seguente formula generale: ANELLO AROMATICO CATENA FLESSIBILE 2- Composti a struttura diarilica GRUPPO POLARE CAPACE DI FORMARE LEGAMI AD IDROGENO I composti della prima classe possono essere suddivisi in quattro gruppi principali a seconda dell'anello aromatico: A - DERIVATI IMIDAZOLICI H N Il prototipo di questa serie è la CIMETIDINA CH3 X =HN S N C NHCH3 N X CN B - DERIVATI DIMETILAMINOMETILFURANICI Il prototipo di questa serie è la RANITIDINA che è 4-10 volte più attiva della Cimetidina. (H3C)2N S X O X = HN C NHCH3 CHNO2 Fra gli analoghi della Ranitidina si può annoverare la NIZATIDINA che ha un anello tiazolico in luogo di quello furanico ed è 5-18 volte più attiva della Cimetidina. La sostituzione dello S con CH2 riduce di 1/3 l'attività. C - DERIVATI GUANIDINOTIAZOLICI Il prototipo di questa serie è la TIOTIDINA. S H2N N H2N N X =HN S C NHCH3 N CN X In terapia viene utilizzata la FAMOTIDINA che è circa 60 volte più attiva della Cimetidina. X= C NH2 NSO2NH2 D - DERIVATI AMINOMETILFENOSSI Il prototipo è la LAMTIDINA H3C N O X N X= N H N NH2 N Di questa serie viene usata in terapia la ROXATIDINA X= NH COCH2OCOCH3 Esempi di antagonisti a struttura diarilica sono: NHiPr N S N N NH2 H NH2 N N H3C N H N H ZALTIDINA MIFENTIDINA Non è chiaro se questi antagonisti H 2 a struttura diarilica interagiscono con lo stesso sito recettoriale della Cimetidina e dei suoi analoghi. H3C H N S N NH H N N NO2 H3C N H3C CH3 CN S N H N S N H2N N H CH3 Ranitidina Cimetidina H2N N H O H N S O S O Br Ebrotidina NSO2NH2 H2N H2N N N NH2 O H2N N N H2N S H2N H2N N N S N N H N CH3 O S H N H N CH3 N CN Relazioni struttura-attività in analoghi della Cimetidina Sono state esaminate le proprietà fisico-chimiche del gruppo polare. Sono state considerate: acidità, idrofilia, momento dipolare e geometria. I gruppi studiati sono stati: tiouree, uree, guanidine, cianoguanidine, nitroguanidine, acilguanidine cicliche. Tutti questi gruppi hanno sistemi di elettroni π planari e geometrie simili. A pH = 7.4 sono non-ionizzati. E' stata trovata una relazione fra attività antagonista e coefficiente di partizione H2O-ottanolo: -log KB = 2.0 log P + 7.4 Alcune eccezioni portarono a considerare anche il momento dipolare e fu quindi formulata la seguente equazione: Ψ θ X H C N N R H La sostituzione del gruppo cianoguanidinico della Cimetidina con gruppi basici porta ad una netta riduzione dell'attività. - log KB = 9.12 cos θ + 0.60 log P - 2.71 θ = 30° - Ψ Ψ = direzione del dipolo rispetto al legame C-N 30° = angolo ottimale Effetti dell'orientazione del momento dipolare sul legame al recettore Approccio e orientazione Approccio e orientazione O2N H N NCH3 R H O2N H Superficie del recettore NCH3 R H Superficie del recettore Siti per legami ad H Approccio e orientazione N Momenti dipolari O Approccio e orientazione N H N N R H O N N H H N Superficie del recettore Siti per legami ad H R Superficie del recettore Momenti dipolari Conformazioni del gruppo guanidinico nella Cimetidina N R N C H CN N H H N C N R CH3 Z,E CN N H CH3 E,E Sfavorita NC H N N N C R N R CH3 N H H E,Z C CN N H Z,Z Sfavorita Teoria alternativa per il legame della Cimetidina al sito agonista NC N H NC C N N R H O N CH3 X H C N N R H O X Recettore Recettore Due legami ad H separati Legami ad H clatrati non possibili CH3 HN CH2 N CH3 O2N H S CH2 CH2 N C N H CH3 H RNH X C CH2X CH2X C C C RN NHCH3 RNH NHCH3 Amidina Amidina Chetene Aminale CH3 O2N CH HN CH2 N S CH2 CH2 NH C NHCH3 Orientazione del momento dipolare θ X H N N R H NCH3 Orientazione osservata del dipolo Caratteristiche della Cimetidina - L'azoto imidazolico è protonabile: pKa = 6.80 - La lipofilia (Pottanolo/H2O) = 2.5 - Biotrasformazioni: 1) 2) 4 4 CH3 S CH2OH S O 3) C NH CH3 N NO C NH2 N 4) C N NH CH3 C N O - Effetti collaterali: Notevole effetto REBOUND Breve durata d'azione Possibili effetti anti-androgenici (ginecomastia) Effetto inibitorio sul sistema enzimatico citocromo P450 a livello epatico Ranitidina ed alcuni analoghi saggiati come antagonisti H2 in vivo come inibitori della secrezione acida gastrica stimolata dall'Istamina nel ratto anestetizzato ID50 (mgKg-1) Composto pKa = 8.44 (CH3)2NCH2 Y CH2SCH2CH2NHCNHCH3 O Ranitidina: Y = CHNO2 Y=S Y = NCN 0.18 2.32 1.39 4 3 R (CH3)2NCH2 3 R CHNO2 CH2SCH2CH2NHCNHCH3 O 4 R = CH3, R = H 3 >10 4 R = H, R = CH3 0.25 CF3CH2NCH2 S (CH3)2NCH2 N CHNO2 CH2SCH2CH2NHCNHCH3 O 0.30 CHNO2 CH2SCH2CH2NHCNHCH3 Nizatidina (5-18 volte più attiva della Cimetidina) N (CH3)2NCH2 O O S N CH2SCH2CH2NH NH2 Lupitidina O CH2R N (CH3)2NCH2 O CH2SCH2CH2NH N H KB = 17 nM R= CH3 N Donetidina R= O N H Tiotidina e Guanidinotiazoli correlati saggiati in vitro sull'atrio destro della cavia come antagonisti al recettore H2 R NH2 H2N N N S Composto R KB (µM) Tiotidina CH2SCH2CH2NHCNHCH3 0.018 (20-30 volte > Cimetidina) NCN ICI 17148 CH3 Famotidina CH2SCH2CH2CNH2 3.6 0.017 NSO2NH2 BL 6341A CH2SCH2CH2NH 0.027 NH2 N N S O CH2SCH2CH2NHCNHCH3 NH2 H2N N N NCN CH3 S N S H N N NH2 H 0.10 3-(Piperidinometil)fenossipropil derivati saggiati come H2-antagonisti in vitro sull'atrio destro della cavia N OCH2CH2CH2Z Composto KB (µM) Z H3C Lamtidina N HN N R = NH2 0.07 R = CH2OH n.c. R N Loxtidina S Zolantidina 0.035 HN N Roxatidina NHCOCH2OCOCH3 O 0.11 O BMY 25368 0.013 H2N NH2 O S BMY 25260 N N 0.04 NH NH2 Strutture diariliche saggiate come H2-antagonisti in vitro sull'atrio destro della cavia Composto KB (µM) N R R=H R = NH2 N R = NHEt N H2N 42 2.2 0.24 N H NH2 N S N NH2 N R R=H Zaltidina R = CH3 0.10 0.018 R = NH2 0.013 Y = NCN 0.002 Y=S 0.008 0.001 N H S Y H3CNHCNH N N Y = CHNO2 H2N NHR N H N N H NH2 R=H R = CH3 30 1.2 R = Et 0.019 R = nPr 0.032 Mifentidina R = iPr 0.024 R = iBu 0.017 Antiistaminici H2 usati in terapia CIMETIDINA (Tagamet) NHCH3 H3C NH C S CN N N H N E' utilizzata nella cura dell'ulcera gastrica alla dose di 200mg / 3 volte al dì. Viene facilmente assorbita per via orale e viene rapidamente eliminata (24h) come prodotto non metabolizzato (70%) e come solfossido. Si hanno effetti collaterali a carico del sistema ormonale. Sintesi Br NH H C OCH3 + NH2 O OCH3 N N CH3 CH3 H Formammidina 1) HBr 2) HS H3C SCH3 NC N S + SCH3 H N N SCH3 H3C H N NH S C N CN N CH3NH2 Cimetidina NH2 NH2 RANITIDINA (Zantac, Ranidil, Ranibloc) S (H3C)2N NH C O NHCH3 CHNO2 E' attualmente il farmaco più usato per il trattamento dell'ulcera gastrica e duodenale. Ha una lunga durata d'azione e si somministra in dose singola ogni 24h. Ha minori effetti collaterali della Cimetidina. Sintesi (HCHO)x OH O NH(CH3)2.HCl Mannich OH (H3C)2N O 1) HBr 2) HS S (H3C)2N NH2 O SCH3 O2N CH C SCH3 (H3C)2N S O CH3NH2 Ranitidina NH C SCH3 CHNO2 NH2 NIZATIDINA (Axid) S S (H3C)2N NH C N NHCH3 CHNO2 E' usato come antiulcera in alternativa alla Ranitidina. FAMOTIDINA (Famodil, Gastridin, Motiac) S H2N S C N NSO2NH2 N H2N NH2 E' usato nel trattamento dell'ulcera gastrica e duodenale con somministrazioni giornaliere. ROXATIDINA (Altat) N O NHCO CH2 OCOCH3 E' usato come antiulcera ed ha una durata d'azione relativamente breve per cui occorrono più somministrazioni giornaliere. LAFUTIDINA (Stogar) O N N H N O S O O Recettore H3 (1983) Il recettore H3 è stato caratterizzato farmacologicamente nel 1983. E' un autorecettore presinaptico che inibisce la sintesi ed il rilascio di istamina. Agisce anche da eterorecettore modulando il rilascio di ACh, NA, DA, 5-HT, ... Applicazioni terapeutiche (potenziali) - Agonisti: ansiolitico, contro l'insonnia - Antagonisti: morbo di Alzheimer, epilessia, narcolessia, obesità, schizofrenia Recettore H3 - GPCR - Localizzazione prevalentemente presinaptica - Elevata concentrazione nel SNC - Autorecettore - Eterorecettore - Deficit dell’attenzione (ADHD) - Narcolessia - Morbo di Alzheimer - Obesità Agonisti H3 H1 H2 H3 Istamina 100 100 100 (R)-α-Metilistamina 0.49 1.02 1550 (S)-α-Metilistamina 0.49 1.74 13 NH2 S C NH NH H N N Imetit E' 4 volte più potente di R-(α)-MeHA H N N Immepip E' equiattivo (pD2 = 8.0) con R-(α)-MeHA (pD2 = 7. ) Attività sul recettore H3 dell'agonista H3 (R)-α-Metilistamina, dell'antagonista H3 Tioperamide e del nuovo agonista/antagonista Impentamina. Composto Rilascio di 3H-NA Legame di 125I-IPP Intestino di cavia nel cervello di ratto alla corteccia di ratto (R)-α-Metilistamina pD2 = 7.8 pD2 = 7.9 pKiH = 8.46 pKiL = 5.92 Impentamina pA2 = 8.4 pD2 = 8.2 (α = 0.6) pKiH = 8.50 pKiL = 6.60 Tioperamide pA2 = 8.9 pA2 = 8.4 pKi = 8.37 S NH2 H N N C NH N H N N Impentamina Tioperamide (1986) Antagonisti H3 Sono stati ottenuti introducendo gruppi voluminosi nella funzione tioureica dell'Imetit. S N N H C Tioperamide (1986) NH Viene considerato l'antagonista di riferimento. Ki = 4.3 nM; pA2 = 8.9; ED50 = 1 mgr/Kg N Cl NH S H N Clobenpropit E' l'antagonista più potente. Ki = 0.12 nM; pA2 = 9.9 NH N NBu UCL 1524 NHBu E' 3 volte più attivo della Tioperamide. S H N N NH2 H N N pA2 = 8.4 O H N N Impentamina O Ciproxifan C Aumenta l'attenzione e migliora le capacità cognitive. CH3 N CH3 CH3 N H Perceptin Ki = 0.125 nM E' un antagonista H3 di tipo imidazolico. Ha superato la fase clinica I e si trova in fase II, dove viene sperimentato per i seguenti disturbi: - deficit di attenzione e disordini di iperattività (ADHD) - narcolessia - disordini sonno-veglia H3C N O N N Ki = 2 nM E' un antagonista H3 di tipo non-imidazolico. Struttura generale degli antagonisti al recettore H3 dell'istamina Essenziale per il legame al recettore H3 Eterociclo contenente N Catena A Gruppo polare Catena B Gruppo lipofilo Aumenta l'affinità per il recettore H3 Modello farmacoforico per gli antagonisti del recettore H3 In questo modello si sono rivelati disponibili per legare gli antagonisti: - quattro siti di interazione mediante legame ad idrogeno (I, i, ii, iii) - due tasche idrofobiche (1, 2) Ligandi Antagonisti al Recettore H3 Sovrapposizione di Tioperamide, Clobenpropit e Ligando n° 9 A,B,C,D: siti per i legami ad idrogeno (i siti accettori sono in magenta e i donatori sono in giallo). 1,2: tasche lipofile. Sovrapposizione dei ligandi n° 1-12 1 1 D 2 2 D C A C A B B La tasca lipofila 1 è facilmente accessibile, invece l’ingresso alla tasca idrofobica 2 è piuttosto stretto, essendo circondato dai due punti C e D.