Los inhibidores de la neuraminidasa inhiben la actividad enzimática de la enzima neuraminidasa (sialidasa). Este tipo de inhibidores se han introducido como medicamentos contra la influenza, ya que evitan que el virus salga de las células infectadas y, por lo tanto, detienen su propagación. Los inhibidores de la neuraminidasa humana (hNEU) tienen el potencial de ser fármacos útiles, ya que la enzima desempeña un papel en varias vías de señalización en las células y está implicada en enfermedades como la diabetes y el cáncer . [1]
Los primeros inhibidores de la neuraminidasa (NAI) fueron sintetizados en la década de 1960 por Edmond et al. [2] mediante un intento de comprender el mecanismo catalítico de la enzima neuraminidasa. Descubrieron que los ácidos oxámicos N-sustituidos tenían propiedades inhibidoras de enzimas. Luego se descubrió que el compuesto sintético ácido 2-desoxi-2,3-dideshidro-N-acetilneuramínico (Neu5Ac2en o DANA), que es un análogo del ácido N-acetilneuramínico (Neu5Ac), inhibe la liberación de la progenie del virus en el cultivo de tejidos, pero no se detectó actividad antiviral en animales. [3] [4] A principios de la década de 1990, la determinación de la estructura cristalina biológica de la proteína de superficie del virus de la influenza condujo al descubrimiento del sitio activo y brindó oportunidades para descubrir y diseñar inhibidores nuevos y específicos. [ cita necesaria ]
El virus de la influenza es un virus de ARN que se divide en tres tipos serológicos: A, B y C. La hemaglutinina (HA) y la neuraminidasa (NA) son dos glicoproteínas importantes en las membranas del virus de la influenza. La hemaglutinina es una molécula de unión al receptor de ácido siálico y media la entrada del virus a la célula huésped, mientras que la neuraminidasa escinde el ácido siálico del receptor celular para formar nuevas partículas. La neuraminidasa es una exoglucosidasa que destruye el receptor de hemaglutinina escindiendo el enlace α(2,6) o α(2,3)-cetosídico que existe entre un ácido siálico terminal y un residuo de azúcar del receptor que contiene Neu5Ac en la superficie del huésped. células. [5] Esto ayuda a la propagación de la infección al prevenir la autoagregación de nuevos virus en la superficie celular y la posible inmovilización en la mucina por la hemaglutinina (HA) durante la replicación del virus. Luego, el virus se liberará de las células huésped y posteriormente infectará otras células. [6] La neuraminidasa también ayuda a la invasión del virus en el tracto respiratorio superior, posiblemente al escindir moléculas de ácido siálico en la mucina de las células epiteliales . La neuraminidasa se encuentra en los virus de la influenza de tipos A y B. [7] La neuraminidasa desempeña funciones en la infección, replicación y administración de los virus de la influenza A y B. El virus de la influenza tipo C expresa la enzima esterasa en lugar de la neuraminidasa. [8]
El ácido N-acetilneuramínico (Neu5Ac) es uno de los dos ácidos siálicos más comunes en los mamíferos. [9] Es un monosacárido con una columna vertebral de 9 carbonos. Por lo general, está unido a glicoproteínas o gangliósidos en un extremo terminal mediante enlaces α(2,3), α(2,6) y α(2,8). [10] La neuraminidasa es una enzima que hidroliza ese enlace para producir un ácido neuramínico libre y una glicoproteína o una cadena de azúcar. El virus de la influenza se unirá a través de la proteína hemaglutinina a estas glicoproteínas unidas al ácido siálico en la membrana celular. [11]
Se ha demostrado que el mecanismo de NA procede con la retención de la configuración, lo que significa que preserva la configuración absoluta del átomo en el estereocentro. [12] Hay cuatro pasos de las vías catalíticas. En el primer paso, el paso de unión, el grupo carboxilato cambia de la posición axial a la posición pseudoecuatorial. El segundo paso es la donación de protones de la molécula de agua y la formación del intermedio del estado de transición del catión sialosil endocíclico. El tercer paso implica el ataque nucleofílico de tirosina al catión sialosil. El cuarto paso es la formación y liberación de Neu5Ac. Janakiraman et al. han propuesto un mecanismo similar. [13] donde el doble enlace de Neu5Ac2en fuerza a la piranosa del anillo de azúcar a formar una estructura plana se parecía a la estructura del estado de transición.
Hay dos tipos de inhibidores de la neuraminidasa comúnmente disponibles para el tratamiento y la profilaxis de las infecciones por influenza: Zanamivir y Oseltamivir . Interfieren con la liberación de viriones descendientes de las células huésped infectadas, previenen el proceso de infección de nuevas células huésped y detienen la propagación de la infección en el tracto respiratorio imitando el sustrato natural y adaptándose al sitio activo de la enzima neuraminidasa. Interrumpen el desprendimiento de los viriones de la progenie. Luego se reduce la tasa de replicación viral y eso permite que el sistema inmunológico humano destruya los virus restantes. [14]
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La neuraminidasa del virus de la influenza (vNEU) consta de 4 subunidades coplanares aproximadamente esféricas hechas predominantemente de láminas β , caracterizadas por una hélice β de 6 veces y una región hidrofóbica incrustada en la membrana del virus. [15] El sitio activo está ubicado cerca del centro de la esfera pseudosimétrica. La neuraminidasa del virus de la influenza solo escinde los residuos terminales de Neu5Ac. La cristalografía de rayos X ha mostrado una disposición distorsionada en media silla del sustrato Neu5Ac en el sitio activo. Esta estructura distorsionada forma un catión sialosilo después de la liberación del aglicón y luego queda atrapada en el sitio activo mediante un ataque nucleofílico del residuo de tirosina. La orientación del sustrato en el sitio activo se ve facilitada principalmente por tres residuos de arginina conservados en la cepa que unen el grupo ácido C1 con puentes salinos. Además, el sitio activo consta de otros ocho residuos de aminoácidos altamente conservados que hacen contacto directo con el sustrato o sus derivados. Incluyendo un residuo de ácido glutámico que une los grupos alcohol C7 y C9 en la cadena lateral de glicerol (en C6) con enlaces de hidrógeno y varios residuos hidrofóbicos que se correlacionan con el grupo metilo en el N-acetilo C5 y la cadena principal hidrofóbica del glicerol. [dieciséis]
La neuraminidasa humana (hNEU) comparte muchas características similares con vNEU. El genoma humano tiene cuatro enzimas neuraminidasas diferentes (NEU1, NEU2, NEU3, NEU4) y solo una de ellas (NEU2) no está asociada a membrana o forma parte de un complejo de membrana y ha sido estudiada con cristalografía de rayos X. [1] [17] Los tres residuos de arginina que se unen al grupo ácido C1 con puentes salinos en vNEU también están presentes en hNEU. La topología del sitio activo y las interacciones con el sustrato son muy similares con la excepción de la cadena lateral de glicerol que ofrece algunas opciones estratégicas en el diseño de inhibidores dirigidos a vNEU o hNEU. En hNEU, los grupos hidroxilo de glicerol están unidos a través de varios residuos de tirosina, pero en vNEU la interacción principal es con un residuo de ácido glutámico. Estas similitudes generales han generado preocupación sobre los posibles efectos secundarios de los medicamentos dirigidos a vNEU. Sin embargo, la mayoría de los inhibidores de vNEU bien estudiados han mostrado muy poca afinidad por hNEU, excepto el fármaco contra la influenza Zanamivir , que es un inhibidor eficaz de hNEU2. [1] [16]
El ácido 2-desoxi-2,3-dideshidro-N-acetilneuramínico (Neu5Ac2en) es un inhibidor panselectivo de la neuraminidasa. Neu5Ac2en es un Neu5Ac deshidrogenado y puede ser sintetizado por la enzima hNEU si Neu5Ac está en una concentración suficientemente alta. Neu5Ac también es un inhibidor leve de la enzima, pero como Neu5Ac2en es un análogo del estado de transición, es un inhibidor mucho mejor. [1]
Al principio, la cristalografía de rayos X no tenía muy buena resolución, por lo que el enfoque inicial se centró en inhibidores derivados de sustratos en lugar de inhibidores estructurales. [18] El ácido 2-desoxi-α-DN-acetilneuramínico (2-desoxi-α-Neu5Ac) derivado de Neu5Ac fue el primer molde utilizado y también el primer inhibidor probado in vivo en un modelo de ratón de una infección por influenza. La plantilla no sustituida mostró un efecto menor. Se probó otra plantilla Neu5Ac2en (DANA) en las mismas condiciones y mostró un buen efecto in vivo . Con la aparición de nuevas imágenes de la estructura cristalina de la enzima y el complejo Neu5Ac y la confirmación de Neu5Ac2en como un inhibidor in vivo , la atención se centró en crear derivados de DANA basados en estructuras. Con una mejor estructura cristalina de rayos X se identificaron varios residuos importantes en el sitio activo, específicamente el grupo hidroxilo C4. Se logró un mejor efecto sustituyendo el grupo hidroxilo C4 por un grupo más básico, por ejemplo un grupo amino. Un análisis más detallado mostró que se podría acomodar a un grupo más grande en el sitio activo. Se sintetizaron 4-amino-4-desoxi-Neu5Ac2en y 4-desoxi-4-guanidino-Neu5Ac2en y demostraron ser inhibidores competitivos de la neuraminidasa viral e inhibieron significativamente la replicación de la influenza A y B in vitro e in vivo . 4-desoxi-4-guanidino-Neu5Ac2en demostró no solo ser el mejor inhibidor sino que también mostró una afinidad considerablemente menor por otras isoformas de la neuraminidasa. Por estas razones, se seleccionó el 4-desoxi-4-guanidino-Neu5Ac2en como principal fármaco candidato con el nombre de Zanamivir. La alta naturaleza polar y la rápida excreción contribuyen a la baja biodisponibilidad y la rápida eliminación de los fármacos. [6] [16] [19]
Se han sintetizado múltiples inhibidores nuevos basados en plantillas sin carbohidratos. Centrándose en posicionar el doble enlace en el inhibidor para que se parezca más al estado de transición del sustrato y reemplazar la cadena lateral de glicerol con un grupo lipófilo sobre la base de la columna vertebral hidrofóbica del glicerol que interactúa con la proteína, condujo al descubrimiento de GS. 4071. GS 4071 tiene una base de ciclohexeno y tiene éter 3-pentílico, que se considera óptimo, en lugar de glicerol como cadena lateral. El inhibidor GS 4071 es más lipófilo que su predecesor Zanamivir pero no tiene mayor biodisponibilidad. Oseltamivir, el éster etílico de GS 4071, se produjo como profármaco y se convierte activamente en el fármaco activo in vivo . [6] [16] [19]
Peramivir se desarrolla mediante el diseño de fármacos basado en la estructura. Después de que Yamamoto et al. informaron sobre la actividad inhibidora de NA de la influenza del ácido α/β-6-acetil-amino-3,6-didesoxi-D-glicero-altro-2-nonulofuranosónico, [20] se diseñaron los derivados de ciclopentano con un grupo guanidino que reemplaza la posición C4-hidroxilo de DANA en el sitio activo, similar al Zanamivir. Babu et al. [18] encontraron que la adición de la cadena lateral de n-butilo hace que el compuesto se ajuste mejor a la región hidrofóbica de la enzima. Sin embargo, se encontró que la conformación del grupo n-butilo era diferente cuando se unía al virus de la influenza A de su conformación cuando se unía al virus de la influenza B. [21] Dado que el compuesto procesó una interacción de unión similar con el sitio activo de NA para zanamivir y debido Debido a la mutación en algunas cepas resistentes a zanamivir, se alteró la posición del grupo guanidino y se reemplazó el grupo n-butilo para cambiar su interacción en el sitio activo. [18] [22]
*Solo Zanamivir y Oseltamivir están aprobados por la FDA. El peramivir se utiliza en Japón y Corea del Sur. El laninamivir se utiliza únicamente en Japón. [23]
Se sintetizaron nuevos análogos de inhibidores de NA, basados en Zanamivir, Oseltamivir y Peramivir, con un diseño de fármacos racional basado en la estructura y que pueden clasificarse en cuatro grupos.
Los análogos de zanamivir están diseñados para mejorar el uso terapéutico. Reemplazar el grupo carboxilato en el C1 por un grupo fosfonato hizo que el fármaco fuera más potente y con alta afinidad para formar una interacción iónica con el sitio activo. Además, se utilizó la reacción química de clic para sintetizar el análogo de zanamivir modificado con triazol C4 que muestra una actividad inhibidora cercana a la del zanamivir. [24] El laninamivir está diseñado reemplazando el resto hidroxi C7 con un pequeño grupo lipófilo, -OCH3 , lo que resultó en una excelente actividad inhibidora. Los dioles C8 y C9 juegan un papel importante en la afinidad de unión con la neuraminidasa, prolongando el efecto. Los andamios poliméricos en la posición C7 de zanamivir a través de un éter alquílico han ganado más atención ya que mostraron una actividad antiviral mejorada. [25]
El conocimiento de la estructura del estado de transición se ha utilizado para diseñar análogos de oseltamivir. Por ejemplo, se ha informado que los carbociclos que contienen triazol del grupo de Von Itzstein y Pinto y el análogo fosfonato de oseltamivir muestran una actividad más fuerte como resultado de un modo de unión pertinente del fosfonato con tres residuos de arginina en el sitio activo. [26]
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Peramivir es el derivado de ciclopentano diseñado con un grupo guanidino que reemplaza al grupo hidroxilo C-4 de Neu5Ac2en en el sitio activo, con un grupo carboxilato cargado negativamente y una cadena lateral de n-butilo. Los grupos 1-etilpropilamida, dietilamida, dipropilamida y 4-morfolinilamida mostraron una excelente actividad inhibidora. El cambio del anillo de ciclopentano a un anillo de pirrolidina también mostró una alta actividad inhibidora. [27]
La sustitución del anillo de dihidropirano por un anillo de benceno aumenta la lipofilicidad de un fármaco y lo hace mucho más estable y más accesible sintéticamente. A partir de la interacción de DANA y NA se sintetizaron los derivados benzoicos. Han mostrado una actividad inhibidora similar o mejor en comparación con Neu5Ac. [26]
Se han probado zanamivir y oseltamivir como inhibidores de hNEU. Sólo Zanamivir muestra una actividad de inhibición moderada para hNEU. Los inhibidores selectivos de isoenzimas podrían ser potencialmente muy importantes. En la actualidad existen estudios limitados sobre la especificidad del sustrato hNEU. DANA es un inhibidor panselectivo para todas las isoenzimas hNEU, con una diferencia de actividad de inhibición de 2 a 10 veces, más eficaz para hNEU3 y hNEU4. Varios informes han probado derivados de DANA como inhibidores de hNEU2 y hNEU3. La mayoría de los derivados mostraron una inhibición reducida in vitro . Sin embargo, el derivado N5-azidoacetato-C9-azido de DANA mostró una inhibición mejorada para hNEU2 y hNEU3. Estos estudios concluyeron que el sitio activo de las enzimas podría tolerar grandes modificaciones en C9 mejor que en N5. [1] Las pruebas de derivados amido C9 de DANA mostraron inhibidores selectivos de hNEU1. Estos compuestos mostraron más actividad que DANA y solo una actividad menor para hNEU3 con una selectividad de aproximadamente 25 veces para hNEU1. Estos estudios muestran que la bolsa de cadena lateral de glicerol en el sitio activo puede potencialmente manipularse en el diseño de inhibidores selectivos de isoenzimas para hNEU. Se ha informado de una combinación de derivados de DANA modificados C4 y C7 con selectividad moderada para hNEU2 y hNEU3. [28] Finalmente, se han informado derivados de triazol C9 de DANA que contienen un grupo alcoxi con una actividad nanomolar contra la isoenzima hNEU4. Con una selectividad 500 veces mayor para hNEU4, esta es la selectividad más alta reportada para una isoenzima hNEU hasta la fecha. [1]
Hay dos subgrupos de inhibidores de NA que han sido aprobados por las autoridades reguladoras de EE. UU. y Europa: Zanamivir y Oseltamivir. Ambos son para el tratamiento y prevención de la influenza. Además, el peramivir y el laninamivir han sido aprobados por las autoridades reguladoras en algunas partes de Asia. [23]
Laninamivir está aprobado para el tratamiento de la influenza con el nombre comercial Inavir en Japón, pero aún se encuentra en ensayo clínico en los EE. UU. [29] El laninamivir es un fármaco inhalado de acción prolongada que se administra como profármaco (octanoato de laninamivir). Laninamivir se administra en una dosis única y permanece activo durante al menos 5 días y hasta 7 días. [30] [31]
Oseltamivir se puede encontrar con nombres comerciales como Agucort®, Antiflu, Fluvir, Fluhalt, GPO-A-Flu™, Omiflu, Rimivat, Virobin, Oseltamivir y Tamiflu®. [32] Oseltamivir se utiliza en pacientes de 1 año o más. Se administra en una dosis, dos veces al día, para el tratamiento de la influenza. En la prevención de la influenza, oseltamivir se administra en una dosis, una vez al día, durante al menos 10 días después del contacto con una persona infectada y hasta seis meses (durante la epidemia de influenza). Los efectos secundarios más comunes del Oseltamivir son dolor de cabeza y náuseas (en adultos) y vómitos, tos y congestión nasal (en niños). [33]
Peramivir está aprobado para el tratamiento de la influenza con los nombres comerciales Rapiacta® en Japón y Peramiflu en Corea del Sur. [34] En los EE. UU. y otros lugares, el peramivir se encuentra en la última fase del ensayo clínico. El peramivir se usa por vía intravenosa y se usó en el tratamiento de emergencia del virus H1N1 2009 en pacientes seleccionados. [30] [35]
Zanamivir se puede encontrar con nombres comerciales como Relenza™, Verenza y Z-Flu DPI. [36] Zanamivir se utiliza en pacientes de 5 años o más. Se administra en una dosis de 10 mg, dos veces al día para el tratamiento de la influenza. En la prevención de la influenza, zanamivir se administra en una dosis de 10 mg, una vez al día durante 10 días después del contacto con una persona infectada o hasta los 28 días (durante la epidemia de influenza). Se informa que el efecto secundario más común de Zanamivir es la erupción cutánea. [37]
Actualmente, existen dos clases de medicamentos antivirales aprobados para el tratamiento y profilaxis de las infecciones por influenza. Son los adamantanos y los NAI. Los adamantanos solo funcionan en la influenza A, por lo que desde 2010 la OMS recomendó el uso de NAI para el tratamiento y la profilaxis de las infecciones por influenza A y B. [38] A diferencia de los adamantanos, los NAI son menos tóxicos y menos propensos a promover la influenza resistente a los medicamentos. Además, son eficaces contra todos los subtipos de neuraminidasa y todas las cepas de gripe. Después de la pandemia de influenza de 2009, ha habido gran preocupación por la resistencia viral a las NAI. [30] [38] [39] Los virus de la influenza que tienen una sensibilidad reducida a los NAI a menudo contienen mutaciones que afectan la forma del sitio catalítico de NA y, por lo tanto, reducen la capacidad de unión de los inhibidores. El sitio catalítico de NA tiene ocho residuos funcionales (R118, D151, R152, R224, E276, R292, R371 e Y406) rodeados por once residuos estructurales (E119, R156, W178, S179, D198, I222, E227, H274, E277, N294 y E425). [38]
Oseltamivir tiene una gran cadena lateral hidrófoba y la NA debe sufrir una reordenación para formar una bolsa para la unión del fármaco mediante la rotación del aminoácido E276 y su enlace con R224. Mutaciones como H274Y, R292K y N294S que afectan esta formación podrían reducir la eficacia del inhibidor. [38]
La resistencia al zanamivir ha sido baja tanto para los virus estacionales como para los pandémicos en comparación con el oseltamivir. La estructura molecular de zanamivir tiene un grupo guanidino, este grupo interactúa con el residuo E119 en el bolsillo del centro activo. La resistencia al zanamivir puede deberse a mutaciones que afectan la afinidad de unión entre la enzima y el inhibidor. Se ha demostrado que la mutación en el residuo E119 reduce la eficacia de los inhibidores in vitro . [38]
Peramivir tiene un grupo guanidino similar al zanamivir y un grupo hidrofóbico similar al oseltamivir. Las mutaciones que afectan la eficacia de oseltamivir y zanamivir también pueden afectar la eficacia de peramivir. Se han observado resistencias al peramivir en la mutación del residuo H274Y in vitro . Una de estas resistencias está asociada con la resistencia cruzada al peramivir y al oseltamivir. [38] El peramivir está aprobado en Japón como Rapiacta y también está disponible en Corea del Sur como Peramiflu. [23]
No se ha informado resistencia a laninamivir. Sin embargo, es preocupante que la resistencia al laninamivir sea similar a la del zanamivir debido a la similitud en las propiedades de unión con la proteína NA. [38] El octanoato de laninamivir (CS-8958), que es un profármaco de laninamivir (otro NAI inhalado con propiedades de acción prolongada), también ha sido aprobado en Japón y está disponible comercialmente con el nombre de Inavir (Daiichi Sankyo Company Ltd. [ 23]
Neuraminidasa
Inhibidores de la neuraminidasa
Virus de la gripe
Adamantano
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