La camptotecina ( CPT ) es un inhibidor de la topoisomerasa . Fue descubierta en 1966 por ME Wall y MC Wani en el cribado sistemático de productos naturales para fármacos anticancerígenos . Fue aislada de la corteza y el tallo de Camptotheca acuminata (Camptotheca, árbol feliz), un árbol originario de China utilizado en la medicina tradicional china . [1] [2] Se ha utilizado clínicamente en China para el tratamiento de tumores gastrointestinales. [3] La CPT mostró actividad anticancerígena en ensayos clínicos preliminares , especialmente contra cánceres de mama, ovario, colon, pulmón y estómago. [4] Sin embargo, tiene baja solubilidad y se han reportado efectos adversos cuando se usa terapéuticamente, [3] por lo que los químicos sintéticos y medicinales han desarrollado numerosas síntesis de camptotecina [5] [6] [7] y varios derivados para aumentar los beneficios del químico , con buenos resultados. Se han aprobado cuatro análogos de CPT que se utilizan en la quimioterapia contra el cáncer en la actualidad [8] : topotecan , irinotecan , belotecan y trastuzumab deruxtecan . [9] [10] La camptotecina también se ha encontrado en otras plantas, incluida Chonemorpha fragrans . [11]
La CPT tiene una estructura de anillo pentacíclico planar , que incluye una fracción de pirrolo [3,4-β]-quinolina (anillos A, B y C), una fracción de piridona conjugada (anillo D) y un centro quiral en la posición 20 dentro del anillo de alfa -hidroxilactona con configuración (S) (el anillo E). Se cree que su estructura planar es uno de los factores más importantes en la inhibición de la topoisomerasa. [12] [13]
La CPT se une al complejo de topoisomerasa I y ADN (el complejo covalente) dando como resultado un complejo ternario y, por lo tanto, estabilizándolo. Esto evita la religación del ADN y, por lo tanto, causa daño al ADN que resulta en apoptosis . [14] La CPT se une tanto a la enzima como al ADN con enlaces de hidrógeno . La parte más importante de la estructura es el anillo E que interactúa desde tres posiciones diferentes con la enzima. El grupo hidroxilo en la posición 20 forma un enlace de hidrógeno con la cadena lateral en el ácido aspártico número 533 (Asp533) en la enzima. Es fundamental que la configuración del carbono quiral sea (S) porque (R) es inactivo. La lactona está unida con dos enlaces de hidrógeno a los grupos amino en la arginina 364 (Arg364). El anillo D interactúa con la citosina +1 en la cadena no escindida y estabiliza el complejo covalente topoisomerasa I-ADN formando un enlace de hidrógeno. Este enlace de hidrógeno se encuentra entre el grupo carbonilo en la posición 17 del anillo D y el grupo amino en el anillo de pirimidina de la citosina +1. [15] [16] La CPT es selectivamente citotóxica para las células que replican el ADN durante la fase S [17] y su toxicidad es principalmente el resultado de la conversión de roturas de cadena simple en roturas de cadena doble cuando la horquilla de replicación choca con los complejos de escisión formados por el ADN y la CPT. [18]
El anillo de lactona en CPT es altamente susceptible a la hidrólisis . La forma de anillo abierto es inactiva y, por lo tanto, debe cerrarse para inhibir la topoisomerasa I. La forma cerrada se favorece en condiciones ácidas, como ocurre en el microambiente de muchas células cancerosas . CPT se transporta a la célula por difusión pasiva . La captación celular se ve favorecida por la lipofilicidad , que mejora la acumulación intracelular . La lipofilicidad hace que los compuestos sean más estables debido a una mejor partición de la lactona en los glóbulos rojos y, en consecuencia, una menor hidrólisis de la lactona. CPT tiene afinidad por la albúmina sérica humana (HSA), especialmente la forma carboxilato de CPT. Debido a eso, el equilibrio entre el anillo de lactona y la forma carboxilato se dirige hacia el carboxilato. La reducción de las interacciones fármaco-HSA podría dar como resultado una actividad mejorada. [15] [19]
Los estudios han demostrado que la sustitución en las posiciones 7, 9, 10 y 11 puede tener un efecto positivo en la actividad de la CPT y en las propiedades físicas , por ejemplo, la potencia y la estabilidad metabólica. Agrandamiento del anillo de lactona en un CH
2La unidad también mejora sus capacidades, como en el caso de la homocamptotecina. La sustitución en la posición 12 y 14 conduce a un derivado inactivo. [19]
La sustitución de alquilo en la posición 7 ha demostrado una mayor citotoxicidad, como el etilo (C 2 H 5 ) o el clorometilo (CH 2 Cl). Estos grupos pueden reaccionar con el ADN en presencia de la topoisomerasa I, lo que conduce a una mayor actividad tumoral . También se ha demostrado que aumentar la longitud de la cadena carbonada (en la posición 7) conduce a una mayor lipofilicidad y, en consecuencia, una mayor potencia y estabilidad en el plasma humano . [15] [19] Otros análogos de CPT 7-modificados son los silatecanos y las karenitecinas. Son potentes inhibidores de la topoisomerasa I y ambos tienen grupos alquilsililo en la posición 7 que los hacen lipófilos y más estables. Los silatecanos o 7-sililcamptotecinas han mostrado interacciones fármaco-HSA reducidas, lo que contribuye a su estabilidad sanguínea y también pueden atravesar la barrera hematoencefálica . El DB-67 es un derivado 10-hidroxi y se encuentra entre los silatecanos más activos. BNP1350, que pertenece a la serie de las karenitecinas, exhibe actividad citotóxica y capacidad para superar la resistencia a los fármacos . Otra vía para hacer que la CPT sea lipofílica es introducir sustituyentes lipofílicos, como grupos iminometilo u oxiiminometilo. Uno de los compuestos más potentes es el derivado oxiiminometilo ST1481, que tiene la ventaja de superar la resistencia a los fármacos causada por los sistemas de transporte. [19] El nitrógeno básico en una cadena de carbono en la posición 7 hace que el compuesto sea más hidrófilo y, por lo tanto, más soluble en agua. Por ejemplo, hay un derivado llamado CKD-602, que es un potente inhibidor de la topoisomerasa I y supera con éxito la escasa solubilidad en agua y la toxicidad observadas con la CPT. [19] [20]
Se puede lograr una actividad considerablemente mayor colocando grupos que atraen electrones como amino, nitro , bromo o cloro en la posición 9 y 10 y un grupo hidroxilo en la posición 10 u 11. Pero estos compuestos son relativamente insolubles en soluciones acuosas, lo que dificulta su administración. La presencia simultánea de un grupo metoxi en la posición 10 y 11 conduce a la inactividad. [12] [19]
Los análogos de CPT hexacíclicos han demostrado una gran potencia. Por ejemplo, el grupo metilendioxi o etilendioxi conectado entre 10 y 11 forma un anillo de 5 o 6 miembros que conduce a derivados más solubles en agua y una mayor potencia. Las investigaciones han demostrado que los análogos de etilendioxi son menos potentes que los metilendioxi. La razón son las interacciones estéricas desfavorables de los análogos de etilendioxi con la enzima. [12] [19]
La adición de un grupo amino o cloro en la posición 9 o un grupo clorometilo en la posición 7 a estos análogos de 10, 11-metilendioxi o etilendioxi da como resultado compuestos con una citotoxicidad aún mayor pero una solubilidad en agua más débil. Para producir análogos de 10, 11-metilendioxi o etilendioxi con buena solubilidad en agua, una buena forma es introducir un sustituyente solubilizante en agua en la posición 7. Lurtotecan cumple con esos requisitos; es un análogo de 10, 11-metilendioxi con un 4-metilpiperazino-metileno en la posición 7 y ha demostrado una gran potencia en investigaciones clínicas. [12]
También se puede formar un anillo entre la posición 7 y 9, como la posición 10 y 11. Esto brinda nuevas oportunidades para hacer derivados solubles en agua [5]. Estos CPT hexacíclicos se vuelven más activos cuando los grupos atractores de electrones se colocan en la posición 11 y los grupos metilo o amino en la 10. El exatecán es un ejemplo de CPT hexacíclico que tiene un anillo de 6 miembros en la posición 7 y 9, y está sustituido con 10-metilo, 11-fluoro [4]. Es soluble en agua y más potente que el topotecán. [12] [19] [21]
Los anillos C y D tienen un papel esencial en la actividad antitumoral. Su sustitución en cualquier posición da como resultado un compuesto mucho menos potente que el compuesto original en otros ensayos de citotoxicidad. [12]
El anillo E no permite muchos cambios estructurales sin perder la actividad de CPT porque es necesaria para la unión al sitio activo de TOP I. [22] Un posible reemplazo es cambiar el grupo hidroxilo a Cl, F o Br porque su polarizabilidad es suficiente para estabilizar el complejo enzimático. [19]
Otra posible modificación es insertar un metileno entre el hidroxilo y la lactona en el anillo E, lo que produce un grupo β-hidroxilactona de siete miembros, llamado homocamptotecina (hCPT). El hidroxilo de la hCPT tiene un efecto inductivo menor sobre el grupo carboxilo, lo que hace que la lactona sea muy reactiva. Esto mejora la interacción del grupo hidroxilo libre de manera óptima con la topoisomerasa I y el complejo covalente que se forma en su presencia es más estable. El anillo E de la hCPT se abre más lentamente y la apertura es irreversible . Las hCPT muestran una estabilidad plasmática humana mejorada debido a una menor unión a proteínas y una mayor afinidad por los glóbulos rojos que la CPT. [12] [19]
Desde el descubrimiento de la CPT se han sintetizado muchos análogos. A continuación se muestra un esquema de los análogos de la CPT que se han mencionado en el texto anterior.
La CPT se une a un polímero basado en ciclodextrina para formar el fármaco en investigación contra el cáncer CRLX101 . [23]
Al igual que todos los demás alcaloides indólicos monoterpenoides, la biosíntesis de la camptotecina requiere la producción de la estrictosidina . La estrictosidina se sintetiza a través de una reacción de condensación entre la triptamina de la vía del shikimato y la secologanina de la vía del mevalonato (MVA) o de la vía no mevalonato (MEP). [24] La estrictosidina luego sufre una ciclización intermolecular para producir estrictosamida, que se convierte en camptotecina a través de una serie de reacciones de oxidación por enzimas que aún necesitan ser resueltas. [25]
La vía del shikimato que conduce a la biosíntesis de triptamina es mayormente conocida. Primero, el corismato es convertido en antranilato por la subunidad alfa de la antranilato sintasa (ASA). El antranilato reacciona con pirofosfato de 5-fosforribosa para producir 5-fosforribosilantranilato. Luego, este intermediario se convierte en fosfato de indol glicerol, que interactúa con la subunidad alfa de la triptófano sintasa (TSA) para producir indol. La subunidad beta de la triptófano sintasa (TSB) cataliza la condensación de indol con serina, lo que conduce al triptófano. En el siguiente paso, se produce triptamina como resultado de la descarboxilación por la triptófano descarboxilasa (TDC). [26]
La síntesis de secologanina comienza con una reacción de condensación entre el piruvato y el D-gliceraldehído-3-fosfato catalizada por la 1-desoxi-D-xilulosa-5-fosfato sintasa (DXS) para producir 1-desoxi-D-xilulosa-5-fosfato (DXP). La conversión de DXP en difosfato de isopentenilo (IPP), que es el precursor común de la biosíntesis de terpenoides, involucra a la 1-desoxi-D-xilulosa-5-fosfato reductoisomerasa (DXR) y a la 1-hidroxi-2-metil-2(E)-butenil-4-difosfato reductasa (HDR). La formación de IPP se puede lograr mediante las vías MVA y MEP. [26] La condensación de IPP y difosfato de dimetilalilo (DMAPP) produce difosfato de geranilo (GPP). La geraniol sintasa (GS) luego convierte GPP en geraniol. [24] La conversión de geraniol a secologanina ocurre a través de varias reacciones enzimáticas. Según estudios con marcado radiactivo e inhibidores específicos de la vía, la vía MEP es la fuente principal de secologanina. [26] La triptamina de la vía del shikimato y la secologanina de la vía MVA o MEP se convierten en estrictosidina a través de una reacción de condensación catalizada por la sintasa de estrictosidina. Aunque no se ha resuelto por completo, se ha postulado que la camptotecina se produce a partir de estrictosidina a través de la estrictosamida, 3 (S)-pumilósido y 3 (S)-desoxipumilósido. [25]