Princípios de farmacologia do sistema nervoso central

Princípios de farmacologia do sistema nervoso central

(Parte 2 de 9)

Gln Gln

Gt(n) Gt(g)

Receptores de glutamato

Célula glial

Célula pós-sináptica α-cetoglutarato NH2

HO NH2

Vigabatrin

Via ciclo de Krebs

Neurônio pré-sinápticoGlutamina sintetase

Fig. 1.2 Síntese e metabolismo do glutamato e do GABA. A. A síntese e o metabolismo do glutamato estão entrelaçados com a síntese e o metabolismo do GABA. Em uma via de síntese do glutamato, o -cetoglutarato produzido pelo ciclo de Krebs atua como substrato para a enzima GABA transaminase (GABAT), que transamina de modo redutivo o -cetoglutarato intraneuronal a glutamato. A mesma enzima também converte o GABA em semialdeído succínico. Alternativamente, o glutamato é convertido em GABA pela enzima descarboxilase do ácido glutâmico (GAD), transformando o principal neurotransmissor excitatório no principal transmissor inibitório. A GABA-T é irreversivelmente inibida pelo vigabatrin; através do bloqueio da conversão do GABA em semi-aldeído succínico, esse fármaco aumenta a quantidade disponível de GABA para liberação nas sinapses inibitórias. GABA-T: GABA transaminase; SSADH: desidrogenase do semi-aldeído succínico; GAD: descarboxilase do ácido glutâmico. B. Os transportadores de glutamato presentes nos neurônios [Gt(n)] e nas células gliais [Gt(g)] seqüestram o glutamato (Glu) da fenda sináptica para suas respectivas células. Na célula glial, a enzima glutamina sintetase transforma o glutamato em glutamina (Gln). A seguir, a glutamina é transferida para o neurônio, que a converte novamente em glutamato através da glutaminase associada às mitocôndrias.

Farmacologia da Neurotransmissão GABAérgica e Glutamatérgica | 149

O GABA medeia seus efeitos neurofisiológicos através de sua ligação a receptores de GABA. Existem dois tipos de receptores de GABA. Os receptores de GABA ionotrópicos (GABAA e

GABAC) consistem em proteínas de membrana de múltiplas subunidades que se ligam ao GABA e que abrem um canal iônico de cloreto intrínseco. Os receptores de GABA metabo- trópicos (GABAB) são receptores heterodiméricos acoplados à proteína G que afetam as correntes iônicas neuronais através de segundos mensageiros.

Receptores Ionotrópicos de GABA: GABAA e GABAC Os receptores de GABA mais abundantes no SNC consistem nos receptores ionotrópicos GABAA, que são membros da superfamília de canais iônicos regulados por neurotransmis- sores rápidos, incluindo os receptores nicotínicos periféricos e neuronais de acetilcolina (nAChR), os receptores de serotonina tipo 3A/B (5HT3A/B) e os receptores de glicina. A exemplo de outros membros dessa superfamília, os receptores GABAA são glicoproteínas transmembrana pentaméricas organizadas para formar um poro iônico central circundado por cinco subunidades, tendo, cada uma delas, quatro domínios que atravessam a membrana (Fig. 1.3A). Na atualidade, já foram identificadas

16 subunidades diferentes do receptor GABAA ( 1-6, 1-3, 1-3, , , , ). O número de canais iônicos pentaméricos formados pelas possíveis combinações das 16 subunidades é muito grande, porém foram identificadas apenas cerca de 20 combinações diferentes de subunidades nos receptores GABAA nativos. É importante assinalar que os receptores que contêm diferentes combinações de subunidades exibem distribuições distintas nos níveis celular e tecidual, e há cada vez mais evi- dências de que diferentes subtipos de receptores GABAA desempenham papéis distintos em circuitos neurais específicos. Os receptores GABAA sinápticos consistem, em sua maioria, em duas subunidades , duas subunidades e uma subunidade .

Foram também identificados receptores GABAA “extra-sinápticos” em dendritos, axônios e corpos celulares neuronais. Com freqüência, esses receptores contêm subunidades ou em lugar de uma subunidade .

As cinco subunidades dos receptores GABAA circundam um poro iônico central seletivo para o cloreto, que se abre na presença de GABA. O GABA e outros agonistas ligam-se a dois sítios, que estão localizados em porções extracelulares do complexo receptor–canal, na interface entre as subunidades e . Os receptores GABAA também contêm vários sítios moduladores, onde ocorre ligação de outros ligantes endógenos e/ou fármacos (Fig. 1.3B). Em muitos casos, a presença desses sítios e o impacto da ligação do ligante dependem da composição de subunidades do receptor.

A ligação de duas moléculas de GABA, uma a cada um dos sítios agonistas do receptor, é seguida de ativação do canal- receptor GABAA (Fig. 1.3). As correntes inibitórias póssinápticas (CIPS) rápidas consistem em respostas ativadas por surtos muito breves (de alta freqüência) de liberação de GABA nas sinapses. A captação pelo GAT remove o GABA da sinapse em menos de 1 ms, enquanto as CIPS desativam em cerca de 1–20 ms, uma velocidade determinada tanto pelo fechamento do canal iônico do receptor GABAA quanto pela dissociação do GABA de seu receptor. A ocupação prolongada dos sítios agonistas pelo GABA também leva a uma dessensibilização do receptor GABAA, uma transição para um estado inativo ligado ao agonista (Fig. 1.4). Durante o disparo do surto (ou “dis- paro fásico”), a membrana nervosa pré-sináptica libera “quanta” ( 1 mM) de GABA por exocitose das vesículas sinápticas, resultando em potenciais inibitórios pós-sinápticos (PIPS) de grande amplitude. O GABA em baixos níveis também pode produzir uma corrente inibitória basal em muitos neurônios. Estudos recentes sugerem que as correntes inibitórias basais são causadas por receptores GABAA extra-sinápticos, que são

Receptor GABAA Subunidade 1A

Flumazenil

Benzodiazepínicos GABA e antagonistas

Penicilina

Barbitúricos

Glicocorticóides Picrotoxina

Furosemida

Fig. 1.3 Representação esquemática do receptor GABA. A. Estrutura pentamérica do receptor GABA. Cada receptor é constituído de cinco subunidades, e cada subunidade pertence a um de três subtipos predominantes: , ou . A ativação exige a ligação de duas moléculas de GABA ao receptor, uma a cada uma das duas subunidades . Cada subunidade do receptor GABA possui quatro regiões que atravessam a membrana e uma alça de cisteína no domínio N-terminal extracelular (indicado pela linha tracejada). B. Principais sítios de ligação no receptor GABA. Embora haja evidências indiretas sobre a localização de muitos dos sítios de ligação de fármacos que estão esquematicamente indicados nesse diagrama, a localização definitiva desses sítios ainda precisa ser estabelecida.

0 3 µM GABA30 µM GABA300 µM GABA

Tempo (s)

Corrente de Cl

Fig. 1.4 Efeitos do GABA sobre a condutância do cloreto mediada por GABA. O GABA em concentrações crescentes induz maiores correntes de Cl e uma dessensibilização mais rápida do receptor. Este último fenômeno pode ser observado na forma de um rápido declínio a partir do pico de corrente durante uma exposição contínua a 300 μM de GABA (painel da direita). Em cada painel, a barra sombreada indica o tempo durante o qual foi aplicado o GABA.

ativados por baixas concentrações micromolares de GABA, que se difundem no líquido cefalorraquidiano e nos espaços intersticiais.

Como a concentração interna de cloreto [Cl–]i de neurônios maduros é mais baixa que a do Cl– extracelular, a ativação dos canais seletivos de cloreto (condutância crescente) desvia a voltagem transmembrana neuronal para o potencial de equi- líbrio do Cl– (ECl –70 mV). Esse fluxo de Cl– hiperpolariza ou estabiliza a célula pós-sináptica próximo a seu potencial

de membrana em repouso normal (Vm –65 mV), reduzindo a probabilidade de que estímulos excitatórios possam iniciar potenciais de ação. Os canais de Cl– abertos atenuam a mudança de potencial de membrana produzida por correntes sinápticas excitatórias, um efeito denominado shunting. Esse processo fornece a explicação molecular para os efeitos inibitórios da sinalização do GABA através dos receptores GABAA. Certas moléculas endógenas modulam de modo alostérico a atividade dos receptores GABAA. O metabolismo dessas moléculas no cérebro produz neuroesteróides, como a pregnenolona, a desidroepiandrosterona (DHEA), a 5 -diidrodesoxicorticosterona (DHDOC), a 5 -tetraidrodesoxicorticosterona (THDOC) e a alopregnanolona. Em lugar de atuar através de receptores nucleares, como o fazem muitos hormônios esteróides, esses compostos alteram a função dos receptores GABAA através de sua ligação a sítios alostéricos na proteína do receptor, produzindo aumento na ativação do receptor GABAA. Acredita-se que a DHDOC e a THDOC modulam a atividade cerebral durante o estresse. As variações menstruais da alopregnanolona, um metabólito da progesterona, contribuem para epilepsia perimenstrual (catamenial). A sulfatação da pregnenolona e da DHEA resulta em neuro- esteróides que inibem os receptores GABAA. Outra substância endógena que intensifica a atividade dos receptores GABAA é a oleamida, uma amida de ácido graxo encontrada no líquido cefalorraquidiano de animais com privação do sono. A injeção de oleamida em animais normais induz o sono, em parte através

Outro grupo de receptores ionotrópicos de GABA, GABAC, é formado por três subunidades que não são encontradas nos receptores GABAA (p1-3). Os receptores GABAC também são canais pentaméricos de cloreto regulados por ligantes, cuja distribuição no SNC é restrita. Esses receptores estão princi- palmente expressos na retina. Os receptores GABAC exibem propriedades farmacológicas distintas, que diferem daquelas da maioria dos receptores GABAA. No momento atual, não existe nenhum fármaco disponível dirigido para os receptores

Receptores Metabotrópicos de GABA: GABAB

Os receptores GABAB são receptores acoplados à proteína G (Fig. 1.5). Os receptores GABAB são expressos em concentrações mais baixas que os receptores GABAA, principalmente na medula espinal. Os receptores GABAB atuam como heterodímeros de subunidades GABAB1 e GABAB2. O receptor GABAB interage com proteínas G heterotriméricas contendo sinapses GABAérgicas, os receptores GABAB são expressos em nível tanto pré-sináptico quanto pós-sináptico. Os “auto-recep- tores” pré-sinápticos modulam a liberação do neurotransmissor ao reduzir o influxo de Ca2+, enquanto os receptores GABAB pós-sinápticos produzem PIPS lentos, através da ativação dos canais de K+ ativados por proteína G (GIRKS). As taxas mais lentas de ativação e de desativação das correntes de GABAB, em comparação com aquelas de GABAA, parecem ser devidas ao mecanismo de transdução de sinais de segundos mensageiros relativamente lento.

A ativação dos canais de K+ pela G i e G o inibe a descarga neuronal, visto que o K+ possui um potencial de equilíbrio próximo a 70 mV. Por conseguinte, o aumento da condutância do K+, à semelhança da condutância aumentada de Cl–, impulsiona a voltagem transmembrana neuronal para potenciais de “repouso”, que reduzem a freqüência de iniciação de potenciais de ação, e também desvia correntes excitatórias.

Os agentes farmacológicos que atuam sobre a neurotransmissão GABAérgica afetam o metabolismo do GABA ou a atividade de seu receptor. Os agentes farmacológicos que afetam a neurotransmissão GABAérgica atuam, em sua maioria, sobre o receptor GABAA ionotrópico. Os receptores GABAA são regulados por diversas classes de fármacos, que interagem com os sítios de ligação do GABA ou com sítios alostéricos (Fig. 1.3).

Os agentes terapêuticos que ativam os receptores GABAA são utilizados para sedação, ansiólise, hipnose, neuroproteção após acidente vascular cerebral ou traumatismo cranioencefálico e controle da epilepsia. Vários outros agentes são utilizados para fins puramente experimentais (Quadro 1.1).

Troca GTP-GDPTroca GTP-GDP GDP

Fecha o canal de Ca2+Abre o canal de K+

Receptor GABABGABAProteína efetora (PLC ou AC)

Ca2+

Fig. 1.5 Sinalização distal do receptor GABA. Os receptores GABA ativam proteínas G que estão acopladas diretamente aos canais de K ou de Ca (seta para a esquerda) ou ligadas a sistemas de segundos mensageiros, como a adenilil ciclase (AC) ou a fosfolipase C (PLC) (seta para a direita). O efluxo aumentado de K resulta em potenciais inibitórios pós-sinápticos lentos e de longa duração. O influxo reduzido de Ca pode permitir a inibição da liberação pré-sináptica de neurotransmissor por auto-receptores GABA.

Farmacologia da Neurotransmissão GABAérgica e Glutamatérgica | 151

A tiagabina é um inibidor competitivo dos transportadores de GABA nos neurônios e na glia, onde pode atuar seletivamente sobre o GAT-1. A principal indicação clínica da tiagabina consiste no tratamento da epilepsia. Ao inibir a recaptação de GABA, a tiagabina aumenta as concentrações de GABA tanto sinápticas quanto extra-sinápticas. O resultado consiste em agonismo inespecífico dos receptores ionotrópicos e metabotrópicos de GABA, sendo os principais efeitos observados nos receptores GABAA. A tiagabina é uma medicação oral de rápida absorção, com biodisponibilidade de 90%. Liga-se altamente às proteínas. O metabolismo é hepático, primariamente através da CYP3A4. A tiagabina não induz as enzimas do citocromo P450, porém o seu metabolismo é influenciado pelo uso concomitante de indutores ou inibidores da CYP3A4. Os efeitos adversos da tiagabina são aqueles produzidos por uma alta atividade do GABA, incluindo confusão, sedação, amnésia e ataxia. A tiagabina potencializa a ação dos moduladores dos receptores GABAA, como o etanol, os benzodiazepínicos e os barbitúricos.

O -vinil GABA (vigabatrin) é um “inibidor suicida” da

GABA transaminase (GABA-T, ver Fig. 1.2). A administração desse fármaco bloqueia a conversão do GABA em semi-aldeído succínico, resultando em concentrações intracelulares elevadas de GABA e aumento da liberação sináptica de GABA. A exemplo da tiagabina, o aumento da função dos receptores GABA pelo -vinil GABA não é seletivo, visto que as concentrações de GABA estão aumentadas sempre que ocorre liberação de GABA, incluindo na retina.

O -vinil GABA é utilizado no tratamento da epilepsia e está sendo investigado para o tratamento da adicção de drogas, transtorno do pânico e transtorno obsessivo-compulsivo. Os efeitos adversos do -vinil GABA consistem em sonolência, confusão e cefaléia. Foi relatado que o fármaco provoca defeitos bilaterais dos campos visuais associados a atrofia difusa irreversível da camada periférica de fibras nervosas da retina. Esse efeito adverso parece resultar do acúmulo do fármaco nos nervos retinianos.

Os agonistas como o muscimol e o gaboxadol ativam o recep- tor GABAA através de sua ligação direta ao sítio de ligação do GABA. O muscimol, derivado de cogumelos alucinogênicos da espécie Amanita muscaria, é um agonista integral em mui- tos subtipos de receptores GABAA. É utilizado primariamente como instrumento de pesquisa. O muscimol purificado (bem como outros agonistas dos receptores GABAA) não provoca alucinações, que são provavelmente causadas por outros fatores presentes em Amanita muscaria. O gaboxadol em altas concen- trações é um agonista parcial nos receptores GABAA sinápticos; em baixas concentrações, o gaboxadol ativa seletivamente os receptores extra-sinápticos que contêm as subunidades 4, 3 e . O gaboxadol foi inicialmente aprovado para o tratamento da epilepsia e da ansiedade, porém a sua administração em doses terapêuticas foi associada a ataxia e sedação. As doses mais baixas de gaboxadol que ativam os receptores extra-sinápticos induzem sono de ondas lentas em animais de laboratório, e existem estudos clínicos em seres humanos em andamento para o tratamento da insônia. As vantagens potenciais, porém ainda não comprovadas, do gaboxadol em baixas doses para

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