Interakcia 1,4-dihydropyridínov s iónovými kanálmi

Souhrn

Farmakológia dihydropyridínov v oblasti kardiovaskulárneho systému je podrobne prebádaná a účinky na Ca²⁺ kanál L-typu sú dobre zmapované a detailne spracované. Menej známych údajov existuje o pôsobení dihydropyridínov na ďalších typoch vápnikových kanálov. Cieľom tohto článku je priniesť informácie o pôsobení dihydropyridínových derivátov na iné typy napäťovo riadených vápnikových kanálov a tiež na Na⁺ a K⁺ kanály.

Kľúčové slová:
Ca²⁺ kanály – blokátory N-kanálov – blokátory T-kanálov – 1,4-dihydropyridíny

Napäťovo riadené vápnikové kanály sú zodpovedné za spriahnutie elektrického signálu na povrchu buniek s fyziologickými dejmi vo vnútri buniek ¹⁾. Tento typ kanálov reaguje na zmenu membránového potenciálu a je otváraný depolarizáciou bunkovej membrány ²⁾.

1,4-dihydropyridíny predstavujú jednu z hlavných skupín blokátorov vápnikových kanálov, ktorá okrem nifedipínu zahŕňa veľké množstvo zlúčenín druhej a tretej generácie. Tieto zlúčeniny sú využívané v klinickej praxi pri terapii chorôb kardiovaskulárneho systému, ako napr. hypertenzia a angína pectoris. Ich účinok spočíva v inhibícii L-typu napäťovo riadených vápnikových kanálov v srdci a v hladkej svalovine ciev. L-typ napäťovo riadených vápnikových kanálov je však len jedným podtypom veľkej skupiny, ktorú na základe funkčných a farmakologických charakteristík rozdeľujeme do viacerých tried (L, T, P/Q a R-typ) ^{3, 4)}. Vápnikové kanály sú ďalej súčasťou veľkej skupiny napäťovo riadených kanálov, zahrňujúcej sodíkové a draslíkové kanály zdieľajúce štruktúrnu a funkčnú homológiu ^{5, 6)}.

Keďže účinky 1,4-dihydropyridínov na L-typ vápnikových kanáloch sú známe a detailne spracované, výskum sa v súčasnosti orientuje na hľadanie a aplikáciu 1,4-dihydropyridínových zlúčenín aktívnych na inom ako L-type vápnikových kanálov.

Účinok 1,4-dihydropyridínov na T-typ kanály

Nízkovoltážne napäťovo riadené vápnikové kanály T typu (transient channel), aktivované malou depolarizáciou buniek, sú prítomné v kardiovaskulárnom, neuronálnom a endokrinnom systéme ⁷⁾. Sprostredkúvajú dôležité procesy v excitabilných a neexcitabilných bunkách ako napríklad rast neuritov, reguláciu srdcovej pacemakerovej aktivity, fertilizáciu, reguláciu krvného tlaku a transmisiu signálov bolesti ^{8, 9)}. Ich zlá funkcia je príčinou viacerých porúch ako napr. absenčná epilepsia v detstve a autistické poruchy ^{10, 11)}. V súčasnosti sa dostávajú do pozornosti ako nové terapeutické ciele v liečbe rôznych kardiovaskulárnych ochorení (arytmia, zlyhanie srdca) alebo neuronálnych porúch (epilepsia, bolesť). Inhibícia T-kanálov taktiež môže viesť k dlhodobej ochrane orgánov zlepšením lokálnej mikrocirkulácie a redukciou vedľajších hormonálnych efektov ⁷⁾.

Okrem 1,4-dihydropyridínov existuje veľké množstvo zlúčenín, ktoré blokujú T-typ kanály in situ. Patria sem divalentné a trivalentné katióny, najmä Ni²⁺ a Cd²⁺, malé peptidy (ω-agatoxín IIIA), deriváty sukcínimidu (ethosuximid), deriváty difenylbutylpiperidínu (penfluridol), anestetiká (isoflurane), barbituráty (pentobarbital), benzodiazepíny, fenylalkylamíny (verapamil), pyrazínové diuretikum amilorid, tetrazolový derivát mibefradil a sulfónamidový derivát zonisamid ¹²⁾. Žiadna z týchto zlúčenín však nie je absolútne selektívna pre diskutovaný T-typ a väčšina z nich ovplyvňuje aj iné iónové kanály a transportéry.

Účinok 1,4-dihydropyridínov na T-typ kanálov bol skúmaný v mnohých štúdiách ¹³⁾. 1,4-dihydropyridínové inhibítory vápnikových kanálov pôsobiace na L kanály väčšinou neinhibujú T-kanály okrem niektorých dihydropyridínov majúcich duálne inhibičné vlastnosti na L- aj T-kanáloch ¹⁴⁾. Efonidipín (I) je antihypertenzívna a antianginózna látka s dihydropyridínovou štruktúrou, ktorá inhibuje L i T kanály.

Blokáda T-kanálov je zodpovedná za jeho lepší klinický profil, t.j. minimálnu reflexnú tachykardiu a renálnu protekciu. Efonidipín má v porovnaní s ostatnými dihydropyridínovými zlúčeninami objemný bočný reťazec v polohách C3 a C5 dihydropyridínového kruhu. V polohe C5 je fosfátová skupina na rozdiel od karboxymetylesterového bočného reťazca prítomného vo väčšine dihydropyridínových vápnikových blokátorov. Bolo dokázané, že fosfátová skupina v C5 je dôležitá pre charakteristický farmakologický profil efonidipínu, t.j. inhibíciu T-kanálov, predĺženie plateau sinoatriálneho akčného potenciálu a vysokú negatívnu chronotropnú potenciu ^{15, 16)}.

Niektoré dihydropyridíny využívané v klinickej praxi majú chirálne centrum na C4 atóme dihydropyridínového kruhu, ktorého konfigurácia môže týmto ovplyvniť farmakologické vlastnosti zlúčeniny. Furukawa et al. ¹⁷⁾ nedávno na rekombinantných T kanáloch exprimovaných v Xenopus oocytes dokázali, že R(-)enantiomér efonidipínu selektívne inhibuje T kanály, zatiaľ čo racemát efonidipínu nevykazuje antagonistickú aktivitu voči N, P a Q typu. Tanaka et al.¹⁸⁾ neskôr dokázali inhibíciu T-kanálov aj v natívnom myokarde guinejského morčaťa a zistili, že blokáda L kanálu efonidipínom môže byť priradená S(+)enantioméru. R(-)efonidipín sa teda zdá byť špecifickým inhibítorom T-typu vápnikových kanálov, čo by mohlo byť využité v ich ďalších štúdiách a pri vývoji efektívnejších a bezpečnejších liečiv ⁷⁾.

Ďalšou významnou skupinou vykazujúcou inhibičné účinky na T-type vápnikových kanáloch sú nové 1,4 dihydropyridíny obsahujúce 2,6-disubstituované fenylové skupiny s pentadecylovou skupinou v polohe 6 benzénového jadra, ktoré sa vyznačujú významnou T : L selektivitou ¹⁹⁾. Napr. PPK 5 (II) je 40 násobne selektívnejší voči T-kanálom.

Predpokladá sa, že aromatické časti slúžia na včlenenie zlúčeniny do kanálového proteínu, zatiaľ čo dlhý pentadecylový reťazec je zodpovedný za inhibičný efekt (fyzikálna inhibícia iónového prúdenia). Dialkyl 1,4-dihydro-4-(2’alkoxy-6’-pentadecylphenyl)-2,6--dimetyl-3,5-pyridín dikarboxyláty tak môžu byť vhodnými kandidátmi pre vývoj špecifických blokátorov T-kanálov a môžu prispieť k vývoju nových terapeutík na liečbu ochorení ako napr. epilepsia ²⁰⁾.

Účinok 1,4-dihydropyridínov na N-typ kanály

N-typ (neuronálne) kanály patria do skupiny vysokovoltážnych napäťovo riadených vápnikových kanálov, ktorých výskyt je rozšírený v sympatických nervových zakončeniach. Ich funkcia úzko súvisí s neuroprotekciou a neuropatickou bolesťou ^{21, 22)}. Viaceré štúdie na zvieracích modeloch dokázali, že blokádou týchto kanálov možu byť potlačené patologické procesy pri poraneniach mozgu a následnej ischémii ^{23, 24)}. Medzi selektívne blokátory N-typu kanálov nedihydropyridínového typu patria malé peptidické zlúčeniny ω-conotoxín GVIA, MVIIC, CVID (v klinickom výskume v Austrálii), MVIIA a jeho syntetická verzia Ziconotid ²⁵⁾. N-kanály sú tiež účinne blokované derivátmi difenylbutylpiperidínov, najmä piperidínovými derivátmi s orálnou analgetickou aktivitou ²⁶⁾, ďalej molekulami s dlhým alkylovým reťazcom (farnesol) ²⁷⁾ a zlúčeninou PD173212 (vyrobená spojením N,N disubstituovaného leucínu a tyrozínamínu) ²⁶⁾.

Skoršie štúdie skúmajúce účinok 1,4-dihydropyridínov na N-typ kanáloch potvrdili, že tieto látky sa vyznačujú veľmi malou alebo žiadnou selektivitou voči tomuto typu kanálov ^28–30). V komparatívnej analýze účinku desiatich 1,4-dihydropyridínov (amlodipín, benidipín, nifedipín, nitrendipín, manidipín, nimodipín, nisoldipín, nilvadipín, nikardipín a cilnidipín) (obr. 1) na kardiálne L- a sympatické neuronálne N-kanály iba cilnidipín vykazuje určitý druh selektivity voči N-typu ³¹⁾.

Cilnidipín, duálny blokátor L/N-kanálov, je bežne požívaný na liečbu esenciálnej hypertenzie. Okrem kardiovaskulárneho pôsobenia vykazuje aj neuroprotektívne a analgetické účinky, ktoré vyplývajú z inhibície N-kanálov ³²⁾. Cilnidipín predstavuje primárnu molekulu pri vývoji selektívnejších a účinnejších antagonistov N typu vápnikových kanálov. Bolo dokázané, že jeho karboxylový derivát APJ 2708 (III) s analgetickým účinkom in vivo vykazuje v porovnaní s cilnidipínom rovnakú aktivitu voči N-kanálom, ale menšiu aktivitu voči L-kanálom ²¹⁾.

Obmieňanie 1,4-dihydropyridínu APJ 2708 v polohách 4,5 a 6 viedlo k objaveniu nových blokátorov N kanálov, ktoré sa prejavujú v menšej miere účinkami na kardiovaskulárny systém ako cilnidipín a APJ 2708. Najsľubnejším z nich je 5-(3,3-difenylpropylester) kyseliny 4-(3-chlorofenyl)-2-metyl-6-trifluorometyl-1,4--dihydropyridín-3,5 dikarboxylovej (IV), ktorý má ekvipotentnú aktivitu voči N-kanálom a 1600× nižšiu aktivitu voči L-kanálom ako cilnidipín. Vykazuje rovnakú orálnu analgetickú aktivitu ako cilnidipín ²¹⁾.

N-kanály sú potenciálnou cieľovou skupinou pre vývoj analgetík. Inhibítory N-kanálov teda predstavujú dôležitú skupinu látok, ktorá može byť využitá pri terapii neuropatickej bolesti. Na ich vývoji sa v súčasnosti intenzívne pracuje ^32a).

Účinok 1,4-dihydropyridínov na iné typy napäťovo riadených vápnikových kanálov

V súčasnosti nie sú známe deriváty dihydropyridínov, ktoré by blokovali P/Q- a R-typ kanálov. Jediným doposiaľ známym selektívnym blokátorom P/Q-kanálov je peptidická zlúčenina ω-agatoxín IVA pozostávajúca zo 48 aminokyselín izolovaná z pavučiny pavúka Agenelopsis aperta ³³⁾. Za selektívny inhibítor R-kanálov bol spočiatku považovaný toxín SNX-482 izolovaný z jedu tarantule Hysterocrates gigas³⁴⁾. Neskoršie štúdie však dokázali, že táto zlúčenina inhibuje aj L-typ vápnikové kanály ³⁵⁾.

Účinok 1,4-dihydropyridínov na draslíkových napäťovo riadených kanáloch

Draslíkové kanály predstavujú veľkú štrukturálne a funkčne rôznorodú skupinu. Ich farmakológia je veľmi komplexná. 1,4 dihydropyridíny vykazujú aktivitu voči viacerým podskupinám draslíkových kanálov. Najviac preskúmanou skupinou je skupina dihydropyridínov pôsobiacich na vápnikom aktivované K⁺ kanály, pre ktorú je známy vzťah štruktúry a účinku, pričom aktivita je pozorovaná už na submikromolárnej úrovni ³⁶⁾. Ellory dokázal, že ním študovaná skupina 1,4-dihydropyridínov je účinnejšia na Ca²⁺ aktivovaných K⁺ kanáloch v ľudských erytrocytoch ako na L-kanáloch v hladkom svale ³⁷⁾. Ďalej bolo dokázané, že niguldipín, v praxi používaný ako vazorelaxans, vykazuje antagonistické účinky na L-type Ca²⁺ kanáloch a agonistické účinky na Ca²⁺ aktivovaných K⁺ kanáloch ³⁸⁾. Aktivita na draslíkových kanáloch je stereoselektívna, to znamená, že (+)-enantiomér funguje ako agonista, zatiaľ čo (-) enantiomér ako antagonista.

Zvlášť zaujímavou je skupina 1,4-dihydropyridínov s agonistickým účinkom na ATP-senzitívnych draslíkových kanáloch. Aktivátory draslíkových kanálov predstavujú nové a užitočné liečivá pre terapiu inkontinencie moču ³⁹⁾. Zlúčenina ZM 244085 (V) je účinnejšia na tomto type kanálov ako na L-type vápnikových kanáloch v hladkom svale ⁴⁰⁾. Hybridy 1,4 dihydropyridínového jadra a pinacidilu podobnej jednotke tiež vykazujú Ca²⁺ antagonistické vlastnosti a K⁺_ATP aktivačné vlastnosti ⁴¹⁾.

Účinok 1,4-dihydropyridínov na sodíkových kanáloch

Viacero skorších štúdií dokázalo, že 1,4-dihydropyridíny možu blokovať napäťovo riadené Na⁺ kanály ⁴²⁾. Yatani a Brown zistili, že nitrendipín interaguje s napäťovo riadenými Na⁺ kanálmi v srdcovom svale potkana. Interakcia podobná pre L-typ Ca²⁺ kanálov v srdci sa však deje s 1000× menšou účinnosťou ⁴³⁾.

Zaujímavou dihydropyridínovou zlúčeninou je PD 122860 (VI) vyznačujúci sa duálnym účinkom. Vedľa antagonistického účinku na Ca²⁺ kanáloch pôsobí aj ako aktivátor na Na⁺ kanáloch. Zatiaľ čo oba enantioméry tejto zlúčeniny sú aktivátormi sodíkových kanálov, za antagonistický účinok na vápnikových kanáloch je zodpovedný (+)-enantiomér tejto zlúčeniny ⁴⁴⁾.

Záver

V súčasnosti disponujeme poznatkami, ktoré dokazujú, že účinok 1,4-dihydropyridínov nie je obmedzený len na L-typ napäťovo riadené vápnikové kanály, pretože ako bolo vyššie diskutované, tieto zlúčeniny pôsobia nielen na N- a T-typ tejto skupiny kanálov, ale sú tiež aktívne na sodíkových i draslíkových kanáloch. Špecifické inhibítory N- a T-typu napäťovo riadených vápnikových kanálov môžu významne prispieť k vývoju nových terapeutík pre liečbu neuropatickej bolesti, resp. epilepsie.

Práca bola realizovaná v rámci grantových projektov 1/4298/07 a 1/4299/07 VEGA Ministerstva školstva SR a grantu UK 45/2007.

Došlo: 3. prosince 2007

Přijato: 14. ledna 2008

Adresa pro korespondenci:

Mgr. Lucia Veizerová

Katedra farmaceutickej analýzy a nukleárnej farmácie FaF UK

Odbojárov 10, 832 32, Bratislava, Slovenská republika

e-mail: veizerova@fpharm.uniba.sk