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25/05/2017 1 Introdução à farmacologia do SNC Prof. Dr. Andrey Borges Teixeira Prof. Dr. Daniel Gustavo dos Reis Centro Universitário de Adamantina Curso de Medicina Objetivo Destacar os neurotransmissores, neuromoduladores e mediadores químicos que agem no SNC, bem como os alvos farmacológicos neste sistema. Classificação dos fármacos SNC Rang et al., 2016 Classificação dos fármacos SNC Rang et al., 2016 Classificação dos fármacos SNC Rang et al., 2016 Fármacos que agem no SNC Os processos básicos da transmissão sináptica no sistema nervoso central são essencialmente similares aos que operam na periferia. As células gliais, particularmente os astrócitos, participam de modo ativo da sinalização química, funcionando essencialmente como “neurônios inexcitáveis”. 25/05/2017 2 Fármacos que agem no SNC Neurotransmissores Liberados pelos terminais pré-sinápticos e produzem respostas excitatórias ou inibitórias rápidas nos neurônios pós-sinápticos; Neurotransmissores rápidos Glutamato, GABA Operam através de canais iônicos operados por voltagem. Neurotransmissores lentos e os neuromoduladores Dopamina, neuropeptídeos e prostanoides Operam principalmente por meio dos GPCR. Fármacos que agem no SNC Neuromoduladores Liberados pelos neurônios e pelos astrócitos e produzem respostas pré ou pós-sinápticas mais lentas. Fármacos que agem no SNC Fatores neurotróficos Liberados principalmente por células não neuronais e agem sobre receptores acoplados à tirosina quinase. Regulam a expressão gênica e controlam o crescimento neuronal e as características fenotípicas. Fármacos que agem no SNC Mediadores químicos Citocinas e quimiocinas Fatores do crescimento e esteroides Controlam alterações de longo prazo no cérebro, principalmente afetando a transcrição do gene. Plasticidade sináptica Remodelamento Fármacos que agem no SNC Rang et al., 2012 Fármacos que agem no SNC Rang et al., 2012 25/05/2017 3 Alvos para ação dos fármacos no SNC Tipos básicos de alvo para fármacos no SNC Canais iônicos Receptores Enzimas Proteínas transportadoras Aminoácidos transmissores Aminoácidos excitatórios Glutamato Aspartato Aminoácidos inibitórios GABA Glicina Aminoácidos transmissores Qualquer alteração de qualquer um dos passos afetará tanto os mediadores excitatórios quanto os inibitórios. Rang et al., 2016 Aminoácidos transmissores Rang et al., 2016 Aminoácidos excitatórios Glutamato Aspartato Principais transmissores excitatórios rápidos; Glutamato Formado principalmente a partir do a-oxoglutarato, intermediário do ciclo de Krebs, pela ação da GABA aminotransferase. Aminoácidos excitatórios 25/05/2017 4 Em comum com outros neurotransmissores rápidos, o glutamato é armazenado em vesículas sinápticas e liberado por exocitose dependente de Ca2+; Proteínas transportadoras específicas respondem por sua captação pelos neurônios e por outras células, bem como por seu acúmulo nas vesículas sinápticas. Aminoácidos excitatórios Captado pelos astrócitos é convertido em glutamina e reciclado, através de transportadores, de volta aos neurônios, que convertem a glutamina de volta em glutamato. Aminoácidos excitatórios Rang et al., 2016 Aminoácidos excitatórios Aminoácidos excitatórios Quatro subtipos principais de receptores de EAA: NMDA (N-metil-D-aspartato); AMPA (a-amino-3hidroxi-5-metil-isoxazol); Ionotrópicos Cainato; Metabotrópico (GPCR). Aminoácidos excitatórios Receptores NMDA são montados com 7 subunidades: GluN1, GluN2A, GluN2B, GluN2C, GluN2D, GluN3A, GluN3B) Receptores AMPA (4) GluA1-4 Cainato GluK1-5 Aminoácidos excitatórios Rang et al., 2016 25/05/2017 5 Aminoácidos excitatórios Rang et al., 2016 Os receptores de NMDA, AMPA e cainato estão diretamente acoplados a canais de cátions; Os receptores metabotrópicos atuam através de segundos mensageiros intracelulares. Os canais controlados pelos receptores de NMDA são altamente permeáveis ao Ca2+ e são bloqueados pelo Mg2+. Aminoácidos excitatórios Os receptores de AMPA e cainato estão envolvidos na transmissão excitatória rápida; Os receptores de NMDA medeiam respostas excitatórias mais lentas e, através de seu efeito no controle da entrada de Ca2+; Tem atividade complexa no controle da plasticidade sináptica (p. ex., potenciação a longo prazo). Aminoácidos excitatórios Antagonistas competitivos dos receptores de NMDA: AP5 e CPP O canal de íons operado pelo NMDA é bloqueado: Dizocilpina Cetamina Fenciclidina CNQX Antagonista seletivo do receptor de AMPA Aminoácidos excitatórios A ativação dos receptores de NMDA é aumentada por poliaminas endógenas: Espermina, que atua sobre um sítio modulador que é bloqueado pelo ifenprodil. A entrada de quantidades excessivas de Ca2+ produzida pela ativação do receptor de NMDA pode resultar em morte celular excitotoxicidade. Aminoácidos excitatórios Papel funcional dos receptores de Glutamato: Plasticidade sináptica Potencialização de longo prazo (LTP) Função cerebral Aprendizagem Memória Epilepsia Dor crônica Dependência de drogas Aminoácidos excitatórios 25/05/2017 6 Receptores metabotrópicos Acoplados à proteína G Gq; Gi/G0 8 tipos diferentes, divididos em 3 grupos: mGlu1-8 Exercem atividade na plasticidade sináptica mediada pelo glutamato e na excitotoxicidade. Aminoácidos excitatórios Rang et al., 2016 Aminoácidos excitatórios Rang et al., 2016 Aminoácidos excitatórios Aminoácidos inibitórios GABA (Ácido γ-aminobutírico) Glicina Aminoácidos inibitórios (GABA) O GABA é o principal transmissor inibitório no cérebro (medula e tronco cerebral). Possui uma distribuição bastante uniforme em todo o cérebro, enquanto ocorre em quantidade muito pequena nos tecidos periféricos. O GABA é formado a partir do glutamato pela ação da DAG (descarboxilase do ácido glutâmico). Sua ação é interrompida principalmente pela sua recaptação (GAT), mas também por desaminação, catalisada pela GABA transaminase. Aminoácidos inibitórios (GABA) 25/05/2017 7 Os neurônios GABAérgicos e os astrócitos capturam GABA através de transportadores específicos, removendo o GABA após sua liberação. GAT1 é o transportador GABA predominante no cérebro e está localizado essencialmente nos terminais nervosos GABAérgicos. Aminoácidos inibitórios (GABA) GAT3 está localizado predominantemente nos astrócitos próximos das sinapses GABAérgicas. O transporte do GABA é inibido: Guvacina Ácido nipecótico Tiagabina (tratamento epilepsia) Aminoácidos inibitórios (GABA) Existem dois tipos de receptores de GABA: GABAA (ionotrópicos) e GABAB (metabotrópicos). Os receptores GABAA, que ocorrem principalmente em nível pós-sináptico, estão diretamente acoplados aos canais de cloreto, cuja abertura reduz a excitabilidade da membrana. O muscimol é um agonista GABAA específico, enquanto o agente convulsivante, bicuculina, é um antagonista. 19 subunidades. Aminoácidos inibitórios (GABA) Outras fármacos que interagemcom os receptores GABAA e os canais incluem: Tranqüilizantes benzodiazepínicos, que atuam num sítio de ligação acessório para facilitar a ação do GABA; Convulsivantes, como a picrotoxina, que bloqueiam os canais de ânions; Neurosteróides, incluindo metabólitos endógenos da progesterona, e outros agentes depressores do SNC, como barbitúricos, que facilitam a ação do GABA. Aminoácidos inibitórios (GABA) Os receptores GABAB são receptores acoplados à proteína G (Gi/G0), ligados à inibição da formação de cAMP. Causam inibição pré- e pós-sináptica ao inibir a abertura dos canais de Ca2+ e ao aumentar a condutância do K+. Aminoácidos inibitórios (GABA) O baclofeno é um agonista dos receptores GABAB, utilizado no tratamento da espasticidade. Os antagonistas GABAB ainda não possuem aplicação clínica. Aminoácidos inibitórios (GABA) 25/05/2017 8 Glicina Transmissor inibitório principalmente na medula espinhal, que atua sobre o seu próprio receptor, que se assemelha, do ponto de vista funcional, ao receptor GABAA. Não existem GPCR específicos para a glicina. Estricnina (agente convulsivante) é um antagonista competitivo da glicina. A toxina tetânica atua principalmente ao interferir na liberação da glicina. Aminoácidos inibitórios (glicina) Os receptores de glicina estão envolvidos: Regulação dos ritmos respiratórios Controle motor e do tônus muscular Processamento dos sinais da dor Não existem fármacos terapêuticos que atuem especificamente na modificação dos receptores de glicina. Aminoácidos inibitórios (glicina) Principais locais de ação dos fármacos nos receptores NMDA e GABAA. Rang et al., 2016 Aminoácidos inibitórios Aplicações clínicas Perampanel Antagonista não competitivo do receptor AMPA, foi aprovado recentemente para o tratamento da epilepsia. Memantina Antagonista do N-metil-D-aspartato (NMDA), licenciada para o tratamento da doença de Alzheimer de moderada a grave. Cetamina Anestésico dissociativo, bloqueador do canal de NMDA. Outros transmissores moduladores Norepinefrina Dopamina Serotonina Acetilcolina Norepinefrina Rang et al., 2016 25/05/2017 9 Os mecanismos de síntese, armazenamento, liberação e recaptação da norepinefrina no SNC são essencialmente os mesmos que na periferia, da mesma forma que os receptores. Ocorrem corpos celulares noradrenérgicos em agrupamentos distintos, principalmente na ponte e no bulbo, sendo o loco cerúleo um desses grupos celulares importantes. Norepinefrina Rang et al., 2016 Norepinefrina (síntese) As vias noradrenérgicas, que seguem seu trajeto principalmente no feixe prosencefálico medial e tratos espinhais descendentes, terminam difusamente no córtex, hipocampo, hipotálamo, cerebelo e medula espinhal. Norepinefrina Ações da norepinefrina: Principalmente inibitórias (receptores β) Excitatórias (receptores α ou β). Com exceção do receptor β3-adrenérgico, todos os receptores adrenérgicos (α1A, α1B, α1C, α2A, α2B, α2C, β1 e β2) são expressos no SNC. GPCR Norepinefrina Importante no sistema de "reatividade“ Controla o estado de vigília e alerta Regulação da pressão arterial Controle do humor (em que a deficiência funcional contribui para a depressão) Função do "sistema de recompensa“ Norepinefrina Os agentes psicotrópicos que atuam parcial ou principalmente na transmissão noradrenérgica do SNC incluem: antidepressivos, cocaína e anfetamina. Alguns agentes anti-hipertensivos (clonidina, metildopa) atuam principalmente sobre a transmissão noradrenérgica no SNC. Norepinefrina 25/05/2017 10 Dopamina Rang et al., 2016 Dopamina Neurotransmissor e precursor da NE Sofre degradação de modo semelhante à NE Metabólitos: DOPAC (Ácido 3,4-di-hidroxifenilacético) HVA (Ácido homovanílico) Excretados na urina Dopamina 4 vias dopaminérgicas principais: 1- Via nigroestriatal (controle motor); 2 e 3 - Vias mesolímbica e mesocortical, que se estendem desde grupos de células no mesencéfalo até partes do sistema límbico, particularmente o núcleo acumbente, e até o córtex (efeitos comportamentais); 4- Sistema túbero-hipofisários, neurônios que se estendem do hipotálamo até a hipófise (controle endócrino). Dopamina Existem duas famílias de receptores de dopamina, D1 e D2, associadas, respectivamente, à estimulação e à inibição da adenilato ciclase. Família D1: Compreende os subtipos D1 e D5 (Gs) - excitatórios Família D2 Inclui os subtipos D2, D3 e D4 (Gi/G0) - inibitórios As funções conhecidas da dopamina são mediadas principalmente por receptores da família D2. Dopamina Rang et al., 2016 Dopamina Rang et al., 2016 25/05/2017 11 Dopamina Doença de Parkinson está associada a uma deficiência dos neurônios dopaminérgicos nigroestriatais. Efeitos comportamentais da atividade da dopamina em excesso consistem em padrões comportamentais estereotipados. Podem ser produzidos: Agentes liberadores (p. ex., anfetamina) Agonistas da dopamina (p. ex., apomorfina) Dopamina A liberação de hormônios pela hipófise anterior é regulada pela dopamina. Liberação de prolactina (inibida) Liberação do hormônio do crescimento (estimulada). A dopamina atua sobre a zona de gatilho quimiorreceptora (ZQRD) Náusea e vômitos. Serotonina Rang et al., 2016 Serotonina Os processos de síntese, armazenamento, liberação, recaptação e degradação da 5-HT no cérebro são muito semelhantes aos eventos observados na periferia. A disponibilidade de triptofano constitui o principal fator que regula a síntese. Serotonina A excreção urinária de 5-HIAA fornece uma medida da renovação da 5-HT. Localização: Os neurônios de 5-HT concentram-se nos núcleos da rafe da linha média na ponte e no bulbo, projetando-se difusamente para o córtex o sistema límbico, o hipotálamo e a medula espinhal, de modo semelhante às projeções noradrenérgicas. Serotonina As funções associadas às vias de 5-HT incluem: Várias respostas comportamentais (p. ex., comportamento alucinatório, "tremores de cão molhado"); Comportamento de alimentação; Controle do humor e da emoção; Controle do sono/vigília; Controle das vias sensoriais, incluindo nocicepção; Controle da temperatura corporal; Vômito. 25/05/2017 12 Serotonina A 5-hidroxitriptamina (5HT) ou serotonina pode exercer efeitos inibitórios ou excitatórios sobre os neurônios individuais, atuando em nível pré-sináptico ou pós-sináptico. Serotonina Foram parcialmente estabelecidas associações das funções comportamentais e fisiológicas com esses receptores. Receptores 5-HT1 - 5-HT-7 Serotonina Receptores GPCR Exceção 5HT3 – ionotrópico Receptores 5-HT1 (5-HT1A, 5-HT1B, 5-HT1D, 5-HT1E, 5- HT1F) possuem efeitos predominantemente inibitórios. Receptores 5-HT2 (5-HT2A, 5-HT2B e 5-HT2C) são abundantes no córtex e no sistema límbico, no qual estão localizados nos pontos pré e pós-sinátpicos. Serotonina Receptores 5-HT3A e 5-HT3B são as mais extensivamente estudadas. Receptores 5-HT4 são importantes no trato gastrointestinal e também são expressos no cérebro, particularmente no sistema límbico, gânglios basais, hipocampoe substância negra. Serotonina Receptores 5-HT5, 5-HT5A e 5-HT5B. No ser humano só o 5-HT5A é funcional; Os antagonistas podem ter atividade ansiolítica, antidepressiva e antipsicótica. Receptores 5-HT6 atuam principalmente no SNC, em particular, no hipocampo, no córtex e sistema límbico. O bloqueio dos receptores 5-HT6 aumenta o glutamato e a liberação de Ach; Os antagonistas 5-HT6 são considerados fármacos potenciais para a melhoria do desempenho cognitivo ou no alívio de sintomas de esquizofrenia. Serotonina Receptores 5-HT7 ocorrem no hipocampo, no córtex, na amídala, no tálamo e no hipotálamo. São encontrados no soma e nos terminais dos axônios dos neurônios GABAérgicos. 25/05/2017 13 Serotonina Fármacos usados clinicamente: Inibidores da captação da 5-TH, como a fluoxetina, usados como antidepressivos e agentes ansiolíticos; Agonistas do receptor 5-HT1D, como a sumatriptana, são usados para tratar a enxaqueca; Serotonina Fármacos usados clinicamente: Buspirona, agonista do receptor 5-HT1A, é usada no tratamento da ansiedade; Antagonistas do receptor 5-HT3, como a ondansetrona, são usados como agentes antieméticos; Fármacos antipsicóticos (clozapina), que devem sua eficácia, parcialmente, à ação nos receptores 5-HT. Serotonina Acetilcolina Rang et al., 2016 Acetilcolina A síntese, o armazenamento e a liberação de acetilcolina no SNC são essencialmente os mesmos que na periferia. A acetilcolina age nos receptores muscarínicos (acoplados à proteína G) e nicotínicos (ionotrópicos) no SNC. Acetilcolina Rang et al., 2016 Presença dos receptores nicotínicos SNC 25/05/2017 14 Acetilcolina Receptores acoplados à proteína G: M1, M3 e M5 GPCR – Gq M2 e M4 GPCR – Gi/G0 Acetilcolina A ACh distribui-se amplamente no SNC e as vias importantes são: Núcleos prosencefálicos basais (magnocelulares), que emitem uma projeção difusa para a maioria das estruturas do prosencéfalo; Projeção septo-hipocampal; Intermeurônios curtos no estriado e núcleo acumbente; Via inibitória recorrente a partir de motoneurônios espinhais. Acetilcolina Certas doenças neurodegenerativas, particularmente, a demência e o parkinsonismo, estão associadas a anormalidades nas vias colinérgicas. Acetilcolina Ocorrem receptores nicotínicos e muscarínicos de ACh no SNC. Os primeiros medeiam os efeitos centrais da nicotina. Os receptores nicotínicos apresentam uma localização principalmente pré-sináptica. Acetilcolina Os receptores muscarínicos parecem mediar os principais efeitos comportamentais associados a Ach. Efeitos sobre a reatividade, a aprendizagem e a memória a curto prazo. Os antagonistas muscarínicos (hioscina) causam amnésia. A acetilcolinesterase liberada nos neurônios pode exercer efeitos funcionais distintos da transmissão colinérgica. Outros transmissores e moduladores Histamina Purinas Melatonina Óxido nítrico Metabólitos do ácido araquidônico 25/05/2017 15 Histamina A histamina preenche os critérios de um neurotransmissor. Os neurônios histaminérgicos originam-se principalmente no hipotálamo e possuem distribuição disseminada. Os receptores H1, H2, H3 e H4 estão disseminados no cérebro. H1 – GPCR – Gq H2 – GPCR - Gs H3 e H4 – GPCR – Gi/G0 H3 – inibitórios nos neurônios que liberam histamina. Histamina A liberação de histamina segue padrão circadiano distinto, sendo os neurônios ativos durante o dia e silentes à noite. Os receptores H1 no córtex e no sistema ativador reticular contribuem para o despertar e para o alerta, e os antagonistas do receptor H1 produzem sedação. Histamina Os anti-histamínicos são amplamente usados para controlar náuseas e vômitos, por exemplo, no enjoo de movimento e nos distúrbios da orelha média, como também para induzir o sono. Histamina Desenvolvimento de antagonistas seletivos dos receptores H3: Apresentam potencial no tratamento: Déficit cognitivo associado à doença de Alzheimer e esquizofrenia Na perturbação de hiperatividade e déficit de atenção Na doença de Parkinson No tratamento da narcolepsia, da obesidade e de estados de dor Histamina Tanto a adenosina quanto o ATP agem como transmissores e/ou moduladores no SNC. A adenosina exerce principalmente efeitos inibitórios através dos receptores A1 e A2 resultando em efeitos sedativos, anticonvulsivantes e neuroprotetores. As metilxantinas (p. ex., cafeína) são antagonistas nos receptores A2 e aumentam o estado de vigília. Purinas 25/05/2017 16 A adenosina produz seus efeitos por intermédio de receptores acoplados à proteína G 4 tipos de receptores de adenosina distribuídos pelo SNC : A1 A2A A2B A3 Purinas O efeito geral da adenosina, ou dos vários agonistas do receptor da adenosina, é inibidor, levando a estados como: Sonolência, descoordenação motora, analgesia e atividade anticonvulsivante. As xantinas, como a cafeína, são antagonistas dos receptores A2, produzem despertar e alerta. Purinas Existem duas formas de receptores do ATP Receptores P2X e P2Y Existem provas de que o ATP atua nos receptores pós-sinápticos P2X e como mediador na transmissão sináptica rápida no cérebro. Os receptores P2X estão localizados na membrana celular pós-sináptica afastada dos locais de contato sináptico, nos terminais nervosos e nos astrócitos. Purinas As subunidades de receptores P2X (P2X1-7) são canais de cátions controlados por ligantes. O ATP atua nos receptores pós-sinápticos P2X e como mediador na transmissão sináptica rápida no cérebro Existem oito receptores P2Y todos acoplados à proteína G. Purinas Melatonina A melatonina é sintetizada a partir da 5-HT principalmente na glândula pineal, a partir da qual é liberada como hormônio circulante. A secreção é controlada pela intensidade luminosa, sendo baixa durante o dia e elevada à noite. As fibras da retina dirigem-se para o núcleo supraquiasmático ("relógio biológico"), que controla a glândula pineal através de sua inervação simpática. Melatonina Receptores MT1 e MT2. Ambos GPCR (Gi / G0). A ativação dos receptores MT2 altera o ritmo circadiano gerado dentro do SNC. A melatonina tem propriedades antioxidantes e pode ter uma ação neuroprotetora na doença de Alzheimer e de Parkinson. 25/05/2017 17 Quando administrada por via oral: Produz sedação “Reajusta" o relógio biológico Utilizada para na defasagem de tempo dos aviões a jato. Outras ações da melatonina (controvertidas): Humor Função imunológica Melatonina Óxido nítrico A óxido nítrico sintetase neuronal (nNOS) encontra-se presente em muitos neurônios do SNC, e ocorre aumento na produção de NO por mecanismos (p. ex., ação de transmissores) que elevam o Ca2+ intracelular. O NO afeta a função neuronal ao aumentar a produção de cGMP, produzindo efeitos tanto inibitórios quanto excitatórios sobre os neurônios. Em quantidades maiores, o NO forma peroxinitrito, que contribui para a neurotoxicidade. A inibição da nNOS reduz a LTP e a LTD (potenciação e depressão a longo prazo), provavelmente pelo falo de o NO atuar comomensageiro retrógrado. Óxido nítrico A inibição da nNOS também protege contra a lesão cerebral isquêmica em modelos animais. O monóxido de carbono compartilha muitas propriedades com o NO e também pode ser um mediador neural. Óxido nítrico Metabólitos do ácido araquidônico O ácido araquidônico é produzido em neurônios por hidrólise do fosfolipídio mediado por receptores. É convertido em vários eicosanóides e em anandamida. Metabólitos do ácido araquidônico Os eicosanoides desempenham papéis importantes na função neural, como dor, regulação da temperatura, indução de sono, plasticidade sináptica e aprendizado espacial. 25/05/2017 18 O próprio ácido araquidônico, bem como seus produtos ativos, pode produzir efeitos rápidos e lentos através de regulação de canais iônicos e cascatas de proteína quinases. Esses efeitos podem ser exercidos na célula doadora ou em células adjacentes e terminações nervosas. Metabólitos do ácido araquidônico Os endocanabinoides atuam como segundos mensageiros sinápticos. São sintetizados e segregados em resposta a um aumento no Ca2+ intracelular e ativam os receptores pré-sinápticos CB1, resultando numa inibição da liberação de neurotransmissores como o glutamato e o GABA. Metabólitos do ácido araquidônico Os receptores CB1 estão amplamente distribuídos no cérebro e na medula espinhal. Os receptores CB2 têm uma expressividade muito menor. Os agonistas nos receptores CB1 apresentam potencial terapêutico no tratamento de vômitos, dor. Metabólitos do ácido araquidônico Os endocanabinoides, como a anandamida, são metabolizados pela ácido graxo amida hidrolase (FAAH). Os inibidores da FAAH potencializam os efeitos dos endocanabinoides e são analgésicos eficazes na dor em animais. O antagonista do receptor CB1, rimonabant, foi apresentado como um agente antiobesidade, mas teve de ser retirado posteriormente. Metabólitos do ácido araquidônico Rang et al., 2016 Metabólitos do ácido araquidônico Obrigado
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