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FACULTAD DE FARMACIA UNIVERSIDAD COMPLUTENSE TRABAJO FIN DE GRADO TÍTULO: Diseño y síntesis de inhibidores de COX en la enfermedad de Alzheimer Autor: Sergio Carrera González Tutor: Juan Francisco González Matilla Convocatoria: junio 2017 Este trabajo tiene una finalidad docente. La Facultad de Farmacia no se hace responsable de la información contenida en el mismo.
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FACULTAD DE FARMACIA
UNIVERSIDAD COMPLUTENSE
TRABAJO FIN DE GRADO
TÍTULO: Diseño y síntesis de inhibidores de
COX en la enfermedad de Alzheimer
Autor: Sergio Carrera González
Tutor: Juan Francisco González Matilla
Convocatoria: junio 2017
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Índice
Resumen .............................................................................................................................................. 2
1. Introducción .................................................................................................................................... 2
1.1 Enfermedad de Alzheimer ......................................................................................................... 2
1.2 Fisiopatología de la enfermedad ............................................................................................... 3
1.3 Diagnóstico ................................................................................................................................ 4
1.4 Dianas terapéuticas y farmacología .......................................................................................... 5
2. Objetivos .......................................................................................................................................... 9
3. Metodología ................................................................................................................................... 9
4. Resultados y Discusión ................................................................................................................. 10
4.1 Estructura y función de COX .................................................................................................... 10
4.2 Inflamación y COX en la Enfermedad de Alzheimer ................................................................ 11
4.3 Inhibidores de COX .................................................................................................................. 12
4.4 Diseño de inhibidores de COX ................................................................................................. 13
4.5 Síntesis de inhibidores de COX ................................................................................................ 16
5. Conclusiones ................................................................................................................................. 19
Bibliografía ........................................................................................................................................ 20
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Resumen
La enfermedad de Alzheimer (EA) es una enfermedad neurodegenerativa de etiología desconocida
que afecta a la función cognitiva del enfermo. La aparición de la enfermedad depende de la
presencia de depósitos del péptido β-amiloide (Aβ) y la hiperfosforilación de la proteína tau,
pudiéndose modificar el progreso de la enfermedad actuando sobre las vías de procesamiento del
péptido amiloide o la fosforilación de tau. Actualmente no se conoce la cura de esta enfermedad,
pero se utilizan inhibidores de la acetilcolinesterasa (AChEI) y la memantina para mejorar la
sintomatología. Las placas de β-amiloide estimulan las microglías, las cuales liberan mediadores
proinflamatorios, desencadenando la neuroinflamación. Por ello se está estudiando tanto el papel
de esta neuroinflamación como el de los AINE en la EA. Los AINE clásicos parecen tener un mayor
efecto beneficioso sobre la enfermedad, pero su problema radica en los efectos adversos
gastrointestinales por su uso crónico. Para evitar esto, se diseñaron inhibidores selectivos de COX-
2, los denominados coxibs, pero no se ha demostrado su efecto beneficios en la enfermedad.
Palabras clave: “Alzheimer “, “β-amiloide”, “tau” “COX”, “AINE”
1. Introducción
1. 1 Enfermedad de Alzheimer
La enfermedad de Alzheimer (EA) es una demencia de etiología desconocida que afecta a personas
adultas. Se trata de una enfermedad neurodegenerativa crónica, que cursa con una disminución
progresiva e irreversible de las funciones cognitivas, caracterizándose el inicio de la enfermedad
por una pérdida de memoria. A medida que avanza la enfermedad los síntomas se vuelven más
severos, incluyendo la desorientación, cambios de humor, comportamiento y dificultad de hablar,
tragar y andar entre otros.1,2,3,4 Estas discapacidades interfieren con la vida cotidiana de los
enfermos, pero no afectan solo a estos, sino también a los familiares y cuidadores.
La OMS estima que en el mundo existen 47 millones de personas que padecen demencia,
correspondiendo la EA entre el 60 y el 70% de los casos, y prevé que el número total de personas
con demencia llegue a 132 millones en 2050.5
Aunque no se conoce cura para la EA, existen tratamientos sintomáticos, que mejoran la calidad
de vida de los enfermos, sin intervenir en el proceso de la enfermedad.5 Actualmente la causa de
la enfermedad es desconocida, pero hay varias hipótesis que tratan de explicarla.1 Este
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1. 2 Fisiopatología de la enfermedad
Las dos lesiones más características que presenta el cerebro de un paciente que sufre la
enfermedad de Alzheimer, son las placas seniles y los ovillos neurofibrilares.2
Sobre Aβ (placas β-amiloide)
El mecanismo de formación de las placas seniles se debe a un
procesamiento anormal de la proteína precursora de amiloide
(APP), una proteína transmembrana con varias vías
proteolíticas, desencadenando algunas la formación del
péptido β-amiloide (Aβ).
En la superficie de la célula, puede ser procesada por la vía no
amiloidogénica en la cual una α-secretasa seguida de una γ-
secretasa escinde la APP, formándose un péptido soluble (sAPPalfa), el cual es inocuo. En cambio,
si es procesada por la vía amiloidogénica, la APP puede ser internalizada en endosomas6,7, donde
es procesada secuencialmente por una β-secretasa (BACE1) y una γ-secretasa, generándose el
péptido Aβ, el cual es excretado al espacio extracelular, donde se acumula formando placas
seniles. Este péptido Aβ está constituido mayoritariamente de 40 a 42 aminoácidos,6,7 siendo
estos los más largos, por lo que son más hidrofóbicos, especialmente el péptido Aβ42, siendo así,
los que más se depositan en el cerebro (Figura 1).8
La γ-secretasa está constituida por varios componentes, entre los que se encuentran las
presenilinas PS1 y PS28, que son proteínas transmembrana con acción catalítica. La presencia de
mutaciones en los genes que codifican para estas proteínas, induce la sobreproducción del
péptido Aβ, debido a un incremento de la actividad de la γ-secretasa.4
Por otro lado existen varios mecanismos de trasporte del péptido Aβ a través de la barrera
hematoencefálica (BHE) hacia el torrente circulatorio. Cuando se interfiere sobre este mecanismo,
el péptido se acumula en el cerebro.8 Así estudios en cultivos de
tejidos realizados por Wong y colaboradores, mostraron que las
fibras Aβ son tóxicas para las neuronas, al provocar un efecto
oxidativo que desencadena la muerte celular por apoptosis.6
Fig. 1: Esquema de generación de Aβ
Fig.2: Efecto de Aβ sobre tau
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Por otro lado los péptidos Aβ influyen en la escisión y la fosforilación de la proteína tau, procesos
cruciales para la formación de los ovillos neurofibrilares, que representan una acumulación masiva
de los filamentos helicoidales apareados (FHAs). La fosforilación de la proteína tau está regulada
por kinasas como GSK3β y cdk5 las cuales se activan por el péptido Aβ extracelular (Figura 2).6
Sobre proteína tau
La proteína tau es una proteína asociada a microtúbulos en las neuronas, cuya función es unirse a
la tubulina para promover el ensamblaje de esta en microtúbulos, al igual que estabilizar el
citoesqueleto de la célula.4,9 Tau contiene en su estructura una región extracelular que permiten la
interacción con filamentos de actina y una región central susceptible a la acción de las kinasas,4 las
cuales se encargan de fosforilar la proteína, permitiendo así que esta se pueda unir a la tubulina y
realzar su función.10
La proteína tau posee dos regiones que al interactuar
entres sí, impiden la autoagregación, fenómeno que no
sucede cuando la proteína tau se encuentra
hiperfosforilada, desencadenando la formación de los
FHAs, lo que a su vez altera la estructura de los
microtúbulos, afectando así al mecanismo de transporte
neuronal.9
Cuando la proteína tau forma los ovillos neurofibrilares, no es capaz de unirse a la tubulina y
promover la formación de los microtúbulos. Alrededor de un 40% de la proteína tau
hiperfosforilada no se encuentra acumulada en esto ovillos, sino que está libre en el citosol (AD P-
tau) impidiendo el ensamblaje de los microtúbulos, al secuestrar la proteína tau normal. Todo
esto contribuye a la neurodegeneración característica de la EA.9
1. 3 Diagnóstico
El diagnóstico precoz de la enfermedad de Alzheimer es crucial, ya que permite reducir el impacto
físico, psicológico y socioeconómico de los cuidadores, familiares y la sociedad.11 Además permite
una intervención con los fármacos disponibles, ralentizar el progreso de la enfermedad y mejorar
la calidad de vida de los enfermos.
Fig. 3: Hiperfosforilación de tau
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El problema de la EA es que a la hora de detectarse la enfermedad, ésta se encuentra en un estado
muy avanzado y por ello es crucial poder detectar a los pacientes en el periodo asintomático, para
poder realizar un diagnóstico precoz y que el deterioro cognitivo sea lo más leve posible.12
El médico inicialmente debe descartar otras patologías que coincidan en la sintomatología y tras
hacer un test de habilidad mental, si lo considera necesario, derivar al paciente a un especialista,
el cual evaluará la evolución de los síntomas, al igual que habilidades cognitivas a través de una
prueba escrita que mostrará pérdidas de memoria.
Existen técnicas de neuroimagen para poder observar los posibles cambios en el cerebro,
pudiéndose realizar varios tipos de escáner cerebrales, siendo los más comunes es el CT
(computerisedtomography) y el MRI (magneticresonanceimaging), que permiten determinar si el
hipocampo y sus tejidos circundantes se han encogido.13
La detección de biomarcadores permite diagnosticar la enfermedad en su fase asintomática:
Marcadores genéticos: las mutaciones en los genes de la APP, el gen de la presenilina 1
(PSEN1) y el gen de la presenilina 2 (PSEN2) determinan la aparición de la EA, permitiendo su
detección un diagnóstico definitivo y presintomático de la enfermedad.14
Biomarcadores en el líquido cefalorraquídeo (LCR) y plasma: el LCR se caracteriza por una
disminución de la concentración del péptido Aβ42 y un aumento de la concentración de
proteína tau fosforilada. Al contrario, los niveles plasmáticos del péptido Aβ42 se encuentran
en concentraciones elevadas en estadios tempranos de la enfermedad.6,14, 15
1. 4 Dianas terapéuticas y farmacología
Existen varias dianas terapéuticas sobre las que se puede incidir para poder tratar la enfermedad,
pudiendo mejorar la sintomatología relacionada con la EA o modificar el transcurso de la
enfermedad.17 La estrategia terapéutica más empleada es la terapia sintomática.
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Terapia sintomática
Este tipo de terapia se basa en los neurotransmisores (NT) y no influye en el progreso
neurodegenerativo de la enfermedad:
Vía colinérgica
En la EA existe una pérdida de neuronas colinérgicas y por lo
tanto una deficiencia en neurotransmisores colinérgicos, lo
que juega un papel muy importante en la memoria. La
acetilcolina (ACh) es liberada en la sinapsis colinérgica, para
unirse a los correspondientes receptores y una vez ha
ejercido su acción, es hidrolizada por la enzima
acetilcolinesterasa (AChE). Los inhibidores de la
acetilcolinesterasa (AChEI) al inhibir esta enzima, evitan la
disminución progresiva de los niveles de ACh, favoreciendo así que aumenten los niveles de este
neurotransmisor en la hendidura sináptica. Los AChEI pueden tener una mayor o menor
especificidad, al inhibir a su vez otras colinesterasas como la butirilcolinesterasa (BChE). Es
necesaria una mayor selectividad por la AChE que por la BChE para una acción terapéutica en el EA,
ya que la primera esterasa se localiza principalmente en el cerebro.1, 17
A continuación se muestran algunos ejemplos de fármacos dirigidos a la AChE como diana
terapéutica, aunque estos fármacos solo poseen un efecto paliativo de la sintomatología, ya que la
enfermedad sigue progresando a pesar de su uso: 17
La tacrina (1) es un inhibidor no competitivo y reversible que atraviesa la barrera
hematoencefálica (BHE)1, pero a pesar de su eficacia clínica, tuvo que ser retirada debido a la
hepatotoxicidad y corta vida media.1,17 En cambio el donepezilo (2) es un inhibidor reversible y
selectivo de la AChE1 que no presenta hepatotoxicidad17. Este fármaco es capaz de mejorar las
funciones cognitivas de manera leve pero significativa, al igual que mejorar algunas de las
alteraciones de la conducta. El donepezilo tiene una gran tolerancia debido a su escasa acción
periférica. La rivastigmina (3) es una inhibidor parcialmente reversible y selectivo de la AChE que
mejora de forma significativa las funciones cognitivas, pero debido a su pseudorreversibilidad y su
actividad inhibitoria sobre la BChE, este fármaco presenta efectos adversos.17 La galantamina (4)
Fig.4: Sinapsis colinérgica
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es selectiva sobre la AChE, pero su efecto como inhibidor es bajo. En cambio, presenta una acción
como modulador alostérico de los receptores nicotínicos,1,17 pudiendo así mejorar las funciones
cognitivas. Se une a estos receptores presinápticos, provocando un cambio conformacional17,
favoreciendo la liberación de ACh1 y por lo tanto una mejor transmisión colinérgica (Figura 5).
Vía glutamatérgica
El glutamato es un neurotransmisor excitador que se una a
los receptores NMDA, que en condiciones normales se
encuentran bloqueados por iones Mg2+. Cuando llega una
señal glutamatérgica intensa, el magnesio es desplazado,
cesando el bloqueo del canal y permitiendo una entrada
excesiva de iones Ca2+ al interior, aumentando sus
concentraciones intracelulares. Esto desencadena la aparición de “ruido” en estado de reposo.
La memantina (5) es un antagonista no competitivo de afinidad moderada y voltajedependiente
por los receptores de glutamato NMDA1,18, lo que quiere decir que los canales seguirán
bloqueados con señales moderadas, capacidad que el ion Mg2+ no posee. Cuando las
concentraciones de glutamato son altas, la memantina se disocia de su unión al receptor,
permitiendo una transmisión neuronal normal. Por lo tanto la memantina es
capaz de reducir el “ruido”, permitiendo distinguir las señales fisiológicas.
Además, la memantina protege contra los niveles elevados de glutamato en
la sinapsis y se utiliza para prevenir o reducir la muerte celular excitotóxica
dependiente de calcio.18
Fig.5: Fármacos inhibidores de AChE, para el tratamiento del Alzheimer
Fig.6: Mecanismo de acción memantina
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Terapia modificadora del transcurso de la enfermedad
Entre las dianas terapéuticas se encuentran el péptido amiloide y las vías de procesamiento de
éste y la proteína tau, y tratan de ralentizar y revertir el progreso patológico de la enfermedad.
Vía proteína tau
Como ya hemos comentado anteriormente la enzima GSK-3β está involucrada en la
hiperfosforilación de la proteína tau, por lo que compuestos que la inhiban, evitarán este proceso
patológico. Entre estos compuestos se encuentran el litio y el valproato (7), que además
promueven el ensamblaje de los microtúbulos al inhibir la enzima.1,16
Las fosfatasas, como por ejemplo la proteín fosfatasa (PP2A), son fundamentales en el
procesamiento de la proteína tau, ya que impiden su hiperfosforilación, por lo que agentes que
aumenten la actividad de estas enzimas podrían ser útiles en el tratamiento de la EA.16
Vía amiloide
Se puede actuar a través de varios mecanismos que reducen la formación de las placas β-amiloide,
al estar implicadas en el procesamiento de APP tres secretasas:
Es posible aumentar la actividad de la α-secretasa, favoreciendo así la vía no amiloidogénica y por
lo tanto evitando la formación de Aβ, responsable de causar el daño cerebral. 16
Tiazolidindionas como la rosiglitazona (8) y la pioglitazona (9), que a pesar de ser antidiabéticos
orales, actúan como inhibidores de la β-secretasa (BACE1- I), por lo que disminuyen el
procesamiento erróneo del péptido, impidiendo que se acumule Aβ.1
La γ-secretasa es una enzima encargada de procesar otras moléculas aparte de la APP, por lo que
su inhibición desencadenaría efectos adversos, y es por ello por lo que los moduladores de la γ-
Fig. 7: Fármacos modificadores del transcurso de la enfermedad de Alzheimer
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secretasason son una diana prometedora, ya que inhiben el procesamiento de APP y reducen la
formación de Aβ, evitando los efectos adversos que aparecen al inhibirse esta secretasa.1
Se están estudiando los antiinflamatorios no esteroideos (AINEs), ya que parecen presentar esta
acción moduladora sobre la γ-secretasa16, además de inhibir la ciclooxigenasa (COX), enzima
implicada en los procesos de inflamación. En la EA las neuronas son destruidas debido a la
inflamación alrededor de las placas β-amiloide, por lo que inhibir esta enzima puede ser una vía
prometedora en el tratamiento de la EA, ya que mediante estudios epidemiológicos se ha visto
que las personas que utilizan AINEs regularmente, han demostrado tener una menor incidencia de
esta enfermedad.1,2
Este trabajo se centra en esta enzima y los inhibidores que actúan sobre ella para el tratamiento
de la enfermedad de Alzheimer.
2. Objetivos
Con este trabajo se ha tratado de reunir información sobre la enfermedad de Alzheimer y los
inhibidores de COX, al igual que conocer el papel de esta enzima en la enfermedad de Alzheimer y
por lo tanto entender el fundamento del tratamiento del Alzheimer inhibiendo esta enzima. Junto
a esto, se debe comprobar y describir la síntesis orgánica de un inhibidor selectivo de COX-2, que
sea eficaz en el tratamiento del Alzheimer y que presente los menores efectos adversos posibles.
3. Metodología
Revisión bibliográfica sobre la enfermedad de Alzheimer, al igual que la implicación de COX en la
enfermedad. Se han utilizado como bases de datos, PubMed, scifinder, google-scholar y diversas
editoriales de revistas científicas tanto en castellano como en inglés, buscando palabras
específicas como “Alzheimer”, “β-amiloide”, “tau”, “COX”, “AINE” y “coxibs”.
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4. Resultados y Discusión
4. 1 Estructura y función de COX
La ciclooxigenasa (COX) es una enzima que transforma el
ácido araquidónico de las membranas celulares en
compuestos que posteriormente se convertirán en
prostaglandinas (PG) y tromboxanos (TX). Las PG
intervienen en los procesos de inflamación, el dolor y la
fiebre entre otros, por lo que la inhibición de su síntesis
tiene acciones terapéuticas, pero a su vez también pueden desencadenar reacciones adversas.19
Aunque recientemente se han descritos diversas isoformas de la COX, COX-1 y COX-2 han sido las
más ampliamente estudiadas. Se diferencian en el centro activo por un cambio de isoleucina en
COX-1 por una valina en COX-2, siendo más grande el canal en COX-2 e incrementando el sitio de
unión.20 Al ser la valina un aminoácido de menor tamaño, permite el acceso de moléculas de
mayor tamaño al centro activo de la COX-2, por lo que se diseñan moléculas de mayor tamaño que
solo van a poder acceder a la COX-2 y no a la COX-1, consiguiendo así selectividad.
COX-1
La COX-1 es una enzima constitutiva que se encuentra en diversos tejidos y plaquetas y se
encarga de sintetizar PG implicados en la homeostasis general que intervienen en la protección del
epitelio gástrico, mantenimiento del flujo renal, la agregación plaquetaria entre otros. Su
concentración es constante, aunque puede aumentar por estímulos. Es la encargada de sintetizar
tromboxano A2 y prostaglandinas E2 – I2.19,20,21
COX-2
La síntesis de COX-2 es inducible por inflamación por el lipopolisacárido bacteriano (LPS) y ciertas
citoquinas. Tiene como función mediar los procesos de inflamación al ser responsable de la
producción de PG implicadas en la respuesta inflamatoria. Otros posibles roles de la enzima
incluyen acciones en ciertos tumores, enfermedad de Alzheimer y procesos artríticos, así como
inhibición de la apoptosis. Aunque COX-2 es una enzima inducible, se expresa de forma
constitutiva en algunos tejidos como el SNC.19,20
Fig. 8: Función de la ciclooxigenasa
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4. 2 Inflamación y COX en la Enfermedad de Alzheimer
Neuroinflmación
La neuroinflmación es una respuesta cerebral mediada por las microglías, macrófagos del sistema
nervioso central, que se activan ante el estrés celular, el daño y procesos patológicos.3,22,23 La
neuroinflmación está relacionada con la EA y tiene un papel tanto beneficioso como perjudicial.24
Se sugiere que las microglías pueden ser activadas por Aβ3,22,23 , liberando ésta citoquinas y
neurotoxinas, como si estuviese respondiendo agente un patógeno2, que causan el daño neuronal,
mediando así la neurodegeneración. Existen otros hallazgos que indican que los macrófagos de la
microglía, estimulan el aclaramiento de Aβ,2,22 pudiendo entenderse esto como una efecto
protector de la neuroinflamación cuando ésta se inicia una vez ya se padece la EA.23 Parece ser que
las microglías estabilizan las placas de β-amiloide, auqnue no son capaces de fagocitarlas y esto
provoca que liberen citoquinas proinflamatorias, por lo que
la neuroinflamación inicial puede ser debido en parte a la
acumulación de las placas de β-amiloide.
Es por esto por lo que en estadios iniciales podría ser
beneficiosa la administración de antiinflamatorios no
esteroideos (AINE), al reducirse la activación de las
microglías y la liberación de estas citoquinas.22
Al igual que las microglías se activan debido a a Aβ, la
expresión de COX-2 en el cerebro se altera. Además existe
una correlación directa entre la expresión de COX-2 en el hipocampo y la severidad de la
demencia.23
Papel de los antiinflamatorios no esteroideos (AINEs) en la neuroinflamación
Los resultados del estudio ADAPT (Alzheimer's Disease Anti-inflammatory Prevention Trial)
sugieren que las personas que ya padecían la enfermedad al comenzar el estudio, empeoraban si
tomaban AINE, al acelerarse la enfermedad. En cambio, existen estudios de pacientes sin
demencia pero con artritis, que estaban tratados de manera crónica con AINEs, que demeustran el
efecto protector y preventivo de estos fármacos.3,22
Fig. 9: Neuroinflamación en la EA
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Hasta ahora la acción de los AINEs en la EA es incierta, ya que no se sabe con seguridad el papel de
la inflamación en esta patología, es decir si causa algún tipo de daño o si es beneficiosa para el
cerebro.22
Se ha visto recientemente en modelos de ratones transgéncios de EA, la capacidad del ibuprofeno
y el naproxeno de bloquear las alteracioens de la microlgia, sin afectar al procesamiento de APP.
Hay otras hipótesis que afirman que los AINEs son capaces de interactuar directamente con el
péptido Aβ impidiendo así su acumulación y que el ibuprofeno o la indometacina disminuyen la
producción de Aβ42 in vitro y en ratones transgénicos de EA.22
Por otro lado el uso de AINEs puede reducir el efecto beneficioso de la neuroinflmación cuando la
enfermedad está iniciada y las placas β-amiloide están presentes.23
Los niveles de COX-1 son bajos en la microglía no activada y aumentan en condiciones
inflamatorias, pudiendo contribuir a la neuroinflamación.
La inhibición de COX-2 conlleva déficits cognitivos en roedores jóvenes normales, ya que esta es
abundante en las dendritas postsinápticas de las neuronas del preencéfalo21, lo que da a entender
que la actividad constitutiva de COX-2 es necesaria para el funcionamiento neuronal normal.23, 24
La sobreexpresión de COX-2 juega un papel importante en la enfermedad de Alzheimer. Se
encuentra sobreexpresada en el cortex frontal de cerebros que padecen la enfermedad y además
su sobreexpresión en el hipocampo en estadios tempranos de la enfermedad está relacionada con
los depósitos de β-amiloide, ya que al parecer se induce la expresión de la enzima al sintetizarse el
péptido.20
Por lo tanto, la COX-2 es una buena diana sobre la que interferir con AINEs para prevenir la
pérdida de memoria, en el contexto de de la presencia del péptido amiloide β42, aunque COX
puede ser una diana más promtedora en estadios tardíos de la enfermedad.
4. 3 Inhibidores de COX
Los inhibidores de la COX son los denominados antiinflmatorios no esteroideos (AINE), el cual es
un grupo de fármacos que inhiben ambas isoformas de la COX, teniendo un efecto
antiinflamatorio. Como inconveniente tienen las lesiones gástricas que pueden provocar y es por Este
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esto por lo que se han diseñado inhibidores selectivos de COX-2, que siguen teniendo efecto
antiinflamatorio con mínimos efectos secundarios gástricos.3,23
Por lo tanto existe dos grupos de AINE: los AINE clásicos que inhiben ambas isoformas de la
enzima, COX-1 y COX-2, y los ibhibidores selectivos de la COX-2.
4. 4 Diseño de inhibidores de COX
A la hora de diseñar un fármaco para el tratamiento de la EA, es importante el transporte a través
de la BHE, ya que la estructura de ésta puede obstaculizar el paso de las moléculas, proceso que
depende del peso molecular (<400 Daltons), liposolubilidad y la carga de la molécula.1
Inhibidores selectivos COX-2
Diaril heterociclos: “coxibs”
Es el grupo de inhibidores COX-2 más importantes. Poseen un anillo central, que puede ser un
heterociclo, con dos grupos arilos. Este anillo central puede variar entre las diferentes moléculas
de esta familia, y es muy importante ya que orienta los grupos aromáticos en el espacio para la
correcta unión a la enzima.
El estudio SAR (structure activity relationship) indica que la potencia y la selectividad óptima
dependen de la presencia de:
Un grupo metilsulfonio (CH3SO2) o sulfonamida (NH2SO2) en posición para de uno de los
fenilos. Este se une al bolsillo del centro activo de COX uniéndose a la Arg513 de éste
mediante puentes de hidrógeno.
Un fluor en posición para en el fenilo que no contenga un grupo sulfona que interacciona a
través de enlaces hidrofóbicos con los aminoácidos del canal hidrofóbico del sitio activo.
El celecoxib y el rofecoxib son coxibes de primera generación (Figura 10). El celecoxib (10)
presenta una estructura tipo diaril pirazol y un grupo sulfonamida y en cambio el rofecoxib (11) es
una lactona 3,4-diarilfuranona que contiene un grupo metilsulfonil. Al sustituir el grupo
sulfonamida por una metilsulfonil, se ha observado una mayor selectividad COX-2, aunque la
biodisponibilidad oral se ve reducida por este cambio estructural. El problema de este compuesto
es que fue retirado debido a los problemas cardiovasculares que causaba. Ambos presentan
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grupos atrayentes de electrones, siendo este un grupo trifluorometilo en el celecoxib y la lactona
del heterociclo en el rofecoxib.20
En compuestos análogos al rofecoxib, han demostrado que la posición de la lactona es esencial
para la que la molécula presente acción inhibidora frente a COX-2, lo que da a entender que en el
rofecoxib son esenciales las disposiciones de los grupos arilo respecto al heterociclo para que la
molécula sea activa.
Se desarrollaron nuevos compuesto buscando una mayor selectividad por COX-2, manteniéndose
el esqueleto de diaril heterocilcos, apareciendo de esta manera una segunda generación de coxibs
(Figura 11): etoricoxib (12) y valdecoxib (13) entre otros.
El valdecoxib presenta una estructura de diaril isoxazol y es más selectivo y potente que los coxibs
de primera generación. Su derviado hidroximetil generado por su metabolización, también
presenta actividad antiinflamatoria. Debido a que el celecoxib y el rofecoxib presentan una
elevada lipofilia, no se pueden administrar por vía parenteral, por lo que lo que se ha diseñado un
profármaco del valdecoxib, denominado parececoxib sódico (14).
El etirocoxib presenta una estructura diferente, ya que uno de los fenilos se sustituye por una
piridina, al igual que el anillo principal (di-piridinil-(4-metilsulfonilfenil)).20
Fig. 10: Primera generación de coxibs
Figura 11: Segunda generación de coxibs
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Compuestos obtenidos por modificación del diclofenaco
El diclofenaco (15) es un AINE no selectivo, del grupo de los derivados de fenilacéticos, que
presenta un potente efecto antiinflamatorio, analgésico y antipirético, pero al no ser selectivo,
también produce los efectos adversos gastrointestinales no deseados. Se ha modificado su
estructura, consiguiendo un inhibidor selectivo de COX-2, llamado lumiracoxib (16) (Figura 12).
Estos compuestos no presentan el grupo sulfona y tiene un resto de ácido carboxílico. Su
mecanismo de unión a COX-2 es diferente, al unirse el ácido carboxílico forma enlaces de
hidrógeno con Tyr385 y Ser530 en vez de interaccionar con el bolsillo hidrofóbico. Su perfil
terapéutico es igual que el del diclofenaco, pero evitando los efectos adversos del mismo.21
Inhibidores clásicos
Los inhibidores clásicos se clasifican en varias familias, pero este trabajo se centra en dos
compuestos de la familia de los derivados del ácido propiónico: el ibuprofeno (17) y el naproxeno
(18).
Estos derivados del ácido propiónico inhiben la enzima por unión al centro activo a través de
enlaces iónicos entre los el fragmento de ácido propiónico presente en la molécula y los restos Tyr
385 y Arg120 del sitio activo de la enzima.
La presencia de este ácido es esencial para la unión a la enzima y por ello hay que tenerlo presente
tanto en el diseño de este tipo de fármacos, como en su síntesis. Existen estudios que afirman que
Fig. 13: AINEs derivados del ácido propiónico
Fig. 12: Diferencias estructurales entre diclofenaco y lumiracoxib
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el grupo naftilo presenta el naproxeno en su molécula es esencial para la unión de este a la
enzima. Si se sustituyese el oxígeno del grupo metoxi, por un átomo de azufre, aumenta la
selectividad por COX-2.26
La unión de Arg120 del sitio activo al ácido araquidónico, explica la importancia de la presencia de
un grupo ácido, ya que se puede ionizar a pH fisiológico, formando un carboxilato, esencial para la
unión a la enzima. La presencia de anillos aromáticos aumenta la afinidad por COX, al unirse a esta
a través de enlaces hidrofóbicos.
Se sabe también que los aminoácidos responsables de la unión, están en planos distintos, por lo
que es necesaria una orientación no coplanar de los anillos aromáticos de los AINE, para una
afinidad óptima. 25
Muchos de los AINE clásicos son capaces de inhibir ambas isoenzimas, ya que el centro activo de
ambas es idéntico. Estos fármacos son de menor tamaño que los inhibidores selectivos de COX-2,
coxibs, por lo que podrán acceder al centro activo de COX-1 y COX-2, inhibiendo ambas isoformas
y careciendo de esta manera de selectividad por COX-2.26
4. 5 Síntesis de inhibidores de COX
Inhibidores selectivos COX-2
Síntesis etoricoxib
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Para la síntesis del etoricoxib (12) se elige como compuesto de partida la sulfonilfenil metil cetona
1. La cetona 1 se convierte en el ácido mediante la reacción de Willgerodt-Kindler seguida de
hidrólisis. La adición del dianión derivado del ácido 2 al 6-metilnicotinado de metilo 3, en THF a
50oC, proporciona directamente la cetona 4. Cuando este compuesto se trata con sal de
vinilamidino 5, se genera el compuesto 6, el cual por tratamiento con ácido, se convierte en 7. La
reacción de este intermedio con hidróxido amónico acuoso a reflujo proporciona el etroicoxib.26
Síntesis lumaricoxib
La síntesis del lumicarcoxib (16) se inicia con la reacción de acoplamiento entre el 2-cloro-6-
fluoranilina 1 y el 1-beomo-4-metilbenceno 2. Esta reacción se lleva a cabo en presencia de
Pd2(dbaa)3, tristibutilfosfina y t-butóxido de sodio en tolueno y proporciona la anilina 3. La
amidación de este compuesto con cloruro de cloracetilo conduce a la cloracetilamida 4 que se
convierte en una lactama 5 mediante una reacción SEAr intramolecular. La hidrólisis del anillo
lactámico permite la obtención del lumiracoxib.26
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Inhibidores clásicos
Síntesis ibuprofeno
La secuencia sintética se inicia con obtención de la aril metil cetona 2 por reacción de acilación
SEAr del isobutilbenceno 1 con anhídrido acético en presencia de AlCl3. La cetona 1 se convierte en
el α,β-epoxiéster 3 mediante reacción de Darzens con cloroacetato de etilo en presencia de
etóxido sódico. Cuando el epoxiéster 3 se calienta en medio ácido se provoca una reacción de
hidrólisis, con descarboxilación concomitante, que conduce a la obtención del aldehído 4. Este
compuesto se convierte en la oxima 5, la cual se deshidrata al nitrilo 6. La hidrólisis del nitrilo
proporciona el ibuprofeno (17).26
Síntesis naproxeno
El 2-bromo-6-metoxinaftaleno 1, se transforma en el reactivo de Grignard 2, que por reacción con
la sal cloromagnésica del derivada del ácido 2-bromopropanoico, proporciona el compuesto
racémico (+/-) 4. La resolución con N-alilglucamina permiten la obtención del (S)-naproxeno.26
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5. Conclusiones
Los AINEs se han utilizado siempre como analgésicos, antiinflamatorios y antipiréticos, pero se
está estudiando su actividad en la enfermedad de Alzheimer. Existen estudios que comentan los
posibles efectos beneficioso cognitivos del etoricoxib en los pacientes con déficit de memoria
medios que presentan esta patología. Pero a pesar de estos resultados, hay otros estudios que
afirman que estos compuestos tienen un efecto perjudicial, pudiendo empeorar la enfermedad.
Ciertos estudios apuntan que los AINE clásicos, como el ibuprofeno o el naproxeno, presentan un
efecto beneficioso neuroprotector mayor que los inhibidores selectivos de COX-2, pero el
problema es que su uso para el tratamiento de la EA tendría que ser crónico lo que provocaría
efectos adversos gastrointestinales importantes.
Por ello es importante el diseño de inhibidores selectivos de COX-2 que presenten efectos
antiinflamatorios y eviten la aparición de estos efectos adversos, aunque su problema es que no
han demostrado un efecto neuroprotector, por lo que habría que seguir buscando moléculas que
sean capaces de inhibir COX-2 de forma selectiva, para evitar los efectos adversos
gastrointestinales, y que consigan tener un efecto neuroprotector frente a la EA.
La acción de los AINEs depende del estadio en que se encuentre la enfermedad, por lo que hay
que tener en cuenta que el efecto neuroprotector de estos fármacos tiene lugar antes de la
manifestación de los síntomas de demencia, pudiendo ser esta la razón del fracaso de estos
fármacos en estadios más avanzados de le enfermedad. Es por ello por lo que el uso de estos
fármacos podría limitarse como tratamiento de prevención.
Hoy en día el conocimiento del mecanismo de acción de estos fármacos en la EA es incompleto,
por lo que hay que proseguir con la investigación de estos compuestos para conocer con exactitud
su funcionamiento.
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