Receptores de fármacos

Los receptores son componentes moleculares específicos de un sistema biológico con los cuales interactúan los fármacos para producir cambios en la función del organismo. Este suceso fundamental de interacción medicamento-receptor inicia la comunicación, a través de moléculas de señal (primer mensajero) de gran diversidad estructural y funcional, con receptores acoplados a canales iónicos, a proteína G, catalíticos o reguladores de transcripción del ADN, así como la ayuda integrada de segundos mensajeros. También se menciona ciertas enfermedades que surgen por disfunción de estos receptores de los sistemas receptores-efectores, como la aparición de receptores aberrantes o como productos de "oncogenes".

Receptors are specific molecular components in a biological system, with which pharmaceutical drugs react to produce changes in cell functions. The interaction is the first step, first messenger, linked to membrane and intracellular mechanisms. There are also some maladies caused by disfunction at receptor level.

Para que un fármaco pueda producir un determinado efecto en un organismo vivo, tiene que existir previamente una interacción fisicoquímica entre la molécula del fármaco y otra u otras moléculas del organismo vivo⁽¹⁾.

Esta comunicación altamente eficiente, que necesita todo organismo multicelular se inicia a través de moléculas de señal o primer mensajero, que presentan gran diversidad estructural y funcional como trasmisores de señales. La acción de estas moléculas está mediada por proteínas receptoras que se encuentran en las células blanco, en donde se produce la activación de los segundos mensajeros^(2-27).

El receptor es una macromolécula celular con la cual se liga un fármaco para iniciar sus efectos; un grupo importante de estos receptores está compuesto por proteínas que normalmente actúan como receptores para ligandos endógenos corrientes (hormonas, factores de crecimiento, neurotransmisores y autacoides).

• Unirse al ligando apropiado
• Propagar su señal reguladora en la célula "blanco". Los efectos reguladores de un receptor pueden ejercerse en forma directa en sus objetivos celulares, es decir la protelína o proteínas efectoras, o pueden ser transmitidos a blancos celulares por moléculas intermediarias, que son los transductores, como la proteína G, y finalmente obtener el efecto biológico a través de segundos mensajeros.
• Emplear los sistemas efectores dentro del citoplasma que activen o repriman ciertos procesos que son la base de las respuestas celulares^{(10, 12-28)}.

Los fármacos, para dar lugar a un efecto biológico, al mar-gen de llegar al lugar de acción y alcanzar una concentración necesaria en la biofase (zona del órgano efector situada en la vecindad de los receptores), deben reunir dos propiedades fundamentales: afinidad y actividad intrínseca.

La afinidad se conoce como la capacidad que posee un fármaco para unirse con el receptor específico y formar el complejo fármaco-receptor.

Actividad intrínseca es la propiedad que tienen los fármacos, una vez unidos al receptor de poder generar un estímulo y desencadenar la respuesta o efecto farmacológico. Otros la denominan eficacia.

Aquellos medicamentos que reunen estas dos características (afinidad, actividad intrínseca) son conocidos como fármacos agonistas, pero si únicamente poseen afinidad por el receptor se conocen como fármaco antagonista ^{(3,4,11,12,16)}.

Las fuerzas que gobiernan la interacción entre los átomos y entre las moléculas son la base de las interacciones entre los fármacos y sus receptores.

Son fuerzas débiles de enlace, presentes en innumerables compuestos y que actúan entre todos los átomos que están en cercanía mutuamente. La fuerza de atracción de estas uniones es inversamente proporcional a la sétima potencia de la distancia de separación entre átomos o moléculas.

Cuando el fármaco y su receptor pueden estar en estado común, esas fuerzas adquieren enorme importancia. Cuanto más específica es la molécula, mayor es la contribución de estas fuerzas.

Muchos átomos de hidrógeno poseen una carga positiva parcial en la supeficie, y forman enlaces con átomos de oxígeno y de nitrógeno cargados negativamente. Al actuar a mayores distancias que las fuerzas de Van der Walls no es importante un acercamiento de las moléculas para lograr su efecto.

Estos enlaces junto con las fuerzas de Van der Walls, constituyen la masa de casi todas las interacciones entre fármaco y receptor.

Los enlaces de este tipo se forman entre iones con carga opuesta, por ejemplo acetilcolina positivo y cloruro negativo. Su importancia puede apreciarse claramente en el caso de los agentes bloqueadores neuromusculares de enlaces iónicos que actúan a una velocidad muy grande.

Estos enlaces se forman cuando un mismo par de electrones es comparticlo por átomos adyacentes y de ellos depende la cohesión de las moléculas orgánicas. No son comunes en farmacología. Debido a su fuerza y a la dificultad de reversión o de ruptura que los caracteriza, los fármacos con este tipo de mecanismos poseen efecto prolongado. La cloroquina, la dibencilina, los anticolinesterásicos, organofosforados, son ejemplos de sustancias que forman estos enlaces. Estos compuestos tienden a ser tóxicos ^(4,5,11-13).

La localización del lugar de acción de los fármacos, lo que significa en muchos casos la ubicación del receptor sobre el que ejercen su acción, viene determinada por las propiedades físico químicas de la sustancia biológicamente activa. Es fácil comprender que sustancias polares e hidrosolubles, que no pueden atravesar las barreras lipídicas celulares, ejercerán su efecto con mayor probabilidad sobre receptores situados sobre la membrana celular (sustancias endógenas como catecolaminas, acetilcolina y las hormonas peptídicas). Por el contrario, fármacos liposolubles que atraviesan las membranas celulares, tienen su acción en un lugar intracelular (vesículas de secreción, mitocondrias, enzimas solubles) o también en el núcleo o sus ácidos nucleicos.

Es importante destacar que los receptores que comparten el mecanismo de transducción intracelular de la señal originada por su activación, poseen también importantes similitudes en su estructura molecular tal como han puesto de manifiesto, recientemente, múltiples estudios bioquímicos y de biología molecular ^(5-7,14-16).

Los receptores de los fármacos han sido identificados y clasificados tradicionalmente sobre la base del efecto y la potencia relativa de agonistas y antagonistas selectivos, en la relación estructura-actividad. Los receptores están agrupados en distintas familias como son:

La acción del fármaco con el receptor va a producir una acción directa de abrir o cerrar dicho canal con su concomitante efecto en el potencial de membrana celular.

Tabla 1. Algunos de los ligandos para los receptores acoplados a proteinas G(17,18,22)
Clase	Ligando
Neurotransmisores	Adrenalina Noradrenalina Dopamina 5-hidroxitriptamina Histamina Acetilcolina Adenosina Opioides
Taquicininas	Sustancia P Neurocinina A Neuropéptido K
Otros péptidos	Angiotensina II Arginina vasopresina Oxitocina PVI, GRP, TRH, PTH
Hormonas glicoproteínicas	TSH, FSH, LH, hCG
Derivados del ácido araquidónico	Tromboxano A2
Otros	Sustancias odoríferas Saborizantes Endotelinas Factor activador de plaquetas Canabinoides IL-8

Van a actuar como enzimas de acción directa que catalizan reacciones de fosforilación o generación de segun-dos mensajeros. En este grupo tenemos:

La realizan por la interacción con receptores nucleares. Dentro de este grupo tenemos:

Por cada sustancia activa sobre la célula existe al menos un receptor específico al que se une por sus elementos de reconocimiento para producir la respuesta y para muchas sustancias, existe más de un receptor definiéndose farmacológica y biológicamente en las características de su unión, las unidades de que se componen los mensajeros utilizados que diferencian los tipos y subtipos de receptores.

Los sistemas neurotransmisores precisan de receptores específicos para ejercer su acción. Los receptores son eslabones fundamentales y delimitados de tipo y subtipos dentro de cada sistema. Ante el empleo de una determinada sustancia química existen efectos variables en base a los diferentes receptores sobre los que actúa ^(4,7,8).

a. El espacio extracelular (colinesterasa como receptor de fármacos anticolinesterásicos).
b. En el espacio celular en la membrana (adrenérgico).
c. Dentro de la célula (corticoides).

a. En algunas ocasiones, a nivel de subunidades de pro-teína G.
b. A nivel de unidades catalíticas (adenilato o guanilatociclasa).
c. A nivel de segundos mensajeros.
d. A nivel de proteínas fosforiladas por segundos mensajeros.
e. A nivel de poros iónicos.

La especificidad de la afinidad de un fármaco (agonista o antagonista) por su receptor permite marcar el receptor y de este modo se consigue:

La comunicación eficaz que todo organismo requiere, a fin de coordinar crecimiento, diferenciación y el metabolismo de sus tejidos y órganos, tiene, como una de sus formas, comunicaciones intercelulares.

A través de sus moléculas de señal o primer mensajero, que presentan una gran diversidad estructural y funcional y que nos sirven como trasmisores de señales, mediadas por losreceptores que se encuentran en las células blanco, en donde se produce la activación de segundos mensajeros.

Una vez realizada esta función las células blanco modifican o degradan al ligando dando término a la respuesta.

El receptor es una proteína bifuncional que reconoce y une al ligando con alta especificidad y responde a esta unión induciendo la respuesta celular. Este reconocimiento y unión, como se ha visto, puede producirse por más de un tipo de receptores, induciendo así, respuestas diferentes.

Estas respuestas pueden ser directas a través de canales iónicos (neurotransmisores), de activación enzimática (citoquinas), de estimulación de la transcripción del ADN (esteroides, retinoides), o indirecta, luego de acoplamiento a proteínas transductoras de señales (hormonas peptídicas).

De acuerdo a los mecanismos de transducción de señal, los receptores de membrana o de superficie celular se clasifican en receptores acoplados a canales iónicos, proteína G, asociados con actividades enzimáticas intrínsecas y receptores sin actividad enzimática intrínseca ^{(2,8,9,18,22)} (Figuras 1 y 2).

Las señales fisiológicas también se integran dentro de la célula, como resultado de interacciones entre vías de segundos mensajeros, que influyen directamente entre sí, por alteración de sus metabolismos y, de manera indirecta, al compartir blancos intracelulares; este patrón, algo confuso , de las vías reguladoras, permite a las células reaccionar a agonistas, solos o en combinación con un conjunto integrado de segundos mensajeros y respuestas citoplásmicas (Figura 3).

Figura 3. Acciones moduladoras de las proteinas G sobre diversas proteínas de la membrana celular y su influencia sobre diferentes segundos mensajeros. Se ha descrito varios tipos de proteínas G que pueden ejercer acciones reguladoras contrarias (activación o inhibición) sobre sus moléculas diana.
AA: ácido araquidónico. AMPc: monofosfato cíclico de adenosia Ca²⁺ : concentración intracelular de iones de calcio. IP₃:trifosfato de inositol. DAG:diacilglicerol.

Muchos ligandos extracelulares actúan al incrementarse las concentraciones intracelulares de los mensajeros secundarios como el 3',5' monofosfato de adenosina cíclico (AMPc), el ion calcio o los fosfoinositidos (Tabla 2).

En la mayor parte de los casos utilizan un sistema de señalización transmembrana con tres componentes distintos: Primero, el ligando extracelular es detectado de manera específica por un receptor en la superficie celular. A su vez, el receptor puede inducir la activación de una proteína G que se localiza en la cara citoplasmática de la membrana plasmática. Esta proteína G activada, modifica posteriormente la actividad de un elemento efector que suele ser una enzima o conducto iónico ^(30,31).

Tabla 2. Lista parcial de ligandos extracelulares endógenos y sus mensajeros secundarios relacionados^(19-23)
Ligando	Mensajero secundario
•Adrenocorticotrópica, hormona •Acetilcolina (receptores muscarínicos) •Angiotensina •Catecolaminas (a1-adrenorreceptores) •Catecolaminas (b1-adrenorreceptores) •Factor de crecimiento derivado de las plaquetas •Gonadotropina coriónica •Glucagón •Histamina (receptores-H2) •Hormona estimulante de los folículos •Hormona estimulante de los melanocitos •Hormona liberadora de tirotropina •Hormona Luteinizante •Hormona paratiroidea •Prostaciclina, prostaglandina E1 •Serotonina (receptores-5-HT1) •Serotonina (receptores-5-HT2) •Tirotropina •Vasopresina (receptores-V1) •Vasopresina (receptores-V2)	Ca2+/fosfoinosítidos Ca2+/fosfoinosítidos Ca2+/fosfoinosítidos AMPc AMPc Ca2+/fosfoinosítidos AMPc AMPc AMPc Ca2+/fosfoinosítidos AMPc AMPc AMPc AMPc Ca2+/fosfoinosítidos AMPc Ca2+/fosfoinosítidos AMPc

Un número elevado de sustancias, tanto endógenas (neurotransmisores y neuromoduladores, hormonas autacoides) como exógenas (fármacos), activan su célula diana, estimulando la producción de AMPc. Para que los mensajeros extracelulares (primeros mensajeros), por ejemplo los fármacos, incrementen la concentración intracelular de AMPc (segundo mensajero) se requieren tres proteínas de la membrana plasmática: el receptor específico una proteína reguladora y la adenilatociclasa propiamente dicha.

Figura 4. Sistema del AMP cíclico. La activación de la adeniciclasa catliza la conversión del ATP en AMP cíclico. Este último activa a la proteinquinasa A, la cual fosforila las proteínas y produce efectos fisiológicos. Los ligandos estimulantes se fijan a receptores estimulantes y activan la adenilciclasa a través de la Gs. Los ligandos inhibidores inhiben a la adenilciclasa a través de los receptores inhibidores. Ll:líquido intersticial.

Figura 5. Metabolismo del Ca²⁺ en las células de mamífero. El Ca²⁺ citoplásmico se encuentra en equilibrio con el que está unido a las mitocondrias y al retículo endoplásmico. Las proteínas fijadoras de calcio (PFCa) fijan al Ca²⁺ citoplásmico y cuando se activan de esta manera producen diversos efectos fisiológicos. El Ca²⁺ entra en la célula por medio de conductos del Ca²⁺ con compuerta de voltaje (V) y compuerta de ligando(L). Una ATPasa de Ca²⁺ -H⁺ y un antiportador de Na+-Ca²⁺ lo transportan hacia el exterior de la célula.

Estos tres componentes son independientes, siendo posible combinarlos con los de otras especies o tejidos para formar una unidad totalmente funcional. Ello parece ser debido a que se encuentran libres en la membrana celular donde pueden desplazarse por separado, interaccionado de vez en cuando entre sí. Estos componentes están, pues, en un estado dinámico que, no obstante, permite lo que se denomina su acoplamiento, término que hace referencia a la eficacia con que una molécula mensajera extracelular al fijarse a un receptor ubicado en la superficie de la célula, convierte su información en AMPc u otro mensajero intracelular.

¿Cómo se efectúa este acoplamiento? Esquemáticamente, la unión del fármaco al receptor produce un doble fenómeno. Por un lado, el receptor que en estado de reposo presenta una alta afinidad por el fármaco, pasa, tras su unión a éste, a un estado de baja afinidad, lo que favorece la disociación del fármaco de su receptor y permite la terminación del efecto. La unión del fármaco a su receptor conduce, en segundo lugar, a la activación de la proteína reguladora que, a su vez, activa al tercer componente, aumentando la afinidad de la adenilatociclasa por su sustrato, el ATP Mg al que transforma en AMPc. La proteína reguladora, llamada así por regular la prueba de la afinidad del receptor por el agonista (cuando se activa, logra un descenso de la unidad del receptor), como la actividad de la adenilatociclasa tiene la particularidad de fjjar nucleótidos de guanina. De esta manera su activación por el complejo fármaco-receptor supone la fijación de GTP. Esta proteína se autorregula debido a su capacidad GTPasica.

Figura 6. Representación esquemática de la liberación de trifosfato de inositol(IP) y diacilglicerol (DAG) como segundos mensajeros. La fijación de un ligando al receptor acoplado a la proteína G activa a la fosfolipasa C (PLC) ß1 o ß2 . De manera alternativa, la activación de los receptores con los dominios intracelulares de tirosinquinasa pueden activar al PLCy1, La hidrólisis resultante del PIP₂ produce IP3, que libera al Ca²⁺ del retículo endoplásmico (RE), y al DAG, que activa a la proteinquinasa C (PKC).
PFCa, proteinas fijadoras de Ca2+. LI:líquido intersticial.

Por último, el producto de la reacción, el AMPc, se encuentra en equilibrio entre su síntesis por la adenilatociclasa y su degradación por la fosfodiesterasa.

Las hidrólisis del AMPc es catalizada por varias fosfodiesterasas (strada-hidaka)⁽³¹⁾ y la extrusión de AMPc, desde las células, se logra gracias a un sistema de transporte activo regulado. En casi todos los casos el AMPc actúa por activación de las proteinquinasas cíclicas dependientes de AMP que regulan innumerables proteínas intracelulares al catalizar su fosforilación (Edelman y col) y por lo tanto modifican (a través de su activación o inactivación) sus funciones biológicas.

La especificidad de la respuesta al AMP cíclico dependerá de la naturaleza de las proteínas sobre las que actúen las proteinquinasas para inducir su fosforilación, que también es modulada por otros agentes, como el Ca²⁺.

El AMPc es metabolizado por una fosfodiesterasa. Esa última es inhibida por la metilxantinas, como cafeína y teofilina; en consecuencia, estos últimos compuestos aumentan los efectos hormonales y transmisores mediados por el AMPc.

La concentración citoplásmica del ion de calcio, que es otro segundo mensajero de amplia distribución, depende de la regulación de los diversos canales específicos de dicho ion en la membrana plasmática y de su descarga desde sitios de reserva intracelular. Los canales de calcio pueden ser abiertos por la despolarización eléctrica, por fosforilación (proteinquinasa cíclica dependiente de AMP, por proteínas Gs y por potasio o el propio ion de calcio. La abertura del conducto puede ser inhibida por otras proteínas G (Gi y Go).

La liberación del calcio de otros depósitos intracelulares es medida por IP₃.

La concentración de Ca²⁺ libre en el citoplasma se mantiene alrededor de 100 nmol/L. La concentración de Ca²⁺ en el líquido intersticial es de 2000 veces la concentración citoplasmática, es decir 200 000 nmol/L, de manera que hay una gradiente de concentración hacia adentro, la gradiente eléctrica. Cantidad importante de Ca²⁺ está en el retículo endoplasmático y en otros organelos, por lo cual estos últimos proporcionan una reserva desde la cual el Ca²⁺ puede movilizarse para aumentar la concentración libre de este ion en el citoplasma. El calcio iónico aumentado en el citoplasma se une a proteínas captadoras de calcio y las activa, lo cual a su vez activa varias proteinquinasas.

El Ca²⁺ entra a las células a través de dos tipos de conductos: los que tienen compuertas de voltaje y los que las tienen de ligando. Los conductos para este ion con compuertas de voltaje, de los cuales hay por lo menos cuatro tipos, se activan por la despolarización, mientras que los conductos con compuertas de ligando lo hacen por la acción de muchos neurotransmisores y hormonas diferentes. Además, parece haber conductos de Ca²⁺ que se activan por estiramiento.

El calcio se bombea, asimismo, hacia afuera de las células, intercambiandolo por 2⁺ por la acción de una Ca²⁺ -H⁺-ATPasa y se transporta hacia afuera de la célula por un antiportador conducido por la gradiente de Na, que intercambia tres de estos últimos iones por cada Ca²⁺.

Algunos segundos mensajeros actúan aumentando la concentración citoplásmica de calcio. El aumento se produce por la liberación de Ca²⁺ desde almacenes intracelulares, principalmente el retículo endoplásmico, o aumentando la entrada del mencionado ion a las células, o por ambos mecanismos. El IP3 es el principal, entre los segundos mensajeros, que produce liberación de Ca a partir de depósitos internos.

Aunque la adenosinadifosfatorribosa cíclica (ADPRc), un metabolito del NAD, puede participar también en tejidos como el páncreas. El ADPRc se forma por la acción del GMP cíclico sobre el NAD y puede actuar sobre los receptores de rianodina, mientras que el IP actúa sobre el retículo endoplásmico. En muchas circunstancias,el aumento en la concentración de Ca²⁺ comienza en una parte de la célula y se disemina hacia otras partes del citoplasma. Además, hoy día está claro que, en muchas circunstancias, las hormonas y otros ligandos inician oscilaciones cíclicas en la concentración de Ca²⁺ citoplásmico más que un aumento sostenido. Aún no se ha establecido la función de esas oscilaciones.

Figura 7. En el sistema de fosfatidilinositol sensible a hormonas se producen dos segundos mensajeros: el nositol 1,4,5-trifosfato(IP₃) y el diacilglicerol. Ambos contribuyen a la activación de la proteinquinasa C:el IP₃ al aumentar la [Ca²⁺] citosólica, támbien actúa como segundo mensajero. H:hormona. Rec: receptor. PLC:fosfolipasa C.

Se ha descrito muchas proteínas fijadoras de este ion, entre ellas troponina, calmodulina y calbindina. La troponina es la proteína que capta el Ca²⁺ en la contracción del músculo esquelético. La calmodulina contiene 148 residuos de aminoácidos y cuatro dominios fijadores deCa²⁺ presenta como carácter único que el residuo 115 es trimetilado y tiene un alto grado de conservación, ya que se le encuentra en las plantas así como en los animales.

Figura 8. Interacciones entre los segundos mensajeros AMP cíclio y ion de calcio. La ggeneración de segundos mensajeros AMPc y Ca²⁺ permite la distribución de impulsos reguladores de la superficie celular al inetrior de la célula , la amplificación de la señal inicial y la oportunidad para la regulacion sinérgica o antagonista de otras vías de transducción de señales.
PIP₂:4,5-fosfadilinositol bifosfato. DAG: diacilglicerol.IP₃:1,4,5-inositol trifosfato. CaM: calmodulina. R2: subunidades reguladoras de la proteinquinasa dependiente del AMPc. cARPK:subunidades catalíticas de la proteinquinasa dependiente del AMPc.PKC:proteinquinasa C activada por DAG e iones de calcio.

El sistema fosfatidilinositol donde se produce dos segundos mensajeros: inositol 1,4,5-trifosfato (IP₃) y el diacilglicerol (DAG).

El inositol, 1,4,5-trifosfato (IP₃) es producto de la hidrólisis del lípido de la membrana fosfatidilinositol 4,5-bifosfato (PIP²); dicha reacción es catalizada por una fosfolipasa C (PLC). La liberación del calcio de los depósitos intracelulares es mediada por este segundo mensajero, que permite la salida al citosol de Ca²⁺ almacenado.

El diacilglicerol (DAG) potencia la activación de la proteinquinasa C en la que interviene el ion calcio. También es un producto de la reacción catalizada por fosfolipasa C que libera IP₃. El DAG actúa como segundo mensajero de esta enzima dependiente de Ca²⁺ unido a membrana y que fosforila residuos de SER o T HR de proteínas dianas específicas, modificando sus actividades catalíticas^(30,31).

La lista de hormonas que se sabe que actúan a través de este mecanismo de transducción está en rápido aumento.

Es importante considerar que los receptores además de iniciar la regulación de las funciones fisiológicas y bioquímicas, en sí mismos están sometidos a muchos mecanismos de control, homeostático y de regulación; muy interrelacionados entre sí, implicando un alto grado de complejidad y protección.

Además de la variabilidad entre individuos en las reacciones a los fármacos, se conoce ciertas enfermedades que surgen por disfunción de los receptores o de los sistemas receptores efectores.

La pérdida de un receptor en un sistema de señalización altamente especializado, puede ocasionar un trastorno fenotípico o deficiencias en sistemas de señalización más amplios conlleva un espectro de efectos más generales como en la miastenia gravis, algunas formas de diabetes sacarina insulinorresistente.

Entre los fenómenos más interesantes y notables está la aparición de receptores aberrantes como productos de oncogenes, que transforman células normales en células cancerosas.

La activación constitutiva de los receptores, acoplados a proteína G por mutaciones sutiles en la estructura de receptor, origina retinitis pigmentosa, pubertad precoz e hipertiroidismo maligno (Clapham); las propias proteínas G pueden volverse oncógenas, cuando están "sobreexpresadas" o cuando son activadas por mutación (Lyons y col) ^(35,36).