Drogas y Porfirias - Parte I
El Comité de Redacción de Acta Bioquímica Clínica Latinoamericana ha seleccionado este artículo publicado en INDUSTRIA & QUÍMICA Nº 357 - Mayo 2008, para su difusión a través de FABA Informa

Chavez Claudio, Calcagni Sandra, Gabbarini Margarita, Pérez Susana. Dpto. Microbiología. microbiologia@iaca.com.ar - www.iaca.com.ar

Leonor C. San Martín de Viale
Departamento de Química Biológica, Facultad de Ciencias Exactas y Naturales UBA. Investigador Principal del CONICET
smartin@qb.fcen.uba.ar

La biosíntesis del hemo está estrechamente regulada por el hemo que es su producto final, el que ejerce un control feed back negativo sobre la primera enzima regulatoria del camino, la ácido-?-aminolevulínico (ALA)-sintetasa (ALA S).
Las porfirias son fallas hereditarias en el metabolismo del hemo que alteran su regulación. Según cuál sea la enzima dañada del camino, es el tipo de porfiria que se origina. En la Fig.1 pueden verse los distintos tipos y sus respectivos bloqueos enzimáticos.
Las porfirias agudas son las más riesgosas pues pueden llevar a desenlaces fatales y son las más susceptibles al desencadenamiento y exacerbación por drogas y factores metabólicos que disparan las manifestaciones clínicas, como resultado de una sobrecarga para la enzima deficiente. Estas porfirias son: porfiria aguda intermitente (PAI), porfiria variegata (PV), coproporfiria hereditaria (CPH), porfiria por deficiencia de ALA dehidrasa (ADP).
Todas estas son hepáticas y se caracterizan por un síndrome neuropsiquiátrico que está acompañado por severos dolores abdominales, disturbios motores hasta parálisis respiratoria, manifestaciones psiquiátricas desde depresión hasta franca psicosis y también llegan al colapso cardiovascular [1].
Dentro de las porfirias hepáticas crónicas la porfiria cutánea tarda (PCT) es el tipo más difundido y se caracteriza por excreción urinaria aumentada de porfirinas altamente carboxiladas: Uroporfirinas (8 COOH) y Firiaporfirinas (7 COOH, fotosensibilidad en las áreas expuestas de la piel, hiperpigmentación , hipertricosis. [1].

Drogas - porfirinogenicidad

La capacidad de una droga para precipitar la enfermedad, i.e. su porfirinogenicidad, depende de su capacidad para iniciar la transcripción de ALA-S y para inhibir su control fisiológico por feed back, vía reducción del pool de hemo regulatorio.
Juegan un papel central las enzimas dependientes de citocromo P-450 ( CYP). Más de la mitad de las drogas comúnmente prescriptas son metabolizadas por oxidación en el hígado por un sistema de oxidasas de función mixta, entre las cuales las CYP enzimas son importantes miembros. Xenobióticos tóxicos son también metabolizados por este sistema esencial para la supervivencia de todos los organismos. Dentro de la familia de los CVP existen 30-100 subtipos con diferentes afinidades por su sustrato. Las isoenzimas encargadas del metabolismo de xenobióticos pertenecen a las familias de los CYP 1, 2, 3 y 4, varios de los cuales responden a la asociación de un ligando con el incremento de sus velocidades de transcripción [2]. Otras sustancias actúan como sustratos suicidas dando origen a la destrucción de la CYP enzima y de su componente hemo [3, 4]. Hay así drogas que tienen capacidad para inducir y otras de destruir al CYP y en base a ello se las clasifica.
Otro factor importante es la lipofilicidad de la droga para atravesar las membranas lipídicas y alcanzar el retículo endoplásmico y así al CYP.

- Conocimiento de la porfiria derivado involuntariamente del uso de drogas(sulfonal, trional, tetronal, sedormid ,HCB, etc.)

Desde hace más de cien años se sabe que las drogas terapéuticas precipitan ataques de la enfermedad. Se trata no sólo de drogas terapéuticas como recién se dijo, sino también de drogas de uso industrial y doméstico.
El concepto de inducción química de la porfiria se originó a partir de 1889, cuando se comenzó a utilizar el sulfonal, trional y tetronal como sedantes. Ello provocó un brote masivo de porfiria aguda, enfermedad hasta entonces desconocida. Más tarde se desencadenaron casos semejantes, y aun fatales de dicha enfermedad, con la administración de barbitúricos y grandes dosis de Sedormid, pasando luego por los episodios masivos de Turquía ocurridos cerca de 1956, en los que el hexaclorobenceno (HCB) indujo cuatro mil casos de PCT por ingestión de pan contaminado. Numerosos casos de PCT definida se reportaron luego entre los trabajadores de una fábrica de derivados de clorofenoles: 2-4-diclorófenoxiacético (2-4-D) y 2-4-5-triclorofenoxiacético (2, 4-5-T) [5,7].
Llegando a los años 70 ocurrieron episodios en Estados Unidos (Michigan) y en Japón, provocados por bifenilos polihalogenados que condujeron a un cuadro porfírico de PCT en los sujetos expuestos, no revistiendo estas situaciones la misma gravedad que la ocurrida en Turquía con anterioridad. Cuadros semejantes se observaron en Seveso, Italia, en 1976, por la exposición a la nube tóxica de dioxinas; TCDD (2-3-7-8-tetraclorodibenzo-p-dioxina) [5,7].
Recientemente se ha reportado una exposición a HCB ocurrida en España. Se estudiaron 241 personas de una población altamente expuesta debido a la vecindad de una fábrica de compuestos organoclorados, la que reveló altos niveles del tóxico en suero, sin llegar a desarrollar una PCT definida [6].

Uso de drogas para modelar las porfirias humanas: porfirias
experimentales.Mecanismos porfirinogénicos

Ciertas drogas administradas a animales de experimentación tienen la propiedad de producir cuadros similares a los de porfirias humanas.

Modelos de porfiria aguda - AIA, DDC, Griseofulvina FB/DDEP(en ratas, ratones y conejos):

La administración de 2-alil-2-isopropil-acetamida (AIA), compuesto que contiene grupos alilos, causa una importante destrucción del hemo hepático, particularmente del hemo del citocromo P-450, por N-alquilación del grupo prostético hemo, convirtiéndolo en pigmentos verdes anormales (que son alquil porfirinas). Al mismo tiempo, este descenso de hemo de-reprime su biosíntesis estimulando la ALA-S, incrementando la producción de los precursores ALA y PBG, los que se acumulan en el hígado y excretan en exceso, produciendo así en animales una porfiria que se aproxima a la porfiria aguda intermitente humana [3, 7] (Fig.1).

• Figura 1. Mecanismo porfirinogénico de drogas a través de su interacción con el citocromo P-450 (CYP) y bloqueos enzimáticos en porfirias humanas.

La administración del 3,5-dietoxicarbonil-1,4-dihidrocolidina (DDC), compuesto que contiene grupos metilos, produce una potente disminución del hemo hepático, por su propiedad combinada de destruir selectivamente al CYP por N-alquilación de su grupo hemo convirtiéndolo a N-metil protoporfirina, y por ser inhibidor de la síntesis del hemo [3]. En efecto, esa misma N-metil protoporfirina es la que actúa como poderoso inhibidor a nivel de la ferroquelatasa, la enzima terminal de su síntesis [3]. Se ha visto que el grupo que metila es el 4-metilo del DDC. Como consecuencia, hay inducción de ALA-S, y acumulación y excreción en exceso de protoporfirina, así como también de precursores, modelando una porfiria aguda del tipo de la variegata humana [3,7]. Comparte el mismo mecanismo porfirinogénico y modela el mismo tipo de porfiria, el fungicida griseofulvina, ya que se ha sugerido que uno de los grupos metilos de su molécula cumpliría la función metilante arriba indicada (Fig.1). Estos tóxicos actúan como sustratos suicidas del CYP porque son sustratos y producen el inhibidor de la misma enzima que las metaboliza [8].
Esquema completado en base a [3]; AIA: 2-alil-2-isopropilacetamida; DDC: 3,5-dietoxicarbonil-1,4-dihidrocolidina; FB: fenobarbital; HCB: hexaclorobenceno; ALA-S: ácido-?-aminolevulínico(ALA)-sintetasa, ALA-D: ALA-dehidrasa; PBG-D: porfobilinógeno-deaminasa; URO-D: uroporfirinógeno decarboxilasa; FQ: ferroquelatasa; PAI: Porfiria Aguda Intermitente; PCT: Porfiria Cutánea Tarda; PV: Porfiria Variegata; CPH: Coproporfiria Hereditaria; PPE: Protoporfiria Eritropoyética; ADP: Porfiria por deficiencia de ALA-D; PXR: Receptor de Pregnano-Xenobióticos; CAR: Receptor Constitutivo de Androstano; RXR: Receptor de ácido Retinoico-Xenobióticos.
El Fenobarbital (FB) es inductor del CYP y como tal, la mayor cantidad de apoproteína formada produce un drenaje de hemo para formar el CYP completo que es una hemoproteína. De modo que esta disminución de hemo induce por un lado la ALA-S. Pero el incremento del mRNA de la ALA S1 no es sólo consecuencia de esta regulación feed back del hemo sino una directa activación de la transcripción de la ALA S1 por la droga. Se demostró que la inducción del CYP y de la ALA S1 están coordinadas y mediadas por receptores nucleares (NRs) huérfanos [9,10]. Estos NRs son proteínas activadas por drogas que se unen al DNA.
El término receptor nuclear huérfano fue acuñado hace una década para describir productos génicos que carecían de hormonas identificadas. Entre los (NRs) huérfanos está el receptor “constitutivo de androstano” (CAR), el receptor de “pregnano-xenobióticos” (PXR), la familia de receptores “proliferador de peroxisomas activado” (PPARs), el receptor del ácido 9-cis retinoico-xenobióticos (RXR) [11].
Se ha visto que las transcripciones del CYP y de ALA S1 son mediadas por el mismo “arreglo” inducida por la unión de la droga a los NRs huérfanos. El “arreglo” que se une a la secuencia enhancer, tanto del gen CYP como de la ALA S1, al ser el mismo, logra que ambas transcripciones sean concertadas. Dicho “arreglo involucra la formación de complejos, de heterodimerización en el que interviene el RXR [9,11] (Fig.1).

Como consecuencia de la inducción de la ALA S provocada en este caso por el FB hay una sobreproducción de intermediarios del camino que desbordan la capacidad de transformación de las respectivas enzimas y como consecuencia escapan del camino y drenan. Esta droga se usa en general en combinación con otras para modelar porfiria aguda, por ejemplo en combinación con 3,5-dicarbetoxy-2,6-dimethyl-4-ethyl-1,4-dihydropiridine (DDEP) un análogo del DDC. [12].

Modelos de pofiria cutánea tarda (PCT)- HCB, Bifenilos polihalogenados, TDD (ratas, ratones, conejos, aves)

Después del masivo brote de PCT en Turquía por ingestión de pan contaminado con HCB, innumerables trabajos se han realizado sobre esta PCT experimental. La droga induce al CYP, que en su metabolismo oxidativo y debido a su lenta metabolización desacopla la cadena de transporte de electrones microsomal con producción de especies de oxígeno reactivas que generan un inhibidor de la uroporfirinógeno decarboxilasa (URO-D) a partir de su sustrato uroporfirinógeno. Como consecuencia de este bloqueo de la URO-D se produce una desregulación del camino con inducción de ALA-S y sobreproducción de intermediarios. Esto se manifiesta en la acumulación y excreción de porfirinas altamente carboxiladas: Uroporfirinas (8 COOH) y Firiaporfirinas (7 COOH), causa principal de la fotosensibilidad, uno de los rasgos característicos de esta porfiria cutánea.[13-15] (Fig.1).

La administración de HCB a ratas, ratones, conejos, cobayos, aves (los más usados son ratas y ratones) constituye un muy buen modelo de la PCT humana [13,15].
Hidrocarburos aromáticos polihalogenados como bifenilos policlorados y policromados, así como el TCCD, comparten el mismo mecanismo y administrados a animales inducen este mismo tipo de porfiria crónica, no aguda [7].
Respecto a los estudios llevados a cabo en nuestro laboratorio con HCB, se ha realizado el diseño experimental del modelo de PCT en ratas y su validación respecto del cuadro en humanos, se ha ubicado el bloqueo enzimático en la biosíntesis del hemo a nivel de la URO-D y se ha descubierto la existencia de su inhibidor. Se ha destacado el papel de los estrógenos, del hierro y del alcohol en el desencadenamiento de esta porfiria, el efecto terapéutico de la desferrioxamina (como quelante de hierro) y del ácido lipoico (como atrapante de radicales libres), así como numerosos efectos pleiotrópicos que tiene el HCB en distintos metabolismos. En efecto, hemos visto que este compuesto clorado afecta el metabolismo de los hidratos de carbono produciendo bloqueos gluconeogénico y glucogenolítico, altera el metabolismo de los lípidos: fosfolípidos en general y esfingomielina en particular así como el del ácido araquidónico, modifica el metabolismo del triptofano incrementando su camino serotoninérgico y produce disrupción hormonal a nivel de las hormonas tiroideas y de los glucocorticoides afectando sus receptores. Todos estos estudios en relación con las alteraciones de la fluidez de las membranas biológicas, del transporte del agua y edemas relacionados, hiperpigmentación, fotosensibilidad, y tendientes a explicar las causas del efecto benéfico que tiene la administración de glucosa en el tratamiento de los pacientes porfíricos [13-16].

Sistemas experimentales para evaluar la capacidad porfirinogénica de drogas

Embrión de pollo “in ovo”: Antineoplásicos - Ratas, ratones, conejos.
Embriones de pollo, ratas, ratones y conejos han sido usados para ensayar la capacidad porfirinogénica de diferentes drogas. El embrión de pollo “in ovo” ha sido muy usado para este fin, ya que se ha sugerido que refleja mejor la susceptibilidad humana a la exacerbación por drogas de la porfiria clínica que las especies mamíferas [17]. La administración a embriones de pollo, ratas o ratones de pequeñas dosis de DDC junto con el compuesto a ser examinado, ha sido usada por muchos investigadores como modelo muy sensible para estudiar la capacidad porfirinogénica de varias drogas [17].
Se evaluó la capacidad porfirinogénica de 9 antineoplásicos (alquilantes y no alquilantes) usados en la terapia de mieloma múltiple, carcinomas de ovario y de mama, linfoma de Hodgkin, adenocarcinoma gastrointestinal y leucemia linfocítica. Fueron ensayados solos y en conjunción con DDC (modelo de porfiria latente), como se acaba de mencionar, tanto en embriones de pollo “in novo” como en ratones [17]. Los agentes alquilantes ensayados fueron: dacarbazina, procarbazina, hexametilme-lamina, busulfan, melfalan, clorambucilo y ciclofosfamida (CF)(siendo estos 3 últimos del tipo de las mostazas nitrogenadas). Los antineoplásicos no alquilantes: azatioprina y fluoruracilo.
Se demostró que CF es altamente porfirinogénica, tanto o más que el AIA; que la capacidad porfirinogénica de CF no está mediada por su metabolito acroleína y quizás sí por la mostaza fosforamida; que CF es un inductor potente y simultáneo de CYP y ALA S, con un mecanismo porfirinogénico del tipo del FB y no del AlA.
Se sugirió que el uso de ciclofosfamida, azatioprina, 5-fluoruracilo, busulfan, procarbazina y hexametilmelamina debía ser evitado en el tratamiento de los pacientes declarados porfíricos o que llevan el rasgo hereditario latente. Mientras que dacarbazina, clorambucilo y melfalan no son porfirinogénicos en este modelo.

Cultivo de células de hígado de embrión de pollo: Antihipertensivos

Otro sistema extensamente usado para predecir porfirinogenicidad de diversas drogas es el de células de hígado de embrión de pollo en cultivo. Los grupos de Lambrecht y Bonkowsky estudiaron los efectos porfirinogénicos de varios antihi- pertensivos y analgésicos en células de hígado de embrión de pollo en cultivo y su implicancia en porfiria clínica [18].
Ensayaron 6 antihipertensivos: 2 bloqueantes de calcio: Nifedipina y Diltiazem; 1 antagonista del receptor de angiotensina: Losartan; 3 inhibidores de la enzima convertidora de angiotensina (ACE): Enalapril, Lisinopril, Captopril. Los autores además probaron el efecto de 8 analgésicos: 1 central y la mayoría narcóticos: Tramadol, Fentanil, Dezocina, Nalbufina, Hidrocodona, Oxicodona, Morfina y Bupremorfina. Prácticamente todos los compuestos produjeron acumulación de porfirinas en distintos grados, pero son de destacar la muy grande acumulación producida por la Nifedipina, el sustancial incremento producida por el Enalapril y dentro de los analgésicos la muy importante alteración producido por el Tramadol y el Fentanil y la falta de efecto de la Morfina y Bupremorfina. Según los autores dichos resultados sugieren que los pacientes con porfirias agudas están en grave riesgo de desarrollar ataques porfíricos cuando son tratados con Nifedipina (comparados con Diltiazem), con Enalapril (comparados con Captopril o Lisinopril) y con Tramadol (comparados con otros analgésicos).