ISTAMINA ERECETTORI ISTAMINERGICI

NNH

NH2β

α

πτ

L'Istamina è un ammina biogena molto diffusanell'organismo ed è contenuta nei mastocitidove viene sintetizzata e conservata. La suaconcentrazione è particolarmente elevata(circa 1mg/100gr di tessuto) nella mucosaintestinale, nella cute e nei polmoni.E' definita un ormone locale o autacoide.Principalmente nota per il suo intervento neifenomeni dell'allergia e dell'anafilassi,l'Istamina svolge altre importanti funzioniquali:

contrazione della muscolatura liscia (bronchi, stomaco, intestino)aumento della permeabilità vascolareaumento della secrezione di succo gastricodiminuzione della pressionecapacità di stimolare i battiti del cuore

IstaminaIstamina (HA)(HA)

AllergieRecettore H1

HN N

NH2 Secrezioneacida gastricaRecettore H2

SistemaimmunitarioRecettore H4

Presinaptico Postsinaptico

H1

H2

H3

L-His HA HA

H4

Biosintesi e Metabolismo dell'Istamina

N NH

CH2CHNH2

COOH

L-Istidina

N NH

CH2CH2NH2

Istamina

N NMe

CH2CH2NH2

Nτ-Metilistamina

N NMe

CH2COOH

Acido Nτ-Metil

imidazolacetico

N NH

CH2COOH

Acido Imidazolacetico

N NH

CH2CH2NHCH3

Nα-Metilistamina

N N

CH2CH2NH2

CH3

Nπ-MetilistaminaH

N

H

CH2

HO OH

H HO

N

CH2COOHO

P OHO

OH

Acido Imidazolaceticoribosil fosfato

Decarbossilasi degli Aminoacidi Aromatici

Istidina decarbossilasi

Istamina Metiltransferasi

Diamina ossidasi(istaminasi)

Indoliletilammina N-Metiltransferasi

Monoammina ossidasi

Fosforibosilfosfato transferasi

+

Rilascio dell'IstaminaLa maggior parte dell'istamina è conservata sotto forma di granuli nei mastociti (basofili nel sangue).

Epar

ina

COO

NHSO3

OSO3

Prot

eina COO

COO

H3N

H3N

H3N

IstaminaH3N

5-HTH3N

GRANULO

TIPO DI ATTIVATORE

- Danneggiamento tessuto

- Macromolecole complesse

- Polimeri ad alto peso molecolare

- Detergenti e Agenti di superficie

- Farmaci a carattere basico

ESEMPI

Meccanico, chimico, calore

Veleni di serpente e vespa, Tossine batteriche

Destrano

Sali biliari

Atropina, Morfina, Tubocurarina

Il complesso Eparina-Proteina-Istamina agisce come una resina a scambio ionico.

Eparina

Proteina

Istamina

COONH3

GR

AN

UL

O

+ Na

Eparina

Proteina Istamina

COO

NH3

GR

AN

UL

O

Na

+

1948

Recettori H1

Mediano la risposta contrattile della muscolatura liscia dell'ileo di cavia e dei bronchi.

Recettori non-H1 (H2)Mediano la stimolazionedella secrezione acida dello stomaco.

Mediano la stimolazionedel battito dell'atrio destro di cavia.

1983

Recettori H3Recettori presinaptici dei neuroni istaminergici dove modulano la sintesi ed il rilascio di Istamina. La loro attivazione riduce la concentrazione di Istamina nella giunzione sinaptica. I recettori H3 inibiscono anche il rilascio di altri neuromediatori (Ach, NA, D, 5-HT).

permeabilità capillare Ipotensione: H1 + H2

RECETTORI DELL’ISTAMINA

1948 1983 (1999) 2001Nomenclatura H1 H2 H3 clonato H4 Agonisti 2-(m-fluorofenil)istamina* Dimaprit R-α-metilistamina selettivi Impromidina Imetit Antagonisti Mepiramina Ranitidina Tioperamide selettivi Triprolidina Tiotidina Iodofenpropit Clobenpropit Radioligandi [3H]mepiramina [3H]Tiotidina [3H]R-α-metilistamina [125I]iodobolpiramina [3H]N-α-metilistamina Effettori IP3/DG cAMP cAMP predominanti Gene h1 h2 Informazioni 491 aa bovino 359 aa uomo Strutturali 486 aa ratto 359 aa cane 488 aa cavia 358 aa ratto *Agonista parziale

CARATTERISTICHE DEI RECETTORI DELL’ISTAMINA

H1 • Acido aspartico 107 di TM3 che lega il gruppo amminico • asparagina 207 di TM5 forma legame a H con Nτ dell’istamina • Treonina 174 di TM5 (corrisponde all’acido aspartico 186 di H2) che dà

legame a H sia donor che acceptor (non discrimina i due tautomeri) non è essenziale al binding dell’istamina.

• Lisina 200 di TM5 (coinvolta nel processo di attivazione del recettore) molto importante nel binding di antagonisti zwitterionici

H2 • Acido aspartico 98 di TM3 che lega il gruppo amminico (essenziale sia

per il binding che per l’efficacia) • Acido aspartico 186 di TM5 che forma coppia ionica con Nτ (essenziale

per la selettività H2) • Treonina 190 di TM5 dà legame a H con Nπ del recettore (importante

per il binding ma non per la selettività). Importante la presenza dei due atomi di azoto del nucleo imidazolico

H3

• Acido aspartico 114 di TM3 che lega il gruppo amminico (essenziale sia per il binding che per l’efficacia)

• Glutammato 206 di TM5 forma legame H con NH imidazolo (molto importante per il binding).

H4 • Acido aspartico 94 di TM3 che lega il gruppo amminico • Acido glutammico 182 di TM5 che forma coppia ionica con Nτ

Treonina 178 o Serina 179 di TM5 che dovrebbero dare legame a H conNπ non sono significativamente coinvolti né nel binding nénell’attivazione del recettore. Queste caratteristiche ricordano quelle di H1

E’ localizzato in tessuti che sono coinvolti in processi immunologici

Numerazione per i derivati dellNumerazione per i derivati dell’’istaminaistamina

Interazione proposta dellInterazione proposta dell’’Istamina Istamina con il recettore Hcon il recettore H22

N NH

CH2 CH2

NH2

Legami semplici che permettono rotazione

Atomo di azoto basico che possiede un doppietto

elettronico disponibile e può essere protonato

Lo spostamento del protone consente il

tautomerismo

Specie Effetto Causa

Ioni

Tautomeri

Conformeri

Differiscono nella posizione dell'idrogeno e della carica

Atomi di azoto basici

Differiscono nella posizione dell'idrogeno e del doppietto elettronico disponibile

L'anello imidazolico ha un N: e un NH

Differiscono nella forma I legami semplici nella catena laterale danno flessibilità

DIFFERENTI SPECIE CHIMICHE DELL'ISTAMINA

N NH H

CH2CH2NH3

Dicatione2.5%

N NH

CH2CH2NH3

Monocatione tautomero Nτ-H

79%

N N

CH2CH2NH3

Monocatione tautomero Nπ-H18.5%

H

N NH

CH2CH2NH2

Specie non carica tautomero Nτ-H

Equilibri ionici e tautomericitra le diverse specie dell'istamina

N N

CH2CH2NH2

Specie non carica tautomero Nπ-H

H

N NH H

CH2CH2NH2

Monocatione imidazolio

N N

CH2CH2NH2

Anione

La deprotonazione della catena laterale del dicatione fornisce il monocatione imidazolio che pure è presente in soluzione, ma ad una concentrazione moltobassa. A pH molto alto (>12) si formerebbero anche significative quantitàdell'anione.

1%

H H

Kt2

Kt1

N NH

NH3

N NH

NH2

N N

NH3

H H

Dicatione Monocatione Base non carica

5.80 9.40

N N

NH2

Hτ

R

R % Nτ-H Attività H2 (Atrio)

H

CH3

Cl

Br

NO2

71

80

12

10

0.9

100

43

11

9

0.6

La sostituzione dell'anello imidazolico con altri nuclei eterociclici porta ad una diminuzione dell'attività. Inalcuni casi si è osservata una rilevante selettività!

N

NH2Isomero 2: Agonista H1 Isomero 3: InattivoIsomero 4: Inattivo

N NHCH3

BetaistinaAgonista H1 - Vasodilatatore periferico

N

SNH2

Agonista H1

La tautomeria dell'anello imidazoliconon è importante per l'attivazione del recettore H1

mentre è fondamentale nell'attivazione del recettore H2.

N

N

H

H

H

N

HH

H

H H

H

H

θ1

θ2

45

αβConformazione planare (eclissata)

θ1 = 180°, θ2 = 0°

N

N

H H H

NH3

HH

N

N

H H H

H

HH3N

N

N H H

H

HH3NH

Im

H

H

NH3

H

H

Im

H

H

H

H3N

H

Conformazione trans (estesa)θ2 = 180° (antiperiplanare)

Conformazione gauche (piegata)θ2 = 60° o 300° (sinclinale)

FARMACI ISTAMINERGICI

AZIONE DIRETTA

AZIONE INDIRETTA

Agonisti

Antagonisti

Inibizione del rilascio o della biosintesi dell'istamina

AZIONE USO TERAPEUTICO ESEMPIO

AGONISTA

ANTAGONISTA

BLOCCO DEL RILASCIO

Diagnosi funzionalità gastrica

1.

2. Vasodilatazione periferica

Betazolo

Betaistina

1. Antiallergico

2. Antiulcera

3. Trattamento malesseri da mozione (Antinausea)

Prometazina

Cimetidina

Ciclizina

1. Antiasma Cromoglicatosodico

Agonisti dell'IstaminaGli agonisti dell'istamina hanno un uso clinico limitato. Sono impiegati come mezzi diagnostici per valutare lafunzionalità gastrica e come vasodilatatori periferici.Sono inoltre importanti per lo studio delle relazionistruttura-attività.

Attività di METILISTAMINE [Istamina = 100] valutate in vitro nell'ileo (H1), nell'atrio (H2) e nella

corteccia cerebrale di ratto (H3)

N N

NH2

H 2

4

βα

Nα

πτ N N

NH2

2

4πτ

H

CH3 H1 H2 H3

π

2

τ

4β(+)

α(+)

α(+)-S

α(-)-R

Nα

<0.01

16

0.42

0.5

0.83

0.36

0.49

0.49

72

<0.1

4.4

<0.1

57

0.89

0.74

1.7

1.0

74

<4

<0.08

<4

<0.008

300-

13

1550

270

Impromidina

Agonista H2Debole antagonista H1

H N CN

H

CH2

N CH2

H

CH2 CH2

CH2 S CH2

N

N

N

N

H

H3C H

Agonisti H1-selettivi

Attività di alcuni agonisti misurata suileo di cavia (H1), secrezione gastrica nel ratto

(H2) e corteccia cerebrale di ratto (H3)

Agonista H1 H2 H3

Istamina 100 100 100

16.5 2.0 <0.08

5.6 0.2 -

8.0 0.2 Antagonista

26 0.3 <0.008

NN

HNH3

H3C

N

NH3

N

NH2CH3

N

S NH3

Agonisti H2-selettivi

Agonista H1 H2 H3

Istamina 100 100 100

0.23 39 <0.008

<10-4 20 <0.008

Antagonista 1680 Antagonista

NN

HNH3

H3C

Dimaprit

Impromidina

selettivoNS

NH3

Agonisti H3-selettivi

Agonista H1 H2 H3

Istamina 100 100 100

0.49 1.0 1550NN

HNH3

CH3

*

(R)-α-Metilistamina

Dimaprit

E' meno potente dell'istamina a livello dei recettori H2 ed è praticamente inattivo a livello dei recettori H1. Mostra quindi un'elevata selettività verso i recettori H2.

H2N

CS(CH2)3NH(CH3)2

H2NDicatione

87%

H2N

CS(CH2)3N(CH3)2

H2N

Monocatione7.5%

H2N

CS(CH2)3NH(CH3)2

HNMonocatione

5.4%

H2N

CS(CH2)3N(CH3)2

HNSpecie non carica

0.2%

Kt

k1 k2

k3 k4

Monocationi confrontabili

SCH2CH2CH2N

HN

H2N HCH3

CH3

Dimaprit

N

N

H

CH2CH2NH

CH3

CH3

Nα,Nα-Dimetilistamina

Tautomerismo

SCH2CH2CH2NH(CH3)2

N

N

H

H

H

SCH2CH2CH2NH(CH3)2

N

N

H

H

H

N

N

H

CH2CH2NH(CH3)2N

NCH2CH2NH(CH3)2

H

Legame ad idrogeno (Durant et al.)

S

NNHH H

NH(CH3)2

B H-A N NH

NH(CH3)2

H-AB

Legame ad idrogeno (dopo Green et al.)

N S

N

NH(CH3)2

H

HH

H N NH

NH(CH3)2

H

Sito II Sito III Sito IIISito II

5-(2-Aminoetil)-tiazolo Istamina

N S

NH3Sito IIIX

H

Sito IV

Z-

Sito I

Y Sito II

Interazione dell'Istamina e del 5-(2-Aminoetil)-tiazolocon il recettore H2

N N

NH3Sito IIIX

H

Sito IV

Z-

Sito I

Y Sito IIH

N S

NH3Sito IIIX

Sito IV

Z-

Sito I

Y Sito IIH N N

NH3Sito IIIX

Sito IV

Z-

Sito I

Y Sito IIH H

N S

NH3Sito IIIX

Sito IV

Z-

Sito I

Y Sito IIH N N

NH3Sito IIIX

Sito IV

Z-

Sito I

Y Sito IIH H

Regione accettrice di protonie regione per l'interazione elettrostatica

di agonisti con il recettore H2

NH3

-X

H

H

OH

HO-

Sito I

Sito IIIdonatore di protone

Regione per interazione elettrostatica / formazionedi legame ad idrogeno

Regione accettrice di protone

SitoIIcarico negativamente accettore di protone

Requisiti chimici funzionali dell'istamina come agonista ai recettori H1 e ai recettori H2

Recettori H1

NCH2

CH2 N H

1. Catena laterale cationica e gruppo N+-H.Anello eterociclico con un N: basico (con un doppietto elettronico disponibile) in posizione orto.

2.

3. Rotazione dell'anello (dinamica), o possibile conformazione essenziale (statica).

Recettori H2

N NH

CH2 CH2

N H

1. Catena laterale cationica e gruppo N+-H.2. Tautomero Nτ-H e sistema amidinico.3. Il tautomero imidazolico Nτ-H può essere coinvolto in legami

ad idrogeno bifunzionali:legame ad H staticoa)

N NH

CH2CH2NH3

B H-A

o funzione dinamica nel trasferimento di un protoneb)

N NH

CH2CH2NH3

B H-A N N

CH2CH2NH3

B-H AH

Sommario dei risultati dellerelazioni struttura-attività (SAR)

CH2

CH2 NHRR'

NCatena flessibile

SAR per Agonisti al recettore H1

HN

N

X

CH2

CH2 NHRR'

Catena flessibile

SAR per Agonistial recettore H2 proposto

Interazioni di legamecon il recettore H1 e con il recettore H2

RECETTORE H1

HN

NCH2 CH2 NH3

RECETTORE H2

HN

NCH2 CH2 NH3

HN

N

CH3

CH2

CH2 NH3

Ingombro sterico

HN

N

CH3

CH2CH2 NH3

ANTAGONISTI DELL’ISTAMINA

Le azioni fisiologiche dell’Istamina possono divenire patologiche e necessitano quindi di essere controllate. Due sono i casi in cui è necessario intervenire per bloccare gli effetti dell’Istamina:

1. Reazioni di tipo allergico Es: rinite, asma, orticaria, allergia da farmaci, febbre da fieno, shock anafilattico, dermatiti, ecc…

2. Eccessiva produzione di acidità gastrica Es: ulcera gastrica e duodenale.

Queste due azioni patologiche dell’Istamina sono dovute all’interazione del mediatore naturale con i recettori H1 e H2.

ANTAGONISTI H1-ISTAMINERGICI(Antiallergici)

Agenti estranei di vario tipo possono entrarenell’organismo attraverso le seguenti vie:

1. Per inalazione (polline, polveri, vapori).

Viene colpito l’apparato respiratorio e si possonoavere asma e raffreddore allergico.

2. Per ingestione (alimenti, farmaci).

Viene colpito l’apparato digerente conl’insorgenza di coliti.

3. Per contatto (polveri, vapori, sostanze chimiche,detersivi, tessuti, ecc.). Vengono interessate la cute e le mucose e gli effettisono: prurito, orticaria, dermatiti, congiuntiviti,ecc.

4. Per iniezione (sieri, farmaci).

Vengono interessati lo strato sottocutaneo, vasisanguigni, organi interni. Si può scatenare loshock anafilattico severo.

5. Per assorbimento (tossine, prodotti metabolici diparassiti). Vengono interessati gli organi interni conmanifestazioni di vario tipo.

Antigene(Allergene) Anticorpi (Ig) Antigene-Ig

Interazione

Cellulebersaglio

MASTOCITIBASOFILIPIASTRINE

Secrezione

Mediatori

ISTAMINA5-IDROSSITRIPTAMINA (5HT)PGE2, PGF2αSRS-A (Slow Reacting Substance of Anaphylaxis)

BRADICHININA

Aumentata Permeabilità CapillareEdemaIpotensioneContrazione Muscolatura Liscia

NH

NH2HO

5-HT

Arg-Pro-Pro-Gly-Phe-Ser-Pro-Phe-ArgBradichinina

O

HO

COOH

OHSRS-A

- Impieghi

Gli antiistaminici H 1 sono impiegati nel trattamento dellreazioni allergiche, delle reazioni di ipersensibilità del 1° tipo (rinite allergica, congiuntiviti allergiche, dermatosiallergiche, prurito, orticaria, febbre da fieno, ecc.), nellecinetosi (mal d'auto, di mare, capogiri, vertigini, ecc.).

Esempio

N N CH3

Inalterata

N N H

Inattiva

NH CH2 CH2 NH2

Inattiva

- Farmacocinetica e metabolismo

Sono facilmente assorbiti ed hanno un "onset" abbastanzarapido (circa 20 min.).Non sono metabolizzati nel tratto gastrointestinale e pertantopossono essere somministrati per via orale.Sono escreti, in parte inalterati (circa 10%), principalmentecome metaboliti di N-demetilazione, rottura di legami eterei,ossidrilazione di anelli, degradazione di catene laterali.

Ciclizina

Sul S.N.C. (sedazione, azione antiemetica)Queste sostanze inducono sedazione e sonnolenza con perditadella concentrazione mentale. Questi effetti variano con l'età:nei bambini si ha agitazione anzichè sedazione; negli adulti siha aggressività che può essere ridotta con benzodiazepine.

Sui recettori colinergici (effetti antimuscarinici: inibizione della peristalsi, tachicardia, secchezza delle mucose)

- Effetti collaterali

Sviluppo di antagonisti H1-Istaminergici

PROTOTIPO INIZIALEes. Piperossano- bassa potenza, bassa efficacia;- non utilizzato in clinica

PRIMI ANTIISTAMINICIes. Difenidramina, Clorfeniramina;- alta potenza, alta efficacia- significativi effetti collaterali sedativi e anticolinergici

PRIMI ANTIISTAMINICIes. Ketotifene, Oxatomide- alta potenza, alta efficacia- inibizione del rilascio di istamina- ridotti effetti collaterali sedativi e anticolinergici

MODERNI ANTIISTAMINICIes. Terfenadina, Astemizolo- alta potenza, alta efficacia- trascurabili effetti collaterali sedativi e anticolinergici- evidente potenziale di effetti collaterali a livello cardiaco

MODERNI ANTIISTAMINICIes. Cetirizina, Loratidina- alta potenza, alta efficacia- trascurabili effetti collaterali sedativi e anticolinergici- basso potenziale di effetti collaterali a livello cardiaco

FUTURI ANTIISTAMINICI- alta potenza, alta efficacia* alta disponibilità tissutale* ampio spettro di attività* trascurabili effetti collaterali

O

O

N

RELAZIONI STRUTTURA-ATTIVITA'

Un numero elevato di composti ad elevata attivitàantiistaminica H1 possono essere inquadrati dalla formula generale:

X (CH2)n

Ar2

Ar1

N

R2

R1

Questa formula generale ricorda quella degli antimuscarinici.Non a caso l'attività antiistaminica H1 è spesso accompagnatada attività anticolinergica.In aggiunta la suddetta formula può rappresentare quella di anestetici locali e di alcuni farmaci del sistema nervoso centrale per cui queste azioni possono essere effetti secondari degli antiistaminici H1.

Ar1: Aromatico o Eteroaromatico con svariati sostituenti

Aromatico o ArilmetilicoAr2:

X: N ; CH O ; CH

R1, R2: quasi sempre CH3 (con C2H5 si potenzia l'attività antimuscarinica). L'azoto può essere inglobato in un sistema ciclico. E' quasi sempre un azoto terziario, ma esistono esempi di azoto quaternario.

n : generalmente 2

A seconda della natura di X, gli anti-H1, dal punto di vistachimico, si dividono in :1. Derivati etilendiamminici e piperazinici (X = NH)2. Derivati dell'etanolammina (X = O)3. Derivati propilamminici (X = CH)4. Derivati fenotiazinici o triciclici

R CH2N

N

NCH3

CH3 CH N N CH3

H

ON

CH3

CH3 H

N

Cl

N

S

CH2 CH NCH3

CH3CH3

R = OCH3

R = HMepiramina (Neoantergan)Tripelenammina (Piristina)

Ciclizina

Difenidramina Clorfeniramina

Prometazina

1 1

2 3

4

NCH3

CH3

N CH2

R'CH2

R

CH2 NCH3

CH3

R R' Nome d'uso

S

N

N H3CO

N S

ON

H3CON N

Antergan

Metafenilene

Piristina

Neoantergan

Metapirilene

Metafurilene

Tonzilammina

L'atomo di azoto può essere inserito in un ciclo:

N CH2

H3CO N

N

H

Antazolina

CH N

Cl

NO

OH

Idrossiciclizina

CH3

O

Cl

CH2 CH2N

CH3

Clemastina o Taregil

STEREOCHIMICALa stereochimica ha un ruolo importante nel determinare l'attività dei composti:

NH

N

H3C

N

H

N

H3C

TriprolidinaTrans

Cis

pA2(ileo di cavia)

9.94

6.88

1150

N

H

Cl

NCH3

CH3

Eutomero

Clorfenamina (Polaramin)

(+)-(S): 9.30(-)-(R): 7.84

29

In vivo il rapporto eudismico (E.R.) è >200

H

O

H3C

NEutomero

Neobenodina

(+)-(R): 8.76(-)-(S): 6.87

78CH3

CH3

O

CH3

Cl

Clemastina

(*R, .S): 9.45

N

CH3

*. (*S, .R): 8.57

(*R, .R): 9.40(*S, .S): 7.99

L'eutomero di Clorfeniramina e Neobenodina presenta lamedesima disposizione spaziale dei gruppi attorno al centrostereogenico. La diversa notazione (S) ed (R) è dovuta alleregole di priorità di Kahn-Ingold-Prelog.

pA2 E.R.

GEOMETRIA DEGLI ANTAGONISTI H1BASATA SULLE STRUTTURE CRISTALLINE

NA

B

B

d1 = 6.20 A°

d3 = 4.90 A°

d2 = 5.3-6.8 A°

ANTAGONISTI HANTAGONISTI H11 di seconda generazionedi seconda generazione

Sono stati scoperti casualmente negli anni ’80. Sono privi degli effetti collaterali sedativi a livello del sistema nervoso centrale che caratterizzano gli anti H1classici per cui sono dotati di proprietà cliniche migliori.

Sono caratterizzati da:

affinità relativamente bassa per i recettori H1centrali

scarsa capacità di superare la barriera emato-encefalica e di penetrare nel SNC

maggiore specificità per i recettori H1minore interazione con i recettori muscarinici e

quindi ridotta attività anticolinergicadiminuita affinità per i recettori adrenergici e

serotoninergici.

Quindi sono composti con limitati effetti sul SNC, mentre possiedono un effetto anti H1 selettivo a livello periferico.

ANTAGONISTI HANTAGONISTI H11 di seconda generazionedi seconda generazione

HO

NOH

CH3

CH3CH3

TERFENADINA

E’ nata casualmente dal tentativo di trovare una molecola con attività neurolettica. In realtà si è arrivati ad un composto con proprietà anti H1 e praticamente privo degli effetti sul SNC tipici degli antistaminici classici. Possiede però effetti avversi sulla conduzione miocardica.

ASTEMIZOLO

N

N HN

F

NOCH3

N

N

R

L N R1R2

E’ un potente antagonista H1 non sedativo, a lunga durata d’azione e con scarso o nullo effetto anticolinergico. E’ stato sviluppato nel corso degli studi su una serie di derivati del 2-ammino-benzimidazolo.Viene metabolizzato lentamente e completamente per idrossilazione aromatica e soprattutto dealchilazione ossidativa. I metaboliti sono farmacologicamente attivi e probabilmente contribuiscono a prolungare l’azione antistaminica.La scarsa attività sul SNC sembra sia dovuta alla scarsa penetrazione dei suoi metaboliti attraverso la barriera emato-encefalica.

HO

NOH

CH3

CH3CH3

N

N HN

F

NOCH3

TerfenadinaAstemizolo

P450 P450

N

N HN

F

NH

Norastemizolo

HO

NOH

CH3

COOHCH3

MDL16,455 (Fexofenadina)

ANTAGONISTI HANTAGONISTI H11 di seconda generazionedi seconda generazione

N

Cl N O OH

O

Cetirizina

N

Cl N O OH

O

Levocetirizina

N

Cl

N R

Loratadina R = COOEtDesloratadina R = H

La Desloratadina non blocca i canali del potassio cardiaci e quindi ha un profilo di sicurezza maggiore rispetto alla Loratadina.

Relazioni strutturali traantiistaminici potenzialmente cardiotossici

e i loro metaboliti antiistaminici non-cardiotossici

HO

NOH

CH3

CH3CH3

N

N HN

F

NOCH3

Terfenadina

Astemizolo

N

N HN

F

NH

Norastemizolo

HO

NOH

CH3

COOHCH3

MDL16,455

Antagonisti H1 CON potenziali effetti cardiaci avversi

Antagonisti H1 SENZA potenziali effetti cardiaci avversi

Gruppi farmacoforidi antagonisti H1

Porzione CON potenziale tossicità cardiaca

metabolismo

Gruppi farmacoforidi antagonisti H1

Porzione SENZA potenziale tossicità cardiaca

N

N HN

F

NOH

metabolismo

NN O OH

Cl

Idrossizina Cetirizinametabolismo N

N O OH

Cl

O

O

NO

COOHCarebastinaEbastina

metabolismoO

NO

metabolismo

ANTIISTAMINICI H1 PIU' UTILIZZATI

1- Derivati etilendiamminici (Piperazinici)Sono prodotti che hanno un periodo d'azione variabilee che vengono utilizzati nella prevenzione delle cinetosi.

CICLIZINA (Ciclergot, Marzine, Motozina)

O OHH

ClH

N N CH3H

HCl

1.

2.

H

N N CH3

HClrid.

CH N N (CH2)3 N N H

O

OXATOMIDE (Tinset)

Differisce dagli antiistaminici classici per il diverso sostituente sull'atomo di azoto piperazinico.

.HCl

TRIPELENAMINA (Piristina, Sedilene)

N NH2

CHO

HCOOH

NHCH2

Cl(CH2)2N(CH3)2N NH CH2 CH2 N(CH3)2

A

B

A + Cl CH2 CH2 N(CH3)2

B +Cl

N N CH2 CH2 N(CH3)2

La Tripelenamina provoca sonnolenza e disturbi gastro-intestinali.

2- Derivati dell'etanolamminaSono prodotti dotati di notevole azione sedativa usatinelle cinetosi. Oltre agli effetti collaterali sul S.N.C.possiedono una significativa componente antimuscarinica.

DIFENIDRAMINA (Allergan, Benadryl, Nisidina)

BrBr2

rad.HO N(CH3)2 H

ON

CH3

CH3

3- Derivati propilamminiciSono prodotti che vengono utilizzati anche come singoli isomeri (Polaramin).

CLORFENAMINA (Clorten, Trimeton)

Cl

Cl

CN

ClN Cl Cl

CN

N

Cl

NC

N

N(CH3)2

Cl

N

N(CH3)2

+KCN NaNH2

NaNH2 H+

-CO2Cl N(CH3)2

4- Derivati fenotiazinici e triciclici

PROMETAZINA (Fargan)

N

HN

S

H

S H3C CH

Cl

CH2 N(CH3)2∆+

N

S

N

CH3

CH3

CH3

NaNH2

CHETOTIFENE (Totifen, Zatiden)

O

S

N

CH3

E' un composto antagonista H1 utilizzato come antiasmatico.

CIPROEPTADINA (Periactin)E' un composto antagonista H1, ma è anche un antagonista della serotonina (5-HT2A). Provoca un aumento di peso e di statura neibambini per interazione con l'ormone della crescita.

N

CH3

O

1. NBS2. N(C2H5)3

O

+N

MgCl

CH3

N

CH3

HO

N

CH3

-H2O

.HCl

Antiistaminici non rientranti nei gruppi precedenti

TERFENADINA (Teldane)Antiistaminico H1 non sedativo.

COH

N (CH2)3 CH

OH

CCH3

CH3

CH3

ASTEMIZOLO (Ismanal)Antiistaminico H1 non sedativo.

N

N

CH2 F

NH N CH2 CH2 OCH3

EBASTINA

CH O N CH2 CH2 CH2 C

O

CCH3

CH3

CH3

CETIRIZINA (Zyrtec)

CH N N CH2 CH2 O

Cl

CH2 COOH

Farmaci Istaminergici ad azione indirettaTRITOQUALINA (Ipostamina)Inibisce la biosintesi dell'istamina bloccando l'enzima istidindecarbossilasi.

NH

O

O

H OH

O

NH2

C2H5O

C2H5O

OC2H5

CROMOGLICATO DI SODIO

Questo farmaco viene utilizzato come antiasmatico. Non ha azione broncodilatante, ma agisce attraverso l'inibizionedel rilascio di istamina e di altri autacoidi (es. leucotrieni).Deve essere impiegato a scopo profilattico.Somministrato per aerosol è assorbito per l'8% ed èsufficiente a prevenire l'attacco di asma se si ripete lasomministrazione 4-5 volte al dì. Viene rapidamenteeliminato nelle 24 ore.

O

O

OOC Na

O CH2 CH CH2

OH

O

O

O

COONa

Sintesi del Cromoglicato di Sodio

HO OH

CH3O

+O

Clbase

2 1

HO

CH3O

O CH2 CH CH2O

HO

CH3O

O CH2 CH

OH

CH2 O

CH3O

OH

+COOC2H5

COOC2H5

EtO- Na+

OEtO

O

O O CH2 CH CH2

OH

O

O

O

OEt

O

1. H2O / H+

2. NaOH

O

O

OOC Na

O CH2 CH CH2

OH

O

O

O

COONa

O

CH2O CO

COOEt

O O O

O OCOOEt

ANTIISTAMINICI H2 (Antiulcera) 1972

SECREZIONE GASTRICAIl succo gastrico è costituito da una miscela di H2O, sali inorganici, HCl, vari polipeptidi, ...La secrezione ha luogo sia nella fase di riposo(indigestiva) che nella fase di lavoro (digestiva).Quest'ultima può essere suddivisa in tre ulteriori fasi:

1. FASE CEFALICA (Cp)(HCl, pepsinogeno,ACh, poco muco)

Gli stimoli arrivano dalS.N.C. attraverso il nervovago. La stimolazione è di tipo colinergico.

2. FASE GASTRICA (Gp)(HCl, pepsinogeno,gastrina, istamina)

Inizia quando il cibo arriva nello stomaco. Può continuare per 3-4 ore. Si ha secrezione di gastrina ed istamina che stimolano la produzione di HCl.

3. FASE INTESTINALE (Ip)(colecistochinina,enteroglucagone)

Vengono emessi inibitori della secrezione gastrica(enterogastroni).

C'è una costante interazione fra ACh, Istaminae Gastrina nello stimolare la produzione di HCl.

CELLULA PARIETALE

HCl

Gastrina Gp

Istamina Gp Anti H2

Anti ACh ACh

Enterogastroni (Ip)

FARMACI CHE AGISCONO SUL FARMACI CHE AGISCONO SUL TRATTO GASTROINTESTINALETRATTO GASTROINTESTINALE

SVILUPPO DI ANTAGONISTI H2

N NH

NH2

N NH

NH CNH2

NH

N NH

NH CS

NHCH3

N NH

SNH C

S

NHCH3

H3C

N NH

SNH C

NHCH3H3C

NCN

Istamina

Nα-Guanilistamina

Burimamide

Metiamide

Cimetidina (Tagamet) - 1975

E' la molecola modello.Si cercò di ottenere una molecola più lipofila e di modificare il gruppo NH2

pKa = 5.74(97% non ionizzato)

Agonista parziale

Allungamento della catena e introduzione di un gruppo tioureico

E' il primo anti-H2 selettivo ed ha permesso lasottoclassificazione H1-H2.Non è però sufficientemente potente per uso terapeutico.

pKa = 7.25(40% parz. ioniz.)

pKa = 6.80(20% ioniz.)

Il gruppo metile stabilizza il

tautomero Nτ-H

E' 10 volte più attiva della Burimamide. Purtroppo causa granulocitopenia.

Possiede attività simile alla Metiamide.

S C NH2NH

Ag. parziale

Possibili tipi di legame per l'Nα-Guanilistamina

HN

NCH2

CH2 NH

H2NNH2

HN

NCH2

CH2 NHNH2

H2N

Sito di legame agonista

Sito di legame antagonista Sito di legame

antagonista

Legame dell'Istamina: solo di tipo agonista

HN

NCH2

CH2 NH3 HN

NCH2

CH2 NH3Sito di legame agonista

Sito di legame antagonista

Sito di legame antagonista

HN

NCH2 CH2 NH3

HN

NCH2 CH2 NH3

Istamina

Recettore (Inattivo) Adattamento indotto -Recettore attivato

HN

NCH2 CH2 NH2

Recettore (Inattivo) Nessun adattamento indotto -Recettore inattivo

Gruppo funzionaleextra

Siti di legame

HN

NCH2 CH2 NH2

La scoperta della Cimetidina ha stimolato un intensaattività di ricerca nel settore.Attualmente si hanno a disposizione diversiantagonisti H2-selettivi che possono essere raggruppatiin due classi principali:

1- Composti rappresentabili dalla seguente formula generale:

2- Composti a struttura diarilica

ANELLOAROMATICO

CATENAFLESSIBILE

GRUPPO POLARECAPACE DI FORMARE

LEGAMI AD IDROGENO

I composti della prima classe possono essere suddivisi inquattro gruppi principali a seconda dell'anello aromatico:

A - DERIVATI IMIDAZOLICI

N

N

HCH3

SX

Il prototipo di questa serie è la CIMETIDINA

X =HN CNHCH3

N CN

B - DERIVATI DIMETILAMINOMETILFURANICI

X = HN CNHCH3

CHNO2

Fra gli analoghi dellaRanitidina si può annoverarela NIZATIDINA che ha unanello tiazolico in luogo diquello furanico ed è 5-18 volte più attiva della Cimetidina.

O(H3C)2N S

X

Il prototipo di questa serie è la RANITIDINA che è 4-10 voltepiù attiva della Cimetidina.

C - DERIVATI GUANIDINOTIAZOLICI

S

NS

X

Il prototipo di questa serie è la TIOTIDINA.

X =HN CNHCH3

N CN

In terapia viene utilizzata laFAMOTIDINA che è circa 60 volte più attiva dellaCimetidina.

NH2N

H2N

La sostituzione dello S con CH2 riduce di 1/3 l'attività.

X = CNH2

NSO2NH2

D - DERIVATI AMINOMETILFENOSSI

X =

Il prototipo è la LAMTIDINA

N

NN

NH

NH2

H3C

Di questa serie viene usata in terapia la ROXATIDINA

X = NH COCH2OCOCH3

NO X

Esempi di antagonisti a struttura diarilica sono:

N

N

N

S

H3C

H

N NH2

NH2

ZALTIDINA MIFENTIDINA

N

N

H

NNHiPr

H

Non è chiaro se questi antagonisti H 2 a struttura diarilicainteragiscono con lo stesso sito recettoriale della Cimetidina e dei suoi analoghi.

N NH

H3CS

HN

HN

CH3

NCN

Cimetidina

ON

H3C

H3CS

NH

NH

CH3

NO2

Ranitidina

N

SN

H2N

H2N

S

HN H

NS Br

OO

Ebrotidina

N

SN

H2N

H2N

O NH2

NSO2NH2

N

SN

H2N

H2N

N

HN CH3

O

N

SN

H2N

H2N

N

HN

HN

NCN

CH3

Relazioni struttura-attivitàin analoghi della Cimetidina

Sono state esaminate le proprietà fisico-chimiche del gruppo polare. Sono state considerate: acidità,idrofilia, momento dipolare e geometria.I gruppi studiati sono stati: tiouree, uree, guanidine, cianoguanidine, nitroguanidine, acilguanidine cicliche.Tutti questi gruppi hanno sistemi di elettroni π planari e geometrie simili. A pH = 7.4 sono non-ionizzati.E' stata trovata una relazione fra attività antagonista e coefficiente di partizione H2O-ottanolo:

-log KB = 2.0 log P + 7.4

Alcune eccezioni portarono a considerare anche ilmomento dipolare e fu quindi formulata la seguente equazione:

HN

CN

R H

Xθ Ψ

La sostituzione del gruppo cianoguanidinico dellaCimetidina con gruppi basici porta ad una netta riduzionedell'attività.

- log KB = 9.12 cos θ + 0.60 log P - 2.71

θ = 30° - Ψ

Ψ = direzione del dipolo rispetto al legame C-N

30° = angolo ottimale

HN NCH3

O2N

R H

Approccio e orientazione

Superficie del recettore

HN NCH3

O2N

R H

Approccio e orientazione

Superficie del recettore

Siti per legami ad H Momenti dipolari

Approccio e orientazione

Superficie del recettore

Approccio e orientazione

Superficie del recettore

Siti per legami ad H Momenti dipolari

NN

O

NH

RH

NN

O

NH

RH

Effetti dell'orientazione del momento dipolaresul legame al recettore

HN

N

CH3

CH2 S CH2 CH2 NH

C N

O2N

H

Conformazioni del gruppo guanidinico nella Cimetidina

RN

CN

H

H CH3

NCN

Z,E

HN

CN

H

R CH3

NCN

HN

CN

CH3

R H

NNC

RN

CN

CH3

H H

NCN

E,E E,Z Z,ZSfavorita Sfavorita

Teoria alternativa per il legame della Cimetidina al sito agonista

HN

CN

CH3

R H

NNC

OO

Recettore

Legami ad H clatrati non possibili

HN

CN

CH3

R H

NNC

X

X

Recettore

Due legami ad H separati

C

C

H X

RNH NHCH3

CH2X

CNHCH3RN

CH2X

CNCH3RNH

Chetene Aminale Amidina Amidina

HN

N

CH3

CH2 S CH2 CH2 NH C

CH

NHCH3

O2N

HN N

HR

X

θ

Orientazione osservata del dipolo

Orientazione del momento dipolare

Caratteristiche della Cimetidina

- L'azoto imidazolico è protonabile: pKa = 6.80

- La lipofilia (Pottanolo/H2O) = 2.5

- Biotrasformazioni:

1) CH34 CH2OH4

2) S S

O

3) CNH

N

CH3N NO

4) CNH

NC

CH3

N

C NH2

O

- Effetti collaterali:

Notevole effetto REBOUND Breve durata d'azione

Possibili effetti anti-androgenici (ginecomastia)

Effetto inibitorio sul sistema enzimatico citocromo P450 a livello epatico

O(CH3)2NCH2 CH2SCH2CH2NHCNHCH3

Y

Ranitidina ed alcuni analoghi saggiati come antagonisti H2 in vivo come inibitori della secrezione acida gastrica stimolata dall'Istamina nel ratto anestetizzato

Ranitidina: Y = CHNO2

Y = SY = NCN

pKa = 8.44

ID50 (mgKg-1)

0.182.321.39

Composto

O(CH3)2NCH2 CH2SCH2CH2NHCNHCH3

CHNO2

R4 R3

>10

0.25

0.30

R3 = CH3, R4 = H

R3 = H, R4 = CH3

OCF3CH2NCH2 CH2SCH2CH2NHCNHCH3

CHNO2

S

N(CH3)2NCH2 CH2SCH2CH2NHCNHCH3

CHNO2

Nizatidina(5-18 volte più attiva della Cimetidina)

O(CH3)2NCH2 CH2SCH2CH2NH

NS

N

NH2

O

O(CH3)2NCH2 CH2SCH2CH2NH N

N

OCH2R

H

Lupitidina

R =N

CH3

Donetidina

R = N H

O

KB = 17 nM

Tiotidina e Guanidinotiazoli correlati saggiati in vitro sull'atrio destro della cavia come antagonisti al recettore H2

Tiotidina

KB (µM)

0.018

3.6

0.017

Composto

0.027

0.10

N

S

R

N

NH2

H2N

R

CH2SCH2CH2NHCNHCH3

NCN

ICI 17148 CH3

(20-30 volte > Cimetidina)

Famotidina CH2SCH2CH2CNH2

NSO2NH2

BL 6341A CH2SCH2CH2NH

NS

N

NH2

O

N

SN

NH2

H2N

CH2SCH2CH2NHCNHCH3

NCN

CH3

S N

N

NH2

NH

H

3-(Piperidinometil)fenossipropil derivati saggiati comeH2-antagonisti in vitro sull'atrio destro della cavia

Lamtidina

KB (µM)

0.07

0.035

0.11

Composto

0.013

0.04

Z

Zolantidina

Roxatidina NHCOCH2OCOCH3

BMY 25368

NH

NS

N

NH2

O

NOCH2CH2CH2Z

NN

N

H3C

HN RR = NH2

R = CH2OH n.c.Loxtidina

S

NHN

BMY 25260

H2N NH2

O O

Strutture diariliche saggiate come H2-antagonisti in vitro sull'atrio destro della cavia

Zaltidina

KB (µM)

42

Composto

R = NH2

R = NHEt2.2

Mifentidina

N

N

N

H

H2N

N

R R = H

0.24

N

N

H

R

N

S N

NH2

NH2

R = CH3

R = NH2

R = H 0.100.0180.013

H3CNHCNHN

S

N

H2N NH2

Y

Y = SY = CHNO2

Y = NCN 0.0020.0080.001

N

N

H

NNHR

H R = CH3

R = Et

R = H 301.20.019

R = iPr

R = iBu

R = nPr 0.0320.0240.017

Antiistaminici H2 usati in terapia

CIMETIDINA (Tagamet)

N N

H3C

H

SNH C

NHCH3

N CN

E' utilizzata nella cura dell'ulcera gastrica alla dose di200mg / 3 volte al dì.Viene facilmente assorbita per via orale e vienerapidamente eliminata (24h) come prodotto nonmetabolizzato (70%) e come solfossido.Si hanno effetti collaterali a carico del sistema ormonale.

Sintesi

H CNH

NH2

+

Br OCH3

CH3O

Formammidina

N

N CH3

H

OCH3

HBr

HS NH2

1)2)

NC NSCH3

SCH3 N N

H3C

H

SNH2

+

N N

H3C

H

SNH C

SCH3

N CN

CH3NH2

Cimetidina

RANITIDINA (Zantac, Ranidil, Ranibloc)

E' attualmente il farmaco più usato per il trattamento dell'ulcera gastrica e duodenale. Ha una lunga duratad'azione e si somministra in dose singola ogni 24h.Ha minori effetti collaterali della Cimetidina.

Sintesi

OS(H3C)2N

NH CCHNO2

NHCH3

OOH

OOH(H3C)2N

OS(H3C)2N

NH2

HBr

HS NH2

1)2)

OS(H3C)2N

NH CSCH3

CHNO2

(HCHO)x

Mannich

CH3NH2

Ranitidina

O2N CH CSCH3

SCH3

NH(CH3)2.HCl

NIZATIDINA (Axid)

E' usato come antiulcera in alternativa alla Ranitidina.

S

NS(H3C)2N

NH CCHNO2

NHCH3

FAMOTIDINA (Famodil, Gastridin, Motiac)

E' usato nel trattamento dell'ulcera gastrica e duodenale con somministrazioni giornaliere.

S

NSH2N

CH2N

N

NH2

NSO2NH2

N O NHCO CH2 OCOCH3

ROXATIDINA (Altat)

E' usato come antiulcera ed ha una durata d'azionerelativamente breve per cui occorrono più somministrazionigiornaliere.

LAFUTIDINA (Stogar)

N

N

OHN

S

O O

O

Recettore H3 (1983)Il recettore H3 è stato caratterizzato farmacologicamente nel1983. E' un autorecettore presinaptico che inibisce la sintesi ed il rilascio di istamina. Agisce anche da eterorecettore modulando il rilascio di ACh, NA, DA, 5-HT, ...

Applicazioni terapeutiche (potenziali)- Agonisti: ansiolitico, contro l'insonnia- Antagonisti: morbo di Alzheimer, epilessia, narcolessia, obesità, schizofrenia

Recettore H3

- GPCR- Localizzazione prevalentemente presinaptica

- Elevata concentrazione nel SNC- Autorecettore- Eterorecettore

- Deficit dell’attenzione(ADHD)

- Narcolessia- Morbo di Alzheimer

- Obesità

Agonisti H3

Istamina

H1 H2 H3

100 100 100

(R)-α-Metilistamina

(S)-α-Metilistamina

0.49

0.49

1.02 1550

1.74 13

N NH

S CNH2

NH

ImetitE' 4 volte più potente

di R-(α)-MeHA

N NH

NH

ImmepipE' equiattivo (pD2 = 8.0) con

R-(α)-MeHA (pD2 = 7. )

Attività sul recettore H3dell'agonista H3 (R)-α-Metilistamina,

dell'antagonista H3 Tioperamide edel nuovo agonista/antagonista Impentamina.

Composto

(R)-α-Metilistamina

Impentamina

Tioperamide

Intestino di cavia

Rilascio di 3H-NAnel cervello di ratto

Legame di 125I-IPPalla corteccia di ratto

pD2 = 7.8 pD2 = 7.9

pD2 = 8.2 (α = 0.6)pA2 = 8.4

pA2 = 8.4pA2 = 8.9

pKiH = 8.46

pKiH = 8.50

pKiL = 5.92

pKiL = 6.60

pKi = 8.37

N NH

NC

NH

S

N NH

NH2

ImpentaminaTioperamide (1986)

Antagonisti H3Sono stati ottenuti introducendo gruppi voluminosi nella funzione tioureica dell'Imetit.

N NH

NC

NH

STioperamide (1986)

Ki = 4.3 nM; pA2 = 8.9;ED50 = 1 mgr/Kg

Viene considerato l'antagonista di riferimento.

N NH

S NH

NHCl

ClobenpropitE' l'antagonista più potente.Ki = 0.12 nM; pA2 = 9.9

N NH

SNBu

NHBu

UCL 1524E' 3 volte più attivo della Tioperamide.

N NH

NH2 ImpentaminapA2 = 8.4

N NH

O C

O CiproxifanAumenta l'attenzione e migliora le capacità cognitive.

N

N

H

CH3

CH3

CH3

PerceptinKi = 0.125 nM

E' un antagonista H3 di tipo imidazolico.Ha superato la fase clinica I e si trova in fase II, dove vienesperimentato per i seguenti disturbi:- deficit di attenzione e disordini di iperattività (ADHD)- narcolessia- disordini sonno-veglia

N

NH3C

O N

Ki = 2 nM

E' un antagonista H3 di tipo non-imidazolico.

Catena A

Struttura generale degli antagonisti al recettore H3 dell'istamina

Eterociclo contenente N

Gruppo polare Catena B Gruppo

lipofilo

Essenziale per il legame al recettore H3

Aumenta l'affinità per il recettore H3

Modello Modello farmacoforicofarmacoforico per gli antagonisti del recettore Hper gli antagonisti del recettore H33

In questo modello si sono rivelati disponibili per legare gli antagonisti:- quattro siti di interazione mediante legame ad idrogeno (I, i, ii, iii)- due tasche idrofobiche (1, 2)

Ligandi Antagonisti al Recettore H3

Sovrapposizione di Tioperamide, Clobenpropit e Ligando n° 9

A,B,C,D: siti per i legami ad idrogeno (i siti accettori sono in magenta e i donatori sono in giallo).

1,2: tasche lipofile.

Sovrapposizione dei ligandi n° 1-12

12

12

C

D

B

A

D

C

A

B

La tasca lipofila 1 è facilmente accessibile, invece l’ingresso alla tasca idrofobica 2 è piuttosto stretto, essendo circondato dai due punti C e D.