REVISIîN |
1Departamento de Qu’mica Org‡nica y FarmacŽutica, Facultad de Farmacia, Universidad Complutense, 28040, Madrid. 2AcadŽmico Correspondiente de la Real Academia Nacional de Farmacia.
*e-mail: josecm@farm.ucm.es
Recibido el 22 de noviembre de 2013 An. Real Acad. Farm. Vol. 79, N¼ 4 (2013), pag. 580-612
RESUMEN
La diabetes de tipo 2 se ha descrito como una epidemia de ‡mbito mundial y constituye uno de los mayores desaf’os terapŽuticos actuales. Las incretinas, en especial GLP-1, son hormonas pept’dicas intestinales que estimulan la secreci—n de insulina y presentan otras acciones beneficiosas, incluyendo una disminuci—n de masa corporal, pero plantean los problemas habituales de los f‡rmacos pept’dicos: reducida biodisponibilidad oral y duraci—n de acci—n muy breve. Se describen en esta revisi—n los avances recientes en el dise–o de antidiabŽticos basados en las incretinas, que permiten la superaci—n de dichas limitaciones, as’ como de inhibidores de su degradaci—n hidrol’tica. |
Palabras clave: Diabetes; Incretinas; Dipeptidil peptidasa IV.
aBSTRACT
Type II diabetes has been described as a world epidemy and constitutes one of the major therapeutic challenges nowadays. Incretins, and GLP-1 in particular, are intestinal peptide hormones that stimulate insulin secretion and show other beneficial actions, including weight loss, but they suffer from the limitations common to most peptide drugs, namely poor oral bioavailability and a very short duration of action. In the present review, we describe recent advances in the design of incretin-based antidiabetic drugs that overcome these limitations, as well as recent work on inhibitors of their hydrolytic degradation. |
Keywords: Diabetes; Incretins; Dipeptidyl peptidase IV.
1. INTRODUCCIîN
La diabetes, en especial la de tipo 2, es una enfermedad cr—nica y progresiva que se caracteriza por la resistencia de los tejidos perifŽricos a los efectos metab—licos de la insulina.
Requiere tratamiento de por vida y se ha descrito como una epidemia de ‡mbito mundial que actualmente afecta a unos 250 millones de personas. El coste humano, econ—mico y social asociado a sus complicaciones hace que esta enfermedad sea una de las que plantea consecuencias m‡s serias en tŽrminos de salud pœblica. Pese a ello, hasta hace unos a–os no se dispon’a de alternativas terapŽuticas a los f‡rmacos tradicionales.
Las terapias convencionales de la diabetes de tipo 2 se han centrado en elevar los niveles plasm‡ticos de insulina, bien por administraci—n directa de esta o mediante el empleo de f‡rmacos capaces de incrementar su secreci—n (antidiabŽticos orales), incrementar la sensibilidad a la insulina de determinados tejidos o reducir la absorci—n de carbohidratos en el tracto gastrointestinal.
Estos f‡rmacos tradicionales no son —ptimos y dejan sin tratar muchos aspectos importantes de la diabetes, tales como la reducci—n de la sensibilidad de las cŽlulas a la glucosa, la disminuci—n en el nœmero o funcionalidad de las cŽlulas o el incremento de la producci—n de glucosa por la v’a de la gluconeogŽnesis a causa de un incremento en la secreci—n de glucag—n.
Adem‡s, los tratamientos convencionales suponen un serio riesgo de inducir episodios de hipoglucemia. P
or todos estos motivos, el desarrollo de nuevos f‡rmacos antidiabŽticos se puede considerar de una importancia crucial (1, 2). Para poner el presente art’culo en su contexto, resumimos en la Tabla 1 las principales aproximaciones actuales al tratamiento de la diabetes de tipo 2 (3).
De ellas, vamos a centrar nuestra atenci—n en los f‡rmacos relacionados con las incretinas, principalmente en los agonistas del receptor de GLP-1 y en los inhibidores de dipeptidil peptidasa IV (4).
Tabla 1.- Terapias actuales de la diabetes de tipo 2.
Grupo de f‡rmacos |
Diana molecular |
Sitio de acci—n principal |
1. Secretagogos de insulina |
||
Sulfonilureas |
Receptor de sulfonilureas (SUR) |
P‡ncreas |
Meglitinidas |
Canal K-ATP |
P‡ncreas |
An‡logos y mimŽticos de GLP-1 |
Receptor GLP-1 |
P‡ncreas |
Inhibidores de DPP-IV (gliptinas) |
Dipeptidil peptidasa IV (DPP-IV) |
Intestino, p‡ncreas |
2. Sensibilizadores a insulina |
||
Metformina |
Desconocida |
H’gado, intestino, p‡ncreas |
Tiazolidinonas (glitazonas) |
PPARg |
Intestino, p‡ncreas |
3. Otros |
||
Insulina |
Receptor de insulina |
H’gado, mœsculos |
Inhibidores de a-glicosidasas |
a-Glicosidasas |
P‡ncreas, intestino delgado |
Inhibidores de SGLT2 |
Cotransportador 2 de sodio-glucosa (SGLT2) |
Ri–—n |
Se sabe desde 1964 que la administraci—n oral de glucosa produce una respuesta insul’nica superior a una dosis idŽntica administrada por v’a intravenosa, lo cual suger’a la existencia de factores digestivos capaces de estimular la secreci—n de insulina. La identificaci—n posterior de estos factores con las incretinas, un grupo de hormonas pept’dicas segregadas en el intestino como respuesta a la ingesta de alimentos, condujo a denominar Òefecto incretinaÓ a la diferente respuesta a la glucosa oral y parenteral (5). Entre estas hormonas, es de especial interŽs el pŽptido GLP-1 (glucagon-like peptide 1), que es producido por las cŽlulas intestinales L. Su bios’ntesis se lleva a cabo a partir de una prote’na de 160 amino‡cidos llamada proglucag—n, que recibe este nombre porque su degradaci—n hidrol’tica en las cŽlulas a pancre‡ticas genera la hormona hiperglucemiante glucag—n. En cambio, su hidr—lisis en las cŽlulas intestinales a conduce, entre otros pŽptidos, a un fragmento de 37 amino‡cidos conocido como GLP-1-(1–37). La posterior escisi—n de una cadena correspondiente a los seis primeros amino‡cidos de este pŽptido conduce a una de las hormonas activas, llamada GLP-1-(7–37), pero m‡s del 80% de la bioactividad corresponde a otra hormona, conocida como GLP-1-(7–36)NH2, en la que falta la glicina 37 y el nuevo residuo C-terminal, una arginina, est‡ en forma de amida (6).
Estas hormonas disminuyen la glucemia a travŽs de varios mecanismos, principalmente un est’mulo de la secreci—n de insulina por el p‡ncreas y una inhibici—n de la secreci—n del glucag—n, otra hormona pept’dica capaz de elevar los niveles de glucosa en plasma (Figura 2).
Adem‡s, produce otros efectos beneficiosos para los pacientes diabŽticos por conducir a una pŽrdida de peso, que se debe a un aumento de la sensaci—n de saciedad por retraso en el vaciamiento g‡strico y a la disminuci—n del apetito por un mecanismo central. TambiŽn son beneficiosos otros efectos, que incluyen una disminuci—n en la producci—n de glucosa por el h’gado, un incremento en la captaci—n y almacenamiento de glucosa por los mœsculos y los adipocitos y propiedades cardio y neuroprotectoras (8, 9).
Desde el punto de vista de su posible empleo en el tratamiento de la diabetes, la activaci—n de los receptores de GLP-1 presenta algunas ventajas adicionales sobre los agentes de uso habitual, ya que corrige la hiperglucemia en ayunas pero no induce hipoglucemia, uno de los principales problemas asociados a la medicaci—n antidiabŽtica tradicional. Por otra parte, la proliferaci—n de cŽlulas b pancre‡ticas contribuye al efecto antidiabŽtico, al mejorar la funcionalidad del p‡ncreas, pero conduce tambiŽn a un incremento del riesgo de que se desarrollen casos de pancreatitis como efecto no deseado. Por la misma raz—n, se ha planteado la necesidad de considerar la posibilidad de que tratamientos prolongados incrementen el riesgo de c‡ncer de p‡ncreas (10).
Existen dos estrategias principales para el dise–o de f‡rmacos antidiabŽticos basados en el aprovechamiento de la acci—n hipoglucemiante de las incretinas (Figura 3). Por un lado, se est‡n desarrollando agonistas del receptor de GLP-1, que en la actualidad son pŽptidos an‡logos de la hormona natural.
El principal factor que condiciona su dise–o es la extremadamente breve semivida plasm‡tica de GLP-1 (2 minutos, aproximadamente), que hace inviable su empleo como f‡rmaco. Esta fugaz duraci—n de acci—n se debe a dos factores:
(a) Una r‡pida eliminaci—n renal, debida a su peso molecular relativamente bajo.
(b) Su metabolismo por la dipeptidil peptidasa IV (DPP-IV), que ataca el extremo N-terminal de la hormona e hidroliza el fragmento formado por los dos œltimos amino‡cidos. Resulta as’ el pŽptido GLP-1-(9–36)NH2, que es el que se encuentra en mayor concentraci—n en plasma y que tiene una afinidad 100 veces menor por el receptor GLP-1r que la hormona completa.
Para superar estos problemas, se han sintetizado numerosos an‡logos pept’dicos de GLP-1 con modificaciones destinadas a superar estas limitaciones, muchos de los cuales est‡n inspirados en la estructura de la exendina 4, un pŽptido natural que muestra resistencia a DPP-IV (11-14)
En una estrategia alternativa, se han desarrollado tambiŽn molŽculas peque–as que actœan como inhibidores de DPP-IV (15-17) y por tanto incrementan los niveles de la hormona GLP-1 end—gena.
2. AGONISTAS NATURALES DEL RECEPTOR DE GLP-1
2.1. GPL-1
Se ha determinado por difracci—n de rayos X la estructura del complejo que forman GLP-1 y el dominio extracelular de su receptor (18), que se muestra en la Figura 5a. Las principales interacciones polares afectan a los residuos de leucina 32 y valina 33 de la hormona, que interaccionan con la arginina 121 del receptor a travŽs de sus grupos carbonilo pertenecientes al esqueleto del pŽptido, y a la lisina 26, que interacciona con el glut‡mico 128 del receptor. Adem‡s, son significativas algunas interacciones hidrof—bicas que afectan a los residuos tript—fano 31 y fenilalanina 28 del pŽptido (Figura 5b). Cabe esperar que estos datos puedan emplearse en el futuro como base para el dise–o de agonistas no pept’dicos del receptor de GLP-1, un ‡mbito de investigaci—n que est‡ en sus inicios.
2.2. Exenatida (exendina 4)
Existe otro pŽptido natural capaz de activar el receptor de GLP-1, la exendina 4. Este compuesto se aisl— de la saliva del lagarto Heloderma suspectum, conocido como Òmonstruo de GilaÓ (Figura 6) (19). Se trata de una de las dos especies conocidas de lagartos venenosos y habita zonas desŽrticas del sur de Estados Unidos y el norte de MŽxico, tomando su nombre del valle del r’o Gila, en Arizona, donde fue muy abundante. El monstruo de Gila se alimenta con muy poca frecuencia (entre 5 y 10 veces al a–o, en su h‡bitat natural), y entre dos comidas sucesivas tiene la capacidad de ralentizar su metabolismo y desactivar su p‡ncreas. Cuando llega el momento de alimentarse de nuevo, segrega la hormona exendina 4, que reactiva el p‡ncreas y estimula la secreci—n de insulina. En 2005, la FDA aprob— el uso de la exenatida (nombre que recibi— la exendina 4 de origen sintŽtico) para el tratamiento de la diabetes de tipo 2 que no pudiera controlarse con antidiabŽticos orales, y fue comercializada como Byetta¨ por Amylin Pharmaceuticals. Esta hormona se administra dos veces al d’a por v’a subcut‡nea, generalmente por inyecci—n abdominal. Adem‡s de sus efectos en los niveles de glucosa en sangre, la exenatida tiene la ventaja de producir una significativa pŽrdida de peso, que es muy beneficiosa en la mayor’a de los pacientes de diabetes de tipo 2 y se debe a que retrasa el vaciamiento g‡strico e induce una sensaci—n de saciedad.
La raz—n por la que la exendina 4 puede emplearse como f‡rmaco, a diferencia de la hormona humana GLP-1, es que su semivida plasm‡tica es de varias horas, lo que se debe a que es menos sensible a la hidr—lisis por la DPP-IV que GLP-1. La comparaci—n de las estructuras de ambos pŽptidos (Figura 7) revela una homolog’a del 53%, y una diferencia crucial en el segundo amino‡cido, que en la exendina 4 es glicina en lugar de alanina, lo que causa una interacci—n menos eficaz con el sitio activo de la dipeptidasa, probablemente como consecuencia de un cambio conformacional.
Aunque por el momento no han tenido una repercusi—n inmediata en el dise–o de f‡rmacos, mencionaremos que existen estudios tanto computacionales (20) como de difracci—n de rayos X (21) de la interacci—n de la exenatida con su receptor.
3. ANçLOGOS SINTƒTICOS DE GLP-1
3.1. Taspoglutida
Inspirada en el modelo natural proporcionado por la exendina 4, una de las estrategias empleadas para incrementar la vida media de GLP-1 se basa en la sustituci—n del resto de alanina implicado en la hidr—lisis por DPP-IV por otros amino‡cidos. En este caso, se utiliz— ‡cido 2-aminoisobut’rico (AIB), el a-metil derivado de la alanina, que tambiŽn reemplaz— a la glicina 36 (Figura 8), logr‡ndose un incremento en la estabilidad metab—lica. Adem‡s, la taspoglutida se desarroll— como una formulaci—n de liberaci—n sostenida en la que estaba asociada a cloruro de zinc de forma que tras la inyecci—n subcut‡nea se originaba un dep—sito a partir del cual se liberaba lentamente el f‡rmaco, lo que permite administrarlo una vez por semana. Aunque los ensayos cl’nicos iniciales parec’an indicar una buena efectividad en el tratamiento de la diabetes de tipo 2 y una aceptable tolerancia, el estudio de fase III mostr— que el tratamiento a largo plazo induc’a en algunos pacientes reacciones en el lugar de inyecci—n, problemas de hipersensibilidad y trastornos gastrointestinales de suficiente gravedad para que en 2010 se decidiera la suspensi—n del desarrollo de este compuesto, que no ha vuelto a reanudarse (22).
3.2. Conjugados de GLP-1 con albœmina
La mayor parte de las modificaciones de GLP-1 se han orientado a su asociaci—n con molŽculas de prote’nas, principalmente albœmina (23). La albœmina es la prote’na m‡s abundante en el plasma sangu’neo, y una de sus funciones es el transporte de sustancias poco solubles en el plasma, como por ejemplo las hormonas tiroideas y los ‡cidos grasos, que se unen a una serie de bolsillos lip—filos existentes en las molŽculas de albœmina. La existencia de estas zonas capaces de reconocer cadenas hidrocarbonadas de elevada longitud se ha aprovechado en el dise–o de f‡rmacos pept’dicos de acci—n prolongada, especialmente derivados de insulina para el tratamiento de la diabetes. Mencionaremos como ejemplo la insulina detemir (Levemir¨), en la cual se ha unido una cadena de ‡cido mir’stico (C14) al grupo e-amino del resto de Lys-29 de la hormona, y cuya acci—n prolongada se debe a que dicha cadena lip—fila se enlaza de forma no covalente a alguno de los bolsillos lip—filos de la albœmina destinados al transporte de ‡cidos grasos. Por otra parte, la albœmina contiene numerosos amino‡cidos portadores de grupos nucle—filos, como la lisina y la ciste’na, lo que permite su uni—n covalente a grupos espaciadores adecuados, unidos a su vez al f‡rmaco pept’dico que se desea enlazar (24).
Ambas estrategias se han empleado en el dise–o de an‡logos de GLP-1 de acci—n prolongada. En este caso concreto, adem‡s de retrasar la hidr—lisis por dificultar el acceso de DPP-IV, la uni—n del pŽptido a molŽculas de albœmina retrasa su eliminaci—n renal, por dificultar la filtraci—n glomerular al incrementarse la masa molecular.
3.2.1. Liraglutida y semaglutida
La liraglutida (NN2211), comercializada por Novo Nordisk comoVictoza¨, es un primer ejemplo de un derivado de GLP-1 estabilizado por uni—n a seroalbœmina, lo que permite administrarla una vez al d’a. En este caso, la uni—n con la albœmina es de tipo no covalente, y tiene lugar gracias a la incorporaci—n a la cadena lateral de la lisina 26 de una unidad de ‡cido palm’tico a travŽs de un espaciador de ‡cido glut‡mico (Figura 9). El mecanismo de la prolongaci—n de la acci—n es mœltiple, ya que por un lado, tras su administraci—n por v’a subcut‡nea, el pŽptido experimenta un fen—meno de auto-asociaci—n en el lugar de inyecci—n, liber‡ndose lentamente a partir del agregado formado. Por otra parte, una vez en plasma, la liraglutida se asocia con la seroalbœmina en m‡s del 99%, gracias al reconocimiento de su cadena lip—fila por cavidades hidr—fobas de la albœmina, reduciendo su vulnerabilidad hacia DPP-IV y reduciendo su aclaramiento renal. La liraglutida ha demostrado algunas ventajas sobre otros tratamientos, ya que es menos inmunogŽnica que la exenatida. Sin embargo, tambiŽn plantea algunos problemas de seguridad ya que se ha demostrado que en ratas, aunque probablemente no en humanos, est‡ asociada a un incremento de riesgo de tumores de cŽlulas C tiroideas, y tambiŽn se han observado algunos casos de pancreatitis.
La semaglutida, tambiŽn de Novo Nordisk, es un an‡logo de la liraglutida que se encuentra en fase III de desarrollo cl’nico y que presenta dos diferencias con el compuesto de referencia. En primer lugar, igual que se hizo en el caso de la taspoglutida, se ha reemplazado la segunda alanina por ‡cido 2-aminoisobut’rico para aumentar la estabilidad frente a DPP-IV. Adem‡s, se ha alargado el espaciador como se indica en la Figura 10. La semivida plasm‡tica de este f‡rmaco es de 160 h., lo que permite administrarlo una vez por semana (25).
3.2.2. Albiglutida (GSK716155, albugon)
La albiglutida es un f‡rmaco antidiabŽtico desarrollado inicialmente por Human Genome Sciences y adquirido posteriormente por GlaxoSmithKline, que contiene dos unidades de una GLP-1 modificada mediante la sustituci—n de alanina por glicina (la misma que existe en la exenatida). Estas unidades se encuentran unidas covalentemente y conjugadas con una molŽcula de albœmina por el extremo N-terminal de esta (Figuras 11 y 12). El motivo que llev— a emplear dos unidades de GLP-1 fue compensar la disminuci—n en afinidad por el receptor GLP-1 que acompa–a a la conjugaci—n con albœmina, actuando la molŽcula de GLP-1 unida directamente a la albœmina como espaciador. Adem‡s, este tipo de estructura hace que la absorci—n de la albiglutida desde el lugar de inyecci—n sea m‡s lenta que otros conjugados con albœmina, posibilitando una administraci—n semanal. La albiglutida se prepara por fusi—n delgen que expresa la albœmina humana dos copias del que expresa la hormona GLP modificada, y se encuentra en fase III de ensayo cl’nico.
3.2.3. CJC-1131 (DAC-GLP-1)
Este f‡rmaco no se administra conjugado con albœmina, sino que constituye un ejemplo de aplicaci—n de la metodolog’a conocida como DAC (Drug Affinity Complex), desarrollada por la empresa Conjuchem. El pŽptido que se administra es GLP-1 humana de origen sintŽtico, modificada por sustituci—n del segundo residuo de l-Ala por d-Ala, con objeto de dificultar su hidr—lisis por DPP-IV. Adem‡s, se a–adi— al amino‡cido C-terminal una lisina, cuyo grupo e-amino se enlaz— a travŽs de un espaciador a un anillo de maleimida. Tras la administraci—n subcut‡nea del f‡rmaco y su llegada a sangre, se une covalentemente a una molŽcula de albœmina a travŽs una adici—n de Michael de un grupo nucle—filo de la prote’na al doble enlace electr—filo de la maleimida (Figura 13). La semivida plasm‡tica de este compuesto se estim— en 15-19 d’as, lo que hubiera permitido acciones muy prolongadas. Sin embargo, Conjuchem interrumpi— el desarrollo cl’nico de este compuesto en favor de CJC-1134, un conjugado de exenetida que se comentar‡ m‡s adelante.
3.3. Otros conjugados de GLP-1
3.3.1. Conjugados con polietilenglicol: GLP-1 PEG (LY 2428757)
El polietilenglicol se ha utilizado a menudo para incrementar la semivida plasm‡tica de f‡rmacos pept’dicos, ya que forma con ellos conjugados hidr—filos que ocupan un gran volumen en comparaci—n con prote’nas de peso molecular semejante y, a causa de este gran tama–o, no est‡n sujetos a filtraci—n glomerular. Por este motivo, Eli Lilly est‡ estudiando un f‡rmaco llamado GLP-1 PEG (LY 2428757), que es un derivado pegilado de GLP-1 (26) y que se encuentra en ensayos cl’nicos de fase II. Este f‡rmaco requiere administraci—n semanal y presenta la ventaja sobre otros conjugados de ser altamente hidrosoluble, lo que facilita su inyecci—n. Su estructura, representada en la Figura 14, incluye el pŽptido GLP-1, un espaciador formado por siete amino‡cidos y el polietilenglicol.
3.3.2. Conjugados con fragmentos Fc de inmunoglobulinas. Dulaglutida (GLP-Fc, LY2189265)
El tallo de las inmunoglobulinas est‡ formado por prote’nas conocidas como fracci—n constante (Fc). Esas prote’nas pueden utilizarse para preparar conjugados con f‡rmacos pept’dicos, dando lugar a una duraci—n de acci—n incrementada debido a disminuci—n del aclaramiento renal asociada a un mayor peso molecular, as’ como a la interacci—n de las prote’nas Fc con diversos receptores (27).
La aplicaci—n de esta tŽcnica de dise–o a GLP-1 por parte de la empresa Lilly ha dado lugar a la dulaglutida, una prote’na recombinante en la que el fragmento Fc de la inmunoglobulina Ig4 humana, a travŽs de su regi—n bisagra (hinge), est‡ unido a dos molŽculas de GLP-1 modificada, una por cada cadena Fc, a travŽs de un espaciador pept’dico formado por tres unidades de (Gly)5Ser y una Ala terminal (Figura 15). La dulaglutida tiene una semivida plasm‡tica de 4 d’as y est‡ en fase II de ensayos cl’nicos como tratamiento de la diabetes por inyecci—n subcut‡nea una vez a la semana (28).
4. ANçLOGOS SINTƒTICOS DE EXENATIDA
4.1. Lixisenatida (ZP-10A, AVE-0010)
Es un an‡logo sintŽtico de la exenatida, desarrollado por Sanofi/Zealand, cuyo extremo C-terminal se ha manipulado reemplazando los residuos Pro-38 y Ser-39 por Ser-38 y Lys-39, respectivamente, y adem‡s a–adiendo un fragmento final de pentalisina (Figura 16). Este compuesto tiene una acci—n lo bastante prolongada para permitir su administraci—n una vez al d’a, y ha demostrado en varios ensayos cl’nicos su eficacia como agente antidiabŽtico, en monoterapia o en combinaci—n con otros f‡rmacos, as’ como producir pŽrdidas de peso significativas. Desde Febrero de 2013, est‡ autorizada su comercializaci—n por la Agencia Europea del Medicamento (EMA) como Lyxumia¨, y la solicitud para su comercializaci—n en Estados Unidos se encuentra en estudio por la FDA.
4.2. Conjugados de exenatida con prote’nas
An‡logamente a lo descrito para GLP-1, se han desarrollado varios conjugados de exenatida con macromolŽculas, fundamentalmente prote’nas, para protegerla de la hidr—lisis por DPP-IV y retrasar su eliminaci—n renal.
4.2.1. Conjugados con albœmina: CJC-1134-PC
Desarrollado por la empresa Conjuchem, este f‡rmaco contiene una molŽcula de exenatida a la que se ha incorporado una lisina en el extremo C-terminal, de modo que su grupo e-amino se utiliza para enlazar la hormona covalentemente a una cadena espaciadora que termina en un anillo de maleimida. Finalmente, la reacci—n del doble enlace electr—filo de este anillo con una molŽcula de albœmina tiene lugar espec’ficamente por el residuo Cys-25, dando lugar a la especie conjugada que se administra (Figura 17). CJC-1134-PC se est‡ ensayando en cl’nica para el tratamiento de la diabetes, con administraci—n semanal.
4.2.2. Exenatida-XTEN (VRS-859)
El uso de polietilenglicol para incrementar la semivida de f‡rmacos pept’dicos, ya mencionado, tiene la desventaja de que no es f‡cilmente biodegradable por lo cual tiende a vacuolizarse en diversos tejidos, especialmente en los tœbulos renales. Adem‡s, el polietilenglicol no es una especie qu’mica œnica, por lo cual los f‡rmacos tratados de esta manera son mezclas de compuestos, lo que complica su caracterizaci—n.
Estas desventajas, y la similitud estructural entre el PEG y los polipŽptidos (Figura 18), han llevado al desarrollo de pŽptidos artificiales con un comportamiento biol—gico similar al de PEG (desestructurados, elevado volumen hidrodin‡mico, buena estabilidad en plasma), pero que tienen la ventaja de ser biodegradables y de poder prepararse en estado puro.
Estos pŽptidos se conocen con el nombre de XTEN, y est‡n formados por secuencias no repetitivas en las que se emplean preferentemente Ser, Ala, Pro, Thr, Glu y Gly, y se excluyen los amino‡cidos con cadenas hidrof—bicas porque se considera que pueden favorecer plegamientos compactos y fen—menos de inmunogŽnesis a travŽs de interacciones con anticuerpos (29), aunque las secuencias exactas de estos pŽptidos no han sido reveladas por Versartis, la empresa que los desarrolla. La aplicaci—n de estas ideas ha dado lugar al f‡rmaco VRS-859, un conjugado exenatida-XTEN desarrollado por Diartis Pharmaceuticals, que se administra una vez al mes y acaba de completar los ensayos cl’nicos de fase I.
4.2.3. Conjugados con fragmentos Fc de inmunoglobulinas
De forma an‡loga a lo descrito para GLP-1, esta tŽcnica se ha aplicado a la exenatida por Hanmi Pharmaceuticals. Dicha empresa ha dise–ado un sistema de transporte al que denomina LAPS, basado en la conjugaci—n de la hormona a un fragmento Fc humano mediante un espaciador constituido por una cadena corta de polietilenglicol. Esta tŽcnica ha sido aplicada tanto a la exenatida como a una hormona modificada llamada CA exenatida, dando lugar, respectivamente, a la langlenatida (exenatida-LAPS, HM11260C) y a HM11260A (30). Estos conjugados se diferencian de los desarrollados por Lilly para el caso de GLP-1 en la naturaleza del espaciador y en que en este caso solamente se utiliza una de las dos prote’nas Fc, quedando la otra libre.
5. NUEVAS ESTRATEGIAS PARA LA FORMULACIîN Y ADMINISTRACIîN DE INCRETINAS
Adem‡s de la manipulaci—n estructural de GLP-1 y exenatida y su conjugaci—n con albœmina u otras prote’nas, se est‡n desarrollando en la actualidad otras formulaciones de estas hormonas, muchas de las cuales se encuentran en fase de ensayo cl’nico (31,32,33).
Recientemente se ha comercializado una formulaci—n de liberaci—n sostenida de la exenatida, conocida como exenatida LAR (Exenatide Long-Acting Release) o Bydureon¨, que permite la administraci—n del f‡rmaco una vez por semana (34). Se basa en la encapsulaci—n del principio activo en microesferas de un di‡metro aproximado de 0,1 mm, fabricadas con un copol’mero de ‡cido l‡ctico y ‡cido glic—lico (35,36). Una suspensi—n de estas microesferas se inyecta por v’a subcut‡nea y, en contacto con el agua del tejido, se hidratan e hinchan, liberando ya en esa fase peque–as cantidades de hormona desde la superficie de las part’culas.
Las microesferas empiezan entonces a degradarse por hidr—lisis, liberando su contenido de forma lenta y sostenida (Figura 19). Los productos de la hidr—lisis del pol’mero son biocompatibles y de hecho el ‡cido l‡ctico se produce en el metabolismo humano y el metabolismo oxidativo del ‡cido glic—lico (‡cido 2-hidroxiacŽtico) conduce a ‡cido gliox’lico y posteriormente a ‡cido ox‡lico, otro intermedio metab—lico habitual.
Se est‡n investigando nuevas modificaciones en la formulaci—n de las microesferas de exenatida. As’, el empleo de un diluyente formado por triglicŽridos ha permitido la formulaci—n de dosis mayores, logr‡ndose prolongar aœn m‡s su duraci—n de acci—n y pasar a una administraci—n mensual, que est‡ actualmente en fase II de ensayo cl’nico (37). Esta variante de la exenatida se conoce como ExQM, para diferenciarla de la de administraci—n semanal (ExQW).
Intarcia Therapeutics investiga un implante subcut‡neo llamado ITCA 650, que est‡ basado en el dispositivo DUROS¨ (38). Consiste en un dep—sito cil’ndrico de una aleaci—n de titanio que en un extremo est‡ cerrado por una membrana semipermeable a travŽs de la cual, una vez insertado el dispositivo, entra agua y penetra en una disoluci—n salina (Òmotor osm—ticoÓ).
Esta se expande y mueve un pist—n que a su vez lleva a cabo la administraci—n del f‡rmaco a travŽs de un moderador de la difusi—n existente en el otro extremo del dispositivo (Figura 20). El dispositivo se inserta de forma subcut‡nea, normalmente en el espacio entre el b’ceps y el tr’ceps, y es capaz de liberar su contenido a velocidad constante durante tiempos prolongados, por lo cual en la actualidad se est‡ estudiando en cl’nica su empleo para la administraci—n de exenatida en per’odos de hasta un a–o (39).
Otra importante l’nea de investigaci—n actual es el desarrollo de formas de administraci—n oral de las incretinas. En el caso de GLP-1, Novo Nordisk est‡ investigando un f‡rmaco llamado NN9924, que se encuentra en fase I de desarrollo cl’nico y est‡ basado en la tecnolog’a Eligen¨, de la que se conocen pocos detalles pero implica la inhibici—n de la degradaci—n qu’mica y enzim‡tica del pŽptido en el tracto digestivo, as’ como una interacci—n con la hormona que supone una Òmejora transitoria de las propiedades de partici—nÓ de esta (40). En el caso de la exenatida, Oramed est‡ estudiando ORMD-0901, cuya preparaci—n se basa en el uso de una serie excipientes (no descritos por el fabricante) que al parecer protegen al ingrediente activo de la proteolisis intestinal y favorecen su absorci—n. Esta formulaci—n, adem‡s de presentar las ventajas generales asociadas a la v’a oral, no parece inducir n‡useas, a diferencia de la exenatida inyectada, y se encuentra en fase II de ensayo cl’nico.
Como resumen de lo tratado hasta aqu’, se reœnen en la Tabla 2 los principales datos de los principales agonistas pept’dicos del receptor de GLP-1.
Tabla 2.- Resumen de los agonistas pept’dicos del receptor de GLP-1.
F‡rmaco |
Empresa |
Situaci—n |
Nombre comercial |
Periodicidad de inyecci—n |
Exenatida (exendina 4) |
Amylin Pharmaceuticals-Eli Lilly |
Comercializado |
Byetta¨ |
2 dosis/d’a |
Taspoglutida |
Roche |
Abandonado en Fase III |
-- |
1 dosis/semana (con ZnCl2) |
Liraglutida |
Novo Nordisk |
Comercializado |
Victoza¨ |
1 dosis/d’a |
Semaglutida |
Novo Nordisk |
Fase III |
-- |
1 dosis/semana |
Albiglutida |
GlaxoSmithKline |
Fase III |
-- |
1 dosis/semana |
CJC-1131 |
Conjuchem |
Abandonado en Fase II |
-- |
-- |
GLP-1 PEG |
Eli Lilly |
Fase II |
-- |
1 dosis/semana |
Dulaglutida |
Eli Lilly |
Fase II |
-- |
1 dosis/semana |
Lixisenatida |
Sanofi/Zealand |
Comercializado (Europa) |
Lyxumia¨ |
1 dosis/d’a |
CJC-1134-PC |
Conjuchem |
Fase II |
-- |
1 dosis/semana |
Exenatida-XTEN |
Versartis-Diartis Pharmaceuticals |
Fase I |
-- |
1 dosis/mes |
Exenatida-LAPS |
Hanmi Pharmaceuticals |
Precl’nico |
-- |
-- |
Exenatida LAR (ExQW) |
Bristol-Myers Squibb y AstraZeneca |
Comercializado |
Bydureon¨ |
1 dosis/semana |
Exenatida ExQM |
Amylin Pharmaceuticals- Eli Lilly |
Fase II |
-- |
1 dosis/mes |
Exenatida en DUROS¨ (ITCA 650) |
Intarcia Therapeutics |
Fase II |
-- |
1 implante/a–o |
NN9924 |
Novo Nordisk |
Fase I |
-- |
GLP-1 oral |
ORMD-0901 |
Oramed |
Fase II |
-- |
Exenatida oral |
6. INHIBIDORES DE DIPEPTIDIL PEPTIDASA IV
La dipeptidil dipeptidasa IV es una glicoprote’na de membrana que presenta actividad de dipeptidil aminopeptidasa, llevando a cabo la degradaci—n de pŽptidos que tienen una prolina o alanina en la penœltima posici—n del extremo N-terminal por escisi—n de un fragmento correspondiente a los dos œltimos amino‡cidos. Est‡ expresada en la superficie de las cŽlulas de la mayor’a de los tejidos, siendo muy abundante en la mŽdula espinal, en el intestino delgado y en el tœbulo proximal del ri–—n.
Su ruptura proteol’tica en la superficie de las cŽlulas da origen a la forma soluble circulante Es una proteasa de serina, en cuyo dominio C-terminal se encuentra la triada catal’tica Ser630-Asp708-His740 (41). Est‡ implicada en numerosas funciones fisiol—gicas, adem‡s de la regulaci—n de la glucemia a travŽs de la hidr—lisis de las incretinas, ya que tambiŽn interviene en la degradaci—n de otros pŽptidos biol—gicos importantes como los pŽptidos pancre‡ticos (neuropŽptidos Y, pŽptido YY), gran variedad de quimioquinas (CXCL9, CXCL11, CCL5) y la sustancia P, entre otros. Es parte de una familia de prote’nas a la que pertenecen otras isoformas conocidas como DPP-VII, VIII y IX, cuya inhibici—n conduce a numerosos efectos secundarios, por lo que la inhibici—n selectiva de la isoforma IV es importante como criterio de dise–o (42).
Los inhibidores de DPP-IV se clasifican segœn su estructura en dos grandes grupos: an‡logos al sustrato y no an‡logos al sustrato. Los primeros presentan generalmente estructuras semejantes a pŽptidos y se pueden unir a la enzima de manera covalente (cianopirrolidinas) o no covalente, mientras que los segundos se unen siempre de forma no covalente (43).
Al tratarse de molŽculas no proteicas, su principal ventaja sobre los agonistas del receptor GLP-1 es que son activas por v’a oral. Una diferencia importante entre ambos grupos es que los inhibidores de DPP-IV no afectan al peso corporal.
6.1. Derivados de pirrolidina
Los primeros inhibidores estudiados fueron los derivados de pirrolidina, debido a que la enzima muestra una gran especificidad por sustratos con un resto de prolina en la penœltima posici—n de la secuencia. El anillo de pirrolidina es portador de un sustituyente en su posici—n 2, cuya naturaleza determina que la uni—n a la enzima sea reversible o irreversible. As’, la presencia en dicha posici—n de grupos ciano, ‡cido bor—nico o hidr—geno proporciona inhibidores reversibles, mientras que grupos difenilfosfonato o restos de ‡cido O-acilhidrox‡mico hacen que la uni—n del inhibidor a la enzima sea irreversible (43).
Los inhibidores con estructura de 2-cianopirrolodina han sido los m‡s estudiados, no s—lo por su semejanza con la prolina sino porque muestran una potencia del orden nanomolar y, adem‡s, pueden ser administrados por v’a oral (44). Tienen como principal inconveniente su falta de estabilidad en soluci—n, ya que el compuesto experimenta un proceso de ciclaci—n intramolecular que origina compuestos inactivos por ataque intramolecular del nitr—geno exoc’clico al grupo ciano Esto obliga a introducir sustituyentes voluminosos que dificulten este ataque, bien en el nitr—geno exoc’clico o bien en el carbono a (Figura 21). Otra manera de aumentar la estabilidad es fusionar un anillo de ciclopropano a la pirrolidina como en el caso de la saxagliptina, que se comentar‡ m‡s adelante.
Las 2-cianopirrolilidinas se unen de manera covalente al sitio activo de la DPP-IV mediante la formaci—n de un imidato con el grupo OH de la Ser-630 que, adem‡s, est‡ estabilizado por un enlace de hidr—geno con la Tyr-547. A pesar de ser covalente, esta uni—n es reversible debido a la baja estabilidad del imidato frente a la hidr—lisis. Adem‡s, el grupo amino, ionizado a pH fisiol—gico, establece enlaces electrost‡ticos con los restos de Glu-205 y 206 (Figura 22). Los amino‡cidos implicados en la interacci—n son esenciales para la actividad de la enzima, ya que el extremo N-terminal del pŽptido es fijado por interacciones con Glu-205 y 206 y a continuaci—n Ser-630 ataca como nucle—filo al penœltimo enlace am’dico del pŽptido.
Figura 22 (b).- Formaci—n de un enlace covalente entre las 2-cianopirrolidinas y el residuo Ser-630 deDPP-IV.
La tr’ada catal’tica (Ser630, Asp708y His740) est‡ contenida en una regi—n conocida como bolsillo S1, que es relativamente peque–a e impide, en general, la presencia de sustituyentes voluminosos en la prolina. Adem‡s, existe una zona llamada bolsillo S2, pr—ximo a los dos restos de glut‡mico 205 y 206 y formada por Val-207, Ser-209, Phe-357 y Arg-358, que permite alojar sustituyentes lip—filos voluminosos como los empleados para estabilizar la estructura frente a la ciclaci—n (45). En la Figura 23 se indica la interacci—n de la vildagliptina con dichos bolsillos.
Las principales cianopirrolidinas de uso terapŽutico o en ensayo cl’nico avanzado se resumen en la Figura 24.
Existe una segunda familia de derivados de pirrolidina en la que ya no est‡ presente el grupo ciano, por lo que, en general, su uni—n es no covalente. La dutogliptina constituye una excepci—n, ya que su grupo de ‡cido bor—nico forma un enlace covalente, aunque reversible, con la serina 630. En la teneligliptina, el anillo de pirrolidina ha sido reemplazado por una tiazolidina biois—stera (Figura 25).Los inhibidores no an‡logos al sustrato comprenden un amplio grupo de compuestos con estructuras muy diversas, que han surgido de programas de high-throughput screening. Todos ellos presentan un anillo arom‡tico en lugar del anillo de pirrolidina y se unen de manera no covalente a la enzima. Se resumen los m‡s importantes en la Figura 26.
El estudio de la interacci—n de estas nuevas familias de inhibidores ha llevado a la conclusi—n de que todos los inhibidores se unen a los bolsillos S1 y S2 previamente descritos para el caso de las cianopirrolidinas, pero existen algunos sitios de uni—n adicionales, llamados bolsillos S1Õ, S2Õy S2 extendido (46). En funci—n de los sitios ocupados, se han descrito tres modos diferentes de uni—n, que se resumen en la Figura 27 junto con un ejemplo representativo de cada uno. En la Figura 28 se representa la estructura de rayos X de un complejo entre la enzima e inhibidores representativos de los tipos 2 y 3.
En la Tabla 3 se resumen algunos datos de los principales inhibidores de la dipeptidil peptidasa IV.
Tabla 3.- Resumen de los principales inhibidores de DPP-IV.
F‡rmaco |
Empresa |
Situaci—n |
Nombre comercial |
1. Derivados de 2-cianopirrolidina |
|||
Vildagliptina |
Novartis (2007) |
Comercializado |
Galvus¨, Zomelis¨ |
Saxagliptina (clorhidrato) |
Bristol-Myers Squibb/AstraZeneca (2010) |
Comercializado |
Onglyza¨ |
Anagliptina |
Sanwa Kagaku Kenkyusho/ Kowa (2012) |
Comercializado (Jap—n) |
Suiny¨ |
Melogliptina (GRC-8200) |
Glenmark |
Fase III |
-- |
Bisegliptina (KRP-104) |
Kyorin/ActiveX |
Fase II |
-- |
Denagliptina (GW823093C) |
GlaxoSmithKline |
Abandonado en Fase III |
-- |
ABT-279 |
Abott |
-- |
-- |
2. Otras pirrolidinas |
|||
Teneligliptina (bromhidrato) |
Mitsubishi Tanabe Pharma/Daiichi Sankyo |
Comercializado |
Tenelia¨ |
Glosogliptina (PF 00734200) |
Pfeizer |
Fase III |
-- |
Dutogliptina (PHX1149) |
Phenomix Corporation/Forest Labs |
Abandonado en Fase III |
-- |
F‡rmaco |
Empresa |
Situaci—n |
Nombre comercial |
Carmegliptina (R1579) |
F Hoffman-La Roche |
Fase II |
-- |
Omarigliptina (MK-3102) |
Merck |
Fase III |
-- |
3. Inhibidores sin analog’a con el sustrato |
|||
Sitagliptina (fosfato) |
Merck |
Comercializado |
Januvia¨ |
Linagliptina |
Eli Lilly |
Comercializado |
Trajenta¨, Tradjenta¨ |
Gemigliptina |
LG Life Sciences |
Comercializado (Corea) |
Zemiglo¨ |
Alogliptina (benzoato) |
Takeda |
Comercializado |
Nesina¨ |
Trelagliptina (SYR-472) |
Takeda |
Fase III |
-- |
7. TENDENCIAS FUTURAS
Adem‡s de que se deben esperar nuevos avances en las aproximaciones comentadas en los apartados anteriores, existen algunas l’neas de investigaci—n adicionales que probablemente conduzcan en el futuro a nuevos agentes antidiabŽticos mejorados, y que se estudiar‡n brevemente en este apartado.
7.1. Agonistas no pept’dicos del receptor de GLP-1
Una aproximaci—n terapŽutica que permitir’a superar las limitaciones asociadas a la naturaleza pept’dica de los f‡rmacos actuales es el desarrollo de agonistas no pept’dicos del receptor de GLP-1. Este receptor pertenece al tipo B1 de receptores acoplados a prote’nas G (GPCR,G protein-coupled receptors) que se caracterizan por poseer siete lazos de transmembrana y que, a diferencia de los del tipo A, en los que actœan alrededor del 40% de los f‡rmacos en el mercado (47), no son f‡ciles de explotar como dianas en el descubrimiento de f‡rmacos. No obstante, se han identificado algunas molŽculas peque–as capaces de activar el receptor de GLP-1 (48), de los que se representan dos ejemplos en la Figura 29. La primera de ellas fue T-0623, pero el m‡s avanzado de estos compuestos parece ser Boc5, que ha demostrado actividad antidiabŽtica in vivo (49).
7.2. Hormonas pept’dicas multidiana
Adem‡s de GLP-1, existen otras hormonas digestivas capaces de regular la homeostasis de la glucosa y la ingesta de alimento, especialmente la oxintomodulina (un pŽptido formado por los 29 amino‡cidos del glucag—n m‡s 8 residuos adicionales en el extremo C-terminal), la incretina GIP (Glucose-Dependent Insulinotropic Polypeptide) y el pŽptido YY (PYY). Esto ha conducido a la idea de combinar los efectos de dos o tres de esas hormonas en un solo pŽptido. Citaremos como ejemplo Mar-701 (RO-6807952) y Mar (RO-6811135), derivados pegilados de f‡rmacos pept’dicos cuyas secuencias reœnen las de GLP-1 y GIP (50).
7.3. MolŽculas peque–as que estimulan la liberaci—n de GLP-1: Agonistas de los receptores GPR119 y TGR5
Por ultimo, mencionaremos dos v’as indirectas para aumentar los niveles de GLP-1 por incremento de su secreci—n aprovechando varios mecanismos. Uno de ellos consiste en el empleo de agonistas del receptor GPR119 (G-protein coupled receptor 119), que tiene la ventaja respecto al receptor de GLP-1 de pertenecer a la familia A de receptores acoplados a prote’nas G y ser, por tanto, m‡s propicio para el desarrollo de agonistas con estructura de molŽcula peque–a. Estos receptores est‡n presentes en las cŽlulas K y L intestinales, donde su activaci—n induce, respectivamente, la secreci—n de GIP y GLP-1. Adem‡s, existen tambiŽn en la membrana de las cŽlulas b pancre‡ticas, donde estimulan la secreci—n de insulina. En una aproximaci—n alternativa, puede recurrirse a la activaci—n de los receptores TGR5 (GPBAR1, M-BAR), que tambiŽn son miembros de la familia A de receptores acoplados a prote’nas G y que parecen tener ‡cidos biliares como ligandos naturales. Estos receptores est‡n presentes en la membrana de las cŽlulas L, estimulando tambiŽn la secreci—n de GLP-1 (Figura 30).
Existen varios tipos de molŽculas peque–as que se comportan como agonistas del receptor GPR119 (51). Entre ellas, destacaremos MBX-2982, de Metabolex,y GSK-122263, de Glaxo Smith Kline, que se encuentran en ensayos cl’nicos de fase II (Figura 31). TambiŽn se est‡ investigando la combinaci—n de agonistas de GPR119 con inhibidores de DPPP-IV (52). En cuanto a los agonistas de TGR5, mencionaremos XL475, de Exelixis/Bristol-Myers Squibb, cuya estructura no ha sido revelada (53).
8. CONCLUSIONES
Aunque existen todav’a aspectos sin resolver, la aproximaci—n basada en el incremento de la actividad de las incretinas por v’as directas o indirectas constituye una de las v’as m‡s prometedoras para el tratamiento futuro de la diabetes de tipo 2, uno de los mayores problemas sanitarios a los que se enfrenta la sociedad actual.
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