efter alt at dømme synes effektiviteten af virkningen af sildenafil, vardenafil eller tadalafil til forbedring af erektil respons at sammenligne godt. Den tid (Tmaks), der kræves for at nå maksimal plasmakoncentration (Cmaks), og tidspunktet for virkningens begyndelse varierer lidt, idet tadalafil er lidt langsommere end sildenafil eller vardenafil. Imidlertid adskiller lægemidlerne sig væsentligt i hastigheden af clearance fra plasma; t-Larsen af plasmaclearance er Larsen 4 timer for sildenafil eller vardenafil sammenlignet med 18 timer for tadalafil. Effekten af sildenafil eller vardenafil hos mænd er optimal ved 0,5–1 h, hvilket tilnærmer tidspunktet for maksimal plasmakoncentration (Cmaks). Plasmakoncentrationen af disse lægemidler aftager med T-Lip på 4-5 h, således at plasmamedicinniveauet ville være lavt efter 12 h (lip 13% af Cmaks). Undersøgelser viser imidlertid, at mænd stadig har lettet erektioner 12 timer efter dosering.20, 30, 31 ligeledes har patienter, der har taget tadalafil, som har en T-liter på 18 timer, rapporteret forbedret erektil funktion ved 36 timer, når plasmakoncentrationen af lægemidlet ville være 25% af Cmaks.17 den langvarige effektivitet af disse lægemidler tilføjer fleksibilitet til initiering af seksuel aktivitet for patienter med ED og kan reducere doseringshyppigheden. Hvis dette mønster gælder for andre væv (for eksempel lungevaskulaturen), kan det betyde, at mindre hyppige doseringsregimer kan bruges til at opnå det ønskede terapeutiske mål. Dette kan resultere i lavere eksponering af patienten for medicin og omkostningsbesparelser for behandlingen.
tidsforløbet for lægemiddelhandling menes generelt at korrelere tæt med plasmaniveauet af lægemidlet. Ifølge denne model ville clearance af et lægemiddel fra plasma, udgang af lægemiddel fra vævet og ophør af lægemiddelvirkning i det væv i det væsentlige falde sammen. Langvarig virkning af potente PDE5-hæmmere passer imidlertid ikke godt til denne model. Flere biokemiske mekanismer kan forklare den tilsyneladende langvarige virkning af PDE5-hæmmere. (1) hvis inhibitoren ryddes fra væv parallelt med dets clearance fra plasma, skal persistensen af dens biologiske virkninger skyldes forudgående eksponering af vævet til inhibitor måske i kombination med vedvarende aktivering af cGMP-signalvejen i eksponeringstiden (det vil sige cellulær ‘hukommelse’ af cGMP-signaloplevelsen). Desuden, hvis lægemidlet er blevet ryddet fra cellen, vil PDE5-aktivitet blive genoprettet, og cGMP-niveau vil blive forudsagt at være nær basalt niveau (figur 2a). (2) Alternativt, hvis lægemiddel ikke ryddes parallelt med clearance fra plasma, dvs.lægemiddel tilbageholdes (eller sekvestreres) i VSMC i corpus cavernosum, og nedbrydning af cGMP med PDE5 forbliver stort set blokeret (figur 2B), kan et lavt niveau af andre cGMP-hydrolyserende PDE ‘ er, der er til stede i disse celler, sænke cGMP noget. Dette ville fremme (1) vedvarende cGMP-binding til allosteriske cGMP-bindingssteder på PDE5 for at forbedre affiniteten for inhibitorer, (2) vedvarende cGMP-binding til PKG og aktivering af cGMP-signalvejen og (3) øget cellulær cGMP, der ikke let hydrolyseres. I sidstnævnte scenarie ville cellulære koncentrationer af PDE5-hæmmer og cGMP til en vis grad blive forhøjet, hvilket ville være resultatet af specifik sekvestrering af hver af disse ligander, det vil sige inhibitor bundet tæt til PDE5-katalytisk sted og cGMP bundet tæt til allosteriske cGMP-bindingssteder i PKG og PDE5. Disse mulige forklaringer på langvarige virkninger af PDE5-hæmmere på erektil respons vil blive overvejet heri. Disse hypoteser er baseret på etablerede molekylære mekanismer, der vides at være forbundet med PDE5 og PKG, selvom overvejelserne ikke udelukker andre mekanismer.
potentielle processer, der kunne bidrage til persistens af virkningerne af aktivering af det cykliske guanosinmonophosphat (cGMP)-signalvej i vaskulære glatte muskelceller (VSMC) i nærvær af phosphodiesterase-5 (PDE5) hæmmere. Efter administration af PDE5-hæmmer og seksuel stimulering kan højt cGMP-niveau i VSMC opnås og opretholdes i flere timer, fordi PDE5-nedbrydning af cGMP ville blive blokeret. (a) hvis inhibitor fjernes fra cellen parallelt med clearance fra plasmaet, vil PDE5-aktiviteten blive genoprettet, cGMP vil blive sænket, og proteinkinase (PKG) – aktiveringen vil falde (som angivet med de hvide pile). Imidlertid kan langvarige virkninger af PKG-phosphorylering af proteiner, der opstod, når cGMP-signalvejen var meget aktiv, fortsætte. (b) hvis inhibitor tilbageholdes i cellen længe efter, at den stort set er blevet fjernet fra plasma, vil PDE5-aktivitet fortsat være blokeret (angivet med den hvide pil), og højt niveau af cGMP som følge af tidligere seksuel stimulering ville blive bevaret, da PDE5 er den vigtigste cGMP-hydrolyserende PDE i penisvæv. Fortsat aktivering af PKG ville opretholde fosforyleringshændelser medieret af dette f. eks. phosphorylering af PDE5 (indikeret af P) og Pkg autophosphorylering indikeret af P, der gør begge f.eks.
vedvarende konsekvenser af aktivering af cGMP-signalvejen
muligheden for en ‘hukommelseseffekt’ efter eksponering af væv for PDE5-hæmmere enten med eller uden samtidig forhøjelse af cGMP vil først blive overvejet. Normalt sætter forhøjelse af cGMP og aktivering af PKG i gang en kaskade af cellulære begivenheder, og virkningen af PDE5 modvirker denne virkning ved hydrolysering af nukleotid. I væv, der er blevet undersøgt, tyder bevis på, at virkningen af PDE ‘ er tegner sig for den største del af cellens kapacitet til at reducere cykliske nukleotidniveauer.32, 33 tilstedeværelsen af PDE5-hæmmere blokerer virkningen af PDE5 og forbedrer cGMP-akkumulering og cGMP-signalering. Det vides ikke, om niveauet af cGMP opnået ved tilstedeværelse af PDE5-hæmmere svarer til det, der forekommer under fysiologiske forhold, eller om cGMP akkumuleres til et meget højere niveau. I porcine koronararterie glatte muskler producerer en tredobbelt forhøjelse af cGMP maksimal afslapning.34 PDE5 er den største cGMP-hydrolyserende PDE i corpus cavernosum8, så så længe PDE5-hæmmere er til stede, vil et signifikant cGMP-niveau sandsynligvis fortsætte i dette væv, selv efter at erektionen er aftaget på grund af andre påvirkninger. I så fald vil PKG sandsynligvis forblive aktiveret til en vis grad i flere timer.
den lange varighed af den øgede virkning af PKG beskrevet ovenfor kunne fremkalde virkninger, der ikke opleves under de fleste fysiologiske omstændigheder, da PDE5-handling i fravær af inhibitorer ville forudsiges at hurtigt vende tilbage cGMP og aktivitet af PKG til næsten basalt niveau. Virkningerne af phosphoryleringsreaktioner medieret af PKG antages generelt hurtigt at blive opvejet af virkningen af phosphoproteinfosfataser. Selv i lyset af faldende cGMP og nedsat PKG-aktivitet kan reversering af virkningerne af PKG-phosphoryleringer variere mellem phosphoproteinerne; nogle kan hurtigt dephosphoryleres og returneres til deres oprindelige funktionelle tilstand, andre kan beskyttes mod hurtig dephosphorylering ved deres placering i cellen eller ved at blive komplekseret med andre proteiner og derved opretholde den oprindelige virkning af øget cGMP. Faktisk er der lidt kendt om de sande konsekvenser og tidskurser for handlingen af en af disse veje. Hvis aktivering af PKG og / eller virkninger af PKG-medierede phosphoryleringer ikke vendes fuldstændigt rettidigt (figur 2a), kan efterfølgende forhøjelse af cGMP ved Erotiske stimuli give en øget erektil respons, selv i fravær af PDE5-hæmmere. En langvarig virkning af phosphoryleringshændelser på cellulær proteinfunktion kan forekomme ved en række mekanismer, herunder (1) langvarig phosphorylering af målproteiner i cellen, måske på grund af langsom dephosphorylering af phosphoproteinfosfataser, (2) strukturelle ændringer såsom omdannelse mellem former, der har forskellige aktivitetsniveauer, (3) Ændringer i proteinniveauer på grund af ændring i genekspression, mRNA-translation og / eller stabilitet og / eller proteinomsætningshastighed, (4) translokation af proteiner mellem cellulære rum og (5) øget følsomhed over for cGMP og / eller cGMP-signalvej. PKG-medieret phosphorylering af PDE5 frembringer en tilsyneladende konformationsændring og øger affiniteten for cGMP på dets allosteriske steder og for inhibitorer/cGMP på dets katalytiske sted.11, 35, 36, 37 cyklisk GMP-aktiveret PKG gennemgår autophosphorylering, hvilket let hæver aktiviteten selv i fravær af cGMP og øger dens følsomhed over for efterfølgende stigninger i cGMP (figur 3).38, 39, 40,41 Autophosphorylering forårsager også en tilsyneladende konformationsændring og fremmer højere affinitet for cGMP-binding sammenlignet med unphospho-PKG, hvorved cGMP fastholdes på de allosteriske cGMP-bindingssteder;38, 42 da de cGMP-bindende allosteriske steder af PKG er positivt samarbejdsvillige, 43 dette ville have en tendens til at ‘prime’ PKG for fuld aktivering ved en efterfølgende lille stigning i cGMP. Nogle proteiner, der er blevet phosphoryleret af PKG, kan efterfølgende modificeres kovalent ved andre posttranslationelle modifikationer, såsom iltning, allestedsnærværende eller phosphorylering af andre kinaser, der kan forlænge eller på anden måde påvirke konsekvenserne af cGMP-signalering.
Autophosphorylering af proteinkinase (PKG) øger aktiviteten og affiniteten for cyklisk guanosinmonophosphat (cG). Forhøjelse af cGMP øger Pkg autophosphorylering. Autophosphoryleret PKG har højere affinitet for cGMP (som indikeret af de tungere linjer og placering af cGMP i modellen) og højere basal aktivitet i fravær af cGMP. Både autophosphoryleret og ikke-phosphoryleret PKG aktiveres fuldt ud ved cGMP-binding og udfører phosphorylering af cellulære proteiner.
ændringer i niveauet af proteiner, der er substrater for PKG, kan forekomme ved adskillige processer. PKG-medieret phosphorylering er rettet mod transkriptionsfaktorer,der regulerer genekspression, 44, 45, som kan ændre niveauer af proteiner nedstrøms for PKG. I andre tilfælde kan phosphorylering målrette proteiner til nedbrydning via allestedsnærværende vej.46, 47 cyklisk GMP-aktivering af PKG i nogle celler fremkalder translokation af cytosolen fra cytosolen til specifikke subcellulære placeringer og phosphorylering af målproteiner i dette rum.44, 45, 48,49, 50 aktivering af PKG har også vist sig at fremkalde omfordeling af visse proteiner, for eksempel RhoA, 51 i cellen eller indsættelse af proteiner i membraner, hvorved funktionen ændres.52, 53 nogle cellulære processer påvirket af PKG-aktivitet, for eksempel ændringer i polymeriseringen af fibrillære proteiner eller indsættelse af proteiner i membraner kan være langsomme til at vende. Dette er vigtige overvejelser ved anvendelse af farmakologiske regimer, der fremmer forhøjelse af cGMP, og som kan opretholdes i flere timer eller endda dage, hvis personen er kronisk medicineret. Konsekvenserne af kortsigtede ændringer i aktiviteten af cGMP-signalvejen kan afvige væsentligt fra en mere vedvarende aktivering og berettige omhyggelig undersøgelse.
Retention af PDE5-hæmmere i VSMC efter clearance fra plasma
muligheden for, at PDE5-hæmmere kan bevares i VSMC og fremme forbedret erektil respons, selv efter at de er fjernet fra plasmaet, er også plausibel (figur 2b og 4). Sildenafil, vardenafil og tadalafil metaboliseres ikke i vsmc; for reversering af virkningen af disse lægemidler i væv skal lægemidlerne adskille sig fra PDE5, diffundere gennem cytosolen til plasmamembranen, krydse plasmamembranen og transporteres til leveren til modifikation og clearance ved hjælp af cytokromer. Lægemidler som disse, der har relativt korte plasmahalveringstider, binder med høj affinitet til intracellulære receptorer, såsom PDE5, men ikke nedbrydes i målcellen, er i en noget unik klasse, der ikke er blevet undersøgt grundigt. Uventede cellulære farmakokinetiske egenskaber, der påvirker cellulær clearance, kan gælde for disse lægemidler.
Tegneseriemodeller, der viser teoretisk akkumulering og tilbageholdelse af potente phosphodiesterase-5 (PDE5) hæmmere i vaskulære glatte muskelceller (VSMC). (a) sorte cirkler med en v-indsats repræsenterer formen af PDE5, der har lavere affinitet for inhibitor. Inhibitor, repræsenteret af diamanten mærket I, binder til det katalytiske sted på PDE5 for at blokere cyklisk guanosinmonophosphat (cGMP) nedbrydning. (B) binding af inhibitor, phosphorylering og cGMP-binding til allosteriske steder angivet som CG i en hvid cirkel på PDE5 inducerer en konformationsændring (som indikeret af den aflange oval sammenlignet med de sorte cirkler i figur 4a) og øger affiniteten af inhibitoren som indikeret ved indlejring af inhibitoren i den sorte oval. Begunstiget interaktion mellem hæmmer og PDE5 er angivet med de tunge pile. I denne situation er frie inhibitorer i plasma og cytosol ens. (C) på trods af essentiel clearance af inhibitor fra plasma, der omgiver cellen, forbliver en betydelig mængde inhibitor bundet til PDE5 inde i cellen, og tab af inhibitor fra cellen sænkes.
indtræden og akkumulering af PDE5-hæmmere i celler forventes at blive påvirket af niveauet af PDE5. Følgelig forventes celler, der er rigelige i PDE5, selektivt at erhverve og fastholde inhibitoren sammenlignet med celler med ringe eller ingen PDE5 (figur 4a–C). Efter absorption af lægemidlerne i blodstrømmen transporteres inhibitoren til vsmc-overfladen af den systemiske cirkulation. Oprindeligt skaber fravær af lægemidlet i cytosolen en stor kemisk gradient for forbindelsen mellem det ydre og det indre af cellen; dette ville lette lægemiddelindgangen i cellen (figur 4a). Da inhibitorerne er bundet med meget høj affinitet til PDE5, forudsiges det, at så snart en hæmmer kommer ind i cellen, vil den næsten øjeblikkeligt være bundet af PDE5, det vil sige stort set sekvestreret fra cytosolen, og fri hæmmer i cytosolen vil forblive meget lav og derved opretholde gradienten. Inhibitorbinding til PDE5 vil øge akkumuleringshastigheden af inhibitorer, da udstrømningen af cellulær inhibitor efter inhibitortilstrømning i celler bør sænkes på grund af den lave mængde fri hæmmer i cytosolen (figur 4a). Desuden vil en betydelig del af inhibitormolekylerne, der adskiller sig fra PDE5, sandsynligvis rebinde til cellen, inden de forlader cellen. Disse faktorer ville lette akkumulering af inhibitor i cellen svarende til cellulært niveau af PDE5. Ifølge denne model ville akkumulering af inhibitor i cellen være mættelig og bestemt ved koncentration af intracellulær PDE5. Når alle PDE5-katalytiske steder er fyldt (mættet), ville koncentrationen af fri hæmmer i cytosolen til sidst nærme sig den i plasma (figur 4b), men total hæmmer i cellen ville blive signifikant påvirket af niveauet af PDE5 i den celle, så den totale hæmmer i cellen=hæmmer bundet til PDE5+fri hæmmer i cytosolen. Den forlængede virkning af de kommercialiserede PDE5-hæmmere rapporteret hos nogle patienter forudsiges også at være resultatet af de samme processer, det vil sige de kombinerede virkninger af (1) højt niveau af PDE5 i VSMC og (2) høj affinitet af PDE5 for disse hæmmere. Den basale affinitet af PDE5 for inhibitorerne, som er iboende høj (KD=0,1–4 nM), kan stige yderligere som reaktion på forhøjelse af cGMP, som det ville forekomme ved seksuel stimulering12 og/eller langvarig eksponering for de respektive lægemidler.54 som beskrevet nedenfor er denne forøgede affinitet forårsaget af allosterisk binding af cGMP til PDE5, øget phosphorylering og langvarig forstyrrelse af det katalytiske sted ved forhøjet cGMP og inhibitor.9, 11, 12, 55 derfor, få timer efter indtagelse af en PDE5-hæmmer enten i nærvær eller fravær af seksuel ophidselse, ville plasmainhibitorkoncentrationen være høj, og det forudsiges, at det katalytiske sted for PDE5 i VSMC ville være mættet med inhibitor, og at affiniteten af PDE5 for inhibitoren ville være signifikant højere end i basal tilstand (figur 4b). Denne binding med højere affinitet ville fremme fortsat tilknytning af inhibitoren med PDE5 og tilbageholdelse af inhibitoren i VSMC.
i enkleste vendinger kan 56,57 VSMC anses for at ligne dialyseposer indeholdende både ubundne og PDE5-bundne hæmmere. Da plasmainhibitor falder, forventes fri hæmmer i cytosolen i cellen at falde parallelt. Imidlertid kan populationen af inhibitormolekyler bundet i et PDE5-inhibitorkompleks falde langsommere (figur 4C og 5), fordi udslip af inhibitoren fra cellen ikke udelukkende er afhængig af diffusionshastigheden af dette molekyle gennem membranen til plasmaet. Snarere kan PDE5-molekyler signifikant forstyrre inhibitorudgangen. Inhibitorer er reversibelt bundet til PDE5, så komplekset er i en dynamisk ligevægt, det vil sige, at inhibitoren konstant adskiller sig fra en bestemt hastighed (koff) og bliver rebound med en bestemt hastighed (kon) (figur 5). En af de mest almindelige årsager til denne sygdom er, at der er tale om en alvorlig sygdom. Med højaffinitetshæmmere foretrækkes tilknytning til PDE5 i denne ligevægt, så meget af inhibitoren genvindes hurtigt, efter at den adskiller sig fra det. Den høje koncentration af PDE5 ville også fremme rebinding af inhibitoren, fordi on-rate af inhibitorbinding påvirkes af koncentrationen af både inhibitor og PDE5.
Cartoon skildring af funktioner, der påvirker levetiden af phosphodiesterase – 5 (PDE5) kompleks med potente hæmmere. Potente hæmmere er reversibelt bundet til PDE5. Forholdet mellem hastigheden af inhibitordissociation (koff) fra PDE5-inhibitorkomplekset og den hastighed, hvormed det er bundet eller rebound (kon) kaldes KD og afspejler affiniteten af inhibitoren for inhibitoren. Med meget høje affinitetsinteraktioner foretrækkes tilknytning til PDE5 i denne ligevægt, så meget af inhibitoren genvindes hurtigt kort efter, at den adskiller sig fra FDE5-aktiviteten, og PDE5-aktiviteten er lav som angivet med den hvide pil.
da nogle af inhibitoren undslipper cellen og fjernes fra nærheden af cellen ved cirkulationen, ville der være ‘åbne’ PDE5-katalytiske steder, således at ikke kun rebinding af inhibitoren ville forekomme med den samme PDE5, men også andre PDE5-molekyler ville være tilgængelige for at opfange og binde inhibitoren (figur 5) og derved yderligere hindre flugt fra cellen. Derfor ville et inhibitormolekyle have en meget højere sandsynlighed for at rebinde til frie steder på PDE5 end at forlade cellen. Et sådant dissociations-og genforeningsscenarie af lægemidlet til PDE5 kunne potentielt forekomme mange gange, før clearance af lægemidlet fra cytosolen opnås. Dette kan resultere i koncentration og tilbageholdelse eller ‘fangst’ af lægemidlet i VSMC og dermed forlænge dets virkningsvarighed.
effekten af disse processer til at bremse t-Karr for inhibitorudstrømning fra VSMC kan kvantificeres ved at overveje koncentrationen af PDE5 i celler sammen med affiniteten af PDE5 for inhibitoren. Effekten af PDE5 til langsom inhibitorudgang fra cellen ville være proportional med 1+P/KD, hvor P er koncentrationen af inhibitorbindingssteder på PDE5 (PDE5-underenhedskoncentration) og KD er ligevægtsdissociationskonstanten af PDE5-inhibitorkomplekset.56 hvis man antager,at PDE5 er PDE5 5, er 10-7 M i VSMC8 (upublicerede data), og at KD af ikke-fosforyleret PDE5 for vardenafil er 4 PDE 10-10 M, ville 12 intracellulær binding af inhibitor til PDE5 nedsætte denne inhibitors udstrømningshastighed med en faktor på kure 1500 sammenlignet med udstrømningshastigheden i celler uden PDE5. Denne faktor ville være >1500, hvis affiniteten af det PDE5-katalytiske sted for inhibitorer, såsom vardenafil, øges ved cellulære hændelser, såsom binding af cGMP til de PDE5-allosteriske steder, phosphorylering af PDE5, langvarig eksponering af proteinet for inhibitor eller andre processer.
mens PDE5 har en iboende høj affinitet for sildenafil, vardenafil og tadalafil, har modifikationer af proteinet vist sig at forbedre affiniteten yderligere for nogle eller alle disse hæmmere, hvilket skaber meget høj affinitetsbinding (figur 6); disse omfatter cGMP-binding til PDE5-allosteriske steder og katalytisk sted, phosphorylering af PKG, som lettes ved enten inhibitorbinding til PDE5-katalytisk sted eller cGMP-binding til allosteriske steder på PDE5, eksponering af PDE5-inhibitoren i flere timer eller en kombination af disse virkninger.9, 11, 12, 13, 35, 55 Da cGMP-binding til allosteriske cGMP-bindingssteder på PDE5 og PKG også fremmes under disse omstændigheder og beskyttes mod nedbrydning,ville 58, 59 sekvestrering af cGMP på disse steder resultere i højere cellekoncentration af cGMP sammenlignet med basaltilstanden og muligvis tilvejebringe et reservoir af cGMP til efterfølgende frigivelse og derved ændre effektiviteten afledt af en efterfølgende lille stigning i det andet messenger-signal.60
processer, der påvirker affiniteten af phosphodiesterase – 5 (PDE5) til inhibitorer.
