Según todos los informes, la eficacia de la acción de sildenafilo, vardenafilo o tadalafilo para mejorar la respuesta eréctil parece compararse bien. El tiempo (Tmax) necesario para alcanzar la concentración plasmática máxima (Cmax) y el tiempo de inicio de la acción varían ligeramente, siendo tadalafilo ligeramente más lento que sildenafilo o vardenafilo. Sin embargo, los fármacos difieren sustancialmente en la tasa de aclaramiento plasmático; la t½ del aclaramiento plasmático es de 4 4 h para sildenafilo o vardenafilo en comparación con 18 h para tadalafilo. El efecto de sildenafilo o vardenafilo en hombres es óptimo a ∼0,5-1 h, lo que se aproxima al tiempo de la concentración plasmática máxima (Cmax). La concentración plasmática de estos fármacos disminuye con t½ de ∼4-5 h, de modo que el nivel plasmático del fármaco sería bajo después de 12 h (∼13% de la Cmax). Sin embargo, los estudios indican que los hombres todavía han facilitado las erecciones 12 h después de la administración.20, 30, 31 Del mismo modo, los pacientes que han tomado tadalafilo, que tiene una t½ de ∼18 h, han informado de una mejora de la función eréctil a las 36 h, cuando la concentración plasmática del fármaco sería de ∼25% de la Cmax.17 La eficacia prolongada de estos medicamentos agrega flexibilidad al inicio de la actividad sexual para los pacientes con disfunción eréctil y podría reducir la frecuencia de dosificación. Si este patrón se aplica a otros tejidos (por ejemplo, la vasculatura pulmonar), podría significar que se podrían utilizar regímenes de dosificación menos frecuentes para lograr el objetivo terapéutico deseado. Esto podría resultar en una menor exposición del paciente a los medicamentos y un ahorro de costos para la terapia.
Generalmente se cree que el curso temporal de la acción del fármaco se correlaciona estrechamente con el nivel plasmático del fármaco. De acuerdo con este modelo, la eliminación de un fármaco del plasma, la salida del fármaco del tejido y el cese de la acción del fármaco en ese tejido coincidirían esencialmente. Sin embargo, la acción prolongada de los inhibidores potentes de la PDE5 no encaja bien en este modelo. Varios mecanismos bioquímicos podrían explicar el efecto aparentemente prolongado de los inhibidores de la PDE5. (1) Si el inhibidor se elimina del tejido en paralelo con su eliminación del plasma, entonces la persistencia de sus efectos biológicos debe deberse a la exposición previa del tejido al inhibidor, tal vez en combinación con la activación persistente de la vía de señalización de GMPc durante el tiempo de exposición (es decir, la «memoria» celular de la experiencia de señalización de GMPc). Además, si el fármaco ha sido eliminado de la célula, la actividad de la PDE5 se restauraría y se pronosticaría que el nivel de GMPc estaría cerca del nivel basal (Figura 2a). (2) Alternativamente, si el fármaco no se elimina en paralelo con el aclaramiento plasmático, es decir, el fármaco se retiene (o secuestra) en el CMV del cuerpo cavernoso y la descomposición del GMPc por la PDE5 permanece bloqueada en gran medida (Figura 2b), un nivel bajo de otros PDEs hidrolizantes de GMPc presentes en estas células podría disminuir un poco el GMPc. Esto fomentaría (1) la unión sostenida de GMPc a sitios de unión de GMPc alostéricos en PDE5 para aumentar la afinidad por los inhibidores, (2) la unión sostenida de GMPc a PKG y la activación de la vía de señalización de GMPc y (3) el aumento de GMPc celular que no se hidroliza fácilmente. En este último escenario, las concentraciones celulares del inhibidor de la PDE5 y el GMPc se elevarían en cierta medida, lo que resultaría del secuestro específico de cada uno de estos ligandos, es decir, el inhibidor se uniría estrechamente al sitio catalítico de la PDE5 y el GMPc se uniría estrechamente a los sitios de unión alostéricos del GMPc en PKG y PDE5. Estas posibles explicaciones de los efectos prolongados de los inhibidores de la PDE5 sobre la respuesta eréctil se considerarán en el presente documento. Estas hipótesis se basan en mecanismos moleculares establecidos que se sabe están asociados con PDE5 y PKG, aunque las consideraciones no excluyen otros mecanismos.
Procesos potenciales que podrían contribuir a la persistencia de los efectos de la activación de la vía de señalización cíclica de guanosina monofosfato (GMPc) en las células musculares lisas vasculares (CMSV) en presencia de inhibidores de la fosfodiesterasa-5 (PDE5). Tras la administración de un inhibidor de la PDE5 y la estimulación sexual, se puede alcanzar un nivel elevado de GMPc en el CMVV y mantenerlo durante varias horas, ya que se bloquearía la descomposición de la PDE5 del GMPc. a) Si el inhibidor se elimina de la célula en paralelo con el aclaramiento del plasma, se restablecería la actividad de la PDE5, disminuiría el GMPc y disminuiría la activación de la proteína quinasa (PKG) (como indican las flechas blancas). Sin embargo, los efectos prolongados de la fosforilación PKG de proteínas que ocurrieron cuando la vía de señalización de GMPc fue muy activa pueden persistir. (b) Si el inhibidor se retiene en la célula mucho después de que se haya eliminado en gran medida del plasma, la actividad de la PDE5 seguiría bloqueada (indicada por la flecha blanca) y se conservaría un alto nivel de GMPc resultante de una estimulación sexual anterior, ya que la PDE5 es el principal PDE hidrolizador de GMPc en el tejido del pene. La activación continua de PKG sostendría eventos de fosforilación mediados por esta enzima, incluida la fosforilación de PDE5 (indicada por P) y la autofosforilación de PKG indicada por P que hace que ambas enzimas sean más sensibles a los efectos de GMPc.
Consecuencias persistentes de la activación de la vía de señalización GMPc
Primero se considerará la posibilidad de un efecto de «memoria» tras la exposición de los tejidos a inhibidores de la PDE5, con o sin elevación concomitante de GMPc. Normalmente, la elevación de GMPc y la activación de PKG ponen en movimiento una cascada de eventos celulares, y la acción de la PDE5 contrarresta este efecto hidrolizando el nucleótido. En los tejidos que se han estudiado, la evidencia sugiere que la acción de los SEEP representa la mayor parte de la capacidad de la célula para reducir los niveles de nucleótidos cíclicos.32, 33 La presencia de inhibidores de la PDE5 bloquea la acción de la PDE5 y mejora la acumulación de GMPc y la señalización de GMPc. Se desconoce si el nivel de GMPc alcanzado en presencia de inhibidores de la PDE5 es similar al que se produce en condiciones fisiológicas o si el GMPc se acumula a un nivel mucho más alto. En los músculos lisos de las arterias coronarias porcinas, una elevación triple del GMPc produce la máxima relajación.34 La PDE5 es la principal PDE hidrolizadora de GMPc en el cuerpo cavernoso8, de modo que mientras haya inhibidores de la PDE5, es probable que un nivel significativo de GMPc persista en este tejido incluso después de que la erección haya disminuido debido a otras influencias. Si es así, es probable que el PKG permanezca activado hasta cierto punto durante varias horas.
La larga duración de la acción aumentada de la PKG descrita anteriormente podría provocar efectos no experimentados en la mayoría de las circunstancias fisiológicas, ya que se predice que la acción de la PDE5 en ausencia de inhibidores devolverá rápidamente el GMPc y la actividad de la PKG a niveles cercanos a la basal. Generalmente se cree que los efectos de las reacciones de fosforilación mediadas por PKG se contrarrestan rápidamente por la acción de las fosfoproteínas fosfatasas. Incluso frente a la disminución del GMPc y la disminución de la actividad PKG, la reversión de los efectos de las fosforilaciones PKG puede diferir entre las fosfoproteínas; algunas pueden desfosforilarse rápidamente y regresar a su estado funcional original, otras pueden protegerse contra la desfosforilación rápida por su ubicación en la célula o por ser complejadas con otras proteínas, manteniendo así el efecto original del aumento de GMPc. De hecho, se sabe poco sobre las verdaderas consecuencias y el curso temporal de la acción de cualquiera de estas vías. Si la activación de PKG y / o los efectos de las fosforilaciones mediadas por PKG no se invierten completamente de manera oportuna (Figura 2a), la elevación posterior de GMPc por estímulos eróticos puede producir una respuesta eréctil aumentada incluso en ausencia de inhibidores de la PDE5. Un efecto prolongado de los eventos de fosforilación sobre la función de las proteínas celulares podría ocurrir por una serie de mecanismos que incluyen (1) fosforilación prolongada de proteínas diana en la célula, tal vez debido a una desfosforilación lenta por fosfoproteínas fosfatasas, (2) cambios estructurales como la conversión entre formas que tienen diferentes niveles de actividad, (3) alteraciones en los niveles de proteínas debido a la alteración en la expresión génica, la traducción y/o la estabilidad del ARNm, y/o la tasa de recambio de proteínas, (4) translocación de proteínas entre compartimentos celulares y (5) aumento de la sensibilidad al GMPc y / o Vía de señalización cGMP. La fosforilación de la PDE5 mediada por PKG produce un cambio conformacional aparente en la enzima y aumenta la afinidad por el GMPc en sus sitios alostéricos y por los inhibidores/GMPc en su sitio catalítico.11, 35, 36, 37 La PKG cíclica activada por GMP se somete a autofosforilación, lo que eleva ligeramente la actividad de la enzima incluso en ausencia de GMPc y aumenta su sensibilidad a aumentos posteriores de GMPc (Figura 3).38, 39, 40, 41 La autofosforilación también causa un cambio conformacional aparente en la enzima y promueve una mayor afinidad por la unión al GMPc en comparación con el GPC no fosforilado, reteniendo así el GMPc en los sitios de unión alostéricos al GMPc;38,42 dado que los sitios alostéricos de unión al GMPc del GPC son positivamente cooperativos43, esto tendería a «preparar» el GPC para la activación completa mediante un pequeño aumento posterior del GMPc. Algunas proteínas que han sido fosforiladas por PKG pueden posteriormente ser modificadas covalentemente por otras modificaciones postraduccionales como la oxidación, la ubiquitinación o la fosforilación por otras quinasas que podrían prolongar o impactar las consecuencias de la señalización de GMPc.
La autofosforilación de la proteína quinasa (PKG) aumenta la actividad y la afinidad por el monofosfato de guanosina cíclico (cG). La elevación de GMPc aumenta la autofosforilación de PKG. La PKG autofosforilada tiene mayor afinidad por el GMPc (como lo indican las líneas más pesadas y la posición del GMPc en el modelo) y mayor actividad basal en ausencia de GMPc. Tanto el PKG autofosforilado como el no fosforilado se activan por completo mediante la unión de GMPc y llevan a cabo la fosforilación de proteínas celulares.
Los cambios en el nivel de proteínas que son sustratos para PKG podrían ocurrir por numerosos procesos. La fosforilación mediada por PKG se dirige a los factores de transcripción que regulan la expresión génica, 44, 45 que podrían alterar los niveles de proteínas aguas abajo de PKG. En otros casos, la fosforilación puede apuntar a proteínas para su descomposición a través de la vía de ubiquitinación.46, 47 La activación cíclica de GMP de PKG en algunas células provoca la translocación de la enzima del citosol a ubicaciones subcelulares específicas y la fosforilación de proteínas diana dentro de ese compartimento.44, 45, 48, 49,50 También se ha demostrado que la activación de PKG provoca la redistribución de ciertas proteínas, por ejemplo, la RhoA, 51 dentro de la célula o la inserción de proteínas en las membranas alterando así la función.52, 53 Algunos procesos celulares afectados por la actividad PKG, por ejemplo, los cambios en la polimerización de proteínas fibrilares o la inserción de proteínas en membranas pueden ser lentos de revertir. Estas son consideraciones importantes cuando se aplican regímenes farmacológicos que fomentan la elevación del GMPc y que pueden mantenerse durante varias horas o incluso días si el individuo está medicado crónicamente. Las consecuencias de los cambios a corto plazo en la actividad de la vía de señalización cGMP pueden diferir significativamente de la de una activación más sostenida y justificar una investigación cuidadosa.
Retención de los inhibidores de la PDE5 en el CMVS tras el aclaramiento plasmático
También es plausible la posibilidad de que los inhibidores de la PDE5 puedan retenerse en el CMVS y promover una mejor respuesta eréctil incluso después de eliminarse del plasma (Figuras 2b y 4). Sildenafilo, vardenafilo y tadalafilo no se metabolizan en el CMV; para revertir el efecto de estos medicamentos en el tejido, los medicamentos deben disociarse de la PDE5, difundirse a través del citosol a la membrana plasmática, atravesar la membrana plasmática y transportarse al hígado para su modificación y eliminación por la acción de los citocromos. Fármacos como estos que tienen semividas plasmáticas relativamente cortas, se unen con alta afinidad a receptores intracelulares como la PDE5, pero no se degradan en la célula diana, se encuentran en una clase algo única que no se ha estudiado ampliamente. Las características farmacocinéticas celulares imprevistas que afectan el aclaramiento celular pueden aplicarse a estos medicamentos.
Modelos de dibujos animados que representan la acumulación teórica y la retención de inhibidores potentes de la fosfodiesterasa-5 (PDE5) en células de músculo liso vascular (VSMC). (a) Los círculos negros con un inserto en V representan la forma de PDE5 que tiene menor afinidad por el inhibidor. El inhibidor, representado por el diamante marcado I, se une al sitio catalítico de la PDE5 para bloquear la descomposición cíclica del monofosfato de guanosina (GMPc). (b) La unión del inhibidor, la fosforilación y la unión de GMPc a sitios alostéricos indicados como GC en un círculo blanco en la PDE5 inducen un cambio conformacional (como lo indica el óvalo alargado en comparación con los círculos negros en la Figura 4a) y aumentan la afinidad de la enzima por el inhibidor, como lo indica la incrustación del inhibidor en el óvalo negro. La interacción favorecida entre el inhibidor y la PDE5 está indicada por las flechas pesadas. En esta situación, los inhibidores libres en el plasma y el citosol son iguales. c) A pesar de la eliminación esencial del inhibidor del plasma que rodea a la célula, una cantidad significativa de inhibidor permanece unido a la PDE5 dentro de la célula y la pérdida de inhibidor de la célula se ralentiza.
Se espera que la entrada y acumulación de inhibidores de la PDE5 en las células se vean afectadas por el nivel de PDE5. En consecuencia, se predice que las células que son abundantes en PDE5 adquirirán y retendrán selectivamente el inhibidor en comparación con las células con poca o ninguna PDE5 (Figuras 4a–c). Después de la absorción de los fármacos en el torrente sanguíneo, el inhibidor es transportado a la superficie de VSMC por la circulación sistémica. Inicialmente, la ausencia del fármaco en el citosol crea un gran gradiente químico para el compuesto entre el exterior y el interior de la célula; esto facilitaría la entrada del fármaco en la célula (Figura 4a). Dado que los inhibidores se unen con una afinidad muy alta a la PDE5, se predice que tan pronto como un inhibidor ingresa a la célula, se unirá casi instantáneamente a la PDE5, es decir, se secuestrará en gran medida del citosol, y el inhibidor libre en el citosol permanecerá muy bajo, manteniendo así el gradiente. La unión del inhibidor a la PDE5 aumentará la tasa de acumulación de inhibidores, ya que, después de la entrada del inhibidor en las células, el flujo de inhibidor celular debe reducirse debido a la baja cantidad de inhibidor libre en el citosol (Figura 4a). Además, una porción significativa de las moléculas inhibidoras que se disocian de la PDE5 probablemente se unirían a la enzima antes de abandonar la célula. Estos factores facilitarían la acumulación de inhibidores en la célula en proporción con el nivel celular de PDE5. De acuerdo con este modelo, la acumulación de inhibidor en la célula sería saturable y determinada por la concentración de PDE5 intracelular. Cuando todos los sitios catalíticos de PDE5 están llenos (saturados), la concentración de inhibidor libre en el citosol eventualmente se acercaría a la del plasma (Figura 4b), pero el inhibidor total en la célula se vería afectado significativamente por el nivel de PDE5 en esa célula, de modo que el inhibidor total en la célula=inhibidor unido al inhibidor libre de PDE5+en el citosol. También se prevé que la acción prolongada de los inhibidores de la PDE5 comercializados notificados en algunos pacientes sea el resultado de los mismos procesos, es decir, los efectos combinados de (1) un alto nivel de PDE5 en el CMV Y (2) una alta afinidad de la PDE5 por estos inhibidores. La afinidad basal de la PDE5 por los inhibidores, que es intrínsecamente alta(KD = 0,1-4 nM), puede aumentar aún más en respuesta a la elevación del GMPc, como ocurriría con la estimulación sexual12 y/o la exposición prolongada a los medicamentos respectivos.54 Como se discute a continuación, este aumento de afinidad es causado por la unión alostérica del GMPc a la PDE5, el aumento de la fosforilación de la enzima y la perturbación prolongada del sitio catalítico de la enzima por el aumento del GMPc y el inhibidor.9, 11, 12, 55 Por lo tanto, pocas horas después de la ingestión de un inhibidor de la PDE5 en presencia o ausencia de excitación sexual, la concentración plasmática del inhibidor sería alta y se predice que el sitio catalítico de la PDE5 en el CMV estaría saturado de inhibidor y que la afinidad de la PDE5 por el inhibidor sería significativamente mayor que en el estado basal (Figura 4b). Esta unión de afinidad más alta fomentaría la asociación continua del inhibidor con la PDE5 y la retención del inhibidor en el CMV.
En términos simples, se puede considerar que 56, 57 VSMC se asemejan a bolsas de diálisis que contienen inhibidores tanto libres como unidos a la PDE5. A medida que disminuye el inhibidor plasmático, se espera que el inhibidor libre en el citosol de la célula disminuya en paralelo. Sin embargo, la población de moléculas inhibidoras unidas a un complejo inhibidor de la PDE5 puede disminuir más lentamente (Figuras 4c y 5) porque el escape del inhibidor de la célula no depende exclusivamente de la velocidad de difusión de esa molécula a través de la membrana hasta el plasma. Más bien, las moléculas de PDE5 pueden interferir significativamente con la salida del inhibidor. Los inhibidores se unen reversiblemente a la PDE5 de modo que el complejo se encuentra en equilibrio dinámico, es decir, el inhibidor se disocia constantemente de la enzima a una cierta velocidad (koff) y se rebota a una cierta velocidad (kon) (Figura 5). La relación de koff a kon (llamada KD) refleja la afinidad de la enzima por el inhibidor. Con los inhibidores de alta afinidad, la asociación con la PDE5 se ve favorecida en este equilibrio, de modo que gran parte del inhibidor rebindea rápidamente después de disociarse de la enzima. La alta concentración de PDE5 también fomentaría la unión del inhibidor, ya que la velocidad de unión del inhibidor se ve afectada por la concentración tanto del inhibidor como de la PDE5.
Representación de dibujos animados de características que afectan la longevidad del complejo de fosfodiesterasa-5 (PDE5) con inhibidores potentes. Los inhibidores potentes se unen de forma reversible a la PDE5. La relación entre la velocidad de disociación del inhibidor (koff) del complejo inhibidor de la PDE5 y la velocidad a la que se une o rebota (kon) se denomina KD y refleja la afinidad de la enzima por el inhibidor. Con interacciones de afinidad muy altas, la asociación con la PDE5 se favorece en este equilibrio, de modo que gran parte del inhibidor rebindea rápidamente poco después de disociarse de la enzima y la actividad de la PDE5 es baja, como indica la flecha blanca.
Como parte del inhibidor escapa de la célula y es eliminado de la vecindad de la célula por la circulación, habría sitios catalíticos de PDE5 ‘abiertos’, de modo que no solo se produciría el rebinding del inhibidor con la misma PDE5, sino que también habría otras moléculas de PDE5 disponibles para interceptar y unirse al inhibidor (Figura 5), lo que impediría aún más el escape de la célula. Por lo tanto, una molécula inhibidora tendría una probabilidad mucho mayor de volver a unirse a sitios libres en la PDE5 que de salir de la célula. Tal escenario de disociación y re-asociación del fármaco para PDE5 podría ocurrir potencialmente muchas veces antes de que se logre la eliminación del fármaco del citosol. Esto podría resultar en la concentración y retención, o «atrapamiento», del fármaco en el CMV, extendiendo así su duración de acción.
El efecto de estos procesos en la reducción de la t½ del flujo de inhibidor del CMV se puede cuantificar considerando la concentración de PDE5 en las células junto con la afinidad de la PDE5 por el inhibidor. El efecto de la PDE5 para retardar la salida del inhibidor de la célula sería proporcional a 1 + P / KD, donde P es la concentración de los sitios de unión al inhibidor en la PDE5 (concentración de subunidades PDE5) y KD es la constante de disociación de equilibrio del complejo inhibidor de la PDE5.56 Suponiendo que la PDE5 es de ∼5 × 10-7 M en VSMC8 (datos no publicados) y que la KD de la PDE5 no fosforilada para vardenafilo es de 4 × 10-10 M12,la unión intracelular del inhibidor a la PDE5 disminuiría la tasa de eflujo de este inhibidor en un factor de∼1500 en comparación con la tasa de eflujo en células sin PDE5. Este factor sería > 1500 si la afinidad del sitio catalítico de la PDE5 por inhibidores como vardenafilo aumenta por acontecimientos celulares como la unión del GMPc a los sitios alostéricos de la PDE5, la fosforilación de la PDE5, la exposición prolongada de la proteína al inhibidor u otros procesos.
Mientras que la PDE5 tiene una afinidad intrínsecamente alta por sildenafilo, vardenafilo y tadalafilo, se ha demostrado que las modificaciones de la proteína aumentan aún más la afinidad por algunos o todos estos inhibidores, creando una unión de afinidad muy alta (Figura 6); estos incluyen la unión de GMPc a sitios alostéricos de la PDE5 y al sitio catalítico, la fosforilación de la enzima por PKG, que se ve facilitada por la unión del inhibidor al sitio catalítico de la PDE5 o la unión del GMPc a sitios alostéricos de la PDE5, la exposición de la enzima al inhibidor durante varias horas o una combinación de estos efectos.9, 11, 12, 13, 35, 55 Debido a que la unión de GMPc a sitios de unión de GMPc alostéricos en PDE5 y PKG también se fomenta en estas circunstancias y se protege contra la descomposición58,59, el secuestro de GMPc en estos sitios daría lugar a una mayor concentración celular de GMPc en comparación con el estado basal y podría proporcionar un reservorio de GMPc para la liberación posterior, alterando así la eficiencia derivada de un pequeño aumento posterior en la segunda señal de mensajero.60
Procesos que afectan la afinidad de la fosfodiesterasa – 5 (PDE5) por los inhibidores.
