Fármacos antivirais - University of São Paulo

Fármacos antivirais

Profa. Dra. Ivone Carvalho

Noturno - 2016

• São acelulares e não apresentam metabolismo

próprio parasitas intracelulares obrigatórios

• Se reproduzem (dentro de células vivas) e

evoluem (sofrem mutações) organismos vivos.

• Fora da célula hospedeira, o vírus se cristaliza

ficando inativo.

• Material genético: DNA ou RNA.

Vírus

Classificação dos vírus

herpes vírus

adenovírus

vírus hepatite B

bacteriófagos

retrovírus (HIV)

influenza vírus

vírus hepatite A, C e D

vírus de febre hemorrágica (dengue, hantavírus, ebola vírus)

raiva vírus

material

genético

(genoma)

DNA ou RNA

envelope

glicoproteínas

do envelope

capsídeo Vírus de DNA

Vírus de RNA

• Produção de anticorpos que tornam o organismo

imune ou, ao menos, mais resistente ao vírus.

• Principal método de combate às viroses.

• Vírus atenuados, inativados ou recombinantes

(produz antígeno mas incapaz de replicar),

vacina de subunidade recombinante (ex:

antígeno expresso em E. coli).

• Embora valiosas, as vacinas não funcionam para

infecções em curso, imunossuprimidos (HIV,

quimioterapia e transplantados) e vírus de rápida

mutação gênica (ex: HIV e gripe).

Vacinas

Vacinas Tríplice Viral - Rubéola & Sarampo: manchas avermelhadas,

conjuntivite e fotofobia; Caxumba: inchaço e dores locais

Catapora (varicela) - manchas vermelhas e intensa coceira

Poliomielite - febre, diarreia, dor de cabeça e flacidez muscular

Hepatite A e B - náuseas, febre, falta de apetite, fadiga, diarreia e

icterícia lesões no fígado

Febre amarela - lesões no fígado, dor no estômago, vômitos, febre e

morte por problemas cardíacos e renais.

Raiva humana - dificuldade de ingerir líquidos e alimentos; espasmos

Varíola - manchas que evoluem para vesículas (erradicada)

HPV - verrugas genitais que podem ou não evoluir para câncer

Faltam Vacinas para Hepatite C, Herpes (ardência e “bolhas de

água”), HIV.

Gripe (parcial/sazonal)

Dengue (Dengvaxia® Sanofi-Pasteur: registro aprovado pela ANVISA

em 2015; Vacina Instituto Butantã: testes clínicos fase III).

• Prevalência global de 3%, ou seja, aproximada-mente

150 milhões de pessoas são infectadas.

• Vírus da hepatite C está associado a 70% dos casos de

hepatite crônica, 40% de cirrose avançada e de 60%

carcinoma hepatocelular => um terço dos transplantes

hepáticos no mundo.

• Fatores agravantes: idade elevada de contamina-ção,

etilismo, co-infecção por HIV ou pelo vírus da hepatite B.

• As fontes de infecção mais conhecidas são o uso de

hemoderivados e de drogas endovenosas.

Hepatite C

Tratamento da Hepatite C:

Ribavirina: análogo

sintético da guanosina

Inibição da DNA

polimerase

Interferons alfa + ribavirina: melhoram a resposta virológica

sustentada (erradicação do vírus) em ~40%.

Interferons: proteínas produzidas pelas células para defendê-las de agentes externos,

induzindo um estado de resistência antiviral em células teciduais não infectadas.

Guanosina

• Herpes simples: contorno dos lábios, rosto, órgãos

genitais e nádegas.

• Herpes zoster: nervo trigêmeo, próximo da orelha

até a testa, e abdômen, acompanhando o trajeto

do nervo.

Herpes

Herpes: ciclo de vida do vírus

Comparação entre o nucleotídeo natural e o

fármaco aciclovir

Principais vírus suscetíveis ao

tratamento com aciclovir:

Herpes simplex (VHs), tipos 1

(herpes simplex encephalitis) e 2

genital herpes),

vírus Varicella zoster (VVZ-

ex:catapora),

vírus Epstein-Barr (VEB) e

Citomegalovirus (CMV)

Antivirais usados para tratamento do vírus da Herpes

Trifosfato ativo presente apenas nas células infectadas (não-tóxico)

NUCLEOTÍDEOS: UNIDADES

FUNDAMENTAIS DOS ÁCIDOS

NUCLÉICOS

N

NN

N

N

O

O

PO

OH

PO

O

N

N

N

O

NH

N

O

OH

N

O

O

NO O

P

O

OH

-O

H

HH

ADENINA

GUANINA

N

HN

O

NO O

P

O

O

-O

H

H

HCITOSINA

TIMINA

O

N

O

ON

O

HOH

HH

HH

OPO

O-

O

P

O

O

O-

P

O

-O

O-

O

OPN

N

NN

HN

H

H

ADENINA

TIMINA

Polimerização do DNA

3´

5´

Aciclovir age interrompendo o elongamento

da cadeia de DNA

Pró-fármacos de aciclovir HN

N

N

O

H2N N

O

HO

Diferenças entre as sub-famílias alfa e beta de timidina quinase

Mais solúveis em água

Desenvolvimento de

resistência

Usado em

infecções

oculares

causadas por

CMV

Bioisóstero de Ganciclovir

Penciclovir: espectro de atividade semelhante a aciclovir, mas maior

potência e rápido início e tempo de duração de ação. Uso tópico em herpes

labial e intravenosamente para tratamento de HSV.

Fármaco Pró-fármaco

Fármacos empregados em infecções por vírus

que não possuem a enzima timidina quinase

Usado em infecções de retina por CMV

Efeitos indesejáveis renais

Antivirais que são igualmente fosforilados pelas

enzimas timidina quinase viral e celular

Menos seletivos

Inibidor da síntese de DNA viral:

liga-se nos sítios de ligação do

pirofosfato da DNA-polimerase

viral e da transcriptase reversa,

impedindo a incorporação dos

nucleosídeos trifosfatos no DNA.

Usado em infecções por CMV

Mais tóxico;

uso tópico em

queratoconjuntivite

adenoviral

Menos tóxico;

uso sistêmico em

CMV e VZV

HSV-1 e HSV-2

encephalitis

Tratamento de papillomavirus: verrugas genitais

Terapia “anti-sense” (para CMV)-bloqueio da tradução do RNA viral

Fomivirsen

Inibidor da

polimerização de

tubulina

Estrutura contendo grupos fosfonotioato no lugar de fosfato

Pandemias e Epidemias envolvendo

Influenza

• Pandemia: 1918 na Europa; envolvendo em torno de 20

milhões de pessoas;

• Epidemia em1957 (gripe asiática);

• Epidemia em 1968 (gripe Hong Kong);

• Epidemia em 1977 (gripe Rússia);

• Grande risco ocorreu

em 1997-Hong Kong

Ciclo de vida do vírus Influenza

Influenza A

Inibidores de neuraminidase

Geometria trigonal

Mecanismo enzimático de hidrólise

Neuraminidase

Etapa 1 - Binding

• Ligação do substrato sialosídeo (glicolipidio ou glicoproteina)

• Ácido siálico adota a conformação pseudo-barco

• A conformação menos estável permite maiores interações com a

enzima

O

OR

O

O

NH

H2N

H2N

Arg-371

O OR

O O

R'AcHN

HO

NH

H2N

H2N

Arg-371

Sialosídeo

Mecanismo enzimático de hidrólise

Neuraminidase

O OHN

NH2

NH2

O O

Asp-151

Arg-152

Glu-277

OH

H

O

OR

O

O

NH

H2N

H2N

Ar g- 371O

O

O

NH

H2N

H2N

O O

O

HN

NH2

NH2

O O

OR

H

H

Arg-371

Asp-151

Arg-152

Glu-277

+

-

2

Etapa 2- Doação de próton a partir de uma molécula de água ativada

• Formação do intermediário do estado de transição cátion sialosil

endocíclico

• Glu-277 estabiliza a carga parcial no oxigênio glicosídico

Mecanismo enzimático de hidrólise

Neuraminidase

O

O

O

NH

H2N

H2N

O O

O

HN

NH2

NH2

O O

OR

H

H

Arg-371

Asp-151

Arg-152

Glu-277

+

-

2

O

O

O

NH

H2N

H2N

O O

O

HN

NH2

NH2

O O

HOR

H

Arg-371

Asp-151

Arg-152

Glu-277

•HOR é melhor grupo abandonador do que –OR

•Glu-277 estabiliza a carga parcial no oxigênio glicosídico

Etapa 2- Doação de próton a partir de uma molécula de água ativada

Mecanismo enzimático de hidrólise

Neuraminidase

O

O

O

NH

H2N

H2N

O O

O

HN

NH2

NH2

O O

HOR

H

Arg-371

Asp-151

Arg-152

Glu-277

O

O

O

NH

H2N

H2N

O O

OH

HN

NH2

NH2

O O

Arg-371

Asp-151

Arg-152

Glu-277

-

+

Etapa 3 – Formação de ácido siálico

Mecanismo enzimático de hidrólise

Neuraminidase

O

O

O

NH

H2N

H2N

O O

OH

HN

NH2

NH2

O O

Arg-371

Asp-151

Arg-152

Glu-277

-

+

Etapa 4- Formação e liberação de ácido siálico

a-Anomero de ácido siálico é liberado

Ocorre equilíbrio para formação do b-anomero mais estável

a-anomer

O OH

CO2

R'AcHN

HO

b-anomer

O CO2

OH

R'AcHN

HO

Desenvolvimento de zanamivir

(estudos de modelagem molecular)

Baixa disponibilidade

oral

Não seletivo e

Inativo in vivo

Inalação

Inibidores do estado de transição: 6-carboxamidas (natureza menos polar que zanamivir)

Bioisóstero metilênico de zanamivir

Oseltamivir - Tamiflu

Desenvolvimento de oseltamivir

(Tamiflu)

Outros antivirais

Agentes antivirais de amplo espectro:

HIV

Ciclo de vida do vírus HIV

Estima-se que cerca de 33,4 milhões de pessoas vivam

atualmente com o Vírus de Imunodeficiência Humana (HIV, do

inglês Human Immunodeficiency Virus). No Brasil, a taxa de

prevalência da infecção por HIV na população de 15 a 49 anos

é de 0,6%, somente em 2006 foram registrados 32.628 novos

casos de AIDS, representando uma taxa de incidência de 19,5

casos a cada 100 mil habitantes

O vírus da imunodeficiência humana (HIV), pertencente à

família Retroviridae, gênero Lentivirus, produz a base

patológica da síndrome da imunodeficiência adquirida (AIDS)

que permanece como um problema de saúde mundial de

dimensões sem precedentes. Conhecido há pouco mais de 27

anos, o HIV já causou cerca de 25 milhões de mortes no

mundo. Só no Brasil, desde 1990, o número de óbitos gira em

torno de 11 mil por ano.

Genoma do HIV-1

• Três genes estruturais gag, env e pol comuns aos

retrovírus;

• Três genes regulatórios tat, rev e nef;

• Três genes acessórios vif, vpr e vpu (no HIV-1) ou vpx (no

HIV-2)

Gp120 é a proteína que interage com o receptor CD4 na

célula a ser infectada. Gp41 é a glicopreoteína de fusão,

exposta após a ligação de Gp120 ao linfócito.

Efurvitida: aprovado pelo FDA em 13 de Março de 2003

Enfuvirtida é um peptídeo sintético, contendo 36 aminoácidos com N-terminal ligado

a grupo acetil e C-terminal carboxamida. É composto por resíduos de L-aminoácidos

naturais :

Enfuvirtida

CH3CO-Tyr-Thr-Ser-Leu-Ile-His-Ser-Leu-Ile-Glu-Glu-Ser-Gln-Asn-Gln-Gln-Glu-Lys-

Asn-Glu-Gln-Glu-Leu-Leu-Glu-Leu-Asp-Lys-Trp-Ala-Ser-Leu-Trp-Asn-Trp-Phe-NH2

Enfuvirtide

Inibidores de fusão do HIV

Trecovirsen

Terapia anti-sense – bloqueia produção da proteína Tat

Enfuvirtide: polipeptídeo com36 aa

Inibidor de Glucosidase

Bloqueador de receptor

de quimiocina CCR5

Antagonista de correceptor

de quimiocina CCR5 Maraviroque - Celsentri (Pfizer): aprovado pela FDA em 2007

Inibidor de Integrase: raltegravir –

Isentress (Merck): aprovado pelo FDA em 2007

Fármacos anti-retrovirais

Inibidores da transcriptase reversa e protease

Inibidores deTranscriptase reversa:

Nucleosídeos (NRTIs): zidovudina, didanosina, zalcitabina,

stavudina, lamivudina e abacavir;

Não-nucleosídeos (NNRTIs): nevirapina, delavirdina, efavirenz

Inibidores de Protease (PIs):

Saquinavir, ritonavir, indinavir e nelfinavir

Fármacos anti-retrovirais

Rápido desenvolvimento de resistência

Tratamento com apenas um fármaco tem efeito benéfico apenas inicial

A longo prazo o uso de apenas um fármaco anti-HIV serve

para selecionar vírus mutantes e resistentes ao tratamento

Por estas razões a terapia atual envolve a combinação

de fármacos diferentes que atuam em ambas enzimas:

transcriptase reversa e protease

Diminui a progressão da AIDS Aumenta as taxas de sobrevivência

Inibidores de Transcriptase reversa nucleosídeos (NRTIs):

Também utilizada para

tratamento da hepatite B

Agem contra HIV-1 e HIV-2

Inibidores de Transcriptase reversa nucleosídeos (NRTIs):

Também empregado

no tratamento de

hepatite B crônica,

CMV e herpes

Permanece nas

células infectadas

por maior tempo Pró-fármacos

Inibidores de Transcriptase reversa não-nucleosídeos

(NNRTIs): moléculas hidrofóbicas

Menos tóxicos que os correspondentes inibidores nucleosídeos

Desenvolvimento de resistência devido à mutação no sítio alostérico pela

substituição de Lys103 por asparagina (K103N)

Combinação com NRTI

Segunda geração

Inibidores não-competitivos e reversíveis contra HIV-1

Inibidores de Transcriptase reversa não-nucleosídeos

(NRTIs): terceira geração

Retém atividade

contra vírus mutante

Inibidores de Protease

Problemas relacionados a estrutura de peptídeos para serem usados como fármacos:

• Baixa absorção;

• Suscetibilidade metabólica;

• Excreção rápida;

• Acesso limitado ao Sistema Nervoso Central;

• Altamente ligados em proteínas plasmáticas

• Suscetíveis às reações do primeiro passo do metabolismo (Citocromo P450)

• Interação com outros fármacos

Estas são características são devido a: alto peso molecular, baixa solubilidade

em água e suscetibilidade da ligação peptídica.

Não são Pró-fármacos como os inibidores nucleosídeos de transcriptase reversa

Estrutura: é um dímero simétrico, cada monômero

contém 99 subunidades de aminoácidos

Protease do vírus HIV: aspartil protease

Inibem HIV-1 e

HIV-2

C

HN

NH

R1

O R1

NH

O

H

O

H

O

Ileu50

NH2+ NH2+

Gly27

O O

Gly27'

C

O O

Ileu50'

Asp25 Asp25'

C

O O

C

OO

Mecanismo de hidrólise do substrato (polipeptídeo) natural

pela Protease

Mecanismo de hidrólise do

substrato natural

Planejamento de inibidores do estado de transição

vantagens???

Isósteros do estado de transição

do intermediário tetraédrico

Mimetizam o centro tetraédrico do estado de transição

São estáveis a hidrólise

Estereoquímica?

Análogo pentapeptídico que incorpora o grupo

isóstero do estado de transição: hidroxietilamina

Seqüência da poliproteína pol:

Leu165-Asn-Phe-Pro-Ile169

Análogo pentapeptídico (Roche)

• Liga-se a cinco sub-unidades

do receptor (S3-S2’);

• Inibição relativamente fraca;

• Alto peso molecular;

• Características de peptídeo;

• Baixa biodisponibilidade oral

Desenvolvimento de saquinavir: 1995

Configuração R do grupo

hidroxietilamina

-Problemas com a administração por via oral e resistência

-Desenvolvimento de novos fármacos:

N

NH

HN

O

NH2

O

O

OH

N

O NH

H

HSaquinovir

N

N

N

ONH

NH

OH

O

OH

Indinavir

N NN

NH

ON

S

O

O OH

O

N

S

Ritonavir

Planejamento de inibidores de protease

simétricos contendo grupo hidroxietilamina: explorando região do sub-sítio S1

Ritonavir: Abbott

Instável *Baixa atividade

enzimática

*Inativo in vitro

Inibidores simétricos: Ritonavir

Atividade in vitro e

Resistente a enzimas

proteolíticas

(explorando região do sub-sítio S2)

Grupos NHs ligam-se

a Gly 27 e 27’, mas

muito próximas para

permitir ótima interação Separação dos grupos NHs

Por uma ligação adicional

Planejamento de inibidores de protease

simétricos contendo grupo diol

Configuração do grupo diol Pequeno efeito na atividade

Melhor atividade (10x) que o correspondente derivado

Mono-hidroxilado, mas menos solúvel em água

Desenvolvimento de

Ritonavir e lopinavir

Investigações envolvendo

o volume molecular, a

solubilidade aquosa e o

número de ligações de

hidrogênio com os sub-

sítios do receptor

Potente

inibidor

De CYP3A4

Remoção de valina

E metabolismo

Ativo contra

vírus

Resistentes

(Val82)

Mais polar,

mas usado por

via intravenosa

Baixa solubilidade e

biodisponibilidade

oral

Apenas (R)-OH

Interage com os

Resíduos de Asp25

Grupo N-metiluréia:

Adequado para adequada

Solubilidade em água e

Biodisponibilidade;

enquanto o grupo uretana

Foi adequado para a meia-

Vida plasmática e potência

Anel 4-tiazólico como

bioisóstero de piridina

e mudando a posição

de OH

Desenvolvimento de indinavir: Merck

(estratégia da hibridização)

Baixa

biodisponibilidade e

toxicidade hepática

Indinavir: melhor biodisponibilidade oral e menor taxa de ligação a proteínas

plasmáticas que saquinavir

Desenvolvimento de nelfinavir: Lilly

Redução do peso molecular

e diminuição do caráter de peptídeo