Descubrimiento y desarrollo de bloqueadores de los receptores de angiotensina

Los bloqueadores de los receptores de angiotensina (ARA II), también llamados antagonistas del receptor de angiotensina (AT1) o sartanes, son un grupo de fármacos antihipertensivos que actúan bloqueando los efectos de la hormona angiotensina II (Ang II) en el organismo, reduciendo así la presión arterial. Su estructura es similar a la de la Ang II y se unen a sus receptores como inhibidores, por ejemplo, [T24 de Rhys Healthcare].Los ARA II son fármacos ampliamente utilizados en el ámbito clínico actual, siendo sus principales indicaciones la hipertensión leve a moderada, la insuficiencia cardíaca crónica, la prevención secundaria del ictus y la nefropatía diabética.El descubrimiento y desarrollo de los ARA II es un ejemplo ilustrativo del diseño racional de fármacos moderno y de cómo este diseño puede utilizarse para profundizar en el conocimiento de los sistemas fisiológicos; en este caso, la caracterización de los subtipos de receptores de Ang II.En 1898, el fisiólogo Robert Tigerstedt y su alumno, Per Bergman, experimentaron con conejos inyectándoles extractos de riñón. Sus resultados sugirieron que los riñones producían una proteína, denominada renina, que provocaba un aumento de la presión arterial. En la década de 1930, Goldblatt realizó experimentos en los que constriñó el flujo sanguíneo renal en perros; descubrió que los riñones isquémicos secretaban una sustancia química que causaba vasoconstricción. En 1939, se descubrió que la renina no causaba el aumento de la presión arterial, sino que era una enzima que catalizaba la formación de las sustancias responsables, a saber, la angiotensina I (Ang I) y la angiotensina II.En la década de 1970, los científicos observaron por primera vez que la angiotensina II dañaba el corazón y los riñones, y las personas con altos niveles de actividad de renina plasmática presentaban un mayor riesgo de infarto de miocardio y accidente cerebrovascular. Con la introducción de los inhibidores de la enzima convertidora de angiotensina (ECA) a finales de la década de 1970, se confirmó que la angiotensina II desempeña un papel importante en la regulación de la presión arterial y el equilibrio electrolítico y hídrico.Previamente, se habían intentado desarrollar antagonistas útiles del receptor de angiotensina II e inicialmente, el enfoque principal se centró en los análogos peptídicos de la angiotensina. La saralasina y otros análogos de angiotensina II eran potentes bloqueadores del receptor de angiotensina II, pero el principal problema era la falta de biodisponibilidad oral.A principios de la década de 1980, se observó que una serie de derivados del ácido imidazol-5-acético disminuían la respuesta de la presión arterial a la angiotensina II (ANG II) en ratas. Posteriormente, se descubrió que dos compuestos, el S-8307 y el S-8308, eran antagonistas no peptídicos del receptor de angiotensina II altamente específicos y prometedores. Sin embargo, mediante modelado molecular, se observó que sus estructuras debían imitar con mayor precisión el farmacóforo de la angiotensina II. Se realizaron modificaciones estructurales y se desarrolló el losartán, un bloqueador no peptídico del receptor AT₁ activo por vía oral, potente y selectivo. En 1995, el losartán fue aprobado para uso clínico en Estados Unidos y, desde entonces, se han aprobado seis ARA II adicionales. Estos fármacos son conocidos por sus excelentes perfiles de efectos secundarios, que, según han demostrado los ensayos clínicos, son similares a los de los placebos.Las acciones de la angiotensina II están mediadas por los receptores de angiotensina AT1 y AT2. Estos receptores pertenecen a la familia de receptores acoplados a proteína G, que consisten en siete hélices transmembrana conectadas mediante bucles extracelulares e intracelulares que se intercambian.Cada receptor acoplado a proteína G se acopla a una proteína G específica, lo que activa un sistema efector especial. Por ejemplo, los receptores AT₁ se acoplan principalmente a través del grupo G_q/11 de proteínas G. Se han descrito dos receptores de angiotensina más, el AT₃ y el AT₄, pero su función aún se desconoce. Aquí se mencionan dos receptores de angiotensina: el AT₃ y el AT₄.Los receptores AT₁ se encuentran principalmente en el corazón, las glándulas suprarrenales, el cerebro, el hígado y los riñones. Su función principal es regular la presión arterial, así como el equilibrio de líquidos y electrolitos. Los receptores AT₂ se expresan en gran medida en el feto en desarrollo, pero su concentración disminuye rápidamente después del nacimiento. En el adulto, los receptores AT₂ están presentes solo en niveles bajos y se encuentran principalmente en el corazón, las glándulas suprarrenales, el útero, los ovarios, los riñones y el cerebro. Los receptores AT₂ se encuentran en niveles bajos y se encuentran principalmente en el corazón, las glándulas suprarrenales, el útero, los ovarios, los riñones y el cerebro.La mayoría de las acciones conocidas de la angiotensina II están mediadas por los receptores AT₁, por ejemplo, la vasoconstricción, la liberación de aldosterona, la reabsorción renal de sodio y la secreción de vasopresina. El receptor AT₂ también participa en la regulación de la presión arterial y la función renal, pero media efectos antagónicos en comparación con el receptor AT₁.

La Ang II se une a los receptores AT₁ a través de varios sitios de unión. El principal sitio de unión se encuentra en la región extracelular del receptor AT₁, donde la Ang II interactúa con los residuos del extremo N-terminal del receptor AT₁ y sus primer y tercer bucles extracelulares. Las hélices transmembrana también contribuyen a la unión a través del grupo carboxilo C-terminal que interactúa con la Lys¹⁹⁹ en la parte superior de la hélice 5 del receptor; véase la figura 1 para más detalles. El puente iónico formado entre la Lys¹⁹⁹ y el grupo carboxilo terminal del residuo Phe⁸ de la Ang II probablemente esté estabilizado por el residuo Trp²⁵³. Además, la Phe²⁵⁹ y la Asp²⁶³ en la hélice transmembrana 6, y la Lys¹⁰² y la Ser¹⁰⁵ en la región externa de la hélice transmembrana 3, también se han implicado en la unión de Ang II. Esta región podría participar en la estabilización de la ratificación del receptor y en la formación del bolsillo de unión intramembrana.

La presión arterial y la homeostasis de líquidos y electrolitos están reguladas por el sistema renina-angiotensina-aldosterona. La renina, una enzima liberada por los riñones, convierte la proteína plasmática inactiva angiotensinógeno en angiotensina I (Ang I). Posteriormente, la Ang I se convierte en Ang II mediante la enzima convertidora de angiotensina (ECA) (véase la figura 2). La Ang II en el plasma se une entonces a los receptores AT.

Los ARA II bloquean la última parte de la vía renina-angiotensina y la bloquean de forma más específica que los inhibidores de la ECA.El receptor AT₁ media la angiotensina II (ANG II) para provocar un aumento de la contractilidad cardíaca, la reabsorción de sodio y la vasoconstricción, lo que conlleva un aumento de la presión arterial. Al bloquear los receptores AT₁, los ARA II reducen la presión arterial.Se logra una inhibición insuperable del receptor AT1 cuando no se puede restaurar la respuesta máxima de Ang II en presencia del ARA II, independientemente de la alta concentración de Ang II. Los bloqueadores del receptor de angiotensina pueden inhibir el receptor de forma competitiva, insuperable o no competitiva, dependiendo de la velocidad a la que se disocian del receptor.

Para una visión general del desarrollo de los ARA II, consulte la figura 3.Gracias a la saralasina, el primer antagonista de la angiotensina II, y al desarrollo del primer inhibidor de la ECA, el captopril, se reconoció generalmente que los antagonistas del receptor de la angiotensina II podrían ser prometedores como agentes antihipertensivos eficaces.La saralasina se desarrolló a principios de la década de 1970 y es un análogo octapeptídico de la angiotensina II, donde los aminoácidos Asp¹, Ile⁵ y Phe⁸ se sustituyeron por Ser¹, Val⁵ y Ala⁸, respectivamente. La saralasina no presentaba biodisponibilidad oral, su acción era de corta duración y mostraba actividad agonista parcial, por lo que no era adecuada como fármaco.Por lo tanto, el objetivo era desarrollar una sustancia no peptídica más pequeña con características de inhibición y unión similares. En ese momento, un grupo de DuPont ya había comenzado el análisis de imitadores no peptídicos de la Ang II utilizando sustancias existentes en quimiotecas.Investigadores de Takeda descubrieron en 1982 los antagonistas no peptídicos débiles de la angiotensina II (ANG II) S-8307 y S-8308, pertenecientes a un grupo de derivados del ácido 1-bencilimidazol-5-acético. S-8307 y S-8308 tienen una potencia moderada, una duración de acción corta y una biodisponibilidad oral limitada; sin embargo, son antagonistas selectivos y competitivos del receptor AT1 sin actividad agonista parcial. Un grupo de DuPont postuló que tanto la angiotensina II como los antagonistas de Takeda se unían al mismo sitio receptor. Estas dos sustancias sirvieron como compuestos principales para una mayor optimización de los bloqueadores del receptor AT1.Mediante estudios de resonancia magnética nuclear sobre la estructura espacial de la Ang II, los científicos de DuPont descubrieron que las estructuras de Takeda debían ampliarse en una posición específica para asemejarse más al péptido Ang II, mucho más grande. Se utilizó un modelo informático para comparar S-8308 y S-8307 con la Ang II y se observó que esta última contiene dos residuos ácidos cerca del extremo NH2. Estos grupos no fueron imitados por los conductores de Takeda, por lo que se planteó la hipótesis de que habría que añadir grupos funcionales ácidos a los compuestos. El derivado 4-carboxílico EXP-6155 presentó una actividad de unión diez veces mayor que la del S-8308, lo que reforzó aún más esta hipótesis.Al sustituir el grupo 4-carboxi por una fracción 2-carboxi-benzamido, se sintetizó el compuesto EXP-6803. Presentó una afinidad de unión muy alta, pero solo fue activo al administrarse por vía intravenosa.Al reemplazar el grupo 2-carboxi-benzamido por un grupo 2-carboxi-fenilo, se creó el EXP-7711 lipofílico que contiene bifenilo, el cual mostró una buena actividad oral, pero una afinidad ligeramente menor por el receptor AT1.Posteriormente, el grupo carboxilo polar se sustituyó por un grupo tetrazol más lipofílico para aumentar aún más la biodisponibilidad oral y la duración de la acción, y el compuesto así formado se denominó losartán. Este desarrollo tuvo lugar en 1986 y el losartán se convirtió en el primer fármaco antagonista de la angiotensina II exitoso, aprobado como tal en Estados Unidos en 1995 y comercializado por Merck bajo la marca Cozaar.Este desarrollo fue un programa extenso y se estima que el proceso, desde las estructuras de Takeda hasta la sustancia final, losartán, requirió más de cincuenta años-persona de trabajo en pruebas biológicas y modificaciones químicas. Esto representa una excelente inversión, dado que un estudio reciente estimó que la administración de losartán en la Unión Europea podría reducir los costos de la atención médica en 2.500 millones de euros en 3,5 años.Utilizando una vía diferente, optimizada a partir del S-8308, SmithKline Beecham desarrolló el eprosartán en 1992. El eprosartán no tiene una estructura de bifenil-metilo, pero para imitar el extremo C-terminal de la angiotensina II, el grupo ácido 5-acético se reemplazó por un ácido α-tienilacrílico y una fracción 4-carboxi. El eprosartán es un antagonista selectivo, potente y competitivo de los receptores AT1, y su unión a los receptores AT1 es rápida, reversible, saturable y de alta afinidad.Losartán, valsartán, candesartán, irbesartán, telmisartán y olmesartán contienen un grupo bifenilmetilo.El losartán se metaboliza parcialmente a su metabolito ácido 5-carboxílico, EXP 3174, que es un antagonista del receptor AT₁ más potente que su compuesto original y ha servido de modelo para el desarrollo continuo de varios otros ARA II.El valsartán, el candesartán y el irbesartán se desarrollaron en 1990.El valsartán, comercializado inicialmente por Novartis, es un ARA II no heterocíclico, en el que el imidazol del losartán ha sido reemplazado por un aminoácido acilado.El irbesartán fue desarrollado por Sanofi Research y tiene una acción más prolongada que el valsartán y el losartán. Además, posee un anillo de imidazolinona donde un grupo carbonilo funciona como aceptor de enlaces de hidrógeno en lugar del grupo hidroximetilo presente en el losartán. El irbesartán es un inhibidor no competitivo.El candesartán cilexetilo (TCV 116) es un benzimidazol desarrollado en Takeda y es un profármaco de carbonato de éster. In vivo, se convierte rápidamente en el ácido 7-carboxílico correspondiente, mucho más potente, el candesartán. En la interacción del candesartán con el receptor AT₁, el grupo carboxilo del anillo de benzimidazol desempeña un papel importante. El candesartán y su profármaco tienen efectos hipotensores más potentes que EXP 3174 y el losartán.El telmisartán, descubierto y desarrollado en 1991 por Boehringer Ingelheim, tiene ácido carboxílico como grupo bifenilo. Presenta la semivida de eliminación más larga de los ARA II, de aproximadamente 24 horas.Olmesartán medoxomilo fue desarrollado por Sankyo en 1995 y es el ARA II más reciente del mercado, comercializado en 2002. Es un profármaco éster, similar al candesartán cilexetilo. In vivo, el profármaco se hidroliza completa y rápidamente a su forma ácida activa, olmesartán (RNH-6270). Posee un grupo hidroxiisopropilo unido al anillo de imidazol, además del grupo carboxilo.

Farmacóforo
Existen tres grupos funcionales que son los componentes más importantes para la bioactividad de los ARA II; véase la figura 1 para más detalles.
El primero es el anillo imidazol, que se une a los aminoácidos en la hélice 7 (Asn²⁹⁵). El segundo grupo es el grupo bifenil-metilo, que se une a los aminoácidos en las hélices 6 y 7 (Phe³⁰¹, Phe³⁰⁰, Trp²⁵³ e His²⁵⁶). El tercero es el grupo tetrazol, que interactúa con los aminoácidos en las hélices 4 y 5 (Arg¹⁶⁷ y Lys¹⁹⁹).
El grupo tetrazol se ha sustituido con éxito por un grupo ácido carboxílico, como es el caso del telmisartán.

Relación estructura-actividad (SAR)
La mayoría de los ARA II comparten el mismo farmacóforo, por lo que la diferencia en sus efectos bioquímicos y fisiológicos se debe principalmente a diferentes sustituyentes. La actividad de un fármaco depende de su afinidad por el sustrato y del tiempo que permanece unido a él. Los sustituyentes lipofílicos, como el grupo alquilo lineal en la posición 2 del anillo de imidazol, junto con el grupo bifenilmetilo, se asocian con las cavidades hidrofóbicas del receptor. Un grupo ácido, como el tetrazol, CO₂H o NHSO₂CF₃ en la posición 1 del grupo bifenilmetilo, se une a una posición básica del receptor y es necesario para una potente actividad antagonista.
En el valsartán, el anillo imidazol del losartán se ha sustituido por un aminoácido acilado.
Se han probado varios sustituyentes en las posiciones 4 y 5 del anillo imidazol. Los grupos cloro e hidroximetilo conectados a estas posiciones en el losartán probablemente no tengan mucha importancia en la unión al receptor, ya que los demás ARA II no poseen estos grupos funcionales y tienen afinidades de unión comparables o superiores a las del losartán. El irbesartán tiene un grupo carbonilo en la posición 5, que funciona como aceptor de enlaces de hidrógeno en lugar del grupo hidroximetilo del losartán, lo que resulta en una unión más prolongada al receptor.
La estructura del eprosartán es la que más difiere de la de los demás ARA II: el grupo bifenilmetilo habitual se ha sustituido por un grupo carboxibencilo que imita con mayor precisión la fracción fenólica del grupo Tyr⁴ de la angiotensina II (AII). Este cambio produce una unión más fuerte al receptor, pero los efectos bioquímicos y fisiológicos no mejoran significativamente. El telmisartán contiene un ácido carboxílico en la posición 2 del grupo bifenilmetilo y es más potente que el análogo de tetrazol. Se ha descrito que los imidazoles con grupos hidroximetilo y carboxi en las posiciones 4 y 5 presentan una potente actividad antagónica, causada por los enlaces de hidrógeno y la hidrofilicidad del grupo hidroximetilo. También se ha descrito que un grupo hidroxi en la posición 4 del anillo de imidazol desempeña un papel importante en la afinidad de unión y compensa la desventaja de la lipofilicidad del voluminoso grupo alquilo. Estos resultados muestran que un grupo hidroxialquilo de tamaño mediano, como CHMeOH y CMe₂OH, favorece el sustituyente en la posición 4 del anillo de imidazol. Además, el grupo ionizable favorece la afinidad de unión.El candesartán y el olmesartán presentan la mayor afinidad por los receptores AT₁, seguidos del irbesartán y el eprosartán. El valsartán, el telmisartán y el EXP 3174 presentan afinidades similares, aproximadamente diez veces menores que las del candesartán. El losartán presenta la menor afinidad. La afinidad de los ARAII por el receptor AT₂ es generalmente mucho menor (o unas 10.000 veces menor) que por el subtipo AT₁. Por lo tanto, permiten una estimulación sin obstáculos del receptor AT₂.

Cuadro 1: Comparación de la farmacocinética ARB

Drogas	Vida media biológica [h]	Protein binding [%]	Biodisponibilidad [%]	Limpieza renal/hepática [%]	Efectos alimentarios	Dosis diaria [mg]
Losartan	2	98,7	33	10/90	Minimal	50-100
EXP 3174	6-9	99,8	-	50/50	-	-
Candesartan	9	■99	15	60/40	No	4-32
Valsartan	6	95	25	30/70	40-50% disminuido	80-320
Irbesartan	11 a 15	90-95	70	1/99	No	150-300
Telmisartan	24	■99	42-58	1/99	No	40-80
Eprosartan	5	98	13	30/70	No	400-800
Olmesartan	14-16	■99	29	40/60	No	10-40
Fuentes:

Los ARA II tienen un amplio índice terapéutico y, por lo tanto, su biodisponibilidad oral (en su mayoría baja) no parece tener relevancia clínica. Como se puede observar en la tabla 1, estos fármacos presentan una alta unión a las proteínas plasmáticas, por lo que su administración oral una vez al día debería proporcionar suficientes efectos antihipertensivos. Alrededor del 14 % del losartán ingerido por vía oral se metaboliza a su metabolito ácido 5-carboxílico, EXP 3174. Como se mencionó anteriormente, el candesartán cilexetilo y el olmesartán medoxomilo son profármacos de éster inactivos que se hidrolizan completamente a sus formas activas por las esterasas durante la absorción en el tracto gastrointestinal. Estos tres metabolitos son antagonistas del receptor AT₁ más potentes que sus profármacos. Los demás ARA II no presentan metabolitos activos.

Todos los ARA II, excepto el valsartán y el olmesartán, son metabolizados de alguna manera por la enzima 2C9 del citocromo P450 (CYP), presente en el hígado humano. CYP2C9, por ejemplo, es responsable de la metabolización del losartán a EXP 3174 y de la metabolización lenta del valsartán y el candesartán a sus metabolitos inactivos. Por otro lado, el telmisartán se metaboliza parcialmente por glucuronidación y el olmesartán se excreta como fármaco inalterado. El telmisartán es el único ARA II que puede atravesar la barrera hematoencefálica y, por lo tanto, inhibir los efectos de la angiotensina II mediados a nivel central, contribuyendo así a un mejor control de la presión arterial.

Todos los ARA II tienen el mismo mecanismo de acción y las diferencias en su potencia pueden estar relacionadas con sus distintos perfiles farmacocinéticos. Se han realizado algunas comparaciones clínicas directas y el candesartán, el irbesartán y el telmisartán parecen ser ligeramente más eficaces que el losartán para reducir la presión arterial. Esta diferencia puede estar relacionada con diferentes intensidades de actividad a nivel del receptor, como la duración y la fuerza de unión al receptor.

Varios nuevos ARA II no peptídicos se encuentran en ensayos clínicos o en etapas preclínicas de desarrollo. Entre ellos se encuentran embusartán (BAY 10-6734 o BAY 10-6734), KRH-594, fonsartán (HR 720) y pratosartán (KT3-671). El pratosartán, por ejemplo, presenta una estructura novedosa: un anillo de siete miembros que porta una fracción oxo (C=O) fusionada al anillo de imidazol (figura 4), y su afinidad por el receptor AT1 es aproximadamente siete veces mayor que la del losartán. La función del grupo oxo es similar a la de los grupos de ácido carboxílico en otros ARA II. También se están investigando otras características de los ARA II, como los efectos positivos del telmisartán en el metabolismo de los lípidos y la glucosa, y los efectos del losartán en la reducción de los niveles de ácido úrico. Estos efectos podrían dar lugar a nuevas indicaciones para estos fármacos, pero se necesita más investigación.

• Descubrimiento y desarrollo de inhibidores de la renina