LIGANDI AD AZIONE DUALE SERT - RECETTORE 5-HT

LIGANDI AD AZIONE DUALE SERT - RECETTORE 5-HT

Lo sviluppo di nuovi antidepressivi in questi ultimi anni è cambiato infatti l’attenzione è passata dalla progettazione di molecole ad attività su un solo specifico sito (SERT) a molecole aventi duplice azione. Gli SSRI hanno un buon margine di sicurezza e sono molto efficaci anche se sono caratterizzati da un’azione terapeutica iniziale piuttosto tardiva (circa 2 settimane) derivata dal feedback negativo associato ai recettori presinaptici 5-HT1A. Non sono tuttavia totalmente privi di effetti collaterali molti

dei quali sono da attribuire all’attività agonista che queste molecole svolgono nei confronti dei recettori 5-HT2 e 5-HT3. L’ultima direzione nella progettazione di nuovi

antidepressivi riguarda proprio ligandi con target multipli: questa tecnica è stata applicata all’ultima generazione di antidepressivi basati sulle monoamine, ancora in via di sviluppo.

SSRI + INIBITORI 5-HT1A

Il Pindololo [3] è un antagonista del recettore 5-HT1A che accelera e in certi casi aumenta

l’azione dei farmaci antidepressivi. Di conseguenza l’interesse della ricerca si è spostato verso la scoperta di composti ad attività sul

recettore desiderato così come sull’inibizione del 3: Pindololo

SERT. Nella ricerca di composti a attività antidepressiva elevata e più rapida con un profilo si sicurezza uguale o maggiore degli SSRI, le ricerche si sono orientate su composti con attività sul SERT le quali sono state collegate con strutture con attività nota sul recettore 5-HT1A. Gli inibitori del SERT scelti sono la Fluoxetina, la Paroxetina

e il Milancipran (TCA) mentre gli antagonisti del recettore 5-HT1A sono il Pindololo, il

H N OH O H N

Propranololo e il Penbutololo però nessuno di questi composti risultanti dall’unione delle due molecole ha mostrato attività duale: è stata riscontrata solo una lieve azione antagonista 5-HT1A e nessuna azione sul SERT.

L’evoluzione di queste ricerche ha condotto alla sintesi di composti ad attività duale marcata tra i quali spiccano un composto 4 sintetizzato dalla Merck, che mostra una Ki di 8.3 nM nei confronti del recettore 5-HT1A e una Ki di 10 nM per l’inibizione del

SERT e un composto 5 avente moderata attività sia sul SERT (Ki=415nM) che sul

recettore 5-HT1A (Ki=42nM). La struttura di quest’ultimo deriva dall’unione della metà

strutturale correlata all’attività degli SSRI con l’arilpiperazina, un ligando del recettore 5-HT1A.

La progettazione e la sintesi di arilpiperazine a lunga catena con attività mista è stata raggiunta mediante l’inserzione di frammenti aventi affinità per il SERT in composti arilpiperazinici sostituiti aventi affinità per il recettore 5-HT1A. I risultati ottenuti per il

composto 6 confermano l’attività richiesta (SERT Ki=71.8 nM, 5-HT1A Ki=0.82 nM).

4 5 6 CH3 H3C O N N H3CO N O OH

Per l’ottimizzazione di una molecola ad azione duale sono quindi stati inizialmente riassunti alcuni elementi strutturali fondamentali (fig.17):

1. Almeno un eteroatomo nel gruppo arilossilico (in posizione orto rispetto all’ossietilamina).

2. n=1.

3. Il gruppo 5-fluoro-3-indolilpropilico aumenta l’affinità nei confronti del SERT.

4. Un alogeno in posizione meta all’ossietilamina riduce l’attività nei confronti del recettore 5-HT1A.

Fig.17: struttura generale azione duale (1)

I composti con azione duale maggiormente bilanciata basati su questa struttura generale sono rappresentati dai composti 7 (5-HT1A=3.09nM, SERT Ki=0.51nM) e 8

(5-HT1A=5.52nM, SERT Ki=0.31nM) (fig.23): si nota che la sostituzione dell’indolo e della

piperidina (potenziali siti metabolici) comporta un aumento dell’affinità di legame sia sul recettore 5-HT1A che sul SERT. L’attività è quindi incrementata se l’anello indolico

viene sostituito con un atomo di azoto piuttosto che un atomo di ossigeno. Sostituzioni dell’anello piperidinico portano alla scoperta del composto 9 che è estremamente potente come inibitore del SERT (Ki=0.07nM) ma parzialmente nei confronti del

recettore 5-HT1A (Ki=30.54nM). Questo composto nonostante i primi promettenti

7 8

9

Oltre al Pindololo, è stato preso come riferimento un altro composto particolarmente selettivo nei confronti del recettore 5-HT1A, il Vilazadone [10], molecola

scoperta dalla Merck e sviluppata in collaborazione con la Glaxo-SmithKline. Partendo dal Vilazadone sono quindi stati creati una serie di ligandi che hanno permesso di ottenere ulteriori informazioni per l’ottimizzazione dell’attività duale.

N H NC (CH2)4 N N O NH2 O 10: Vilazadone

Studi SAR hanno messo in evidenza che:

1. La metossi, l’idrossi o la carbossiamide in posizione 5 della porzione indolica portano a un aumento dell’affinità nei confronti del 5-HT1A.

2. Per il legame al 5-HT1A, è ottimale la presenza di una catena alchilica a 4 atomi di

carbonio tra l’indolo e la piperazina.

3. L’introduzione di un gruppo in para sull’anello aromatico porta a una notevole riduzione dell’attività dopaminergica.

4. L’affinità maggiore per il SERT viene raggiunta con l’introduzione di un gruppo elettrondonatore in posizione 5 della porzione indolica (i risultati migliori si ottengono con il fluoro e con il gruppo ciano).

Un’ulteriore linea di ricerca si è invece focalizzata su una serie di interessanti composti costituiti da 5-carbamoil-8-fluoro-3-amino-3,4-diidro-2H-1-benzopirano (con attività antagonista sul recettore 5-HT1A) e gruppi 3-alchilindolici (noti per l’attività sul

SERT dal modello farmacoforico) collegati da un comune atomo di azoto (fig.18).

Fig.18: struttura generale azione duale (2).

È stata quindi valutata l’attività sul SERT e sul recettore 5-HT1A. Il composto con n=2 e

il sostituente R1 rappresentato da un anello ciclobutanico, è quello che ha maggior

SSRI + INIBITORI 5-HT1B o 5-HT1D

Interessanti studi hanno messo in correlazione la struttura di noti antagonisti del recettore 5-HT1D con un SSRI aventi la seguente struttura generale (fig.19):

Fig.19

Questa serie di composti mostra un’elevata attività sia nei confronti del SERT (Ki

=0.76-3.50 nm) che sul recettore 5-HT1D (Ki=5.4-130 nm).

In seguito ad una serie di studi sui composti aventi attività sul SERT e sui sottotipi del recettore 5-HT1 è possibile arrivare a una struttura generale definitiva

(fig.20):

Fig.20: struttura generale ad azione duale SERT-5-HT1A finale.

Si può quindi concludere che, in base ai dati biologici, l’unione di una porzione indolica alle piperazine comporta in alcuni casi un aumento dell’attività sul SERT e in altri invece, una riduzione: questo implica che l’attività inibitoria del riassorbimento di 5-HT non è dovuta solo alla porzione piperazinica ma è modulata anche dall’anilina. Nessuno dei composti fin’ora esaminati ha un’eccezionale attività duale.

SSRI + INIBITORI 5-HT2A

Come già detto in precedenza, l’uso terapeutico degli SSRI comporta, seppur di modesta entità, diversi effetti collaterali attribuibili al legame non selettivo sui recettori post-sinaptici 5-HT2A, per cui sono stati proposti alcuni composti, potenzialmente

antidepressivi, che hanno come bersaglio il SERT e il recettore 5-HT2A, sul quale

svolgono un’azione antagonista[18]. Tra questi spiccano composti con attività duale piuttosto interessante ossia YM-35992 [11] (Ki=21 nM SERT, Ki=86 nM 5-HT2A),

LY367265 [12] (Ki=2.3 nM SERT, Ki=0.81 nM 5-HT2A) e il Nefazodone [13] (azione

simile a quella del LY367265 ma con maggiori effetti collaterali).

11: YM-35992 12: LY367265

LIGANDI AD AZIONE DUALE SERT - DAT

La cocaina è uno stimolante molto noto del SNC e una droga di abuso. Sebbene il suo ruolo principale sia quello di inibire il trasportatore delle monoamine, la cocaina è una molecola attiva sui recettori colinergici, muscarinici e σ oltre che sui canali del sodio. La sua affinità sul trasportatore della dopamina (DAT) è assai più elevata rispetto al SERT, e proprio da questi dati, sono partite numerose ricerche che, attraverso modificazioni molecola della cocaina, hanno portato ad una serie di composti con attività duale inibitoria SERT-DAT. Questo gruppo di composti è costituito da analoghi della cocaina [14], resi strutturalmente più rigidi, che però, al contrario della molecola di derivazione, non mostrano affinità per il trasportatore della dopamina mentre risultano maggiormente affini al SERT; sono quindi stati proposti come terapia potenziale nel trattamento delle tossicodipendenze da cocaina, proprio per la loro spiccata selettività e potenza nei confronti del SERT.

LIGANDI AD AZIONE DUALE SERT - NET (SNRI)

Strutture chimiche ad attività sia sul SERT che sul NET hanno dei notevoli vantaggi rispetto ai normali SSRI in quanto mostrano un’efficacia terapeutica molto più rapida a parità di effetti collaterali. La Venlafaxina [15], un antidepressivo usato in terapia da più di dieci anni, inizia a dare effetti benefici dopo circa una settimana di trattamento (per gli SSRI, di solito, l’effetto terapeutico varia dalle due alle sei settimane). Come la Duloxetina [16] e il Milnacipran [17], la Venlafaxina è un inibitore della ricaptazione di serotonina e noradrenalina. Da queste molecole si sono sviluppate le ricerche in particolar modo è stato riconosciuto che lo scheletro 3-arilossipropilaminico presente in Fluoxetina, Duloxetina e Atomoxetina, è un elemento strutturale fondamentale per legame al trasportatore delle monoamine.

N CH3 CH3 HO H3CO 15: Venlafaxina 16: Duloxetina 17: Milnacipran

LIGANDI AD AZIONE DUALE SERT - INIBITORI

dell'AchE

Con il tentativo di scoprire un farmaco adatto ad alleviare la depressione che si instaura in soggetti affetti da morbo di Alzheimer, sono stati sintetizzati una serie di composti con lo scopo di inibire sia l’enzima acetilcolinesterasi (per combattere l’Alzheimer) sia il SERT (per alleviare la depressione). Questi composti sono stati progettati come ibrido di Fluoxetina e Rivastigmina tenendo in considerazione i requisiti strutturali del sito di legame dell’acetilcolinesterasi. La porzione strutturale per l’attività sul SERT è stata presa dalla Fluoxetina mentre quella ipoteticamente responsabile dell’attività inibitoria sull’acetilcolinesterasi è stata presa dal Donepezil. I composti sintetizzati di formula generale in figura 21, mostrano una buona attività duale in particolare quello più attivo [18] mostra un valore di IC50=14 nM per l’acetilcolinesterasi

e di IC50=6 nM per il SERT.

LIGANDI AD AZIONE DUALE SERT - INIBITORI

α

Nel 1990 la Sterling Winthrop Inc. ha riportato il Napamezolo [19] come potenziale antidepressivo che mostra attività inibitoria sul SERT combinata con un’azione antagonista sul recettore adrenergico α₂ (α₂ Ki=28nM, α1 Ki=93nM)[19].

19: Napamezolo

Dallo scheletro del Napamezolo, la Servier ha intrapreso uno studio per stabilire le relazioni struttura-attività necessarie a ottenere la duplice azione che hanno portato ad una serie di composti di cui il più significativo risulta S-34324[20] [20] con α₂

Ki=8.1nM e SERT Ki=7.6nM.

20: S-34324

Anche alla Abbot, si sono intraprese ricerche su molecole ad attività duale di questo tipo, che hanno preso come struttura base di riferimento, lo scheletro del tetraidronaftalene: questi studi hanno portato alla sintesi di un composto lead, A-80426 [21], con Ki=1.22 nM sul recettore α2 e Ki=5.25 nM sul SERT[21].

Infine la Johnson & Johnson Pharmaceutical Research ha reso noti una serie di composti, 3a,4-diidro-3H-[1]benzopirano[4,3-c]isossazoli[22], come potenziali nuovi antidepressivi ad azione duale. I derivati cinnamilpiperazinici (fig.22) mostrano una notevole attività e in particolare i composti che presentano in posizione 7 e/o 8 un gruppo metossile; il composto che presenta i due gruppi metossilici, è stato quindi usato come base per una lead-optimization che ha portato ai derivati 3-piperazinilmetil-3a,4-diidro-3H-1]benzopirano[4,3-c]isossazoli[22,23] (fig.23).

Fig.22

Fig.23

Sono stati eseguite anche alcune modificazioni tra cui la sostituzione dell’ossigeno in posizione 5 dello struttura triciclica che però porta ad una riduzione dell’attività[24]. Dei derivati metilcinnamilici inoltre è stata valutata anche l’attività dei diversi enantiomeri ed è emerso che l’attività sul SERT è pressoché la stessa sia per il (+)-enantiomero che per il (-)-entantiomero mentre per quanto riguarda il recettore α₂

-adrenergico, il (+)-enantiomero è molto più attivo rispetto al (-)-entantiomero, in particolar modo per il composto R226161[25] [22], il quale risulta essere attivo a livello centrale e per via orale sia per il SERT che per il recettore α₂-adrenergico.

22: cis-R226161

Altre sostituzioni hanno portato alla sintesi di 3,3a,4,5-tetraidrochinolino[4,3-c]isossazoli e 3,3a,4,5-tetraidronaftaleno[4,3-3,3a,4,5-tetraidrochinolino[4,3-c]isossazoli[26], classi di composti sintetizzate con il fine di capire se la presenza di un atomo di carbonio o di azoto in posizione 5 della struttura triciclica, possa giocare o meno un ruolo rilevante sull’attività biologica di questi composti e si è visto che la sostituzione con un atomo di azoto porta a un notevole aumento dell’attività, seppur minore rispetto alla sostituzione con un atomo di ossigeno.