Farmacologia dell'ossido nitrico

L’NO è un radicale libero di azoto presente in condizioni normali come inquinante atmosferico e nel fumo di sigaretta. Trovandosi in uno stato intermedio, l’NO è in grado sia di ossidare sia di ridurre i composti chimici con cui viene a contatto (le interazioni più importanti riguardano la guanilato ciclasi e la citocromo c ossidasi).

La biosintesi dell’NO nelle cellule endoteliali e in altri distretti dell’organismo avviene principalmente attraverso la trasformazione della L-arginina in L-citrullina operata da enzimi detti NO sintetasi, NOS (sono inoltre importanti cofattori come la biopterina che, in caso di assenza, determinano la formazione di radicali liberi anziché di NO). Ad oggi sono state identificate tre isoforme dell’enzima (che funzionano solo se associate in omodimeri):

·         nNOS (NOS I): la NOS neuronale è presente nel SNC, nel SNP, nel muscolo scheletrico, nelle isole pancreatiche, nell’epitelio gastrico e polmonare e nelle cellule della macula densa renale

·         iNOS (NOS II): la NOS inducibile è presente nelle cellule dello stipite monocito-macrofagico ma può essere indotta in tutte le cellule attivabili da citochine e prodotti di derivazione batterica quali l’endotelio, il muscolo liscio, il muscolo cardiaco, i cheratinociti e gli epatociti (iNOS quindi, a differenza dell’eNOS e della nNOS che sono espresse a livelli basali nelle cellule, è indotta da stimoli specifici)

·         eNOS (NOS III): localizzata non solo a livello endoteliale (dove è stata scoperta) ma anche in molte altre linee cellulari

Tutte e tre le forme legano il complesso Ca²⁺-calmodulina e possono funzionare solo in presenza di tale complesso. Nel caso di nNOS ed eNOS, quando il Ca²⁺ torna a livelli basali, il complesso si dissocia e l’enzima ritorna inattivo. A causa di piccole differenze nel sito di legame invece, il complesso iNOS/Ca²⁺- calmodulina è praticamente inscindibile anche a basse concentrazioni del catione. Questa differenza è molto importante: nNOS ed eNOS (NOS costitutive) generano NO in modo regolato, non continuo e a concentrazioni nanomolari, mentre iNOSgenera NO in modo continuo nel tempo e a concentrazioni che spesso raggiungono il micromolare.

A concentrazioni nanomolari NO agisce con certezza su due bersagli intracellulari:

·         Attiva la guanilato ciclasi: l’attivazione della guanilato ciclasi determina un aumento della produzione di cGMP che a sua volta comporta una riduzione del Ca²⁺ nella cellula muscolare e quindi induce il rilasciamento muscolare (effetto vasodilatatore). Questo meccanismo permette quindi un importante controllo a feedback negativo tra i sistemi dell’NO ed il Ca²⁺: la generazione di NO, stimolata dall’aumento della concentrazione di Ca²⁺ (l’Ach infatti, a livello muscolare induce un aumento di Ca²⁺ che attiva eNOS; questo meccanismo spiega come mai, se si asporta l’endotelio, l’Ach determina, proprio per l’aumento della concentrazione di Ca²⁺, una contrazione delle cellule muscolari lisce vasali), limita a sua volta questo aumento

·         Inibisce la citocromo c ossidasi: in condizioni di ipossia la cellula reagisce riducendo il consumo di ossigeno e quindi la sintesi di ATP; questo porta a un rallentamento dei processi metabolici e quindi a un ridotto consumo di energia. Questo controllo interno della respirazione è esercitato dalla cellula a livello della citocromo c ossidasi, il complesso terminale della catena di trasporto mitocondriale cui si lega l’ossigeno che viene “consumato” durante la respirazione. NO è il messaggero intracellulare responsabile della regolazione dell’attività della citocromo c ossidasi, costituendo con essa il sensore intracellulare per l’ossigeno. NO esercita questo controllo perché si lega reversibilmente alla citocromo c ossidasi sullo stesso sito in cui si lega l’ossigeno, e con simile affinità. Questo porta a competizione tra i due gas per l’enzima. In condizioni di normossia tissutale il legame dell’NO è sfavorito e la respirazione procede normalmente. Al calare della concentrazione di ossigeno il legame dell’NO alla citocromo c ossidasi è favorito, l’enzima riduce la sua attività e di conseguenza la respirazione rallenta. Due sono le conseguenze biologiche di questa regolazione: da un lato si riduce progressivamente e in modo graduale la funzionalità mitocondriale, il che induce la cellula ad utilizzare la via glicolitica per produrre energia in anaerobiosi; dall’altro si ridistribuisce l’ossigeno che, non legandosi più alla citocromo c ossidasi, può essere veicolato ad altre cellule nell’intorno, ritardandone l’ingresso nella fase ipossica. Oltre a questo aspetto, NO promuove anche la biogenesi di mitocondri (particolarmente nel muscolo scheletrico e nel sistema nervoso). Questo meccanismo, unitamente alla riduzione dell’attività mitocondriale mediata dall’inibizione della citocromo c ossidasi, fa sì che ci siano più mitocondri funzionanti a minor regime, riducendo quindi la produzione di radicali liberi e migliorando l’accoppiamento della respirazione cellulare con la sintesi di ATP (essendo la respirazione più efficiente in presenza di NO, si spiega come mai deficit congeniti di NOS siano spesso associati a sindrome metabolica oltre a spiegare come mai si tende ad ingrassare quando si smette di fumare)

A concentrazioni micromolari, NO agisce nitrosilando le proteine (in condizioni di infiammazione, l’aumento di iNOS determina una formazione eccessiva di NO che, unitamente alla produzione di radicale superossido formatosi fisiologicamente nel mitocondrio, determina la formazione dell’anione perossinitrito, fortissimo agente ossidante e nitrosilante).

Tra gli effetti dell’NO ne vanno sicuramente ricordati alcuni:

·         Effetti a livello dell’apparato cardiovascolare: importante effetto vasodilatatore (mediato dall’induzione della guanilato ciclasi). La vasodilatazione contribuisce a ridurre la pressione arteriosa e contrasta l’aggregazione piastrinica (nel complesso quindi svolge un’azione cardioprotettiva)

·         Effetti a livello del SNC e del SNP: l’NO modula la plasticità sinaptica e la memoria (modula la trasmissione sinaptica e quindi anche LTP e LTD, fenomeni alla base della plasticità sinaptica). Riguardo le LTP, il rilascio di glutammato alla presinapsi genera NO nella postsinapsi, attraverso una via che coinvolge i recettori-canale AMPA e NMDA (coinvolti pesantemente in questi meccanismi), l’NO così generato diffonde nella presinapsi ed attiva la guanilato ciclasi. L’aumento dei livelli di cGMP determina, mediante l’attivazione di chinasi specifiche, l’aumento della secrezione di neurotrasmettitore, meccanismo alla base degli effetti modulatori sull’attività sinaptica. Oltre a questi effetti, un’abnorme attivazione della via metabolica L-arginina-NO è alla base della comparsa di sindrome emicraniche sia con che senza aura (si possono usare antagonisti delle NOS nel trattamento di varie forme di emicrania)

·         Effetti a livello dell’apparato muscolare: NO controlla la fisiologia e la riparazione del muscolo scheletrico. Regolando l’accoppiamento eccitazione-contrazione, l’NO minimizza il danno muscolare durante la contrazione stessa. Inoltre, l’NO è in grado di accoppiare l’accrescimento del fabbisogno energetico con un’accresciuta disponibilità di energia mediante l’induzione della vasodilatazione (quindi aumenta il flusso di ossigeno e nutrienti). NO gioca anche un ruolo rilevante nella miogenesi e nella riparazione muscolare. Questa azione viene svolta in buona parte dalle cellule satelliti, cellule indifferenziate residenti quiescenti nel muscolo scheletrico adulto che si attivano in seguito a danno muscolare per rimodellare e riparare il tessuto danneggiato. L’attivazione di queste cellule è promossa dall’aumento di cGMP indotto dall’NO. Un’alterazione del sistema dell’NO sembra contribuire ai meccanismi patogenetici alla base di alcune distrofie muscolari

·         Effetti a livello del sistema immunitario: NO regola, mediante la produzione di radicali, il processo di attivazione immunitaria contro agenti patogeni

Le più importanti classi di farmaci (agenti sul sistema NO) utilizzate in clinica comprendono:

·         NO: l’NO, sottoforma di gas, viene utilizzato nel trattamento dell’ipertensione polmonare e nella sindrome da distress respiratorio acuto (agendo come vasodilatatore e broncodilatatore)

·         Sodio nitroprussiato: si tratta di una molecola a rapida azione ed emivita molto breve (4 minuti) utilizzata soprattutto nelle emergenze (IMA). Pur contenendo cianuro, questa sostanza, se usata in acuto, non dà tossicità. L’effetto avverso più frequente, anche se raro, è l’ipotensione

·         Nitroglicerina (nitrato organico): farmaco con effetto più lento del nitroprussiato (ma comunque abbastanza rapido), è utilizzato per l’angina (somministrazione sublinguale o mediante cerotto) in quanto, vasodilatando il circolo periferico, riduce il lavoro cardiaco. È un farmaco soggetto al fenomeno della tolleranza, per cui solitamente si evita la somministrazione per circa 8 ore al giorno (sarebbe meglio sospenderlo di notte, quando il cuore è più a riposo, tuttavia spesso si sospende per 8 ore durante il giorno, in modo tale che il paziente possa accorgersi di eventuali effetti avversi). Gli effetti avversi comprendono ipotensione e cefalea (la cefalea da vasodilatazione generalmente si risolve in una settimana, in caso contrario si consiglia la sospensione del trattamento)

·         Inibitori della 5 fosfodiesterasi: questi farmaci inibiscono la fosfodiesterasi determinando un’elevazione del cGMP e quindi una vasodilatazione. Il capostipite di questa classe è il sildenafil (Viagra), farmaco efficace nella terapia dell’impotenza maschile (vasodilata i vasi post-capillari accrescendo i corpi cavernosi e quindi l’erezione peniena) che ha stimolato la ricerca di altre molecole simili, quali vardenafil (Levitra) e tadalafil (Cialis). L’applicazione degli inibitori della 5 fosfodiesterasi è stata poi ampliata, sildenafil e tadalafil sono stati approvati per il trattamento dell’ipertensione polmonare