En los últimos años, un conocimiento más profundo de la regulación del músculo liso del pene ha permitido conocer mejor la fisiología de la función eréctil normal y de la disfunción eréctil (DE), así como la introducción de los inhibidores de la fosfodiesterasa (PDE) para el tratamiento de la DE. El inhibidor oral de la PDE5, el sildenafilo, ha demostrado ser un tratamiento seguro y eficaz para este trastorno y ha fomentado la investigación de los mecanismos subyacentes de estos fármacos. Este artículo revisará las vías bioquímicas implicadas en la erección, el papel de la PDE5 en estas vías y los mecanismos moleculares implicados en la actividad de la PDE.
La erección peneana es el resultado de la relajación del músculo liso del pene. El proceso está mediado por un reflejo espinal e incorpora estímulos sensoriales y mentales. El equilibrio entre los factores que estimulan la contracción y la relajación determina el tono de la vasculatura del pene y del músculo liso del cuerpo cavernoso.
En los primates, incluido el ser humano, la vía L-arginina-óxido nítrico-guanilil ciclasa-guanosina monofosfato cíclico (GMPc) es el mecanismo clave de la erección del pene1,2,3,4 (Figura 1). El óxido nítrico (NO) se produce a partir del oxígeno y la L-arginina bajo el control de la óxido nítrico sintasa (NOS). La excitación sexual estimula las vías neurales que dan lugar a la liberación de NO desde los nervios y las células endoteliales directamente en el pene. El NO penetra en el citoplasma de las células musculares lisas y se une a la guanilil ciclasa. La interacción del NO con la guanilil ciclasa provoca un cambio conformacional en esta enzima, que da lugar a la producción catalítica de 3′-5′-guanosina monofosfato cíclico a partir de guanosina 5′-trifosfato. El GMP cíclico es el desencadenante intracelular de la erección del pene. El GMP cíclico activa la proteína quinasa dependiente del GMPc (PKG), que a su vez fosforila varias proteínas. Estas interacciones de la proteína quinasa dan lugar a la reducción de los niveles de calcio intracelular y a la consiguiente relajación del músculo liso arterial y trabecular, lo que conduce a la dilatación arterial, la constricción venosa y la rigidez de la erección del pene.
Vía del óxido nítrico-CGMP para la relajación del músculo liso.
Dado que el GMPc desempeña un papel clave en este proceso, las posibles intervenciones para la relajación inadecuada del músculo liso incluyen el aumento del nivel de GMPc intracelular. La PDE5 normalmente inhibe la erección del pene al degradar el GMPc. Esta degradación se produce en el sitio catalítico en presencia de zinc unido. Los inhibidores de la PDE5 disminuyen la actividad de la PDE5 al competir con el GMPc y, por consiguiente, aumentan el nivel de GMPc. En ausencia de estimulación de la vía del NO, la inhibición de la PDE5 es ineficaz. En tiras aisladas de cuerpos cavernosos, el sildenafilo relaja el músculo liso amplificando los efectos de los mecanismos de relajación endógenos normales dependientes del GMPc, pero produce poco efecto en ausencia de un donante de NO.5
Dado que la excitación sexual estimula esta vía específicamente en el pene, los inhibidores de la PDE5 tienen un efecto relativamente pequeño en el músculo liso de otros tejidos.
La PDE5 es la fosfodiesterasa predominante en los cuerpos cavernosos. Sin embargo, se han identificado al menos 11 familias de PDE en los mamíferos6,7,8,9 (Figura 2, Tabla 1). Algunos tipos de PDE están asociados a más de un gen y algunos ARNm presentan dos o más variantes de empalme; el resultado son más de 50 especies de PDE. Algunos tipos de PDE son específicos para el monofosfato de adenosina cíclico (AMPc) o el GMPc, y algunos degradan ambos. La PDE11, por ejemplo, degrada tanto el AMPc como el GMPc, mientras que la PDE4 es específica para el AMPc y la PDE5 es específica para el GMPc. La reactividad cruzada de los inhibidores de la PDE puede atribuirse en gran medida a las similitudes de su dominio catalítico homólogo. Se ha detectado ARN mensajero en el tejido del cuerpo cavernoso humano para las isoformas de PDE humanas: PDE1A, PDE1B, PDE1C, PDE2A, PDE3A, PDE4A, PDE4B, PDE4C, PDE4D, PDE5A, PDE7A, PDE8A y PDE9A.10 La mayoría de las PDE de mamíferos son dímeros, pero se desconoce la importancia funcional de esta dimerización. Algunas, como la PDE5, tienen dos subunidades idénticas (homodímeros), y otras, como la PDE6, tienen dos subunidades diferentes (heterodímeros).
Familias de fosfodiesterasas.
Las PDEs también difieren en la naturaleza del dominio regulador de la enzima y en el papel de la fosforilación. En todos los casos, el dominio catalítico se localiza hacia el extremo carboxilo, y el dominio regulador hacia el extremo amino. Un fragmento monomérico de la PDE5 conserva las características catalíticas esenciales de la enzima dimérica completa.11 Los dominios reguladores difieren entre los subtipos. Por ejemplo, en la PDE1, la unión del calcio regula la enzima. La fosforilación es importante para algunos, incluida la PDE5. Algunas tienen uno o más dominios GAF, que se unen al GMPc en la PDE5 y, por tanto, representan sitios alostéricos (no catalíticos). Además de su sitio catalítico selectivo para el GMPc, la PDE5 contiene dos sitios alostéricos potenciales de unión al GMPc y al menos un sitio de fosforilación para la PKG en cada subunidad12,13 (Figura 3). El GMPc puede unirse a los sitios alostéricos de unión de la PDE5, y la ocupación por el GMPc de uno o ambos sitios estimula el sitio catalítico para el GMPc. La ocupación del sitio de unión alostérica por el GMPc altera la conformación de la PDE5, lo que expone un sitio de fosforilación (serina-92 en la enzima bovina, serina-102 en la enzima humana). La fosforilación de la PDE5 por la proteína quinasa G (PKG) aumenta la actividad enzimática así como la afinidad de los sitios alostéricos de la PDE5 por el GMPc.14,15 Se ha demostrado que el nivel de actividad enzimática aumenta paralelamente a la fosforilación, y el aumento de la actividad suele ser de aproximadamente 1,6 veces.
Estructura de la PDE5.
En la aorta de rata y en las células musculares lisas humanas, la activación de la PKG por el 8-Br-cGMP conduce a la fosforilación y activación de la PDE5, mientras que el 8-Br-cAMP no tiene ningún efecto.16,17 Esto representa un control de retroalimentación negativa en las células musculares lisas, ya que la elevación del GMPc estimula la degradación del GMPc. El bloqueo de este mecanismo de retroalimentación negativa mediante la ocupación del sitio catalítico es en parte responsable del efecto de los inhibidores de la PDE5 sobre la erección del pene.
Dado que elevan el nivel de GMPc, los inhibidores de la PDE5 potencian sus propias acciones, ya que la unión del GMPc al sitio alostérico estimula una mayor unión del inhibidor de la PDE5 al sitio catalítico. Se cree que cada inhibidor de la PDE5 presenta el mismo mecanismo, pero esto no se ha establecido.
Varios mecanismos de retroalimentación negativa entran en juego para reducir el nivel de GMPc cuando éste es elevado. El aumento de la degradación se produce simplemente por el efecto de acción de la masa (es decir, el aumento de la disponibilidad de sustrato para la PDE5.) Además, la PKG fosforila la PDE5, provocando su activación. Esto resulta en una degradación aún mayor del GMPc. La fosforilación también aumenta la unión de la PDE5 al sitio alostérico del GMPc, lo que hace que haya menos GMPc disponible para activar la PKG. Por último, el aumento de la unión del GMPc al sitio alostérico estimula la degradación del GMPc por el sitio catalítico de la PDE5 y aumenta aún más la fosforilación de esta enzima.
En conclusión, las propiedades moleculares y farmacológicas específicas dotan a los inhibidores individuales de la PDE5 de características únicas. Debido a estas distinciones, los inhibidores selectivos de la PDE5 son prometedores para aplicaciones farmacológicas innovadoras. Sin embargo, todavía hay que responder a importantes cuestiones sobre las propiedades y la función de los inhibidores de la PDE. Por ejemplo:
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¿Afecta la fosforilación de la PDE5 a la unión de los inhibidores, como el vardenafilo y el tadalafilo?
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¿Aumenta la unión del inhibidor a la molécula de la PDE5 cuando ésta está fosforilada?
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¿Aumenta la unión del inhibidor a la molécula de la PDE5 cuando el GMPc se une a sus sitios alostéricos?
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¿Se retrasa la eliminación de los inhibidores de la PDE5 de las células del músculo liso por la estrecha unión de estos inhibidores a la PDE5 en las células?
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