Nos últimos anos, uma compreensão mais profunda da regulação do músculo liso do pénis levou a uma maior compreensão da fisiologia da função eréctil normal e da disfunção eréctil (DE), bem como à introdução de inibidores da fosfodiesterase (PDE) para o tratamento da DE. O inibidor oral de PDE5- sildenafil – provou ser um tratamento seguro e eficaz para esta desordem e fomentou mais investigação sobre os mecanismos subjacentes de tais drogas. Este artigo irá rever as vias bioquímicas envolvidas na erecção, o papel da PDE5 nestas vias, e os mecanismos moleculares envolvidos na actividade da PDE.
p>Eracção peniana resulta do relaxamento do músculo liso do pénis. O processo é mediado por um reflexo espinhal e incorpora estímulos sensoriais e mentais. O equilíbrio entre os factores que estimulam a contracção e o relaxamento determina o tónus da vasculatura peniana e o músculo liso do corpus cavernosum.
Em primatas, incluindo humanos, a via L-argininina-nítrico óxido de guanosina cicla-cíclico monofosfato (cGMP) é o mecanismo chave da erecção peniana1,2,3,4 (Figura 1). O óxido nítrico (NO) é produzido a partir de oxigénio e L-arginina sob o controlo da óxido nítrico sintetase (NOS). A excitação sexual estimula as vias neurais que resultam na libertação de NO dos nervos e células endoteliais directamente para o pénis. O NO penetra no citoplasma das células musculares lisas e liga-se à guanylyl ciclase. A interacção do NO com a guanilil ciclase causa uma alteração conformacional nesta enzima, que resulta na produção catalítica de 3′-5′- guanosina monofosfato cíclico a partir da guanosina 5′-trifosfato. O GMP cíclico é o gatilho intracelular para a erecção peniana. O GMP cíclico activa a proteína quinase dependente de cGMP (PKG), que por sua vez fosforilatos várias proteínas. Estas interacções proteicas cinase resultam em níveis reduzidos de cálcio intracelular e um consequente relaxamento do músculo liso arterial e trabecular, levando a dilatação arterial, constrição venosa, e à rigidez da erecção peniana.
P>Percurso de óxido nítrico para relaxamento do músculo liso.
Desde que o cGMP desempenha um papel fundamental neste processo, as intervenções potenciais para relaxamento muscular liso inadequado incluem o aumento do nível de cGMP intracelular. O PDE5 inibe normalmente a erecção peniana ao degradar o cGMP. Esta degradação ocorre no local catalítico na presença de zinco ligado. Os inibidores de PDE5 reduzem a actividade da PDE5 ao competir com o cGMP e consequentemente aumentam o nível de cGMP. Na ausência de estimulação da via NO, a inibição da PDE5 é ineficaz. Em tiras isoladas do corpus cavernosum, a sildenafil relaxa o músculo liso, amplificando os efeitos dos mecanismos de relaxamento normais e endógenos do cGMP, mas produz pouco efeito na ausência de um doador de NO.5
Desde que a excitação sexual estimula esta via especificamente no pénis, os inibidores de PDE5 têm um efeito relativamente pequeno no músculo liso noutros tecidos.
PDE5 é a fosfodiesterase predominante no corpus cavernosum. Contudo, pelo menos 11 famílias de PDE foram identificadas em mamíferos6,7,8,9 (Figura 2, Quadro 1). Alguns tipos de PDE estão associados a mais de um gene e alguns mRNAs apresentam duas ou mais variantes de emendas; o resultado é mais de 50 espécies de PDE. Alguns tipos de PDE são específicos para adenosina monofosfato cíclico (cAMP) ou cGMP, e alguns degradam ambos. PDE11, por exemplo, degrada tanto cAMP como cGMP, enquanto que PDE4 é específico para cAMP, e PDE5 é específico para cGMP. A reactividade cruzada dos inibidores de PDE pode ser atribuída em grande parte a semelhanças do seu domínio catalítico homólogo. O RNA mensageiro foi detectado no tecido do corpus cavernosum humano para as isoformas de PDE humana-_PDE1A, PDE1B, PDE1C, PDE2A, PDE3A, PDE4A, PDE4B, PDE4C, PDE4D, PDE5A, PDE7A, PDE8A, e PDE9A.10 A maioria dos PDEs mamíferos são dímeros, mas o significado funcional desta dimerização é desconhecido. Alguns, como PDE5, têm duas subunidades idênticas (homodímeros), e outros, como PDE6, têm duas subunidades diferentes (heterodímeros).
famílias de fosfodiesterase.
Os PDE também diferem na natureza do domínio regulador da enzima e no papel da fosforilação. Em todos os casos, o domínio catalítico está localizado em direcção ao terminal carboxil, e o domínio regulador está localizado em direcção ao terminal amino. Um fragmento monomérico de PDE5 mantém as características catalíticas essenciais da enzima dimérica de comprimento total.11 Os domínios reguladores diferem entre subtipos. Por exemplo, em PDE1, a ligação do cálcio regula a enzima. A fosforilação é importante para alguns, incluindo a PDE5. Alguns têm um ou mais domínios GAF, que ligam cGMP em PDE5 e assim representam sítios alostáricos (não-catalíticos). Além do seu sítio catalítico selectivo de cGMP, o PDE5 contém dois sítios potencialmente aglutinantes de cGMP alostárico e pelo menos um sítio de fosforilação para PKG em cada subunidade12,13 (Figura 3). cGMP pode ligar-se a sítios aglutinantes alostáricos de PDE5, e a ocupação de cGMP de um ou ambos estes sítios estimula o sítio catalítico para cGMP. A ocupação do sítio de ligação alérgica pelo cGMP altera a conformação do PDE5, que expõe um sítio de fosforilação (serine-92 na enzima bovina, serine-102 na enzima humana). A fosforilação de PDE5 por proteína quinase G (PKG) aumenta a actividade enzimática, bem como a afinidade dos sítios alostéricos de PDE5 para cGMP.14,15 Foi demonstrado que o nível de actividade enzimática aumenta em paralelo com a fosforilação, e o aumento de actividade é tipicamente cerca de 1,6 vezes.
Na aorta de rato e células musculares lisas humanas, a activação do PKG por 8-Br-cGMP leva à fosforilação e activação do PDE5, enquanto que o 8-Br-cAMP não tem efeito.16,17 Isto representa um controlo de feedback negativo nas células musculares lisas, uma vez que a elevação do cGMP estimula a degradação do cGMP. O bloqueio deste mecanismo de feedback negativo por ocupação do sítio catalítico é parcialmente responsável pelo efeito dos inibidores de PDE5 na erecção peniana.
Desde que aumentem o nível de cGMP, os inibidores de PDE5 potenciam as suas próprias acções, uma vez que a ligação do cGMP ao sítio alostórico estimula uma maior ligação do inibidor de PDE5 ao sítio catalítico. Pensa-se que cada inibidor de PDE5 exibe o mesmo mecanismo, mas isto ainda não foi estabelecido.
p>Mecanismos de feedback negativo inevitável entram em acção para baixar o nível de cGMP quando este é elevado. O aumento da degradação ocorre simplesmente por efeito de acção em massa (ou seja, maior disponibilidade de substrato para PDE5.) Também, os fosforilatos de PKG PDE5, provocando a sua activação. Isto resulta numa degradação ainda maior do cGMP. A fosforilação também aumenta a ligação do PDE5 ao sítio alostórico de cGMP, o que torna menos cGMP disponível para activação do PKG. Finalmente, o aumento da ligação do cGMP ao sítio alostórico estimula a degradação do cGMP pelo sítio catalítico de PDE5 e aumenta ainda mais a fosforilação desta enzima.
Em conclusão, propriedades moleculares e farmacológicas específicas conferem aos inibidores individuais de PDE5 características únicas. Devido a estas distinções, os inibidores selectivos de PDE5 são promissores para aplicações farmacológicas inovadoras. Contudo, questões importantes sobre as propriedades e função dos inibidores de PDE5 ainda precisam de ser respondidas. Por exemplo:
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A fosforilação da PDE5 afecta a ligação dos inibidores, tais como vardenafil e tadalafil?
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A ligação dos inibidores à molécula de PDE5 aumenta quando a PDE5 é fosforilada?
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A ligação dos inibidores à molécula de PDE5 aumenta quando o GMPc se liga aos seus locais alostéricos?
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A libertação dos inibidores de PDE5 das células musculares lisas é atrasada pela ligação apertada destes inibidores à PDE5 nas células?