RESISTENCIA A LA QUIMIOTERAPIA

Fármacos Oncológicos
Tema 1 .- Principios básicos de la farmacología
oncológica
Capítulo 1.3. RESISTENCIA A LA QUIMIOTERAPIA
Autor: Eduard Fort
Farmacéutica del Servicio de Farmacia del Institut Català d’Oncologia.
L’Hospitalet de Llobregat (Barcelona)
Introducción
Como se ha visto en los capítulos anteriores, el objetivo principal de la
quimioterapia es conseguir la mayor tasa de muerte celular y con ello la
curación de la enfermedad siempre que sea posible, y en caso de no ser
posible aumentar la supervivencia de los pacientes. Para ello, es necesario
lograr que los diferentes fármacos utilizados en el tratamiento, lleguen en la
mayor cantidad posible en su forma activa al interior de la célula, para poder
actuar sobre su molécula diana. La mayoría de los tumores, ya sea de forma
innata
o
adquirida,
terminan
siendo
resistentes
a
múltiples
agentes
quimioterápicos, con estructura química y mecanismos de acción diferentes,
por un fenómeno que se conoce como multiresistencia
Los mecanismos de resistencia se podrían clasificar en dos grandes
grupos: aquellos mediados por factores intracelulares y aquellos debidos a
fenómenos extracelulares. Ambos mecanismos de resistencia, no tienen
porque ser independientes entre si. Estos mecanismos han sido estudiados
extensamente y aunque que mucha de la información disponible procede de
estudios in vitro, cada vez son mas los estudios publicados a nivel cínico, que
tratan de determinar la verdadera repercusión clínica de los fenómenos de
resistencia en los pacientes con cáncer tratados con quimioterapia.
FACTORES EXTRACELULARES
Muchos de los fármacos antineoplásicos utilizados en la práctica cínica
habitual, son moléculas de bajo peso molecular que entran en la célula por un
proceso de difusión pasiva a través de la membrana plasmática, siendo esta
difusión mayor cuanto mayor es la concentración extracelular del fármaco en
cuestión. Es por ello que cualquier situación clínica, genética o patológica que
disminuya la concentración extracelular de un fármaco puede repercutir en
una menor concentración intracelular y en una menor efectividad de los
tratamientos
Existen 2 grandes grupos de
factores extracelulares que podrían
contribuir a la disminución de la concentración intracelular de los fármacos:
a) Relacionado con el aclaramiento plasmático.
b) Derivados de la existencia de barreras fisiológicas
A) Aclaramiento plasmático
Por aclaramiento plasmático se conoce al conjunto de todos aquellos
procesos que contribuyen a la eliminación, en este caso, de los fármacos. El
aclaramiento plasmático, se produce mayoritariamente después de la
biotransformación del fármaco a través del metabolismo hepático, renal, y en
mucho menor grado por el resto de órganos fisiológicos, de forma que se
podría expresar mediante la siguiente expresión
CL = CL renal + CL hepático + CL resto
Muchos de los agentes antineoplásicos son metabolizados, previa a su
eliminación, a través del metabolismo hepático. Existen 2 tipos fundamentales
de reacciones metabólicas:
-
Reacciones fase I: La estructura molecular del fármaco es
modificada mediante la introducción de grupos reactivos a través de
reacciones de oxidación, reducción o hidrólisis, cuyo objetivo es aumentar la
polaridad del fármaco, facilitando su eliminación. Las reacciones de fase I más
frecuentes son las de oxidación, que se catalizan mediante la acción de
oxigenasas de función mixta, cuyo sistema mas importante es el citocromo p450 mono-oxigenasa.
-
Reacciones fase II: Suelen ser reacciones de conjugación que por
regla general, inactivan el fármaco. Estas reacciones suelen darse sobre el
grupo reactivo introducido en las reacciones fase I, con ácido glucurónico,
sulfatos, acetatos, metilos, glutation o aminoácidos.
El citocromo p-450 corresponde a un grupo de isoenzimas responsables
del metabolismo de muchos fármacos. Dentro de este complejo enzimático,
las isoenzimas más conocidas y con mayor implicación a nivel del metabolismo
de fármacos corresponden a las familias CYP1, CYP2 y CYP3. Es especialmente
relevante, el papel de las isoenzimas CYP3A4 y CYP3A5, responsable del
metabolismo de un 50% de los fármacos, aproximadamente.
La práctica diaria en el manejo de los pacientes en tratamiento
farmacológico permite diferenciar 2 grandes grupos de pacientes, en función
de su capacidad metabolizadota:
Metabolizadores rápidos: son aquellos pacientes en los que el
fármaco
es
rápidamente
eliminado
del
compartimiento
plasmático,
disminuyendo las concentraciones plasmáticas, pudiendo disminuir su eficacia.
-
Metabolizadotes lentos: son aquellos pacientes en los que el
fármaco tiende a acumularse en la sangre porque es lentamente eliminado,
pudiendo dar mayor toxicidad, porque es lentamente eliminado del
compartimento plasmático, dando lugar a concentraciones mayores de las
terapéuticas que se pueden relacionar con la aparición de toxicidad
Las diferencias interindividuales, tanto cuantitativas como cualitativas
en cuanto a la actividad intrínseca de las distintas isoformas de los complejos
enzimáticos, podrían explicar la distinta capacidad metabolizadora de
fármacos entre pacientes
Sin embargo, a parte de estas diferencias polimórficas entre individuos,
ciertos fármacos son capaces de estimular o inhibir la actividad de estas
enzimas, de forma que todos aquellos medicamentos con capacidad de
estimular la actividad de las isoenzimas implicadas en el metabolismo hepático
de
un
fármaco
citostático,
aumentarán
su
aclaramiento
plasmático,
disminuyendo su concentración plasmática, y en consecuencia su actividad.
B) Barreras Fisiológicas
Los tumores de localización en zonas poco vascularizadas o que se
encuentran en zonas delimitadas por barreras fisiológicas como sería la barrera
hematoencefálica (tumores del sistema nervioso central), así como la
presencia de tejido intersticial tumoral como el colágeno, pueden dificultar la
difusión del fármaco hacia el lecho tumoral y en consecuencia impedir que se
alcancen los niveles terapéuticos del fármaco en el lugar de acción
FACTORES INTRACELULARES
Con independencia de la cinética del crecimiento celular, las células
tumorales son capaces de desarrollar una serie de mecanismos de defensa
ante la quimioterapia, como consecuencia de la elevada tasa de mutaciones
que pueden presentar. Estos mecanismos de resistencia intracelular podrían
agruparse en 4 grandes subgrupos:
a) Naturaleza tumoral
b) Disminución de la concentración intracelular del fármaco en su forma
activa a nivel de su diana molecular
c) Alteraciones cualitativas o cuantitativas de la diana molecular
d) Bloqueo de la muerte celular, conocido como apoptosis
-
A) NATURALEZA TUMORAL
Tal como se ha explicado anteriormente, aquellos tumores con una
mayor velocidad de crecimiento, son en general, aquellos que tiene una
mayor sensibilidad a los diferentes tratamientos quimioterápicos utilizados, ya
que sus células tumorales están en división de forma continua. Aquellos
tumores que son de crecimiento lento, en cambio, serán menos sensibles a los
fármacos citostáticos y, por tanto, podrían considerarse mas resistentes al
tratamiento.
B) DISMINUCIÓN INTRACELULAR DEL FÁRMACO
Es uno de los mecanismos más frecuentes de resistencia a diferentes
agentes antineoplásicos y puede ser explicado por diferentes causas:
• Disminución de la activación del fármaco
Determinados fármacos citostáticos son administrados en forma
de
profármacos, que
deben
ser
activados
mediante
la
acción de
determinadas enzimas celulares, para dar lugar a la forma activa. Este es el
caso de fluorouracilo que debe ser previamente fosforilado por acción de la
dihidropiridina-deshidrogenada (DPD) dando lugar a los derivados mono-, bi- y
tr-fosfato, que son realmente la forma activa del fármaco, inhibiendo la
enzima timidilato-sintetasa (TS) y la incorporación de nuevas moléculas en la
cadena de RNA (Figura 1); esta activación también es necesaria en el caso de
citarabina por acción de la deoxiciticin-kinasa, y en otros fármacos como
irinotecán, ciclofosfamida y 6-mercaptopurina. La disminución de estas
actividades de activación enzimática, conlleva una disminución en los niveles
intracelulares del fármaco en su forma activa, de modo que la célula será más
resistente.
Figura 1. Activación de Fluorouracilo (5-FU).
Dihidropiridina-deshidrogenasa
• Expulsión del fármaco
La falta de sensibilidad de las células tumorales a determinados
fármacos por expulsión del mismo hacia la matriz extracelular, es uno de los
mecanismos más estudiados en la actualidad. Este fenómeno de expulsión del
fármaco esta relacionado con la actividad de determinadas proteínas
transportadoras. Hasta la fecha se han identificado 3 : gpP (glicoproteina P),
Mrp (proteína asociada a resistencia a múltiples fármacos) y Brcp (proteína
asociada a resistencia en cáncer de mama).
La resistencia relacionada con el papel de gpP es la más extensamente
estudiada. Se trata de una glucoproteína de membrana codificada por un
gen conocido como MDR1, localizado en el cromosoma 7, que actúa como
una bomba de expulsión ATP-dependiente, disminuyendo la concentración
intracelular de fármaco. La expresión de esta proteína determina un fenotipo
tumoral celular resistente a varios fármacos: alcaloides de la vinca,
epipodofilotoxinas, taxanos y antraciclinas. Esta proteína se puede expresar de
forma innata o bien en determinados procesos neoplásicos su expresión puede
inducirse
por
el
tratamiento
con
quimioterapia,
hormonoterapia
o
radioterapia. Su expresión se ha relacionado con una peor respuesta al
tratamiento y un peor pronóstico en una gran variedad de tumores, como,
sarcomas, cáncer de mama, colon, ovarios, mesoteliomas, osteosarcomas,
etc....
Por su parte, las proteínas Mrp, son una familia de proteínas
transmembrana
que
se
pueden
localizar
tanto
en
la
membrana
citoplasmática como en la membrana del retículo endoplasmático. Son
capaces de transportar aniones orgánicos y moléculas neutras, conjugadas o
no, con glutation, glucuronatos y sulfatos, hacia el exterior de la célula. Se han
descrito conocen varias proteínas de esta familia:
-
Mrp1: mayor afinidad para aniones orgánicos y algunos autores la
relacionan con la resistencia a cisplatino.
-
Mrp2: relacionada con la resistencia a irinotecán y mitoxantrona
-
Mrp3: asociada a la resistencia a doxorubicina, vincristina, etopósido,
cisplatino y metotrexato
-
Mrp4: su aumento se asocia a resistencia a antivíricos contra el VIH y
se piensa que puede estar relacionada con la resistencia a análogos
de nucleótidos como la 6-mercaptopurina o la tioguanina.
-
Mrp5: transportador de moléculas conjugadas con glutation
-
Mrp6: asociada a la resistencia de etopósido
-
Mrp8: asociada a la resistencia de fluorouracilo
Finalmente, parece que la Brcp, codificada por el gen ABCG2, confiere
elevada resistencia a diferentes familias de fármacos antineoplásicos con
estructuras químicas y mecanismos de acción muy diferentes como serían las
antraciclinas (daunorubicina, doxorubicina), mitoxantrona, los inhibidores de la
topoisomerasa I, imatinib y metotrexate.
• Secuestro y variaciones en el transporte intracelular
Se han detectado cambios en la distribución intracelular de
algunos agentes quimioterápicos, como cisplatino y doxorrubicina por
alteraciones en el transporte nuclear y por su secuestro intracelular en
pseudos-vesículas citoplasmáticas. No se sabe con exactitud el mecanismo a
través del cual se producen estos fenómenos, aunque parece ser que algunas
proteínas como gpP, Mrp u otra proteína conocida como Lrp, podrían jugar
un papel fundamental en el secuestro de diferentes fármacos. En algunos
estudios in vitro se ha relacionado la expresión de Lrp con resistencia a
múltiples fármacos como melfalán, sales de platino, doxorubicina, vincristina,
etopósido i docetaxel
• Alteración del metabolismo intracelular
Después de que un fármaco haya alcanzado el interior de la
célula, éste puede ser inactivado ya sea por reacciones de oxidación o de
conjugación. En ambos tipos de reacciones se obtienen moléculas más
hidrófilas que las originales siendo mas fácil su eliminación. La principal
molécula implicada en las reacciones de conjugación a nivel intracelular es el
glutation (GSH) que se une a varios fármacos gracias a la acción de una
enzima, la glutation-S-transferasa. Una vez los compuestos están conjugados,
deben ser eliminados de la célula a través de unas bombas especificas,
llamadas bombas GS-X. La sobrexpresión tanto de la enzima como del GSH,
conlleva una disminución del fármaco activo a nivel intracelular, lo cual se
asociaría a una menor respuesta a los tratamientos. Este mecanismo de
sobrexpresión, se ha asociado con la resistencia a cisplatino en el cáncer de
pulmón, así como la resistencia a antraciclinas, agentes alquilantes (melfalán),
ciclofosfamida, tiotepa, o carmustina, a diferentes tumores.
C) ALTERACIONES DE LA DIANA MOLECULAR
Para que un fármaco sea efectivo éste debe actuar de forma selectiva
y específica sobre un determinado receptor o diana molecular. En las células
tumorales, estos receptores pueden modificarse, ya se de forma cuantitativa o
cualitativa, disminuyendo la efectividad de los fármacos que actúan sobre
ellos. En la tabla 1 se muestran ejemplos, en los puede darse una sobrexpresión
de los receptores moleculares o dianas terapéuticas, de forma que ante la
misma cantidad de fármaco, cierta parte de estas dianas no estarán
bloqueadas y seguirán ejerciendo su actividad a nivel celular
Tabla I. Relación de fármacos y sobrexpresión de dianas terapéuticas
Fármaco
Receptor
Metotrexate
Dihidrofolato-reductasa
Fluorouracilo
Timidilato-sintetasa
Etopósido
Topoisomerasa II
Citarabina
DNA polimerasa
Irinotecán
Topoisomerasa I
Imatinib
Bcr-abl
Bevacizumab
Factor de crecimiento endothelial vascular
Los fármacos inhibidores de la actividad tirosinquinasa como imatinib,
dasatinib o nilotinib, son una nueva familia de fármacos que actúan
bloqueando de forma competitiva la unión de las moléculas de ATP en el
centro catalítico de diferentes proteínas, bloqueando la expansión clonal de
las células malignas. Existen diversos estudios en los que se demuestra que la
presencia de modificaciones en la secuencia de aminoácidos que constituyen
la proteína Bcr-abl en aquellos pacientes que son resistentes al tratamiento
con inhibidores de tirosinquinasa.
Esta modificación en la secuencia de
aminoácidos, produce una alteración en la estructura tridimensional de la
proteína que dificulta o impide la unión de los fármacos de los cuales es diana
terapéutica. En esta situación, el paciente será resistente a los tratamientos
(Figura 2)
Figura 2. Mecanismo de acción de inhibidores tirosinquinasa
Otro ejemplo de resistencia a fármacos antineoplásicos relacionado
con la alteración de la diana molecular, sería la modificación en la
topoisomerasa II.
Las topoisomerasas son enzimas muy importantes en el
metabolismo del DNA, que constituyen el lugar de acción de muchos
antineoplásicos
que
actúan
inhibiéndolas
(Irinotecán,
topotecan,
antraciclinas, etc…). Estas enzimas son las responsables de romper y después
unir de nuevo las cadenas de nucleótidos formadas durante la replicación
celular. Existen dos isoformas de topoisomerasa II, la α y la β, la regulación y
propiedades de las cuales son, probablemente, diferentes. Se ha evidenciado
que
los
niveles
de
topoisomerasa
II
α
en
carcinomas
escamosos,
adenocarcinomas y carcinomas de célula no pequeña, son menores que los
niveles que se presentan en los carcinomas de célula pequeña, pudiendo
contribuir estos altos niveles de la enzima diana a una sensibilidad inferior a la
quimioterapia.
D) ALTERACIÓN EN LA APOPTOSIS CELULAR
A pesar de que el fármaco haya conseguido actuar sobre su diana
molecular, las células tumorales pueden defenderse de los efectos citotóxicos
de la quimioterapia. Esta resistencia puede explicarse a través de dos
mecanismos: el aumento en la capacidad de reparar el DNA, y el que parece
más importante, la inhibición de la muerte celular programada, llamada
apoptosis.
• Alteración de la apoptosis celular
El mal funcionamiento de los mecanismos de control del ciclo
celular y de la apoptosis, provoca que una célula con daño no reparado en su
DNA, se reproduzca de forma continuada, contribuyendo a la acumulación
de errores genéticos.
Parece ser que uno de los puntos clave en la apoptosis celular es
una proteína activadora de la trascripción, con efecto supresor del tumor, que
actúa deteniendo el ciclo celular en la fase G1 o G2, cuando la célula es
expuesta a fármacos que dañan el DNA. Esta proteína es la proteína p53,
potente inductora de la apoptosis, que en su forma no mutada, parece
ejercer un papel supresor sobre los genes que codifican dos proteínas
relacionadas con la resistencia a fármacos, como la Pgp y la Mrp.
Las mutaciones en el gen que codifica la p53 son frecuentes en
las células tumorales y se han relacionado con la aparición de resistencia a
una gran variedad de tratamientos quimioterápicos así como la presencia de
metástasis ganglionares.
Recientemente se han identificado otras proteínas similares a la
p53, como la p-63 y la p-73, que parece ser están relacionadas con una
alteración en la apoptosis celular. La expresión de estas proteínas
está
aumentada en determinados procesos neoplásicos, como los carcinomas
escamosos de cabeza y cuello, neuroblastomas, leucemia linfoblástica aguda
y carcinoma hepatocelular entre otros. Hay diferentes estudios en los que se
correlaciona la sobrexpresión de estas dos proteínas a una disminución de la
sensibilidad a la quimioterapia (Tabla 2-3).
Tabla 2. Quimioresistencia y sobrexpresión de p-63
Tabla 3. Quimioresistencia y sobrexpresión de p-73
Además de estas proteínas, existen otras moléculas que podrían estar
implicadas en la cascada de la muerte celular programada, como seria la
sobrexpresión de genes supresores de la apoptosis (Bcl-2), inhibición de las
proteinquinasas activadas por el estrés (SAPK) y la inhibición de unas enzimas,
denominadas las caspasas (Figura 3).
Figura 3. Mecanismos moleculares implicados en la apoptosis celular
Aumento de reparación del DNA
Muchos de los fármacos utilizados en onco-hepatología, actúan
alterando la estructura química del DNA (agentes alquilantes, antimetabolitos,
etc...). En las células tumorales existe un aumento en la capacidad de
reparación del DNA, gracias a la sobrexpresión de determinados genes que
codifican enzimas reparadoras como la O6-alquilguanina-alquiltransferasa
(con actividad ATPasa). Este aumento en la capacidad de reparación del
DNA se ha relacionado con resistencia a citostáticos alquilantes como las
mostazas nitrogenadas y a fármacos derivados del platino.
Los avances que se han obtenido recientemente en lo que al
conocimiento de los mecanismos moleculares que están implicados en la
resistencia
tumoral,
puede
suponer
un
avance
en
los
tratamientos
antineoplásicos y en consecuencia en la supervivencia de nuestros pacientes.
Esto permite el diseño de nuevos fármacos más selectivos y específicos que
irán dirigidos a aquellos mecanismos que están alterados o sobrexpresados en
las células tumorales pero no en las células normales.
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