Oxido nitrico - Revisión

Artículo en español del Vol. 34 - Número 6 - 1999 - Págs. 879-886
El óxido nítrico como una molécula de señalización
en el sistema vascular
Revisión
LOUIS J. IGNARRO, GIUSEPPE CIRINO, ALESSANDRO CASINI Y CLAUDIO NAPOLI
Journal of Cardiovascular Pharmacology®
34:879-886 © 1999 Lippincott Williams & Wilkins, Inc., Filadelfia.
El óxido nítrico como una molécula de señalización en el
sistema vascular
Revisión
Louis J. Ignarro, Giuseppe Cirino,* Alessandro Casini‡ y Claudio Napoli†§
Department of Molecular and Medical Pharmacology, University of California, Los Angeles, School of
Medicine, Center for the Health Sciences, Los Angeles, California, EE.UU.; Departments of *Experimental
Pharmacology and †Clinical and Experimental Medicine, Federico II University of Naples y ‡A. Menarini
Pharmaceutical Industries LTD, Florencia, Italia; y §Department of Medicine and Endocrinology, School of
Medicine, University of California, San Diego, La Jolla, California, EE.UU.
Resumen: Las investigaciones básicas en los campos del óxido nítrico (ON) y el monofosfato de guanosina cíclico (cyclic guanosine
monophosphate, GMPc) durante las últimas dos décadas parecen
haber tenido un curso lógico. Se iniciaron con los hallazgos de que
el NO y el GMPc son relajantes del músculo liso vascular, que la nitroglicerina relaja el músculo liso por metabolización a NO, progresaron con el descubrimiento de que las células de los mamíferos sintetizan NO, y finalmente con la revelación de que el NO es un neurotransmisor que interviene en la vasodilatación en lechos vasculares especializados. Una gran cantidad de investigaciones básicas y
clínicas sobre las funciones fisiológicas y fisiopatológicas del NO en
la función cardiovascular han sido conducidas desde el descubri-
miento de que el factor relajante derivado del endotelio (endothelium-derived relaxing factor, EDRF) es NO. El nuevo conocimiento sobre el NO debería permitir a los investigadores en este campo
desarrollar estrategias terapéuticas nuevas y más efectivas para la
prevención, el diagnóstico y el tratamiento de numerosos trastornos
cardiovasculares. El objetivo de esta revisión es destacar la investigación temprana que nos condujo al conocimiento actual sobre la
función fisiopatológica del NO en la medicina cardiovascular. Además, discutimos el posible mecanismo de algunos fármacos que interfieren con la cascada de producción del NO. Palabras clave:
NO-sintasa – Endotelio – Vasodilatación – GMP cíclico – Nitroglicerina – Agregación plaquetaria – Hipertensión – Aterosclerosis.
Veinte años han pasado desde que descubrimos las propiedades relajantes del óxido nítrico (NO) en el músculo liso vascular. Esta observación original fue hecha por la liberación de una mezcla gaseosa de NO en nitrógeno por medio de una jeringa graduada en microlitros de gas comprimido dentro de un baño de organos que contenía tiras aisladas
de arteria coronaria bovina precontraídas.1 La respuesta farmacológica fue una relajación marcada, pero transitoria,
que fue bloqueada si se añadían previamente hemoproteínas
o azul de metileno. Más aún, el NO activó la guanilato ciclasa soluble aislada de arteria coronaria bovina. El perfil de
acción farmacológica muy similar del NO y la nitroglicerina nos hizo sospechar que la nitroglicerina causa relajación
del músculo liso vascular por mecanismos que involucran el
NO, por la generación o donación de NO. Aunque los términos “fármacos donadores de NO” o “nitrovasodilatadores” no se utilizaban en 1979, fuimos acumulando datos experimentales sólidos que indicaban que la nitroglicerina, los
ésteres de nitratos orgánicos, algunos ésteres de nitritos or-
gánicos y el nitroprusiato, todos causaban vasodilatación actuando como agentes donadores de NO al entrar en contacto con tejidos en solución acuosa. Asombrados por la extraordinaria potencia de la nitroglicerina como relajante del
músculo liso vascular tanto in vivo como in vitro, sospechamos, como farmacólogos, que los receptores tisulares para
la nitroglicerina probablemente existían, porque debía haber
nitroglicerina endógena o un donante similar de NO u NO
en sí en los tejidos de los mamíferos. Por supuesto, nosotros
no sabíamos en ese momento que el endotelio vascular generaba y liberaba el NO a las células musculares lisas subyacentes. En efecto, nuestras observaciones iniciales sobre
las propiedades vasorrelajantes del NO1 fueron publicadas
un año antes del descubrimiento de la vasorrelajación dependiente del endotelio y del EDRF.2 La respuesta al rompecabezas no se encontró hasta 7 años después.
Al realizar experimentos relacionados a las propiedades
vasorrelajantes del NO, descubrimos que el NO también
puede inhibir la agregación plaquetaria.3 De hecho, se en-
En: J Cardiovasc Pharmacol®, Vol. 34, N° 6, 1999
Recibido el 3 de mayo de 1999; revisión aceptada el 30 de julio de 1999.
Correspondencia y solicitud de separatas al doctor A. Casini y A. Menarini, Industria Farmacéutica, Ltd., Via Sette Santi, 3, 50131 Florencia, Italia. E-mail:
acasini@menarini-ricerche.it.
*Actas del Simposio “Función Bioquímica y Fisiopatológica del Oxido Nítrico en Medicina Cardiovascular”, celebrado en el Palacio de los Congresos, Roma, 28
de abril de 1999.
1
2
L. J. IGNARRO ET AL.
contró que el mecanismo por el cual ciertos nitrovasodilatadores inhiben la agregación plaquetaria es idéntico al mecanismo por el cual estos agentes causan relajación del músculo liso vascular: a través de la acción del NO.4 Varios Snitrosotioles fueron sintetizados y se encontró que eran inhibidores potentes de la agregación plaquetaria y que el NO
activaba la guanilato ciclasa soluble derivada de las plaquetas.
Nuestro objetivo es destacar las primeras investigaciones
que llevaron a nuestro conocimiento actual sobre las funciones fisiológicas y fisiopatológicas del NO en la regulación
del tono del músculo liso vascular y del flujo sanguíneo.
Además, se presenta una breve reseña de algunos fármacos
cardiovasculares que interfieren con la vía del NO.
MECANISMO DE ACCION DE LA
NITROGLICERINA
A finales de la década de los —70, los esfuerzos en este
laboratorio estaban dirigidos a dilucidar el mecanismo de
acción vasodilatador de la nitroglicerina y otros nitrovasodilatadores. Se acumularon datos que indicaban que estos
agentes químicos que contienen NO liberaban espontáneamente NO en solución acuosa o reaccionaban con los tioles
tisulares para generar intermediarios químicamente inestables, los S-nitrosotioles, que subsecuentemente se descomponían liberando NO.5-12 Basados en estas observaciones, se
planteó la hipótesis de que los vasodilatadores lipofílicos
como la nitroglicerina, otros ésteres de nitratos orgánicos y
ésteres de nitritos orgánicos (isoamil nitrito) penetraban las
células del músculo liso vascular y reaccionaban con los tioles tisulares para formar S-nitrosotioles, los cuales liberan
luego NO, la especie vasodilatadora activa común.11 Varios
años antes, se sospechó que el NO era la especie común responsable de la activación de la guanilato ciclasa por la nitroglicerina y los agentes relacionados.13
El descubrimiento de que los S-nitrosotioles eran intermediarios que servían como agentes donadores de NO para expresar la acción vasorrelajante de muchos nitrovasodilatadores se originó en experimentos sobre la activación de
la guanilato ciclasa soluble.5,8-12 Los tioles, tales como la
cisteína y el glutatión, aumentaban marcadamente la activación de la guanilato ciclasa soluble por el nitrito y el isoamil nitrito. La cisteína era necesaria para la activación enzimática provocada por la nitroglicerina y otros ésteres orgánicos de nitratos. Se encontró que los tioles disminuían
la estabilidad química de los nitritos y las nitrosoguanidinas por liberación de NO gaseoso. La liberación de NO por
estos nitrovasodilatadores involucraba la formación de Snitrosotioles intermediarios, los cuales resultaban ser excelentes agentes donadores de NO. Al igual que el efecto directo vasorrelajante del NO, la vasorrelajación producida
por los S-nitrosotioles fue acompañada por la acumulación
tisular de monofosfato de guanosina cíclico (cyclic guanosine monophosphate, GMPc), y tanto la relajación como la
formación de GMPc fueron inhibidas por la hemoglobina y
el azul de metileno. Los experimentos in vivo en gatos
anestesiados revelaron que el perfil de efectos hemodinámicos de los S-nitrosotioles era virtualmente idéntico al de
la nitroglicerina y del nitroprusiato.11 Sobre la base de estas
observaciones, propusimos que los nitrovasodilatadores
producen vasorrelajación al sufrir una conversión metabólica a NO en las células del músculo liso vascular. Por consiguiente, los nitrovasodilatadores actúan como fármacos
madre que deben ser metabolizados a la especie activa, el
NO.
La explicación del mecanismo de acción de la nitroglicerina llevó a una mejor comprensión del mecanismo por el
cual se puede desarrollar tolerancia a la acción vasodilatadora de los ésteres de nitratos orgánicos. Una primera hipótesis planteó que los grupos sulfidrilos tisulares (-SH) eran
necesarios para la expresión de la acción vasodilatadora de
la nitroglicerina y otros ésteres orgánicos de nitratos.14,15 Se
vio que la administración repetida de dosis relativamente
grandes de nitroglicerina producía el agotamiento u oxidación de los tioles tisulares, lo cual conducía a la disminución gradual de la acción de la nitroglicerina. Nuestros estudios sobre los mecanismos de acción de la nitroglicerina
concuerdan con estas primeras hipótesis sobre tolerancia.
Esto significa que los tioles tisulares son necesarios para
producir el efecto vasorrelajante de la nitroglicerina porque
estos tioles intervienen en la activación de la guanilato ciclasa soluble por la nitroglicerina. Los tioles son necesarios
para que la nitroglicerina relaje el músculo liso vascular
porque el efecto vasorrelajante de la nitroglicerina, al igual
que el del NO, es dependiente del GMPc. La explicación
probable del mecanismo de desarrollo de tolerancia es que
los tioles tisulares son necesarios para las reacciones químicas con la nitroglicerina y liberar NO de los S-nitrosotioles intermediarios formados. La administración de compuestos con sulfidrilos a menudo revierte o previene la tolerancia a la nitroglicerina, tanto en animales de laboratorio
como en pacientes, ya que los compuestos con sulfidrilos
facilitan la activación de la guanilato ciclasa por la nitroglicerina.16-22
MECANISMO DE ACCION DEL NO
La activación de la guanilato ciclasa soluble y la mayor
síntesis de GMPc en los tejidos fueron demostradas antes de
que el efecto vasorrelajante del NO fuese reconocido.23 El
mecanismo por el cual el NO activa la guanilato ciclasa soluble fue sugerido inicialmente por Craven y DeRubertis.24,25
La hipótesis fue que la guanilato ciclasa soluble contenía
hierro hemo, el cual era necesario para la unión e interacción con el NO para causar la activación enzimática. Por
medio del uso de guanilato ciclasa purificada, se encontró
que el grupo hemo estaba ligado a la enzima como un grupo prostético,26-33 y los estudios de este laboratorio revelaron
el mecanismo preciso por el cual el NO activa a la guanilato ciclasa.28,33 En experimentos diseñados para averiguar si
el hierro en el hemo era necesario para la unión de la estructura anular de la protoporfirina a la guanilato ciclasa, la enzima fue separada del hemo ligado, se la hizo reaccionar con
3
NO Y MEDICINA CARDIOVASCULAR
la protoporfirina IX (hemo sin hierro), se la hizo pasar a través de una columna de filtración en gel para remover la porfirina no ligada libre, y fue examinada espectrofotométricamente. Se efectuaron dos importantes observaciones. La
guanilato ciclasa estaba fácilmente disponible para unir cantidades estequiométricas de protoporfirina IX, y la porfirina
causó una activación enzimática máxima. La guanilato ciclasa sin hemo no podía ser activada por NO, pero fue máximamente activada por concentraciones nanomolares de
protoporfirina IX. La guanilato ciclasa con hemo o reconstituida con hemo era activada tanto por el NO como por la
protoporfirina IX. En el último caso, la porfirina desplazó al
hemo del sitio común de unión de la guanilato ciclasa para
causar la activación enzimática.
Formulamos la hipótesis, basada en la información disponible para la hemoglobina y la mioglobina, que el NO se
une al hierro hemo para formar el nitrosil-hemo de la guanilato ciclasa. El hemo unido a la enzima se ligaba similarmente al ligando del hemo en la hemoglobina, como un
complejo de cinco coordenadas con la quinta unión situada
en posición axial entre el hierro hemo y la histidina de la enzima. En la interacción del hierro hemo con el NO, se pensó que el complejo resultante hemo-NO permanecía como
un complejo de cinco coordenadas, lo cual significaba que
la ligadura axial debe sufrir un clivaje y llevar a la proyección del hierro hemo fuera de la enzima y fuera del plano de
la configuración anular de la porfirina.34 Se pensó que este
cambio en la estructura espacial en el sitio de unión de la
porfirina de la guanilato ciclasa podía modificar también el
sitio catalítico adyacente, quizá por exposición del sitio catalítico a la superficie donde se deben unir el sustrato, trifosfato de guanosina (guanosine triphosphate, GTP), y el magnesio. Esta hipótesis explicaría por qué el NO aumenta en
100 veces la Vmáx así como disminuye en 3 veces el Km para
el GTP.33
En diversos modelos experimentales en arterias se encontraron aumentos del GMPc relacionados con la vía del
NO.35-37 El EDRF/NO activó a la guanilato ciclasa soluble
en el endotelio.38 También se comunicó que la guanilato ciclasa soluble contenía cobre ligado, aunque la función de esto era desconocida.26 Basados en nuestros estudios con S-nitrosotioles y las recientes comunicaciones que indicaban
que el cobre liberaba NO de los S-nitrosotioles,39-41 formulamos en ese momento una hipótesis para sugerir la función
del cobre en la guanilato ciclasa. Es bien conocido que los
S-nitrosotioles activan la guanilato ciclasa soluble por mecanismos dependientes del hemo que involucran la acción del
NO.24,33 La activación de la guanilato ciclasa por los S-nitrosotioles, como la producida por el NO, es extremadamente
rápida y puede no ser fácilmente explicable sobre las bases
de la lenta liberación del NO por la mayoría de los S-nitrosotioles. Por lo tanto, una función del cobre puede ser la de
facilitar la liberación de NO por los S-nitrosotioles, con lo
cual se facilita la activación de la guanilato ciclasa. Este
puede ser un mecanismo importante de activación de la guanilato ciclasa por S-nitrosotioles endógenos desde los S-nitroso-aminoácidos hasta las S-nitroso-proteínas.
NO ENDOGENO
El conocimiento de la existencia de nitroglicerina endógena u NO en las células de los mamíferos se remonta a poco
menos de una década, cuando el EDRF fue identificado como NO.42-45 Palmer et al.45 también mostraron que las células
endoteliales producían NO a partir del residuo guanidina o larginina por medio del uso de l-arginina marcada con 15N.
Antes de esto, los datos experimentales obtenidos en diversos laboratorios indicaron que el EDRF poseía propiedades
farmacológicas, bioquímicas y químicas similares a las del
NO. Por ejemplo, estudios de este laboratorio publicados en
1986 revelaron que el EDRF de arterias y venas podía activar la guanilato ciclasa soluble.46 Nuevos experimentos revelaron que el mecanismo de activación de la guanilato ciclasa
por el EDRF era muy similar o idéntico al producido por el
NO; así, esto nos permitió primero proponer que el EDRF es
NO o un compuesto nitroso estrechamente relacionado.47 Estas observaciones explicaron por qué la hemoglobina y la
mioglobina antagonizan la relajación dependiente del endotelio, así como el efecto relajante directo del EDRF. Estudios
subsecuentes mostraron que la activación de la guanilato ciclasa soluble tanto por el EDRF, como por el NO, era hemo
dependiente.43 Otras observaciones fueron también concordantes con las que mostraban que el EDRF era NO. Por
ejemplo, la vida media corta del NO podía ser prolongada al
agregar superóxido dismutasa a los baños tisulares o a los
bioensayos con sistemas de superperfusión en cascada,
mientras que los agentes que generan anión superóxido disminuyeron la vida media del NO.48,49 Ahora conocemos los
mecanismos de estos efectos: la reacción rápida entre el NO
y el anión superóxido para generar peroxinitrito,50 el cual es
mucho menos potente que el NO como vasorrelajante. El
descubrimiento en 1986 de que el EDRF inhibe la agregación plaquetaria51 también fue consistente con la hipótesis
que planteaba que el EDRF podía ser NO. Aunque estos primeros estudios habían sugerido que el EDRF podía ser NO
o una especie nitrosa estrechamente relacionada, los estudios
definitivos sobre la caracterización química y bioquímica y
la identificación del EDRF como NO llegaron en 1987.42-44
Después de descubrir que el EDRF es NO, muchos laboratorios se lanzaron a este campo de investigación
cardiovascular para estudiar las funciones fisiológicas y
fisiopatológicas de la vasodilatación dependiente del endotelio y del NO endógeno y del GMPc en la regulación
de la presión sanguínea sistémica, el flujo sanguíneo tisular, la hemostasis y la proliferación celular. Como la
mayoría de las propiedades farmacológicas de la nitroglicerina y otros nitrovasodilatadores en animales de laboratorio
y en humanos ya eran bien conocidas, una aproximación
sistemática podría ser tomada para entender o reconocer
mejor las acciones endógenas del NO.
REGULACION DEL TONO DEL MUSCULO
LISO VASCULAR POR NO
Ahora se sabe que el EDRF o el NO derivado del endotelio se genera continuamente por las células endoteliales
4
L. J. IGNARRO ET AL.
vasculares independientemente de la presencia de vasodilatadores dependientes del endotelio. Una pista temprana de
la generación basal o continua de NO provino de estudios
que mostraron que los niveles tisulares vasculares de
GMPc eran más altos en el endotelio intacto que en los preparados de endotelio vascular denudado.52 Estudios con hemoglobina e inhibidores de la guanilato ciclasa, los cuales
causan vasoconstricción dependiente del endotelio, brindaron más datos indirectos sobre la generación basal de NO.
Los datos directos surgieron de experimentos de bioensayo
en cascada, que revelaron la formación y la liberación continuas de NO en efluentes recolectados de preparados vasculares perfundidos y/o superperfundidos.53-55 La formación
basal de NO varió considerablemente de un tipo de vaso a
otro y a través de los diferentes diámetros en el mismo segmento vascular. Por ejemplo, existía mayor formación basal de NO en las arterias y venas pulmonares bovinas con
diámetros pequeños en relación con las de diámetros mayores.52 Los anillos de endotelio intacto de pequeño diámetro
contenían niveles más altos de GMPc en el músculo liso en
reposo, y tenían considerablemente más dificultad que los
anillos de mayor diámetro para mantener un nivel de tono
estable cuando se prepararon y equilibraron bajo tensiones
de reposo óptimas. Las respuestas contráctiles normales a
la fenilefrina fueron restituidas por la denudación del endotelio o por el agregado de hemoglobina o azul de metileno
a los baños tisulares. Por el contrario, la adición de inhibidores de la fosfodiesterasa del GMPc a los anillos de endotelio denudados, los cuales por otra parte mantenían un tono constante, provocó rápidamente la pérdida del tono y de
este modo se parecieron a los anillos de endotelio intacto.
Basados en estas observaciones originales, formulamos la
hipótesis que la formación basal o continua de NO arterial
y venoso puede ser importante para la modulación continua, no sólo del tono del músculo liso vascular, sino también de la adhesión y la agregación de las plaquetas circulantes.52 Estudios posteriores revelaron que la interferencia
con la producción continua de NO derivado del endotelio
en animales, por la administración de inhibidores de la NOsintasa, causaban un aumento rápido y sostenido de la presión sanguínea sistémica.56-58
El estímulo intrínseco para la generación basal de NO no
se conocía en los inicios de la década de los 80, estudios
posteriores revelaron que la tensión de roce o la fuerza de
roce tangencial generadas por el flujo sanguíneo contra la
superficie de las células endoteliales desencadenaban la generación de NO en las células endoteliales. Varios estudios
iniciales importantes —- contribuyeron a desarrollar el concepto de que la vasodilatación flujo dependiente es endotelio-dependiente.59-67 Actualmente se cree que las fuerzas de
roce desencadenan la apertura de los canales de calcio en las
células endoteliales, lo cual lleva a la activación dependiente de calcio de la NO-sintasa endotelial y al incremento de
la producción local de NO. Tanto la activación calcio dependiente como la calcio independiente de la NO-sintasa endotelial pueden ocurrir y llevar a la vasorrelajación mediada
por NO, en respuesta a una tensión de roce.68,69 En la activa-
ción de la NO-sintasa dependiente de calcio el incremento
en la concentración intracelular de calcio puede ser resultado de la fosforilación de la tirosina y la activación de la fosfolipasa C, así como de las fosfatasas de proteínas. La activación de la NO-sintasa independiente del calcio puede involucrar la fosforilación de la tirosina de la NO-sintasa endotelial o la acción de otra proteína reguladora.
Las propiedades químicas y biológicas del NO dotan a
este potente mediador endógeno con la capacidad para actuar como un modulador local del flujo sanguíneo y de la
hemostasia. El origen en las células vasculares del NO es
ideal para la liberación local e inmediata de este vasodilatador lábil y lipofílico directamente en el músculo liso subyacente, así como en la superficie celular endotelial para la interacción con las plaquetas circulantes cercanas. El pequeño tamaño y la naturaleza lipofílica del NO son apropiados para la difusión rápida del NO a través de las membranas celulares para alcanzar sus células blanco. La labilidad química del NO permite una acción verdaderamente local, así como una alta afinidad de los eritrocitos
por el NO. Todas estas propiedades del NO dotan a este
mediador biológico con la capacidad única de establecer
una comunicación de célula a célula. De este modo, el NO
puede reclutar las funciones de varios tipos celulares para
desencadenar una respuesta fisiológica o fisiopatológica
concertada, tal como mejorar el flujo sanguíneo local en un
tejido lesionado. El daño de la superficie celular endotelial
puede interferir con las funciones normales del NO en la regulación del flujo sanguíneo local, tal como ocurre en numerosos procesos fisiopatológicos que van desde la aterosclerosis a las técnicas angioplásticas empleadas quirúrgicamente para tratar pacientes con aterosclerosis. En las lesiones ateroscleróticas, la función vasodilatadora del endotelio
está atenuada o incluso abolida (revisado en ref. bib. 70).
Las alteraciones se pueden dar en diferentes sitios: a) deterioro de los receptores endoteliales de membrana que interactúan con los agonistas o con los estímulos fisiológicos
capaces de liberar NO; b) disminución de la concentración
de l-arginina o déficit en su utilización; c) reducción en la
concentración o la actividad, tanto de la NO-sintasa celular
como de la inducible; d) deterioro en la liberación de NO a
partir del endotelio aterosclerótico dañado; e) aumento de la
degradación local del NO por un incremento en la generación de oxígeno y otro tipo de radicales libres; f) interacción
entre las lipoproteínas de baja densidad (low-density lipoprotein, LDL) oxidadas y la vía del NO; g) deterioro en la
difusión desde el endotelio a las células de la íntima y/o disminución en la sensibilidad de las células del músculo liso
a las sustancias vasodilatadoras; y h) alteración en la interacción del NO con la guanilato ciclasa con la subsiguiente
limitación en el incremento de los niveles de GMPc intracelulares.
La infusión intracoronaria de acetilcolina causó vasoconstricción coronaria en la enfermedad coronaria cardíaca.71 De este modo, la aterosclerosis altera la vasodilatación
coronaria dependiente del endotelio con lo cual puede predisponer a la vasoconstricción, una respuesta vasoactiva
NO Y MEDICINA CARDIOVASCULAR
paradójica que es un defecto fundamental en la regulación
endotelial del tono vascular.72-75 Además, los pacientes hipercolesterolémicos tienen una alteración en la relajación
vascular dependiente del endotelio, mediada por el flujo
coronario, dependiente del receptor, pero aparentemente el
efecto relajante de la nitroglicerina está preservado.75-77 Es
interesante observar que un inhibidor circulante endógeno
de la NO-sintasa, la dimetilarginina asimétrica, ha sido detectado en el plasma humano y también ha sido correlacionado en forma positiva con los factores de riesgo de la aterosclerosis.78
Creager et al., en 1990,79 mostraron que la l-arginina mejora la respuesta a la metacolina de los vasos sanguíneos de
resistencia del antebrazo de pacientes hipercolesterolémicos. Sin embargo, la causa de esta alteración también puede
ser paralela al aumento de los niveles del radical de oxígeno
intracelular superóxido que inactiva al NO más rápidamente, pero no inhibe su síntesis.80 La oxidación de las LDL (revisadas en ref. bib. 81) tiene una función fundamental en la
aterogénesis humana temprana.82,83 Las LDL oxidadas pueden perturbar las funciones de relajación celular o, probablemente, actuar directamente contra el NO y otras sustancias vasodilatadoras (revisadas en ref. bib. 84). Estos experimentos fueron llevados a cabo sobre la aorta y/o las arterias coronarias; sin embargo, las LDL oxidadas alteraron la
contracción y relajación producida por el NO en la carótida,
pero no en la arteria basilar,85 lo que sugiere que las arterias
endocraneanas pueden estar relativamente protegidas de la
aterosclerosis por resistencia endotelial a la noxa oxidativa.
Esta última hipótesis fue investigada recientemente en arterias endocraneanas de fetos humanos.83 En esas arterias,
prácticamente no encontramos aterogénesis y detectamos
niveles más altos de Mn-superóxido dismutasa tisular en
comparación tanto con la arteria carótida como con la aorta.
Varios mecanismos de control fisiológicos pueden disminuir la producción de NO mediante la inhibición de la NOsintasa o por regulación inhibitoria del nivel de esta enzima.
Por ejemplo, producción de inhibidores endógenos de la
NO-sintasa, o disponibilidad local de sustrato y tetrahidrobiopterina.78,86,87 Demostramos primero que el NO por sí
mismo puede actuar como un regulador por retroalimentación negativa de la actividad catalítica de la NO-sintasa.88
Esta acción pudo ser también demostrada in vitro por medio
de preparados vasculares aislados o vasos superperfundidos
en bioensayos de cascada,89 así como in vivo en conejos
anestesiados.90 Se ha determinado que el mecanismo de este efecto de retroalimentación negativa es una interacción
entre el NO y el hierro hemo en la NO-sintasa.91
FUNCION FISIOLOGICA DEL NO EN LA
FUNCION ERECTIL
En 1990, fuimos los primeros en comunicar que la relajación por estimulación eléctrica del músculo liso del cuerpo
cavernoso de conejo aislado fue acompañada por la producción de NO y GMPc, y fue inhibida con el tratamiento de
los tejidos con inhibidores de la NO-sintasa, hemoglobina y
5
azul de metileno, pero no con indometacina.92 La relajación
del cuerpo cavernoso está mediada por neuronas no adrenérgicas-no colinérgicas (nonadrenergic-noncholinergic,
NANC), y fue atribuida a la generación y liberación de NO
como neurotransmisor primario. Basados en estas observaciones, formulamos la hipótesis de que en la erección del
pene de los mamíferos interviene el NO liberado por neuronas NANC y que el GMPc sirve como un mecanismo de
transducción de señales para la relajación del músculo liso.
Nuevos estudios revelaron exactamente el mismo mecanismo fisiológico para la erección del pene en el cuerpo cavernoso humano93 y el canino,94 y que la estimulación eléctrica
provoca activación dependiente de calcio de la NO-sintasa
neuronal presente en el músculo liso del cuerpo cavernoso.92,95 Estas observaciones originales brindaron una base racional para investigar la etiología y la terapia de la impotencia. Al menos una forma de impotencia puede ser atribuida
a una lesión o defecto en la vía arginina-NO-GMPc, que
causa una disminución de la relajación del músculo liso del
cuerpo cavernoso en respuesta a la estimulación de los nervios NANC.
FARMACOS CARDIOVASCULARES QUE
INTERFIEREN CON LA VIA DEL NO
Los efectos de varios fármacos están ligados a la cascada
de señalización del NO. La acción de estos fármacos (ya
sean liberadores de NO o inhibidores de la liberación de
NO) y su aplicación terapéutica están evidentemente relacionadas con la función fisiopatológica del NO. La primera
clase de liberadores de NO ampliamente utilizados son los
nitratos orgánicos, administrados clínicamente en la enfermedad coronaria cardíaca y la insuficiencia cardíaca crónica: como fue discutido antes, su mecanismo de acción está
ligado a la vía del NO.1,5-7 Más recientemente, a partir de una
gran cantidad de estudios que involucran al NO en diversas
enfermedades, se ha realizado un esfuerzo enorme para
crear fármacos que puedan regular la vía del NO. Un fármaco recientemente introducido es un buen ejemplo de regulación de la vía del NO. El sildenafil es un inhibidor selectivo
de la fosfodiesterasa tipo 5 (phosphodiesterase type 5,
PDE5) y es un tratamiento oral efectivo para la disfunción
eréctil— peneana-. Sus acciones farmacológicas se relacionan con el NO, porque este fármaco evita el agotamiento de
GMPc.93,96 Sin embargo, hay también nuevos fármacos
propuestos para ejercer su efecto a través de la liberación del NO. Por ejemplo, el nebivolol es un bloqueante
beta1 y químicamente es un racemato que contiene proporciones iguales de los enantiómeros d y l.97 Se encontró
que el nebivolol induce relajación arterial dependiente
del endotelio en perros de un modo dosis-dependiente.98
La relajación dependiente del endotelio inducida por el
nebivolol es abolida por la NG-nitro-l-arginina metiléster
(L-NAME), un inhibidor de la NO-sintasa. Además, el
nebivolol parece elevar los niveles de GMPc en arterias
intactas en un 200% y en células endoteliales en un 60%.
Estos estudios experimentales preliminares fueron luego
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L. J. IGNARRO ET AL.
apoyados por datos experimentales en humanos. Bowman et al.99 mostraron que la infusión de nebivolol en las
venas de la superficie de la mano humana precontraídas
con fenilefrina de 11 voluntarios masculinos sanos causó
una venodilatación dosis-dependiente. La respuesta venodilatadora del nebivolol disminuyó significativamente
por la infusión de NG-monometil-l-arginina (L-NMMA).
Similarmente, Cockroft et al.100 mostraron que el nebivolol incrementó el flujo sanguíneo del antebrazo en un
promedio de un 90% al usar pletismografía de oclusiónvenosa. La infusión concomitante de L-NMMA inhibió
la acción del nebivolol.
Los niveles de bradiquinina y de angiotensina II dentro de
la pared vascular están controlados por la enzima convertidora de angiotensina (ECA).70 La ECA degrada la bradiquinina para generar angiotensina II; en cambio, la bradiquinina estimula al endotelio para liberar sustancias vasodilatadoras.70 Los inhibidores de la ECA, al potenciar a la bradiquinina, pueden promover la liberación de NO. Se ha visto
que los inhibidores de la ECA y también los bloqueantes de
los canales de calcio, pueden ejercer algunos de sus efectos
farmacológicos al incrementar la actividad del NO vascular.70,101-103 Además, por la significativa expresión constitutiva de la NO-sintasa en el aparato yuxtaglomerular, el NO
aparece como un facilitador tónico de la secreción de renina al inhibir la degradación del AMPc causada por el
GMPc.104 Este efecto puede también cambiar a uno inhibitorio, que es compatible con la inhibición de la secreción de
renina por proteinquinasas dependientes de GMPc. De este
modo, los fármacos que interfieren con las concentraciones
de renina pueden afectar la vía del NO.
De particular interés es una nueva clase de aspirinas que
ha sido químicamente ligada a una molécula liberadora de
NO. Estas NO-aspirinas inhiben la ciclooxigenasa, pero no
causan daño gástrico.105,106 Más aún, las nitroaspirinas han
mostrado también un mejor perfil farmacológico, y se ha
visto que varias acciones de estos compuestos están ligadas
a la liberación de NO.107,108
La isquemia cerebral desencadena la activación de isoformas de la NO-sintasa dependiente de Ca2+ (e.g., la NO-sintasa neuronal y la endotelial).109 Sin embargo, mientras la inhibición de la sintetasa neuronal de NO podría ser neuroprotectiva, la inhibición de la NO-sintasa endotelial puede ser
neurotóxica.110
La sobreestimulación o la sobreexpresión de las isoformas de la NO-sintasa puede tener importancia en el shock
séptico, la artritis, la diabetes, la lesión isquemia-reperfusión, el dolor y en varias enfermedades neurodegenerativas.111 Además, la cascada de señales del NO está alterada
en la hiperlipidemia, la insuficiencia cardíaca crónica y la
cirrosis hepática.112,113 La regulación de la vía del NO es una
estrategia terapéutica lógica. Por ejemplo, estudios experimentales y ensayos clínicos iniciales indican que los inhibidores de la NO-sintasa podrían ser útiles, pero el mantenimiento de las funciones fisiológicamente importantes de la
NO-sintasa pueden hacer necesario el uso de inhibidores selectivos de las distintas isoformas.111 Como el NO inhalado
puede intervenir en la vasodilatación pulmonar, el tratamiento de los receptores de trasplante pulmonar con NO inhalatorio mejora la función pulmonar perioperatoria en el
trasplante pulmonar.114
En conclusión, como el NO desencadena una acción protectora y beneficiosa en muchos estados patológicos, los
modernos donantes o inhibidores de NO u otros fármacos
cardiovasculares que interfieren con la vía del NO para el
uso clínico demostrarían ser muy efectivos para el tratamiento de la hipertensión esencial, el ACV, la enfermedad
arterial coronaria, la insuficiencia cardíaca crónica, las hiperlipidemias, las complicaciones vasculares de la diabetes,
el shock séptico, la cirrosis hepática, el trasplante pulmonar,
la impotencia y otras enfermedades que involucran al sistema vascular.
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TRADUCCIÓN:
Dra. Marcela Moris
SUPERVISIÓN GENERAL:
Dr. Jorge Murno
COORDINACIÓN
Stella Abreu
DE TRADUCCIÓN:
DISEÑO Y COMPOSICIÓN:
I & M S.A. – Tel. (5411) 4833-2005 – i-m@sminter.com.ar
IMPRESIÓN:
Gráfica Sorles S.L.
Impreso en abril de 2000, en León, España