Capítulo 5: Transportadores de membrana y respuesta a los fármacos

Las proteínas de transporte de membrana están presentes en todos los organismos. Estas proteínas controlan la afluencia de nutrientes e iones y el flujo de desechos celulares, toxinas ambientales, medicamentos y otros xenobióticos (figura 5-1). De acuerdo con sus funciones fundamentales en la homeostasis celular, cerca de 2 000 genes en el genoma humano, ∼7% del número total de genes, codifican para transportadores o proteínas relacionadas con el transportador. Las funciones de los transportadores de membrana pueden ser facilitadas (equilibradas, no requieren energía) o activas (que requieren energía). Al considerar el transporte de medicamentos, los farmacólogos generalmente se enfocan en transportadores de dos superfamilias principales, transportadores ABC y SLC (Nigam, 2015).

La mayoría de las proteínas ABC son transportadores activos primarios que dependen de la hidrólisis de ATP para bombear activamente sus sustratos a través de las membranas. Entre los transportadores mejor reconocidos en la superfamilia ABC se encuentran Pgp (codificado por ABCB1, también denominado MDR1) y el CFTR (codificado por ABCC7).

La superfamilia SLC incluye genes que codifican transportadores facilitados y transportadores activos secundarios acoplados a iones. Cincuenta y dos familias SLC con aproximadamente 395 transportadores se han identificado en el genoma humano (Hediger et al., 2013; Nigam et al., 2015). Muchos transportadores SLC sirven como blancos farmacológicos o en la absorción y disposición del fármaco. Los transportadores SLC ampliamente reconocidos incluyen SERT y el DAT, ambos blancos, para medicamentos antidepresivos.

Farmacocinética

Los transportadores importantes en la farmacocinética generalmente se localizan en el epitelio intestinal, renal y hepático donde funcionan en la absorción y eliminación selectiva de sustancias endógenas y xenobióticos, incluidos los medicamentos. Los transportadores trabajan conjuntamente con las enzimas metabolizadoras de fármacos para eliminar los medicamentos y sus metabolitos (figura 5-2). Además, los transportadores en diversos tipos de células median en la distribución de fármacos específicos del tejido (selección de fármacos). Por el contrario, los transportadores también pueden servir como barreras de protección para determinados órganos y tipos de células. Por ejemplo, la Pgp en la BBB protege al CNS de una variedad de fármacos estructuralmente diversos a través de sus mecanismos de flujo de salida.

Farmacodinamia: transportadores como blancos farmacológicos

Los transportadores de membrana son blancos de muchos fármacos usados clínicamente. El SERT (SLC6A4) es un blanco para una clase importante de medicamentos antidepresivos, los SSRI. Otros transportadores de recaptación de neurotransmisores sirven como blanco de fármacos para los antidepresivos tricíclicos, diversas anfetaminas (incluidos los medicamentos anfetamínicos utilizados en el tratamiento del trastorno por déficit de atención en niños) y anticonvulsivos.

Estos transportadores también pueden estar implicados en la patogénesis de trastornos neuropsiquiátricos que incluyen las enfermedades de Alzheimer y Parkinson. Un inhibidor del transportador de monoaminas vesiculares, el VMAT2 (SLC18A2), la tetrabenazina, está aprobado para el tratamiento sintomático de la enfermedad de Huntington; el efecto anticorea de la tetrabenazina parece estar relacionado con su capacidad para reducir las reservas de aminas biogénicas al inhibir su captación en las vesículas de almacenamiento por VMAT2. Los transportadores que no son neuronales también pueden ser blancos farmacológicos potenciales (p. ej., transportadores de colesterol en enfermedades cardiovasculares, transportadores de nucleósidos en cánceres, transportadores de glucosa en síndromes metabólicos y cotransportadores Na⁺-Cl^- en la familia SLC12 en la hipertensión).

Recientemente, los primeros medicamentos en su clase que inhiben los transportadores de glucosa-Na⁺ en la familia SLC5 (SGLT1 y SGLT2) han sido aprobados para el tratamiento de diabetes tipo 2. Estos fármacos, que incluyen canagliflozina, dapagliflozina y empagliflozina, reducen la reabsorción renal de glucosa, lo que facilita la eliminación de glucosa en el riñón. Los tres están prescritos como terapia de segunda línea para el tratamiento de la diabetes inadecuadamente controlada. Además, el lesinurad, un fármaco de primera clase que se dirige a URAT1 (SLC22A12), fue aprobado recientemente por la FDA para el tratamiento de la gota cuando se usa con un XOI; otros inhibidores de URAT1 están en ensayo clínico. Estos medicamentos son uricosúricos y actúan inhibiendo selectivamente la reabsorción de ácido úrico en el riñón.

Por último, un fármaco de primera clase, el ivacaftor, fue aprobado recientemente para el tratamiento de pacientes con fibrosis quística que albergan una mutación de codificación en el CFTR (ABCC7), CFTR-G551D. El ivacaftor, denominado potenciador, aumenta la probabilidad de que el canal de cloruro mutante, CFTR-G551D, permanezca en estado abierto. Otros fármacos en ensayos clínicos para el CFTR incluyen potenciadores y correctores, compuestos que potencian el tránsito de proteínas mutantes a la membrana plasmática.

Resistencia a los medicamentos

Los transportadores de membrana desempeñan papeles críticos en el desarrollo de la resistencia a los medicamentos contra el cáncer, los agentes antivirales y los anticonvulsivos. La disminución de la absorción de fármacos, tales como los antagonistas de folato, los análogos de nucleósidos y los complejos de platino, está mediada por la expresión reducida de los transportadores de entrada requeridos para que estos fármacos accedan al tumor. El eflujo mejorado de los fármacos hidrófobos es un mecanismo de resistencia antitumoral en los ensayos celulares de resistencia. La sobreexpresión de MRP4 está asociada con la resistencia a los análogos de nucleósidos antivirales (Aceti et al., 2015). La Pgp (MDR1, ABCB1) y la BCRP (ABCG2) pueden sobreexpresarse en células tumorales después de la exposición a agentes citotóxicos anticancerígenos y están implicadas en la resistencia a estos agentes, exportando fármacos anticancerígenos, reduciendo su concentración intracelular y volviendo resistentes a las células a los efectos citotóxicos de los medicamentos. La modulación de la expresión y actividad de MDR1 para regular la resistencia a los fármacos podría ser un complemento útil en farmacoterapia (Gu y Manautou, 2010; He et al., 2011; Toyoda et al., 2008).

Como controladores de importación y exportación, los transportadores en última instancia controlan la exposición de las células a carcinógenos químicos, toxinas ambientales y fármacos. Por tanto, los transportadores desempeñan papeles cruciales en las actividades celulares y toxicidades de estos agentes. Las respuestas adversas a fármacos mediadas por transportadores generalmente se pueden clasificar en tres categorías (figura 5-3):

• Disminución de la captación o excreción en los órganos de depuración.

• Aumento de la captación o disminución del flujo de salida en los órganos blanco.

• Transporte alterado de compuestos endógenos en órganos blanco.

Los transportadores expresados en el hígado y el riñón, así como las enzimas metabólicas, son determinantes claves de la exposición al fármaco en la circulación sistémica, lo que afecta la exposición y por tanto la toxicidad, en todos los órganos (figura 5-3, panel superior). Por ejemplo, después de la administración oral de un inhibidor de HMG-CoA reductasa (p. ej., la pravastatina), la captación hepática de primer paso eficaz del fármaco por el SLC OATP1B1 maximiza los efectos de tales fármacos sobre la HMG-CoA reductasa hepática. La absorción por OATP1B1 también minimiza el escape de estos fármacos a la circulación sistémica donde pueden causar respuestas adversas como la miopatía del músculo esquelético.

Los transportadores expresados en tejidos que pueden ser blanco de toxicidad del fármaco (p. ej., cerebro) o en barreras a dichos tejidos (p. ej., la BBB) pueden controlar estrechamente las concentraciones locales de fármaco y regular así la exposición de estos tejidos al fármaco (figura 5-3, panel central). Por ejemplo, las células endoteliales en la BBB están vinculadas por uniones estrechas, y algunos transportadores de eflujo se expresan en el lado que da a la sangre (luminal), lo que restringe la penetración de los compuestos en el cerebro. Las interacciones de loperamida y quinidina son buenos modelos de control del transportador de la exposición al fármaco en este sitio. La loperamida es un opioide periférico utilizado en el tratamiento de la diarrea y es un sustrato de la Pgp, que previene la acumulación de loperamida en el CNS. La inhibición del flujo de salida mediado por Pgp en la BBB provocaría un aumento en la concentración de loperamida en el CNS y potenciaría los efectos adversos. De hecho, la administración concomitante de loperamida y el potente inhibidor de la Pgp quinidina produce una depresión respiratoria significativa, una respuesta adversa a la loperamida. La Pgp también se expresa en el intestino, donde la inhibición de Pgp reducirá el flujo intestinal de loperamida, aumentará sus concentraciones sistémicas y contribuirá al aumento de las concentraciones en el CNS.

La toxicidad inducida por fármacos a veces es causada por la distribución de tejido concentrado mediado por transportadores de afluencia. Por ejemplo, las biguanidas (p. ej., la metformina), usadas para el tratamiento de la diabetes mellitus tipo 2, pueden producir acidosis láctica, un efecto secundario letal. Las biguanidas son sustratos del OCT1 (SLC22A1), altamente expresado en el hígado; del OCT2 (SLC22A2), expresado en el riñón; y del OCT3 (SLC22A3) en adipocitos y músculo esquelético. En animales de experimento que carecen de OCT1, la absorción hepática de biguanidas y el desarrollo de acidosis láctica se reducen en gran medida.Estos resultados indican que la captación hepática mediada por OCT1 de biguanidas y la captación en tejidos tales como el riñón y el músculo esquelético mediada por otros OCT desempeñan un papel importante en la facilitación de las concentraciones de tejido de biguanidas y, por tanto, en el desarrollo de acidosis láctica (Wang et al., 2003), que puede ser el resultado de la alteración inducida por la biguanida de la función mitocondrial y el consiguiente aumento del flujo glucolítico (Dykens et al., 2008). Las biguanidas son exportadas por el transportador MATE1, y la inhibición de este eflujo por una variedad de fármacos, incluidos los inhibidores de la tirosina cinasa, aumenta la toxicidad de la biguanida (DeCorter et al., 2012).

El OAT1 (SLC22A1), el OCT1 y el OCT2 proporcionan otras pautas de toxicidad relacionada con el transportador. El OAT1 se expresa sobre todo en el riñón y es responsable de la secreción tubular renal de compuestos aniónicos. Los sustratos de OAT1, tales como la cefaloridina (un antibiótico β-lactámico) y el adefovir y el cidofovir (fármacos antivirales), causan nefrotoxicidad. La expresión exógena de OCT1 y OCT2 aumenta la sensibilidad de las células tumorales al efecto citotóxico del oxaliplatino para el OCT1 y del cisplatino y el oxaliplatino para el OCT2 (Zhang et al., 2006a). La toxicidad renal del cisplatino está modulada por el OCT2 presente en la membrana basolateral del túbulo proximal así como por transportadores en la familia SLC47, MATE1 (SLC47A1) y MATE2 (SLC47A2), en la membrana apical (Harrach y Ciarimboli, 2015).

Los fármacos pueden modular transportadores para ligandos endógenos y, por tanto, ejercer efectos adversos (figura 5-3, panel inferior). Por ejemplo, los ácidos biliares son absorbidos principalmente por el NTCP y se excretan en la bilis por la BSEP (ABCB11). La bilirrubina es absorbida por OATP1B1 y conjugada con ácido glucurónico; el glucurónido de bilirrubina se excreta en la bilis por la MRP2 (ABCC2) y es transportado a la sangre por la MRP3. El glucurónido de bilirrubina en la sangre sufre recaptación en el hígado por el OATP1B1. La inhibición de estos transportadores por fármacos puede causar colestasis o hiperbilirrubinemia.

Los transportadores de captación y eflujo determinan las concentraciones plasmáticas y tisulares de compuestos endógenos y xenobióticos, lo que influye en la toxicidad sistémica o específica del sitio de los fármacos.

Transportadores vs. canales

Tanto los canales como los transportadores facilitan la penetración de la membrana de iones inorgánicos y compuestos orgánicos. En general, los canales tienen dos estados principales, abierto y cerrado, que son fenómenos estocásticos. Sólo en estado abierto, los canales parecen actuar como poros para los iones seleccionados que fluyen hacia abajo por un gradiente electroquímico. Después de abrir, los canales vuelven al estado cerrado en función del tiempo. Como se indicó, las drogas denominadas potenciadores (p. ej., el ivacaftor) pueden aumentar la probabilidad de que un canal esté en estado abierto. Por el contrario, un transportador forma un complejo intermedio con el sustrato (soluto) y un cambio conformacional posterior en el transportador induce la translocación del sustrato al otro lado de la membrana. Como consecuencia, la cinética del movimiento del soluto difiere entre los transportadores y los canales. Las constantes de velocidad de rotación típicas de los canales son de 10⁶ a 10⁸ s^-1; los de los transportadores son, como máximo, de 10¹ a 10³ s^-1. Debido a que un transportador particular forma complejos intermedios con compuestos específicos (denominados sustratos), el transporte de membrana mediado por transportadores se caracteriza por la saturación e inhibición por análogos de sustrato como se describe en la sección Cinética del transporte.

Los mecanismos básicos implicados en el transporte de solutos a través de las membranas biológicas incluyen la difusión pasiva, la difusión facilitada y el transporte activo. El transporte activo se puede subdividir en transporte activo primario y secundario. Estos mecanismos están representados en la figura 5-4.

Difusión pasiva

La difusión simple de un soluto a través de la membrana plasmática consiste en tres procesos: partición de la fase acuosa a la fase lipídica, difusión a través de la bicapa lipídica y repartición en la fase acuosa en el lado opuesto. La difusión pasiva de cualquier soluto (incluidos los fármacos) se produce por un gradiente de potencial electroquímico del soluto.

Difusión facilitada

La difusión de iones y compuestos orgánicos a través de la membrana plasmática puede ser facilitada por un transportador de membrana. La difusión facilitada es una forma de transporte de membrana mediada por transportador que no requiere entrada de energía. Al igual que en la difusión pasiva, el transporte de compuestos ionizados y no ionizados a través de la membrana plasmática se produce por sus gradientes de potencial electroquímico. Por tanto, se logrará un estado estable cuando los potenciales electroquímicos de un compuesto en ambos lados de la membrana se igualen.

Transporte activo

El transporte activo es la forma de transporte de membrana que requiere la entrada de energía. Es el transporte de solutos contra sus gradientes electroquímicos, lo que conduce a la concentración de solutos en un lado de la membrana de plasma y la creación de energía potencial en el gradiente electroquímico formado. El transporte activo desempeña un papel importante en la absorción y el flujo de drogas y otros solutos. Dependiendo de la fuerza impulsora, el transporte activo puede subdividirse en transporte activo primario, en el que la hidrólisis de ATP se acopla directamente al transporte de solutos, y el transporte activo secundario, en el que el transporte utiliza la energía en un gradiente electroquímico existente establecido mediante un proceso de uso de ATP para mover un soluto hacia arriba contra su gradiente electroquímico. El transporte activo secundario se subdivide a su vez en simportador y antiportadores. El simportador describe el movimiento de los iones de conducción y el soluto transportado en la misma dirección. El antiportador se produce cuando el ion de accionamiento y el movimiento de solutos transportados en direcciones opuestas, como cuando el intercambiador de sodio/calcio (SLC8A1) transporta 3Na⁺ en y 1Ca²⁺ de un miocito ventricular cardiaco (véase figura 5-4).

Transporte activo primario

El transporte de membrana que se acopla directamente con la hidrólisis de ATP se denomina transporte activo primario. Los transportadores ABC son ejemplos de transportadores activos primarios. En las células de los mamíferos, los transportadores ABC median el flujo unidireccional de solutos a través de las membranas biológicas. Otro ejemplo de transporte activo primario que establece el gradiente de Na⁺ hacia dentro y el gradiente de K⁺ hacia fuera a través de la membrana plasmática, que se encuentra en todas las células de mamífero, es la ATPasa-Na⁺, K⁺.

Transporte activo secundario

En el transporte activo secundario, el transporte a través de una membrana biológica de un soluto S₁ contra su gradiente de concentración es energéticamente impulsado por el transporte de otro soluto S₂ de acuerdo con su gradiente electroquímico. Dependiendo de la dirección de transporte del soluto, los transportadores activos secundarios se clasifican como simportadores o antiportadores. Por ejemplo, usando el gradiente de concentración de Na⁺ dirigido hacia dentro a través de la membrana plasmática que mantiene la ATPasa- Na⁺, K⁺ el movimiento hacia dentro de 3 Na⁺ puede impulsar el movimiento de 1 Ca⁺⁺ a través del intercambiador Na⁺/Ca⁺⁺, NCX. Éste es un caso de transporte antiportador, o intercambio, en el que el transportador mueve S₂ y S₁ en direcciones opuestas. Los simportadores, también denominados cotransportadores, transportan S₂ y S₁ en la misma dirección, como para el transporte de glucosa al cuerpo desde la luz del intestino delgado por el transportador de glucosa-Na⁺SGLT1 (véase figura 5-4).

El flujo de un sustrato (velocidad de transporte) a través de una membrana biológica mediante un proceso mediado por un transportador se caracteriza por su capacidad de saturación. La relación entre el flujo v y la concentración de sustrato C en un proceso mediado por un transportador viene dada por la ecuación de Michaelis-Menten:

donde V_máx es la velocidad máxima de transporte y es proporcional a la densidad de transportadores en la membrana plasmática, y K_m es la constante de Michaelis, que representa la concentración de sustrato en la que el flujo es la mitad del valor de V_máx. K_m es una aproximación de la constante de disociación del sustrato del complejo intermedio. Los valores de K_m y V_máx pueden determinarse examinando el flujo a diferentes concentraciones de sustrato. Al reorganizar la ecuación 5-1 da

Al trazar v contra v/C proporciona un método gráfico conveniente para determinar los valores V_máx y K_m, el gráfico Eadie-Hofstee (figura 5-5): la pendiente es –K_m y la intersección y es V_máx.

El transporte de membrana mediado por un transportador de un sustrato también se caracteriza por la inhibición mediante otros compuestos. La forma de inhibición se puede categorizar como uno de tres tipos: competitivo, no competitivo y poco competitivo. La inhibición competitiva se produce cuando los sustratos e inhibidores comparten un sitio de unión común en el transportador, dando como resultado un aumento aparente en el valor de K_m en presencia de inhibidor. El flujo de un sustrato en presencia de un inhibidor competitivo es

donde I es la concentración de inhibidor, y K_i es la constante de inhibición. La inhibición no competitiva supone que el inhibidor tiene un efecto alostérico sobre el transportador, no inhibe la formación de un complejo intermediario de sustrato y transportador, pero inhibe el proceso de translocación posterior.

La inhibición poco competitiva supone que los inhibidores pueden formar un complejo solo con un complejo intermedio del sustrato y el transportador e inhibir la posterior translocación.

Las predicciones de la estructura secundaria de proteínas de transporte de membrana basadas en el análisis de hidropatía indican que los transportadores de membrana en las superfamilias SLC y ABC son proteínas que abarcan múltiples dominios. Las estructuras de cristales emergentes se suman a nuestras ideas de los mecanismos de transporte a través de estas proteínas.

Transportadores ABC

La superfamilia ABC incluye 49 genes, cada uno con una o dos regiones ABC conservadas. Las regiones ABC catalíticas centrales de estas proteínas se unen e hidrolizan la ATP, usando la energía para el transporte hacia arriba de sus sustratos a través de la membrana. La mayoría de transportadores ABC en eucariotas mueven compuestos desde el citoplasma al exterior de la célula o hacia un compartimento intracelular (retículo endoplásmico, mitocondrias, peroxisomas). Los transportadores de ABC también se encuentran en procariotas, donde están involucrados predominantemente en la importación de compuestos esenciales que no pueden obtenerse por difusión pasiva (azúcares, vitaminas, metales, etcétera).

Los transportadores ABC tienen NBD en el lado citoplásmico. Los NBD se consideran los dominios motores de los transportadores ABC y contienen motivos conservados (p. ej., motivo Walker-A, motivo de la firma ABC) que participan en la unión e hidrólisis del ATP. Las estructuras de cristal de los cuatro transportadores ABC completos muestran dos NBD, que están en contacto entre sí, y un pliegue conservado. El mecanismo, compartido por estos transportadores ABC, parece implicar la unión de ATP a los NBD, lo que posteriormente desencadena una conformación de los transportadores en posición hacia fuera. La disociación de los productos de hidrólisis de ATP parece dar como resultado una conformación dirigida hacia dentro. En el caso de la extrusión de fármacos, cuando se une el ATP, los transportadores se abren hacia el exterior, liberando sus sustratos a los medios extracelulares. En la disociación de los productos de hidrólisis, los transportadores vuelven a la conformación dirigida hacia dentro, lo que permite la unión del ATP y el sustrato (figura 5-6). Aunque algunos transportadores de la superfamilia ABC contienen sólo un motivo ABC, forman homodímeros (BCRP/ABCG2) o heterodímeros (ABCG5 y ABCG8) que presentan una función de transporte.

Transportadores SLC

La superfamilia de transportadores SLC comprende un grupo estructuralmente diverso que incluye canales y transportadores activos secundarios (Hediger et al., 2013). Los sustratos de SLC incluyen especies iónicas y no iónicas y una variedad de xenobióticos y fármacos. No obstante, para un número de transportadores SLC que son importantes para la farmacocinética y la farmacodinamia, existen algunos aspectos estructurales y mecánicos comunes. Los transportadores humanos de SLC pueden usar un acceso alterno, el mecanismo de poro cerrado, mediante el cual el transportador expone un único sitio de unión de solutos de forma intercambiable a cada lado de la barrera de membrana (figura 5-7).

En términos generales, el transportador experimenta un cambio conformacional reversible entre los dos lados de la membrana durante el proceso de translocación. El ciclo de transporte sería el siguiente: el sustrato accede al sitio de unión del sustrato en un lado de la membrana; la unión del sustrato induce cambios estructurales en la proteína transportadora, reorientando la apertura del sitio de unión al lado opuesto. El sustrato se disocia del sitio de transporte, lo que permite que otro sustrato se una y transporte en la dirección opuesta. Tal mecanismo requiere que el enlace de sustratos diferentes (los sustratos "saliente" y "entrante") sea mutuamente exclusivo; es decir, hay un único sitio de enlace de reorientación. Las variaciones del modelo son posibles, y algunas se basan en estructuras cristalinas de homólogos bacterianos de transportadores humanos, donde dos protómeros distintivos se unen en el lado citoplásmico mediante un bucle de conexión, que soporta un mecanismo de interruptor basculante (figura 5-7).

El transporte asimétrico a través de una monocapa de células polarizadas, como las células epiteliales y endoteliales de los capilares cerebrales, se denomina transporte vectorial (figura 5-8). El transporte vectorial es importante para la absorción de nutrientes y ácidos biliares en el intestino en la absorción intestinal de fármacos (desde el lumem hasta la sangre). El transporte vectorial también desempeña un papel importante en la excreción hepatobiliar y urinaria de fármacos desde la sangre hasta el lumem. Además, la salida de fármacos del cerebro a través de las células endoteliales del cerebro y las células epiteliales del plexo coroideo del cerebro implica el transporte vectorial. Los transportadores ABC median sólo el eflujo unidireccional, mientras que los transportadores SLC median ya sea la absorción del fármaco o la salida del fármaco. Para los compuestos lipófilos que tienen suficiente permeabilidad a la membrana, los transportadores ABC solos pueden lograr el transporte vectorial sin la ayuda de transportadores de afluencia. Para aniones y cationes orgánicos relativamente hidrófilos, se necesitan transportadores coordinados de absorción y captación en las membranas plasmáticas polarizadas para lograr el movimiento vectorial de solutos a través de un epitelio. Una configuración típica implica un transportador activo primario o secundario en una membrana y un transportador pasivo en la otra. De esta manera, los sustratos comunes de los transportadores coordinados se transfieren de manera eficiente a través de la barrera epitelial.

En el hígado, un número de transportadores con diferentes especificidades de sustrato se localizan en la membrana sinusoidal (frente a la sangre). Estos transportadores están involucrados en la absorción de ácidos biliares, aniones orgánicos anfipáticos y cationes orgánicos hidrofílicos en los hepatocitos. Del mismo modo, los transportadores ABC en la membrana canalicular (frente a la bilis) exportan dichos compuestos a la bilis. Múltiples combinaciones de captación (OATP1B1, OATP1B3, OATP2B1) y transportadores de salida (MDR1, MRP2 y BCRP) participan en el transporte transcelular eficiente de una amplia variedad de compuestos en el hígado mediante el uso de un sistema denominado "células doblemente transfectadas"; estas células expresan tanto transportadores de absorción como de salida en cada lado. En muchos casos, las especificidades de sustrato superpuestas entre los transportadores de captación (familia OATP) y los transportadores de salida (familia MRP) hacen que el transporte vectorial de aniones orgánicos sea altamente eficiente. Sistemas de transporte similares también están presentes en el intestino, los túbulos renales y las células endoteliales de los capilares del cerebro (véase figura 5-8).

La expresión del transportador puede regularse transcripcionalmente en respuesta al tratamiento farmacológico y a las condiciones fisiopatológicas, dando como resultado la inducción o regulación baja de los mRNA del transportador. Los receptores nucleares tipo II, que forman heterodímeros con el receptor de ácido retinoico-cis-9 (RXR), pueden regular la transcripción de genes para enzimas y transportadores metabolizadores de fármacos (véanse la tabla 6-4, figura 6-8 y Urquhart et al., 2007). Dichos receptores incluyen PXR (NR1I2), CAR [constitutive androstane receptor] (NR1I3), FXR [farnesoid X receptor] (NR1H4), PPARα y RAR. Excepto por el CAR, éstos son receptores nucleares activados por ligandos que, como heterodímeros con RXR, se unen a elementos específicos en las regiones potenciadoras de genes diana. El CAR tiene actividad transcripcional constitutiva que es antagonizada por agonistas inversos, como androstenol y androstanol, e inducida por barbitúricos. El PXR, también conocido como SXR en humanos, se activa con esteroides sintéticos y endógenos, ácidos biliares y medicamentos como clotrimazol, fenobarbital, rifampicina, sulfinpirazona, ritonavir, carbamazepina, fenitoína, sulfadimidina, paclitaxel e hiperforina (un componente de la hierba de San Juan) (Guo y Zhou, 2015). La potencia de los activadores del PXR varía entre especies, de modo que los roedores no son necesariamente un modelo de efectos en humanos. Existe una superposición de sustratos entre CYP3A4 y Pgp, y el PXR media la coinducción de CYP3A4 y Pgp, lo que respalda su sinergia en la desintoxicación eficiente. Estudios recientes en hepatocitos humanos tratados con un activador de PXR sugirieron que los niveles de expresión de enzimas en la familia CYP son mucho más elevados que los niveles de transportadores en las familias SLC o ABC (Smith et al., 2014). La tabla 5-1 resume los efectos de la activación del fármaco de los receptores nucleares de tipo II en la expresión de transportadores.

La metilación del DNA es un mecanismo que subyace al control epigenético de la expresión génica. Según se informa, la expresión selectiva de tejido de los transportadores se consigue mediante la metilación del DNA (silenciamiento en los tejidos negativos para el transportador), así como mediante la transactivación en los tejidos positivos para el transportador. Los transportadores sometidos a control epigenético incluyen OAT3, URAT1, OCT2, OATP1B2, NTCP y PEPT2 en las familias SLC y MDR1, BCRP, BSEP y ABCG5/ABCG8 (Imai et al., 2009).

La superfamilia SLC

La superfamilia SLC incluye 52 familias y representa aproximadamente 395 genes en el genoma humano, cuyos productos son proteínas que abarcan la membrana, algunos de los cuales están asociados con enfermedades genéticas (tabla 5-2). Los sustratos de Myriad, incluidos los iones orgánicos e inorgánicos, interactúan con los transportadores SLC. Existen transportadores altamente selectivos que interactúan con moléculas con estructuras similares, como los transportadores de la familia SLC18 que interactúan con las monoaminas. Por otro lado, hay transportadores que aceptan una amplia gama de sustratos químicamente diversos, como transportadores de iones orgánicos en la familia SLC22. A diferencia de los transportadores ABC que dependen de la hidrólisis de ATP para transportar activamente sus sustratos, los transportadores SLC son por lo general transportadores facilitadores, aunque algunos son transportadores activos secundarios (véase figura 5-4). El conocimiento de la superfamilia continúa creciendo; en la última década, se han identificado unos 100 nuevos transportadores humanos de SLC (Lin et al., 2015).

Los roles fisiológicos de los transportadores SLC son importantes y diversos. Por ejemplo, los transportadores en las familias SLC1, SLC3, SLC6, SLC7, SLC25 y SLC36, que se expresan en el intestino y el riñón, entre otros órganos, transportan una serie de aminoácidos críticos en la síntesis de proteínas y la homeostasis energética. La glucosa y otros azúcares interactúan con los transportadores de las familias SLC2, SLC5 y SLC50 para su absorción, eliminación y distribución celular. Las proteínas en las familias SLC11, SLC30, SLC39 y SLC40 transportan zinc, hierro y otros metales. Los miembros de las familias SLC19, SLC46 y SLC52 transportan vitaminas solubles en agua. Los transportadores de la familia SLC6 mueven los neurotransmisores a través de la membrana plasmática; Los miembros de la familia SLC18 transportan neurotransmisores a las vesículas de almacenamiento.

Farmacológicamente, los transportadores de SLC se han caracterizado por su función en la absorción, eliminación y distribución tisular del fármaco y, de manera importante, como mediadores de las interacciones medicamentosas. Notablemente, los transportadores en la familia de aniones orgánicos del transportador de soluto, SLCO, interactúan con diversos sustratos, incluyendo estatinas y medicamentos antidiabéticos. Los transportadores de la familia SLC22 interactúan con fármacos aniónicos y catiónicos, incluidos muchos antibióticos y agentes antivirales, para mediar en la secreción renal activa. Los transportadores SLC se están enfocando cada vez más en el tratamiento de enfermedades humanas. Más de 100 transportadores SLC están asociados con trastornos monogénicos y, por tanto, pueden ser útiles para el tratamiento de enfermedades raras. Muchos SNP en transportadores SLC han alcanzado un nivel de significación de todo el genoma en estudios de asociación de enfermedades humanas. Notablemente, los polimorfismos en SLC30A8 están asociados con la diabetes mellitus tipo 1, y los polimorfismos en SLC22A4 y SLC22A5 están asociados con la enfermedad inflamatoria intestinal.

La superfamilia ABC

Los siete grupos de transportadores ABC son esenciales para muchos procesos celulares, y las mutaciones en al menos 13 de los genes para transportadores ABC causan, o contribuyen, a trastornos genéticos humanos (tabla 5-3). Además de conferir resistencia a múltiples fármacos, un aspecto farmacológico importante de estos transportadores es la exportación de xenobióticos de tejidos sanos. En particular, MDR1/ABCB1, MRP2/ABCC2 y BCRP/ABCG2 están involucrados en la disposición general del fármaco.

Distribución tisular de transportadores ABC relacionados con fármacos

La tabla 5-4 resume la distribución tisular de transceptores ABC relacionados con fármacos en humanos junto con información sobre sustratos típicos. MDR1 (ABCB1), MRP2 (ABCC2) y BCRP (ABCG2) se expresan en el lado apical del epitelio intestinal, donde sirven para extraer xenobioticos, incluidos muchos medicamentos administrados por vía oral. La MRP3 (ABCC3) se expresa en el lado basal de las células epiteliales.

Clave para la excreción vectorial de drogas en la orina o la bilis, los transportadores ABC se expresan en los tejidos polarizados del riñón y el hígado: MDR1, MRP2, BCRP y MRP4 (ABCC4) en la membrana del borde en cepillo del epitelio renal; MDR1, MRP2 y BCRP en la membrana canalicular biliar de los hepatocitos; y MRP3 y MRP4 en la membrana sinusoidal de hepatocitos. Algunos transportadores ABC se expresan específicamente en el lado sanguíneo de las células endoteliales o epiteliales que forman barreras para la entrada libre de compuestos tóxicos en los tejidos: la BBB (MDR1 y MRP4 en el lado luminal de las células endoteliales capilares cerebrales), la barrera sanguínea del CSF (MRP1 y MRP4 en el lado de la sangre basolateral del epitelio del plexo coroideo), la barrera hematoencefálica (MRP1 en la membrana basolateral de las células de Sertoli del ratón y MDR1 en varios tipos de células testiculares humanas) y la barrera sangre-placenta (MDR1, MRP2 y BCRP en el lado materno luminal y MRP1 en el lado fetal antiluminal de los trofoblastos placentarios).

Familia MRP/ABCC

Los sustratos de los transportadores en la familia MRP/ABCC son en su mayoría aniones orgánicos. Tanto la MRP1 como la MRP2 aceptan conjugados de glutatión y glucurónido, conjugados sulfatados de sales biliares y aniones orgánicos no conjugados de naturaleza anfipática (al menos una carga negativa y un cierto grado de hidrofobicidad). También transportan fármacos anticancerígenos neutros o catiónicos, como los alcaloides de la vinca y las antraciclinas, posiblemente por medio de un mecanismo de cotransporte o simport con GSH. La MRP3 también tiene una especificidad de sustrato que es similar a la de la MRP2 pero con una afinidad de transporte menor por conjugados de glutatión en comparación con la MRP1 y la MRP2. La MRP3 se expresa en el lado sinusoidal de los hepatocitos y se induce en condiciones colestásicas. La MRP3 funciona para devolver sales biliares tóxicas y glucurónidos de bilirrubina a la circulación sanguínea. La MRP4 acepta moléculas cargadas negativamente, que incluyen compuestos citotóxicos (p. ej., mercaptopurina-6 y metotrexato), nucleótidos cíclicos, fármacos antivirales (p. ej., adefovir y tenofovir), diuréticos (p. ej., furosemida y triclormetiazida) y cefalosporinas (p. ej., ceftizoxima y cefazolina). El glutatión permite a la MRP4 aceptar taurocolato y leucotrieno B₄. La MRP5 tiene una especificidad de sustrato más estrecha y acepta análogos de nucleótidos y medicamentos clínicamente importantes contra el HIV. No se han identificado sustratos que expliquen el mecanismo de la enfermedad relacionada con la MRP6 pseudoxantoma.

BCRP/ABCG2

La BCRP acepta moléculas cargadas tanto neutras como negativas, que incluyen compuestos citotóxicos (p. ej., topotecán, flavopiridol y metotrexato); conjugados sulfatados de fármacos terapéuticos y hormonas (p. ej., sulfato de estrógeno); antibióticos (p. ej., nitrofurantoína y fluoroquinolonas); estatinas (p. ej., pitavastatina y rosuvastatina); y compuestos tóxicos encontrados en alimentos normales [fitoestrógenos (amino-2-metil-1-fenilimidazo-6 [4,5-b] piridina) y feoforbida A, un catabolito de la clorofila]. Además, las variantes genéticas en el transportador se han implicado en la hiperuricemia y la gota y en la disposición de ácido úrico y los XOI alopurinol y oxipurinol.

Roles fisiológicos de los transportadores ABC

La importancia fisiológica de los transportadores ABC ha sido ampliamente ilustrada por estudios que involucran animales "knockout" o pacientes con defectos genéticos en estos transportadores. Por ejemplo, los ratones deficientes en la función MDR1 son viables y fértiles y no muestran anormalidades fenotípicas obvias distintas a la hipersensibilidad a la toxicidad de los fármacos. Hay datos igualmente notables para MRP1, MRP4, BCRP y BSEP. La lección es la siguiente: la ausencia total de estos transportadores ABC relacionados con fármacos no es letal y puede permanecer sin reconocimiento en ausencia de perturbaciones exógenas debidas a alimentos, drogas o toxinas. Sin embargo, se debe evitar la inhibición de los transportadores ABC fisiológicamente importantes (en especial aquellos relacionados en forma directa con las enfermedades genéticas descritas en la tabla 5-3) por fármacos para reducir la incidencia de efectos secundarios inducidos por fármacos.

Transportadores ABC en la absorción y eliminación de fármacos

Con respecto a la medicina clínica, MDR1 es el transportador ABC más reconocido hasta la fecha. La exposición sistémica a la digoxina administrada por vía oral disminuye con la administración conjunta de rifampina (un inductor de MDR1) y se correlaciona negativamente con la expresión de la proteína MDR1 en el intestino humano. MDR1 también se expresa en la membrana del borde en cepillo del epitelio renal, y su función puede controlarse usando digoxina (>70% excretada en la orina). Los inhibidores de MDR1 (p. ej., quinidina, verapamilo, valspodar, espironolactona, claritromicina y ritonavir) reducen de manera notable la excreción renal de digoxina. Los fármacos con beneficios terapéuticos estrechos (p. ej., digoxina, ciclosporina, tacrolimús) deben usarse con sumo cuidado si es probable que existan interacciones farmacológicas basadas en MDR1.

En el intestino, la MRP3 puede mediar la absorción intestinal en conjunción con los transportadores de captación. La MRP3 media el flujo de salida sinusoidal en el hígado, disminuyendo la eficacia de la excreción biliar de la sangre y la excreción de metabolitos formados intracelularmente, en particular conjugados de glucurónido. Por tanto, la disfunción de MRP3 resulta en el acortamiento de la eliminación t_1/2. Los sustratos de MRP4 también pueden ser transportados por el OAT1 y el OAT3 en la membrana basolateral de las células epiteliales en el riñón. El proceso limitante de la secreción tubular renal es probablemente el proceso de captación en la superficie basolateral. La disfunción de MRP4 aumenta la concentración renal, pero tiene un efecto limitado sobre la concentración sanguínea.

Los transportadores de fármacos desempeñan una función destacada en la farmacocinética (véanse la figura 5-1 y la tabla 5-4). Los transportadores en el hígado y el riñón tienen un papel importante en la eliminación de los medicamentos de la sangre y, por tanto, en el metabolismo y la excreción.

Transportadores hepáticos

La absorción hepática de aniones orgánicos (p. ej., fármacos, leucotrienos y bilirrubina), cationes y sales biliares está mediada por transportadores de tipo SLC en la membrana basolateral (sinusoidal) de los hepatocitos: OATP (SLCO), OCT (SLC22) y NTCP (SLC10A1), respectivamente. Estos transportadores median la captación por mecanismos activos facilitados o secundarios.

Los transportadores ABC, tales como MRP2, MDR1, BCRP, BSEP y MDR2, en la membrana canalicular biliar de los hepatocitos intervienen en la salida (excreción) de fármacos y sus metabolitos, sales biliares y fosfolípidos frente a un gradiente de concentración abrupto desde el hígado hasta la bilis. Este transporte activo primario es conducido por hidrólisis de ATP.

El transporte vectorial de fármacos desde la sangre circulante hasta la bilis mediante un transportador de captación (familia OATP) y un transportador de salida (MRP2, BCRP) es importante para determinar la exposición al fármaco en la sangre circulante y el hígado. Además, hay muchos otros transceptores de absorción y eflujo en el hígado (figura 5-9).

Los siguientes ejemplos ilustran la importancia del transporte vectorial en la determinación de la exposición al fármaco en la sangre y el hígado circulantes y el papel de los transportistas en las interacciones medicamentosas.

Inhibidores de HMG-CoA reductasa

Las estatinas son agentes reductores del colesterol que inhiben reversiblemente la HMG-CoA reductasa, que cataliza un paso limitante en la biosíntesis del colesterol (véase capítulo 33). La mayoría de las estatinas en su forma ácida son sustratos de transportadores de captación hepática y se someten a recirculación enterohepática (véase figura 5-6). En este proceso, los transportadores de captación hepática tales como OATP1B1 y los transportadores de eflujo tales como MRP2 actúan cooperativamente para producir transporte transcelular vectorial de bisubrato. La eficiente captación hepática de primer paso de estas estatinas por OATP1B1 ayuda a concentrarlas en el hígado donde producen sus efectos farmacológicos, minimizando así sus niveles sistémicos y los efectos adversos en el músculo liso. Los polimorfismos genéticos de OATP1B1 también afectan la función de este transportador (Meyer zu Schwabedissen et al., 2015).

Gemfibrozilo

El agente reductor del colesterol gemfibrozilo, un activador PPARα, puede mejorar la toxicidad (miopatía) en varias estatinas por un mecanismo que involucra el transporte. El gemfibrozilo y su glucurónido inhiben la absorción de las formas hidroxi activas de las estatinas en los hepatocitos mediante OATP1B1, lo que resulta en un aumento de la concentración plasmática de estatinas y un aumento concomitante en la toxicidad.

Irinotecán

El CPT-11 es un potente medicamento contra el cáncer, pero la toxicidad gastrointestinal de inicio tardío, como la diarrea intensa, hace que sea un agente difícil de usar de forma segura. Después de la administración intravenosa de CPT-11, una carboxilesterasa convierte el fármaco a SN-38, un metabolito activo. El SN-38 se conjuga posteriormente con ácido glucurónico en el hígado. El SN-38 y el glucurónido SN-38 son luego excretados a la bilis por la MRP2, ingresan al tracto GI y causan efectos adversos. La inhibición de la excreción biliar mediada por MRP2 de SN-38 y su glucurónido mediante la coadministración de probenecid reduce la diarrea inducida por fármacos en los sistemas experimentales y puede resultar útil en humanos (Horikawa et al., 2002). Para detalles adicionales, véanse las figuras 6-6, 6-8 y 6-9.

Bosentán

El bosentán es un antagonista de la endotelina utilizado para tratar la hipertensión arterial pulmonar. Se absorbe en el hígado por OATP1B1 y OATP1B3 y posteriormente se metaboliza por CYP2C9 y CYP3A4. La captación hepática mediada por transportador puede ser un factor determinante de la eliminación de bosentán, y la inhibición de su captación hepática por ciclosporina, rifampicina y sildenafil puede afectar su farmacocinética.

Temocaprilo y otros inhibidores de la ACE

El temocaprilo es un inhibidor de la ACE (véase capítulo 26). Su metabolito activo, el temocaprilat, se excreta tanto en la bilis como en la orina por el hígado y el riñón, respectivamente, mientras que otros inhibidores de la ACE se excretan por lo general por el riñón. Una característica especial del temocaprilo entre los inhibidores de la ACE es que su concentración plasmática permanece relativamente sin cambios incluso en pacientes con insuficiencia renal. Sin embargo, el AUC plasmático de enalaprilat y otros inhibidores de la ACE aumenta notablemente en pacientes con trastornos renales. El temocaprilat es un bisustrato de la familia OATP y la MRP2, mientras que otros inhibidores de la ACE no son buenos sustratos de MRP2 (aunque la familia OATP los absorbe en el hígado). Teniendo en cuenta estos hallazgos, la afinidad por MRP2 puede dominar en la determinación de la excreción biliar de cualquier serie de inhibidores de la ACE. Se espera que los fármacos que son excretados tanto en la bilis como en la orina en el mismo grado presenten mínimas diferencias interindividuales en su farmacocinética.

Antagonistas del receptor de angiotensina II

Los antagonistas del receptor de angiotensina II se usan para el tratamiento de la hipertensión, actuando sobre los receptores AT₁ expresados en el músculo liso vascular, el túbulo proximal, las células medulares suprarrenales y en otros lugares. Para la mayoría de estos medicamentos, la absorción hepática y la excreción biliar son factores importantes para su farmacocinética y efectos farmacológicos. El telmisartán se absorbe en los hepatocitos humanos de manera saturable, predominantemente a través de OATP1B3 (Ishiguro et al., 2006). Por otro lado, tanto OATP1B1 como 1B3 son responsables de la absorción hepática de valsartán y olmesartán, aunque las contribuciones relativas de estos transportadores no están claras. Los estudios que utilizan células doblemente transfectadas con transportadores de captación hepática y transportadores de excreción biliar han aclarado que MRP2 desempeña el papel más importante en la excreción biliar de valsartán y olmesartán.

Repaglinida y nateglinida

La repaglinida es un medicamento antidiabético análogo a la meglitinida. Aunque se elimina casi por completo por el metabolismo mediado por los CYP 2C8 y 3A4, la captación hepática mediada por el transportador es uno de los factores determinantes de su tasa de eliminación. En sujetos con el genotipo OATP1B1 (SLCO1B1) 521CC, se observó un cambio significativo en la farmacocinética de repaglinida (Niemi et al., 2005). El polimorfismo genético en SLCO1B1 521T>C da como resultado una farmacocinética alterada de nateglinida, lo que sugiere que OATP1B1 es un factor determinante de su eliminación, aunque luego se metaboliza mediante los CYP 2C9, 3A4 y 2D6 (Zhang et al., 2006b).

Transportadores renales

Transporte orgánico de cationes

Los cationes orgánicos estructuralmente diversos se secretan en el túbulo proximal. Muchos cationes orgánicos secretados son compuestos endógenos (p. ej., colina, metil nicotinamida-N y DA), y la secreción renal ayuda a eliminar el exceso de concentraciones de estas sustancias. Otra función de la secreción de cationes orgánicos es liberar al cuerpo de xenobióticos, incluidos muchos fármacos cargados positivamente y sus metabolitos (p. ej., cimetidina, ranitidina, metformina, vareniclina y trospio) y toxinas del entorno (p. ej., nicotina y paraquat). Los cationes orgánicos que secretan los riñones pueden ser hidrofóbicos o hidrófilos. Los cationes de fármacos orgánicos hidrofílicos generalmente tienen pesos moleculares menores que 400 Da; un modelo actual para su secreción en el túbulo proximal de la nefrona se muestra en la figura 5-10 que involucra a los transportadores que se describen a continuación.

Para el flujo transepitelial de un compuesto (p. ej., secreción), el compuesto debe atravesar dos membranas secuencialmente, la membrana basolateral frente a la sangre y la membrana apical frente al lumen tubular. Los cationes orgánicos parecen atravesar la membrana basolateral en el túbulo proximal humano mediante dos transportadores distintos en la familia SLC 22 (SCL22): OCT2 (SLC22A2) y OCT3 (SLC22A3). Los cationes orgánicos se transportan a través de esta membrana por un gradiente electroquímico.

El transporte de cationes orgánicos desde la célula al lumen a través de la membrana apical ocurre por un intercambio de catión orgánico protónico electroneutral que está mediado por los transportadores de la familia SLC47, que comprende miembros de la familia MATE. Los transportadores en la familia MATE, asignados a la membrana apical del túbulo proximal, parecen desempeñar un papel clave en el desplazamiento de los cationes orgánicos hidrofílicos de la célula tubular a la luz. Además, los OCTN, ubicados en la membrana apical, parecen contribuir al flujo de catión orgánico a través del túbulo proximal. En humanos, éstos incluyen OCTN1 (SLC22A4) y OCTN2 (SLC22A5). Estos transportadores bifuncionales están implicados no sólo en la secreción de cationes orgánicos sino también en la reabsorción de carnitina. En el modo de recaptación, los transportadores funcionan como cotransportadores de Na⁺, confiando en el gradiente de Na⁺ dirigido hacia dentro creado porNa⁺-K⁺ATPasa, para mover la carnitina del lumen tubular a la célula. En el modo de secreción, los transportadores parecen funcionar como intercambiadores de cationes orgánicos de protones. Es decir, los protones se mueven desde el lumen tubular al interior de la célula a cambio de cationes orgánicos, que se mueven desde el citosol hasta el lumen tubular. El gradiente de protones dirigido hacia dentro (lumen tubular → citosol) se mantiene mediante transportadores de la familia SLC9, que son intercambiadores Na⁺/K⁺ (NHEs, antiportadores). De los dos pasos involucrados en el transporte secretor, el transporte a través de la membrana luminal parece ser limitante de la frecuencia.

OCT2 (SLC22A2)

Los ortólogos humanos, de ratón y de rata de OCT2 se expresan en abundancia en el riñón humano y, hasta cierto punto, en el tejido neuronal, como el plexo coroideo. En el riñón, el OCT2 se localiza en los túbulos proximal y distal y los conductos colectores. En el túbulo proximal, el OCT2 está restringido a la membrana basolateral. El transporte mediado por OCT2 de cationes orgánicos modelo MPP⁺ (fenilpiridinio-4-metil-1) y TEA (tetraetilamonio) es electrogénico, y tanto el OCT2 como el OCT1 pueden favorecer el intercambio orgánico de cationes orgánicos. El OCT2 generalmente acepta una amplia gama de cationes orgánicos monovalentes con pesos moleculares por debajo de 400 Da. El OCT2 también está presente en los tejidos neuronales; sin embargo, los neurotransmisores de monoamina tienen baja afinidad por OCT2.

OCT3 (SLC22A3)

El gen OCT3 se encuentra conjuntamente con los genes OCT1 y OCT2 en el cromosoma 6. Los estudios de distribución tisular sugieren que el OCT3 humano se expresa en hígado, riñón, intestino, placenta, músculo esquelético y tejido adiposo, aunque en el riñón aparece para ser expresado en considerablemente menos abundancia que el OCT2, y en el hígado es menos abundante que el OCT1. Al igual que OCT1 y OCT2, el OCT3 parece apoyar el transporte de catión orgánico sensible al potencial electrogénico. El OCT3 desempeña un papel tanto en la eliminación renal como en la absorción intestinal de metformina.

OCTN1 (SLC22A4)

El OCTN1 parece funcionar como un intercambiador de cationes-protones orgánicos. La afluencia mediada por el OCTN1 de cationes orgánicos modelo se mejora a pH alcalino, mientras que el eflujo se incrementa mediante un gradiente de protón dirigido hacia dentro. El OCTN1 contiene un motivo de secuencia de unión a nucleótidos, y el transporte de sus sustratos parece ser estimulado por ATP celular. El OCTN1 también puede funcionar como un intercambiador catiónico de cationes orgánicos. El OCTN1 funciona como un transportador bidireccional dependiente de pH y ATP en la membrana apical de las células epiteliales tubulares renales y parece ser importante en el transporte renal de gabapentina.

OCTN2 (SLC22A5)

El OCTN2 es un transportador bifuncional; funciona como un transportador de carnitina dependiente de Na⁺ y un OCT dependiente de Na⁺. El transporte OCTN2 de cationes orgánicos es sensible al pH, lo que sugiere que el OCTN2 puede funcionar como un intercambiador catiónico orgánico. El transporte de L-carnitina mediante el OCTN2 es un proceso electrogénico dependiente de Na⁺. Las mutaciones en el OCTN2 pueden dar como resultado una reabsorción renal insuficiente de carnitina y parecen ser la causa de la deficiencia primaria de carnitina sistémica (Tamai, 2013).

MATE1 y MATE2-K (SLC47A1, SLC47A2)

Los miembros de la familia de extrusión multifármaco y toxina MATE1 y MATE2-K interactúan con cationes orgánicos hidrofílicos estructuralmente diversos, que incluyen el fármaco antidiabético metformina, el antagonista cimetidina H₂ y el fármaco topotecán anticancerígeno. Además de los compuestos catiónicos, los transportadores reconocen algunos aniones, incluidos los agentes antivirales aciclovir y ganciclovir. Los compuestos bipolares, cefalexina y cefradina son sustratos específicos de MATE1. El herbicida paraquat, un compuesto de amonio biscuaternario que es nefrotóxico en humanos, es un sustrato de alta afinidad de MATE1. Tanto la MATE1 como la MATE2-K se han localizado en la membrana apical del túbulo proximal. La MATE1, no así la MATE2-K, también se expresa en la membrana canalicular del hepatocito. Estos transportadores parecen ser los antiportadores de protones catiónicos orgánicos largamente buscados en la membrana apical del túbulo proximal; es decir, un gradiente de protones opuestamente dirigido puede impulsar el movimiento de cationes orgánicos a través de MATE1 o MATE2-K. Los antibióticos levofloxacina y ciprofloxacina, aunque inhibidores potentes, no son transportados por MATE1 o MATE2-K.

Polimorfismos de OCT y MATE

El OCT1 exhibe el mayor número de polimorfismos de aminoácidos, seguido de OCT2 y luego OCT3. Estudios recientes sugieren que las variantes genéticas de OCT1 y de OCT2 se asocian con alteraciones en la eliminación renal y la respuesta al fármaco antidiabético metformina. Las MATE tienen menos polimorfismos de aminoácidos; sin embargo, estudios recientes sugirieron que las variantes de región no codificadora de SLC47A1 y SLC47A2 están asociadas con la variación en respuesta a la metformina.

Transporte de aniones orgánicos

Al igual que con el transporte de cationes orgánicos, una función principal de la secreción de aniones orgánicos parece ser la eliminación de xenobióticos del cuerpo. Los sustratos candidatos son estructuralmente diversos e incluyen muchos fármacos débilmente ácidos (p. ej., pravastatina, captopril, HAP y penicilinas) y toxinas (p. ej., ocratoxina). Los OAT no sólo mueven aniones hidrofóbicos e hidrofílicos, sino que también pueden interactuar con cationes y compuestos neutros.

La figura 5-11 muestra un modelo actual para el flujo transepitelial de aniones orgánicos en el túbulo proximal. Dos transportadores primarios en la membrana basolateral median el flujo de aniones orgánicos del fluido intersticial al túbulo celular: OAT1 (SLC22A6) y OAT3 (SLC22A8). Energéticamente, los aniones orgánicos hidrófilos se transportan a través de la membrana basolateral contra un gradiente electroquímico en intercambio por cetoglutarato α intracelular, que baja su gradiente de concentración de citosol a sangre. El gradiente dirigido hacia el exterior del cetoglutarato α se mantiene al menos en parte mediante un transportador basolateral de dicarboxilato-Na⁺(NaDC3), usando el gradiente de Na⁺ establecido por ATPasa-Na⁺, K⁺. El transporte de aniones orgánicos de bajo peso molecular por los transportadores clonados OAT1 y OAT3 puede ser impulsado por cetoglutarato α; el transporte acoplado de cetoglutarato α y aniones orgánicos de bajo peso molecular (p. ej., PAH) se produce en vesículas aisladas de la membrana basolateral. La farmacología molecular y la biología molecular de OAT han sido revisadas recientemente (Srimaroeng et al., 2008).

El mecanismo responsable del transporte de la membrana apical de aniones orgánicos desde el citosol de la célula tubular al lumen tubular sigue siendo controvertido. El OAT4 puede servir como el transportador de membrana luminal para aniones orgánicos, pero el movimiento de los sustratos a través de este transportador puede ser impulsado por intercambio con un cetoglutarato α, lo que sugiere que el OAT4 puede funcionar en la reabsorción, en lugar de la secreción, flujo de aniones orgánicos. El NaPT1, en su origen clonado como un transportador de fosfato, puede soportar el transporte de baja afinidad de aniones orgánicos hidrofílicos tales como HAP. Los MRP2 y MRP4, transportadores de resistencia a múltiples fármacos en la ABCC, pueden interactuar con algunos aniones orgánicos y pueden bombearlos activamente desde el citosol de la célula tubular al lumen tubular.

OAT1 (SLC22A6)

Las isoformas de mamífero de OAT1 se expresan principalmente en el riñón, con alguna expresión en el cerebro y el músculo esquelético. Los estudios inmunohistoquímicos sugieren que el OAT1 se expresa en la membrana basolateral del túbulo proximal en humanos, con la expresión más alta en el segmento medio, S2 (véase figura 25-1). Con base en la PCR cuantitativa, el OAT1 se expresa en un tercio del nivel de OAT3. El OAT1 exhibe un transporte saturable de aniones orgánicos tales como PAH. Este transporte se transmite por otros aniones orgánicos, incluido el cetoglutarato α. Por tanto, la diferencia interna de potencial negativo impulsa el flujo de salida del cetoglutarato α de dicarboxilato, que a su vez soporta la afluencia de monocarboxilatos como la PAH. Los esteroides sexuales regulan la expresión de OAT1 en el riñón. El OAT1 generalmente transporta aniones orgánicos de bajo peso molecular, ya sean endógenos (p. ej., PGE₂ y urato) o exógenos (fármacos ingeridos y toxinas). Algunos compuestos neutros también son transportados por el OAT1 a una afinidad más baja (p. ej., la cimetidina).

OAT2 (SLC22A7)

El OAT2 está presente tanto en el riñón como en el hígado; el OAT2 renal se localiza en la membrana basolateral del túbulo proximal. Funciona como un transportador de nucleótidos, en particular nucleótidos de guanina tales como GMP cíclico, para el cual es un transportador facilitador bidireccional (Cropp et al., 2008). Los estudios celulares indican que OAT2 funciona tanto en la afluencia como en la salida de los nucleótidos de guanina. El OAT2 transporta aniones orgánicos tales como HAP y metotrexato con baja afinidad, PGE₂ con alta afinidad, y algunos compuestos neutros, pero con menor afinidad (p. ej., la cimetidina).

OAT3 (SLC22A8)

El OAT3 humano está confinado a la membrana basolateral del túbulo proximal. Esta proteína consiste en dos variantes, una de las cuales transporta una gran variedad de aniones orgánicos, incluyendo PAH, sulfato de estrona, y muchos de los medicamentos (p. ej., pravastatina, cimetidina, mercaptopurina-6 y metotrexato) (Srimaroeng et al., 2008). La variante más larga no es compatible con el transporte. Las especificidades del OAT3 y el OAT1 se solapan, aunque los parámetros cinéticos difieren: el sulfato de estrona es transportado por ambos, aunque por OAT3 con una afinidad mucho más alta; el OAT1 transporta cimetidina el antagonista del receptor H₂ con una alta afinidad.

OAT4 (SLC22A11)

El OAT4 humano se expresa en la placenta y el riñón (en la membrana luminal del túbulo proximal). El transporte de anión orgánico por OAT4 puede ser estimulado por transgradientes de cetoglutarato α, lo que sugiere que el OAT4 puede estar implicado en la reabsorción de aniones orgánicos de lumen tubular en la célula (véase figura 5-11). La especificidad de OAT4 incluye los compuestos modelo sulfato de estrona y PAH, así como zidovudina, tetraciclina y metotrexato. Colectivamente, los estudios emergentes sugieren que el OAT4 puede estar involucrado, no en el flujo secretor de aniones orgánicos, sino en la reabsorción.

Otros transportadores de aniones

El URAT1 (SLC22A12) es un transportador específico de riñón confinado a la membrana apical del túbulo proximal. El URAT1 es el principal responsable de la reabsorción de uratos que media el transporte de urato electroneutral que puede ser transestimulado por gradientes-Cl. La proteína 1 de transporte de fosfato dependiente de NPT1, Na⁺ (SLC17A1), se expresa en la membrana luminal del túbulo proximal así como en el cerebro. El NPT1 transporta HAP, probenecid y penicilina G. Parece estar involucrado en el eflujo de aniones orgánicos desde la célula del túbulo hacia la luz e interactúa con el ácido úrico.

Se considera que la MRP2 (ABCC2) es el transportador principal implicado en la salida de muchos conjugados de fármacos (tales como conjugados de GSH) a través de la membrana canalicular del hepatocito. La MRP2 también se encuentra en la membrana apical del túbulo proximal, donde se cree que desempeña un papel en la salida de aniones orgánicos en la luz tubular. En general, la MRP2 transporta compuestos más grandes y voluminosos que la mayoría de los OAT de la familia SLC22. La MRP4 (ABCC4), localizada en la membrana apical del túbulo proximal, transporta una amplia gama de aniones conjugados, que incluyen glucurónidos y conjugados de GSH. Parece que la MRP4 interactúa con metotrexato, análogos de nucleótidos cíclicos y análogos de nucleósidos antivirales. La BCRP (ABCG2) se localiza en la membrana apical del túbulo y el duodeno proximales y está implicada en la secreción de ácido úrico y la secreción de los XOI, alopurinol y oxipurinol.

Se han identificado polimorfismos en el OAT1 y el OAT3 en subpoblaciones humanas étnicas (véase https://www.pharmgkb.org). En particular, los polimorfismos en ABCG2 se han asociado con una respuesta reducida al alopurinol y al oxipurinol.

Los neurotransmisores aminogénicos biogénicos se empaquetan en vesículas en neuronas presinápticas, se liberan en la sinapsis mediante la fusión de las vesículas con la membrana plasmática y luego se devuelven a las neuronas presinápticas o postsinápticas (véanse capítulos 8 y 14). Los transportadores implicados en la recaptación neuronal de los neurotransmisores y la regulación de sus niveles en la hendidura sináptica pertenecen a dos superfamilias principales, SLC1 y SLC6. Los transportadores de ambas familias desempeñan papeles en la recaptación de GABA, glutamato y los neurotransmisores monoamina NE, 5HT y DA. Estos transportadores pueden servir como objetivos farmacológicos para fármacos neuropsiquiátricos. Los miembros de la familia SLC6 localizados en el cerebro e involucrados en la recaptación de neurotransmisores en neuronas presinápticas incluyen NET (SLC6A2), DAT (SLC6A3), SERT (SLC6A4) y varios GAT (GAT1, GAT2 y GAT3). Cada uno de estos transportadores parece tener 12 regiones de transmembrana (TM) y un gran bucle extracelular con sitios de glucosilación entre TM3 y TM4.

Los miembros de la familia SLC6 son transportadores activos secundarios, según el gradiente de Na⁺ para transportar sus sustratos a las células. También se requiere Cl^-, aunque en un grado variable según el miembro de la familia. A través de sus mecanismos de reabsorción, los transportadores de neurotransmisores de la familia SLC6A regulan las concentraciones y los tiempos de permanencia de los neurotransmisores en la hendidura sináptica; la extensión de la captación del transmisor también influye en el almacenamiento vesicular posterior de los transmisores. Muchos de estos transportadores están presentes en otros tejidos (p. ej., intestino, riñón y plaquetas) y pueden cumplir otras funciones. Además, los transportadores pueden funcionar en la dirección inversa; es decir, los transportadores pueden exportar neurotransmisores de forma independiente Na²⁺.

Captación de GABA: GAT1 (SLC6A1), GAT3 (SLC6A11), GAT2 (SLC6A13) y BGT1 (SLC6A12)

El GAT1 es el transportador de GABA más importante en el cerebro, se expresa en neuronas GABAérgicas y se encuentra en su mayor parte en las neuronas presinápticas. El GAT1 es abundante en la neocorteza, el cerebelo, los ganglios basales, el tallo cerebral, la médula espinal, la retina y el bulbo olfatorio. El GAT3 se encuentra sólo en el cerebro, principalmente en células gliales. El GAT2 se localiza en los tejidos periféricos, incluidos el riñón y el hígado, y dentro del CNS en el plexo coroideo y las meninges. Fisiológicamente, el GAT1 parece ser responsable de regular la interacción de GABA en los receptores. La presencia de GAT2 en el plexo coroideo y su ausencia en las neuronas presinápticas sugieren que este transportador puede desempeñar una función principal en el mantenimiento de la homeostasis del GABA en el LCR. El GAT1 es el objetivo del fármaco antiepiléptico tiagabina (un derivado del ácido nipecótico), que presumiblemente actúa para prolongar el tiempo de permanencia del GABA en la hendidura sináptica de las neuronas GABAérgicas al inhibir la recaptación de GABA. Un cuarto GAT, BGT1, ocurre en regiones extrasinápticas del hipocampo y la corteza (Madsen et al., 2011).

Captación de catecolamina: NET (SLC6A2)

El NET se encuentra en tejidos nerviosos centrales y periféricos, así como en tejido cromafín adverso. El NET se localiza con marcadores neuronales, lo que resulta consecuente con su papel en la recaptación de neurotransmisores monoamínicos. Esto proporciona la recaptación de NE (y DA) en las neuronas, lo que limita el tiempo de permanencia sináptico de NE y termina sus acciones, guardando NE para el reenvasado posterior. El NET sirve como blanco farmacológico para el antidepresivo desipramina, otros antidepresivos tricíclicos y la cocaína. La intolerancia ortostática, un raro trastorno familiar caracterizado por una presión sanguínea anormal y una respuesta de la frecuencia cardiaca a los cambios en la postura, se ha asociado con una mutación en el NET.

Captación de dopamina: DAT (SLC6A3)

El DAT se encuentra principalmente en el cerebro en neuronas dopaminérgicas. La función principal del DAT es la recaptación de DA, terminando sus acciones. Aunque está presente en las neuronas presinápticas en la unión neurosináptica, el DAT también se halla en abundancia a lo largo de las neuronas, lejos de la hendidura sináptica. Fisiológicamente, el DAT está involucrado en funciones atribuidas al sistema dopaminérgico, incluido el estado de ánimo, el comportamiento, la recompensa y la cognición. Los medicamentos que interactúan con el DAT incluyen cocaína y sus análogos, anfetaminas y la neurotoxina MPTP (metilfeniltetrahidropiridina).

Captación de serotonina: SERT (SLC6A4)

El SERT es responsable de la reabsorción y eliminación de 5HT en el cerebro. Al igual que los otros miembros de la familia SLC6A, el SERT transporta sus sustratos en una forma dependiente de Na⁺ y depende de Cl^- y posiblemente en el transporte de K⁺. Los sustratos de SERT incluyen 5HT, diversos derivados de triptamina y neurotoxinas tales como MDMA (éxtasis) y fenilfamuramina. El SERT es el blanco específico de los antidepresivos SSRI (p. ej., fluoxetina y paroxetina) y uno de los varios blancos de antidepresivos tricíclicos (p. ej., amitriptilina). Las variantes genéticas de SERT se han asociado con una variedad de trastornos conductuales y neurológicos. Se desconoce el mecanismo preciso por el cual la actividad reducida de SERT, causada por una variante genética o un antidepresivo, finalmente afecta el comportamiento, incluida la depresión.

El CNS está bien protegido de los neurotransmisores circulantes, bien surtido con nutrientes e iones necesarios, y capaz de excluir muchas toxinas, bacterias y xenobióticos. Este cuidadoso conjunto de condiciones se logra mediante una barrera llamada BBB. Esta barrera es el resultado de las propiedades especializadas de la microvasculatura del CNS. Funcionalmente, la BBB es en parte física, en parte es una consecuencia de la permeabilidad selectiva (exportación de moléculas indeseables e importación de moléculas necesarias), y en parte es consecuencia de la destrucción enzimática de ciertos permeantes por enzimas en la barrera. Hay algunas regiones neurosensoriales y neurosecretoras del cerebro que carecen de la barrera: hipófisis posterior, eminencia media, área postrema, órgano subfornical, órgano subcomisural y lámina terminal.

La parte física de la BBB se deriva de la estructura distintiva del endotelio capilar en el cerebro y el plexo coroideo. A diferencia de las células endoteliales de la microvasculatura periférica que tienen espacios entre ellas que permiten el flujo de agua y moléculas pequeñas hacia el espacio intersticial, las células endoteliales del CNS tienen uniones estrechas que limitan el flujo paracelular y generalmente tienen tasas muy bajas de transporte vesicular (transcitosis) en comparación con el endotelio periférico. Además, el endotelio del CNS está envuelto por la membrana basal, los pericitos y los procesos pseudopodiales de la astroglia. Las moléculas lipofílicas y los gases como el O₂ y el CO₂ pueden difundirse fácilmente a través de estas capas desde la sangre hasta el cerebro. Las moléculas hidrofílicas (nutrientes, iones, moléculas cargadas, muchos fármacos) no pueden atravesar estas barreras múltiples de membrana por difusión a velocidades suficientes.

Por tanto, el sistema se basa en la permeabilidad selectiva. Por ejemplo, hay sistemas de transporte: para iones; para nutrientes, muchos en la familia de SLC de proteínas de transporte, tales como SLC2A1/GLUT1 (glucosa), SLC7A1 y SLC7A5/LAT1 (aminoácidos); para nucleósidos; y para subproductos metabólicos tales como lactato y piruvato (SLC16A1). Los miembros de la familia SLC22 (OAT1 y OAT3) desempeñan un papel en la salida de xenobióticos del LCR al plasma. Existen sistemas de transporte mediados por receptores para la ferritina y la insulina, y existe un bajo nivel de transcitosis (tránsito de vesículas dependiente de caveolina). Las membranas endoteliales también expresan exportadores que básicamente evitan que moléculas tales como fármacos crucen el endotelio. Hay transportadores como Pgp (ABCB1/MDR1), el transportador de eflujo bien caracterizado que extruye sus sustratos a través de la membrana luminal de las células endoteliales capilares del cerebro en la sangre, lo que limita la penetración en el cerebro. Hay evidencia acumulada para roles similares de BCRP y MRP4. Los compuestos fisiológicos que necesitan cruzar la BBB son capaces de cruzar.

Hay una barrera metabólica para algunos compuestos. Por ejemplo, las MAO en las células endoteliales inactivan las catecolaminas circulantes y la MAO endotelial y la dopa descarboxilasa (aminoácido aromático descarboxilasa; véase capítulo 8) metabolizan L-dopa dihidroxifenilacetato-3,4 (de ahí la necesidad de incluir un inhibidor de la dopa descarboxilasa cuando se administra L-dopa para tratar la enfermedad de Parkinson). La enzima de la barrera metabólica glutamil-γ transpeptidasa escinde el mediador de leucotrienos producido por la vía lipoxigenasa-5, LTC4 y otros aductos de glutatión.

¿Qué sucede con las moléculas del fármaco? Una vez que alcanzan la circulación sistémica, llegar a la región general del cerebro no es un problema: el cerebro recibe aproximadamente 15% del gasto cardiaco (véase tabla 2-2). ¿Qué hay de cruzar la BBB? Los fármacos pequeños pueden difundirse a través de la BBB en función de su solubilidad en lípidos (coeficiente de partición aceite/agua). Por tanto, los anestésicos como el óxido nitroso y el tiopental se mueven fácilmente a través de la BBB. Algunos medicamentos pueden parecerse a sustratos que se transportan al cerebro (p. ej., aminoácidos, nucleósidos) y de ese modo obtienen entrada. El LAT1 (SLC7A5) está involucrado en la afluencia de varios medicamentos, como L-dopa y gabapentina a través de la BBB. El OAT1 y el OAT3, que generalmente desempeñan un papel en la descarga de fármacos del LCR, median en la absorción de compuestos orgánicos tales como antibióticos β-lactámicos, estatinas y antagonistas del receptor H₂. Por otro lado, los fármacos cargados y grandes por lo general no penetran con tanta facilidad en el cerebro. Las proteínas de transporte, sobre todo MDR1, BCRP y MRP4, expulsan activamente muchos fármacos; está claro que el reconocimiento de estos transportadores es una gran desventaja para un medicamento utilizado para tratar la enfermedad del CNS.

Existen métodos de permeabilidad en desarrollo: nanopartículas y liposomas que contienen fármacos, medicamentos aducidos a ferritina y desarrollo de formas de fármacos con una lipofilia adecuada. La investigación biomédica básica está avanzando en nuestra comprensión del papel de los receptores nucleares en la regulación de transportadores de fármacos en la BBB (Chan et al., 2013) y del desarrollo de la BBB y la interacción de sus componentes celulares y subcelulares para mantener la función de barrera (Daneman y Prat, 2015). Kim y Bynoe (2015) informaron que la activación del receptor de adenosina A_2A en un modelo de barrera endotelial cerebral humana in vitro permeabilizó la barrera suficientemente para permitir el paso de las células T y el agente quimioterapéutico gemcitabina. Dichos estudios y técnicas pueden proporcionar progreso para poner el control de la permeabilidad de la BBB en manos de los médicos.

Basado en el "concepto de depuración extendida", la depuración hepática consiste en algunos procesos intrínsecos, como absorción hepática PS₁, retroflujo de hepatocitos a sangre PS₂, metabolismo hepático CL_met y secuestro biliar PS₃ (figura 5-12) (Shitara et al., 2006, 2013).

La depuración total intrínseca hepática CL_int,all se expresa como

Si la suma de la depuración intrínseca del metabolismo y los secuestros biliares es mucho mayor que la depuración de retroflujo (PS₂ << (CL_met+ PS₃)), CL_int,all se aproxima a PS₁, y la captación es un proceso de determinación de la velocidad de depuración intrínseca hepática general. En general, muchos sustratos transportadores se excretan de manera eficiente en la bilis o se metabolizan ampliamente en lugar de fluir de vuelta a la sangre, por lo que sus espacios de absorción a menudo determinan su eliminación hepática intrínseca general. Suponiendo que un fármaco administrado por vía oral se absorbe por completo en el intestino delgado y se elimina principalmente por el hígado, su AUC de sangre basada en el "modelo bien agitado" se puede describir como

donde f_B representa la fracción libre en sangre.

La AUC_hígado se describe como (Shitara et al., 2013)

Las ecuaciones 5-6 a 5-8 sugieren que, si se reduce la eliminación de absorción PS₁, el AUC_sangre se incrementa en proporción inversa a PS₁, mientras que AUC_hígado no se ve afectada. Por otro lado, si la absorción del fármaco es un proceso de determinación de la velocidad de depuración intrínseca hepática global, la disminución de la función del metabolismo o del secuestro biliar causa el aumento del nivel de AUC, pero no de la sangre del AUC. Por tanto, si los objetivos moleculares del efecto farmacológico y el efecto adverso inducido por fármacos se localizan dentro y fuera de los hepatocitos, respectivamente, como en el caso de las estatinas, la disminución de la absorción hepática de fármacos provocada por la interacción medicamentosa o el polimorfismo genético de transportadores afectan principalmente el efecto adverso y no tanto el efecto farmacológico.

Para simular el impacto de las variaciones en las actividades del transportador sobre la exposición sistémica y hepática de una estatina, que se elimina principalmente a través de OATP1B1 y MRP2, se ha utilizado un modelo PBPK (Jamei et al., 2014; Watanabe et al., 2009).

En un modelo PBPK, los compartimentos que representan tejidos reales se conectan por flujo sanguíneo para predecir el curso temporal de la disposición del fármaco en el cuerpo. Un modelo de PBPK permite un conocimiento profundo de los factores que rigen la exposición sistémica y la distribución tisular de los fármacos y simula el impacto de las variaciones en los parámetros fisiológicos o dependientes del fármaco sobre la disposición del fármaco. Los análisis de sensibilidad basados en el modelo PBPK indican que la variación en las actividades de OATP1B1 tendrá un impacto mínimo en la eficacia terapéutica pero un gran impacto en el efecto secundario (miopatía) de la pravastatina; lo contrario será cierto para las variaciones en las actividades de MRP2: un gran impacto en la eficacia, un pequeño impacto en el efecto secundario (Watanabe et al., 2009) (figura 5-13). Tales características se han demostrado para algunas estatinas (p. ej., simvastatina y rosuvastatina): la variación farmacogenómica de la actividad OATP1B1 se asocia con el riesgo de reacciones adversas, mientras que la variación de la excreción biliar y los mecanismos de absorción intestinal dan como resultado una variación en la respuesta terapéutica (Chasman et al., 2012; SEARCH Collaborative Group, 2008).

Existen defectos hereditarios en los transportadores SLC (véase tabla 5-2) y en los transportadores ABC (véase tabla 5-3). Los polimorfismos en los transportadores de membrana desempeñan un papel en la respuesta a los fármacos y están produciendo nuevos conocimientos en farmacogenética y farmacología (véase capítulo 7).

Los estudios clínicos se han centrado en un número limitado de transportadores, y relacionan la variación genética en los transportadores de membrana con la disposición y respuesta del medicamento. Por ejemplo, dos SNP comunes en SLCO1B1 (OATP1B1) se asocian con niveles plasmáticos elevados de pravastatina (Niemi et al., 2011), un fármaco ampliamente utilizado para el tratamiento de la hipercolesterolemia (véase capítulo 33). Estudios recientes que usan métodos de asociación amplia del genoma muestran que las variantes genéticas en SLCO1B1 (OATP1B1) predisponen a los pacientes a un riesgo de toxicidad muscular asociado con el uso de simvastatina, así como a una respuesta alterada a las estatinas seleccionadas. Otros estudios indican que las variantes genéticas en los transportadores de la familia SLC22A están asociadas con la variación en la depuración renal y la respuesta a diversos fármacos, incluido el medicamento antidiabético metformina (Chen et al., 2013). Las respuestas al alopurinol XOI y a la rosuvastatina se han asociado recientemente con variantes genéticas en ABCG2 (BCRP) (Chasman et al., 2012; Wen et al., 2015). Para ambos medicamentos, un mecanismo farmacocinético es responsable de la farmacodinámica alterada. Asimismo, las variantes genéticas de la MRP2 y la MRP4 están asociadas con fenotipos relacionados con fármacos (Rungtivasuwan et al., 2015). Por ejemplo, la disposición de tenofovir, un agente antiviral, se ha asociado con polimorfismos tanto en ABCC2 como en ABCC4 (MRP2 y MRP4, respectivamente).

Debido a su importancia en la disposición y acción del fármaco, los transportadores son los principales determinantes de la variación en las reacciones terapéuticas y adversas a los medicamentos. Como resultado, los transportadores pueden mediar en las interacciones entre medicamentos que resultan en problemas de seguridad de estos. Un ejemplo notable es la interacción entre gemfibrozilo y cerivastatina. El glucurónido de gemfibrozilo formado en los hepatocitos reduce la captación hepática y el metabolismo de la cerivastatina; el resultado es una C_p alta para la cerivastatina. Los niveles elevados de estatinas producen miopatías inducidas por estatinas, incluida la rabdomiólisis, un efecto adverso potencialmente mortal. Esta interacción resultó en la eliminación de la cerivastatina del mercado debido a las muertes debidas a la rabdomiólisis. La FDA de Estados Unidos ha publicado un borrador de orientación de farmacología clínica sobre la realización de estudios de interacción medicamentosa durante el desarrollo clínico de fármacos (FDA, 2012). La guía presenta información sobre cómo usar in vitro datos para estudios de transportadores para tomar decisiones sobre si llevar a cabo un estudio clínico de interacción medicamentosa. Por ejemplo, si una nueva entidad molecular (NME) inhibe la absorción in vitro de un sustrato canónico de OCT2 a concentraciones clínicamente relevantes (no ligadas), la guía recomienda que el patrocinador considere realizar un estudio clínico de interacción medicamentosa para determinar si la NME inhibe la depuración renal de un sustrato OCT2 (p. ej., metformina) in vivo. Por otro lado, si la NME no inhibe la captación mediada por OCT2 en ensayos in vitro a concentraciones terapéuticas, la guía no recomienda un estudio clínico. Aunque sólo un grupo de transportadores (OATP1B1, OATP1B3, Pgp, BCRP, OCT2, MATE1, OAT1 y OAT3) está incluido en la guía de la FDA, se está realizando un creciente número de estudios para identificar y caracterizar a los transportadores que median en las interacciones medicamentosas.