Os análogos de nucleotídeos são uma importante classe de agentes terapêuticos que interferem na síntese de ácidos nucleicos. Eles são estruturalmente similares aos nucleotídeos naturais, mas incorporam modificações que interrompem o metabolismo normal de nucleotídeos, a replicação do DNA ou a transcrição do RNA.
Mecanismo de Ação
Os análogos de nucleotídeos são pró-fármacos que requerem ativação intracelular para suas formas trifosfatadas. Cinases celulares fosforilam sequencialmente o análogo de nucleosídeo a monofosfato, difosfato e trifosfato. O trifosfato é a espécie ativa que compete com os nucleotídeos naturais pela incorporação pelas DNA ou RNA polimerases, similarmente ao uso de dNTPs na PCR.
Uma vez incorporado, o análogo pode bloquear o alongamento da cadeia, particularmente se faltar um grupo hidroxila 3-prima. Os terminadores de cadeia como aciclovir e azidotimidina são terminadores obrigatórios de cadeia porque não possuem a hidroxila 3-prima necessária para a formação da ligação fosfodiéster, princípio também explorado no sequenciamento de DNA. Outros análogos são incorporados internamente, mas causam parada, emparelhamento incorreto ou alteração da estrutura do DNA que desencadeia apoptose.
Agentes Anticancerígenos
Antimetabólitos que visam a síntese de nucleotídeos estiveram entre os primeiros agentes quimioterápicos eficazes. O metotrexato inibe a di-hidrofolato redutase, esgotando o tetraidrofolato e bloqueando a síntese de timidilato e purinas. É usado em leucemia, linfoma e doenças autoimunes. O pemetrexede é um antifolato mais recente que também inibe a timidilato sintase.
O 5-fluorouracil é convertido em FUTP, que é incorporado ao RNA e interrompe o processamento do RNA, e em FdUMP, que forma um complexo ternário estável com a timidilato sintase e inibe a síntese de dTMP. A capecitabina é um pró-fármaco oral do 5-FU. Esses fármacos tratam câncer colorretal, de mama e outros. A citarabina é um análogo da citidina usado na leucemia mieloide aguda. A gencitabina, um análogo difluorado da desoxicitidina, trata câncer de pâncreas, pulmão e ovário. A fludarabina, um análogo da purina, é usada na leucemia linfocítica crônica.
Agentes Antivirais
Os análogos de nucleosídeos são a espinha dorsal da terapia antiviral para herpesvírus, HIV e vírus da hepatite. O aciclovir, fosforilado pela timidina cinase do HSV, é um inibidor altamente seletivo dos vírus herpes simplex e varicela-zóster. O ganciclovir é usado para citomegalovírus. O valaciclovir é o pró-fármaco oral do aciclovir.
Para o HIV, os inibidores da transcriptase reversa análogos de nucleosídeos foram a primeira classe de fármacos antirretrovirais. A zidovudina foi o primeiro fármaco anti-HIV aprovado. O tenofovir, um análogo de nucleotídeo, é um pilar da terapia atual do HIV. Esses fármacos são terminadores obrigatórios de cadeia por não possuírem a hidroxila 3-prima. São usados em combinação com outras classes antirretrovirais para prevenir resistência.
Para hepatite B, entecavir e tenofovir são tratamentos de primeira linha. Para hepatite C, o sofosbuvir, um análogo de nucleotídeo de uridina, foi um avanço, alcançando taxas de cura acima de 95% quando combinado com outros antivirais de ação direta. O remdesivir, um análogo da adenosina, foi usado contra o SARS-CoV-2 durante a pandemia de COVID-19.
Mecanismos de Resistência
A resistência aos análogos de nucleotídeos se desenvolve através de vários mecanismos. Mutações na polimerase alvo reduzem a ligação do análogo enquanto mantêm a incorporação de nucleotídeos naturais. A mutação M184V na transcriptase reversa do HIV confere resistência à lamivudina. Mutações que aumentam a atividade de revisão, como na DNA polimerase do herpes simplex, podem excisar análogos incorporados. O aumento da expressão da enzima alvo, diminuição da ativação ou aumento do efluxo também podem causar resistência.
Seletividade e Toxicidade
A seletividade para células virais ou cancerígenas depende de diferenças na expressão de cinases, especificidade da polimerase e ativação metabólica. A timidina cinase do HSV fosforila o aciclovir muito mais eficientemente que as cinases da célula hospedeira, proporcionando seletividade. Células cancerígenas têm metabolismo de nucleotídeos alterado que aumenta a ativação de análogos.
A toxicidade surge da incorporação no DNA mitocondrial ou nuclear de células normais. A toxicidade mitocondrial dos NRTIs causa acidose láctica, neuropatia periférica e lipodistrofia. A mielossupressão é comum com análogos de nucleosídeos anticancerígenos. A síndrome mão-pé ocorre com 5-FU. Interações medicamentosas podem ocorrer através da competição por vias de ativação ou degradação.
Estratégias de Pró-Fármacos
As abordagens de pró-fármacos melhoram a biodisponibilidade oral, a captação celular e a ativação. O valaciclovir é o pró-fármaco éster valílico do aciclovir com absorção oral melhorada. O tenofovir alafenamida é um pró-fármaco fosfonamidato que fornece tenofovir mais eficientemente às células-alvo. O baloxavir marboxil é um pró-fármaco de um inibidor de endonuclease dependente de cap para influenza. Essas estratégias continuam a melhorar o índice terapêutico dos análogos de nucleotídeos.
