Síntese de compostos derivados de agliconas triterpênicas com potencial atividade antimalárica

Abstract

A malária é uma doença infecciosa importante em países tropicais. A transmissão ocorre através da picada da fêmea do mosquito Anopheles que libera a forma esporozoítos de espécies de Plasmodium. Segundo a Organização Mundial da Saúde (OMS) cerca de 627 mil mortes ocorrem anualmente. São complicadores desta situação a crescente resistência das espécies de Plasmodium aos antimaláricos de uso convencial, o difícil controle do mosquito transmissor devido a falta de um inseticida eficaz e ausência de uma vacina. Considerando este panorama novos fármacos necessitam ser desenvolvidos que atendam aos requisitos de rápida eficácia, mínima toxicidade e baixo custo. Nosso grupo de pesquisa tem buscado a obtenção de novos antimaláricos através da modificação estrutural de compostos de origem natural. Como resultado foram obtidos derivados piperazínicos do triterpeno ácido ursólico (AU) através de farmacomodulação em C-28, com atividade frente a cepa cloroquina (CQ)-resistente FcB1 de Plasmodium falciparum (IC50 = 80 nM, superior à da CQ (IC50 = 130 nM). Visando dar continuidade na busca de novos compostos antimaláricos, este trabalho objetivou a obtenção dos triterpenos ácido betulínico (AB) e AU, seguido de modificação nas posições C-3 e C-28 para avaliação da atividade antimalárica. Assim, foram obtidas duas séries de derivados (série AB e série AU) totalizando 18 moléculas inéditas que possuem em C-3 substituintes ésteres com variações no tamanho e ramificação da cadeia de carbonos e presença de grupos com diferente eletronegatividade e polaridade. Seis novos derivados piperazínicos também foram sintetizados. Todos os compostos obtidos tiveram a sua atividade antimalárica testada frente à cepa CQ-sensível 3D7 de P. falciparum, seguida da análise da relação estrutura-atividade (REA). Os derivados 1e, 1f e 2e apresentaram boa atividade com IC50 = 5, 8 e 7 μM, respectivamente, sendo que cinco derivados piperazínicos apresentaram excelente atividade com IC50 na faixa de 1 – 0,316 μM. Estes derivados quando avaliados quanto à citotoxicidade in vitro, frente à célula de rim embrionário humano (HEK293T), mostraram-se não citotóxicos ou com baixa citotoxicidade nas concentrações testadas. Com base nestes resultados passamos a investigar o mecanismo de ação, uma vez que até este momento poucos estudos foram desenvolvidos para este tipo de estrutura triterpênica. Três diferentes mecanismos de ação foram avaliados levando em consideração mecanismos de fármacos disponíveis no mercado para o tratamento da malária. São eles, colapso do potencial de membrana mitocondrial (mecanismo de ação da atovaquona) e inibição da formação da β-hematina (mecanismo de ação da CQ), além da avaliação na modulação na via de sinalização do Ca2+ por se tratar de um importante íon na fisiologia do parasito. Os derivados testados mostraram não atuar nos mecanismos envolvendo membrana mitocondrial e β-hematina. Porém, os primeiros resultados em trofozoítos isolados indicaram que a via de sinalização do Ca2+ pode estar envolvida no mecanismo de ação dos derivados piperazínicos. Ensaios mais detalhados, em parasitos mantidos em hemácias, na via de sinalização do Ca2+ foram realizados para os derivados piperazínicos aqui descritos e outros dois derivados piperazínicos com excelente atividade antimalárica sintetizados pelo nosso grupo. Estes resultados comprovaram o mecanismo de ação destes compostos envolvendo a desregularização da homeostasia do Ca2+ liberado de compartimento ácido, mecanismo proposto para a cloroquina e nigericina.

Malaria is an infection disease important in tropical countries. The transmission happens through the bit of Anopheles female that release the sporozoites stage of the Plasmodium species. According to World Health Organization (WHO) around 627 mil deaths happen annually. Complicating this situation is the resistance increase of the Plasmodium species to antimalarials in conventional use, the hard mosquito control due the lack of an effective insecticide and a vaccine. Considering this panorama new medicines need being developed that fulfill the requirements of rapid efficacy, minimal toxicity and low cost. Our research group has sought the obtaining of new antimalarials through the structural modification of the compounds from natural source. As results were obtained the piperazines derivatives of the triterpene ursolic acid (UA) through the pharmacomodulation in C-28, with activity against the chloroquine (CQ)-resistance FcB1 of Plasmodium falciparum (IC50 = 80 nM higher than CQ (IC50 = 130 nM). Aiming to continue the search of new antimalarial compounds, this present work aimed to obtaining of triterpenes betulinic acid (BA) and UA, following the modification at the positions C-3 and C-28 to evaluate the antimalarial activity. Then, two series of derivatives (series BA and UA) totaling 18 new compounds with C-3 ester substituent with variations in the size and branching of the carbon and the presence of groups with different electronegativity and polarity chain were obtained. Six new piperazines derivatives also were synthesized. All compounds obtained had the antimalarial activity tested against the CQ-sensitive 3D7 of P. falciparum, following the analysis of the structure-activity relationship (SAR). The derivatives 1e, 1f and 2e displayed good activity with IC50 = 5, 8 and 7 μM, respectively, and five piperazine derivatives showed excellent activity with IC50 in the range of 1 – 0.316 μM. These derivatives when evaluated the cytotoxicity in vitro, against the mammalian cells (HEK293T), showed no cytotoxic or with low cytotoxicity at the concentration tested. Based on these results we investigated the action mechanism, since so far few studies have been developed for this type of triterpene structure. Three different action mechanisms were evaluated considering the mechanism of medicines available to malaria treatment. These are, effects on mitochondrial membrane potential (ΔΨm) (action mechanism of atovaquone) and inhibition of β-hematina formation (action mechanism of CQ), also the evaluation in the modulation of signaling Ca2+ pathway since it is an important ion in the physiology of the parasite. The derivatives tested did not act in the mechanism involving mitochondrial membrane and β-hematin. However the first results in isolated trophozoites indicated that the signaling of Ca2+ pathway may be involved in the mechanism of action of the piperazine derivatives. More detailed tests, in parasites kept in RBC, in the Ca2+ pathway were performed to the piperazine derivatives here described and others two piperazine derivatives with excellent antimalarial activity synthesized by our group. These results confirmed the mechanism of action of these compounds involving the deregulation of homeostasis Ca2+ released from acid compartiment, mechanism proposed to chloroquine and nigericin.