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Introducción a los péptidos antihipertensores

Efecto hipotensor de los péptidosLos péptidos, que son aminoácidos condensados, han sido bien documentados como compuestos fisiológicamente funcionales en la naturaleza. Han llamado la atención, particularmente en Japón (en donde el número de hipertensos supera los 55 millones de personas), los mecanismos antihipertensores de los mismos, así como el desarrollo de productos alimentarios antihipertensores, porque los péptidos pequeños, incluyendo dipéptidos y tripéptidos son absorbidos favorablemente a través dl transportador intestinal de péptido PepT1.

En el caso de hipertensión esencial, la cual aflige a más del 90% de todas las hipertensiones, el surgimiento seguido de enfermedad cardiovascular, disfunción renal o enfermedad vascular periférica, está estrechamente asociada con estilo de vida (incluyendo la dieta), particularmente un exceso en la ingestión de sal. La interrupción del balance Na+-K+ o el incremento en el volumen de fluido así como un incremento en la resistencia vascular deriva en la promoción de la presión sanguínea (BP, por sus siglas en inglés). La mejora más benéfica para la hipertensión esencial/al límite es, por lo tanto, aquella que alcanza la modificación del estilo de vida y/o el ejercicio moderado.

Además de dichos tratamientos de modificación de estilo de vida, la investigación en péptidos se ha convertido en uno de los campos con crecimiento para la química médica preventiva, dado que parte de la evidencia clínica muestra la eficiencia del consumo de péptidos en la mejora de la hipertensión.

En Japón, por lo menos 7 productos han sido desarrollados y aceptados para ostentar la denominación FOSHU (alimentos para uso específico de salud) efectivos en la modulación de BP en hipertensos al límite: hidrolizado tríptico de caseína (péptido activo Phe-Phe-Val-Ala-Pro-Phe-Pro-Glu-Val-Phe-Gly-Lys), Katsuobushi -oligopéptido de bonito deshidratado- (péptidos activos Leu-Lys-Pro-Asn-Met y Leu-Lys-Pro), extracto acuoso de Mycoleptodonoides aitchisonii (péptido activo Ile-Tyr), leche fermentada de Lactobacillus helveticus (péptidos activos Val-Pro-Pro e Ile-Pro-Pro), péptido de sardina Val-Tyr, péptidos de alga marina y péptidos de ajonjolí, que están disponibles en el mercado local, la mayoría de los cuales involucra la inhibición de la enzima convertidora de angiotensina I (ACE, por sus siglas en inglés) por péptidos pequeños.

La eficacia del consumo de péptidos para los hipertensos al límite es evidencialmente desarrollada en la base de extensas pruebas clínicas, pero dicho medicamento FOSHU nos lleva a la pregunta potencial de si el efecto hipotensor de los péptidos es alcanzado solamente por inhibición de ACE o supresión del sistema renina-angiotensina, como los medicamentos terapéuticos inhibidores de ACE.

 

Hipertensión y el sistema renina-angiotensina

La regulación de la BP arterial es lograda principalmente por sistemas metabólicos diversos: sistemas hormonales presores y depresores y sistemas nerviosos. Entre estos, el sistema renina-angiotensina (aldosterona) se reconoce como uno de los sistemas presores predominantes, ocurriendo ampliamente no solamente en el sistema sanguíneo circulatorio, sino también en diversos órganos como el cerebro, pulmones, aorta y riñones. En este sistema, el angiotensinógeno del hígado es dividido primariamente por la renina renal para producir angiotensina (Ang) I, que es un decapéptido. Ang I es luego convertida por la acción de ACE (EC 3.4.15.1, dicarboxipeptidasa) en el potente vasoconstrictor Ang II, separando el dipéptido His-Leu del terminal C de Ang I.

El principal papel fisiológico de Ang II es ejercer un efecto vasoconstrictor en la pared arterial vía la unión de Ang II al receptor de Ang II (AT1). Ang II también participa en el incremento del volumen de fluido extracelular a través de la estimulación de la liberación de aldosterona adrenal, por la cual la reabsorción tubular renal de sodio es aumentada. Por tanto, se ha reconocido que el sistema renina-angiotensina circulatorio juega un papel crucial en el desarrollo y mantenimiento de la hipertensión.

La investigación actualizada nos permite entender la importancia del sistema renina-angiotensina local en la regulación de la promoción de BP, en donde nuevos candidatos de (pro)renina y ACE2, una enzima productora de Ang (1-7), involucra el sistema local de regulación de BP (riñón, corazón, arteria o cerebro) como hormona autocrina/paracrina.

 

Diseño de péptidos inhibidores de ACE

A fin de prevenir la patogénesis de la hipertensión o para tratar una BP elevada, la supresión de la producción de Ang II vía la inhibición de la actividad ACE sería de gran beneficio, porque tanto el sistema renina-angiotensina como el sistema cinina-calicreína involucran la acción de ACE. Adicionalmente, tomando en consideración que ACE tiene 4 residuos aminoácidos funcionales de Tyr, Arg, Glu y Lys en el sitio activo, y 3 subsitios de enlace hidrofóbico, el bloqueo favorable de la acción de ACE sería alcanzado por péptidos pequeños o inhibidores peptídicos con elevada afinidad con los sitios activos.

El hallazgo de que la longitud de dipéptidos y tripéptidos reconocida por el transportador es expresada en el intestino (PepT1) también permite investigar la posible funcionalidad de péptidos pequeños luego de la absorción. Desde este punto de vista, muchos péptidos inhibidores de ACE han sido diseñados e identificados en proteínas naturales; como un medicamento terapéutico inhibidor de ACE, captopril o enalapril, fue diseñado en la base de una estructura basal de Ala-Pro o Phe-Ala-Pro, respectivamente. Esta es la razón por la cual los péptidos pequeños son el objeto de desarrollo para alimentos hipotensores a través de acción inhibidora de ACE.

Los péptidos inhibidores de ACE (más de 400) reportados a la fecha, proporcionan evidencia de que los péptidos pequeños con residuos aminoácidos hidrofóbicos y aromáticos tales como Tyr, Phe, Trp y Pro en la terminal C tienen una potente habilidad para inhibir la actividad ACE con un valor IC50 <100 µmol/l. Se ha reportado un estudio exitoso en humanos utilizando hidrolizado de músculo de sardina por proteasa alcalina, mostrando un poder inhibidor de ACE de valor IC50 = 0.018 mg de proteína/ml. Luego de la administración por 4 semanas del hidrolizado de sardina (4 g/día) a 29 voluntarios hipertensos al límite (BP sistólica/BP diastólica para bebida de péptido 146.4/90.5 mmHg y placebo 145.5/92.3 mmHg), se observó una reducción significativa en BP (sistólica/diastólica 9.3/5.2 mmHg) en el grupo con bebida de péptido, mientras que no se registró cambio en BP del grupo placebo. El estudio con voluntarios humanos proporcionó información útil en el efecto disminuidor de BP de los alimentos hipotensores naturales; sin fenómeno de rebote y sin efectos secundarios, tales como tos seca, que se observan con frecuencia con el uso de medicamentos inhibidores de ACE. Por lo tanto, estos hallazgos revelan que la ingestión de productos FOSHU antihipertensores preparados con alimentos naturales es de gran beneficio para regular o mejorar una presión sanguínea elevada. Es factible que los productos FOSHU conteniendo péptidos inhibidores de ACE posean un grado similar de poder disminuidor de BP.

Contrario a la prevalencia, hay substancialmente una gran diferencia en la actividad inhibidora de ACE entre el medicamente terapéutico (por ejemplo, captopril: IC50 = 0.021 µmol/l) y péptidos (por ejemplo, Leu-Arg-Pro: IC50 = 0.27 µmol/l). Algunos reportes han revelado las controversias entre el efecto hipotensor in vivo e in vitro de la actividad inhibidora de ACE de los péptidos. Parece no haber una relación entre el efecto disminuidor de BP de un péptido inhibidor de ACE y su valor IC50. En este sentido, todavía no está claro si el efecto hipotensor de los péptidos inhibidores de ACE es solamente debido a la inhibición de ACE; se ha encontrado el involucramiento potencial de los péptidos pequeños en los sistemas locales de regulación de BP, como se explica más adelante.

 

Mecanismo antihipertensor de los péptidos pequeños

 

Inhibición del sistema renina-angiotensina por los péptidos inhibidores de ACE

El ratón Tsukuba-hipertenso (THM, por sus siglas en inglés) genéticamente definido, fue utilizado para demostrar el mecanismo antihipertensor de los péptidos pequeños, en el cual la patogénesis de la hipertensión es restrictivamente determinada por un sistema renina-angiotensina aumentado por los genes de renina y de angiotensinógeno. Por lo tanto, la disminución de BP de THM se referiría a la supresión del sistema renina-angiotensina humano aumentado. Como resultado, una administración oral de Val-Tyr, un inhibidor de ACE predominante en el hidrolizado de sardina a THM de 11 semanas (0.1 mg/g) causa una reducción duradera en la BP de hasta 9 horas (BP9h sistólica: 120.7 ± 2.3 mmHg). Este resultado demuestra que el efecto hipotensor inducido por los péptidos inhibidores de ACE se correlaciona estrechamente con el sistema renina-angiotensina humano.

En contraste con estos hallazgos, no hubo diferencia en la actividad ACE plasmática entre los grupos control y muestra a las 6 horas, mientras que se observó una inhibición transitoria 1 hora después de la administración. Una inhibición ACE transitoria de Val-Tyr fue también observada en ratas espontáneamente hipertensas (SHR, por sus siglas en inglés) y en estudios humanos. Para la actividad ACE en órganos diversos, se ha observado una supresión a largo plazo de la actividad ACE en riñón y aorta, mientras que no se observó cambio en la actividad ACE en plasma.

Estos resultados sugieren que ambos órganos eran tejidos objetivo (diana) e Val-Tyr. En otras palabras, el incremento de dipéptido en plasma tiene el poder de suprimir la producción del presor Ang II vía la acción inhibidora de ACE transitoriamente, pero una acción antihipertensora alternativa ocurría en los tejidos locales y que estaría involucrada en el efecto disminuidor de BP a largo plazo del dipéptido. En efecto disminuidor a largo plazo de los inhibidores de ACE fue observado en un estudio de administración aguda en SHR de spirapril como un medicamento inhibidor de ACE y ácido 5-caffeoilquínico como un mediador del receptor de acetilcolina. Un efecto prolongado del último fue reportado como debido a un lento metabolismo del mismo al compuesto candidato, ácido ferúlico, en el sistema circulatorio. Por el contrario, el efecto inducido por spirapril fue reportado como resultado de su inhibición de ACE duradera en la aorta.

Adicionalmente, el hallazgo de que un THM joven había desarrollado hipertensión en parte debido a una notable hipertrofia vascular por exceso de producción vascular de Ang II llevó a la especulación de que Val-Tyr o un péptido antihipertensor podría suprimir un sistema renina-angiotensina vascular aumentado. Los hallazgos de que 1) el nivel plasmático de Val-Tyr a 1 hora era tan pequeño como en los normotensos (dosis de 12 mg de Val-Tyr; Cmax = 1.9 ± 0.1 pmol/ml de plasma), mucho menor que aquel de captopril (Cmax a dosis de 25 mg = 603 pmol/ml de plasma) y 2) la actividad inhibidora de ACE in vitro de Val-Tyr (IC50 = 26 µmol/l) fue mucho más débil que aquella de captopril (IC50 = 0.021 µmol/l) también sugieren una pequeña contribución del incremento plasmático de Val-Tyr al efecto a largo plazo en la disminución de BP.

 

Regulación de eventos vasculares por dipéptidos

El péptido antihipertensor puede jugar un papel potencial en la regulación de la función vascular, aunque el mecanismo en la aorta es poco claro. Se ha tratado de demostrar la función latente en un experimento en línea celular, empleando célula vascular de músculo liso (VSMC, por sus siglas en inglés) humana, dado que la aorta es uno de los tejidos en donde se ha reportado acumulación de algunos péptidos inhibidores de ACE y directamente responsable del tono vasoconstrictor. En un experimento de proliferación de VSMC en FBS-SmBM al 5% utilizando Val-Tyr (IC50 =  26 µmol/l), Ile-Trp (IC50 = 2.0 µmol/l) e Ile-Val-Tyr (IC50 = 0.48 µmol/l), se encontró que Val-Tyr muestra una marcada acción antiproliferación en el crecimiento de VSMC estimulado por suero (46% de decremento en el número celular a Val-Tyr 1 mmol/l). Aunque Ile-Val-Tyr también causa un ligero decremento en el crecimiento de 82% del control, Ile-Trp no fue un péptido antiproliferador, en un resultado conflictivo con sus potenciales inhibidores de ACE.

Tomando en consideración la ruta de transducción de señal vía receptor AT1, un experimento de estimulación de Ang II fue conducido: en la presencia de los péptidos a una concentración de 1 mmol/l, una potente supresión de la incorporación WST-8 en VSMC estimulada por Ang II se observó para Val-Tyr, con una reducción alrededor de 65% del control. Captopril así como Ile-Trp e Ile-Val-Trp no mostraron alguna influencia en la incorporación a una concentración de 1 µmol/l, lo que fuertemente sugiere que el efecto antiproliferador inducido por Val-Tyr no era el resultado de la inhibición de ACE aórtica.

Un efecto de supresión similar de la incorporación por Val-Tyr fue observado, independientemente de la presencia del antagonista selectivo del receptor AT1 (losartan) o del antagonista no selectivo del receptor AT (saralasin), indicando que Val-Tyr no tiene un efecto antagonista contra los receptores relacionados a Ang II.

Cuando se utilizó Bay K 8644 como un mitógeno a través de la estimulación del canal de Ca2+ tipo L con puerta de voltaje, 1 mmol/l de Val-Tyr inhibió significativamente la incorporación incrementada estimulada por 1 µmol/l de Bay K 8644, como aquella inhibida por 1 µmol/l de verapamil (bloqueador terapéutico del canal Ca2+ tipo L). En contraste, la presencia de paxillin (bloqueador del canal K+) no afectó la inhibición por Val-Tyr. Esto proporcionó evidencia de que la antiproliferación por Val-Tyr se debería en parte debido a la inhibición del influjo extracelular de Ca2+ en VSMC por bloqueo del canal de Ca2+ tipo L con puerta de voltaje, no por estimulación del canal K+. No se ha reportado un estudio sobre los péptidos pequeños bioactivos responsables del bloqueo del canal Ca2+ tipo L con puerta de voltaje.

 

Relajación de eventos constrictivos vasculares por dipéptidos

La constricción o relajación vascular se relacionan con las acciones de VSMC, las cuales son críticas para la enfermedad hipertensa, incluyendo lesiones vasculares o arterioescleróticas. La proliferación, hipertrofia o migración de VSMC es inducida por Ang II y/o estimulación por norepinefrina; entre estas, Ang II, que actúa como un mediador autocrino/paracrino en el sistema renina-angiotensina, juega un papel prominente en la patogénesis de lesiones vasculares vía la proliferación celular. Por tanto, la aplicación de dipéptidos que poseen acción bloqueadora del canal de Ca2+ tipo L con puerta de voltaje, como antagonista del receptor AT1 o bloqueador del canal de Ca2+, para el tratamiento de enfermedades relacionadas a lesión vascular, incluyendo la hipertensión, sería altamente apreciada.

En base al hallazgo de que Val-Tyr sería un bloqueador del canal de Ca2+, se condujo un experimento vasoconstrictivo ex vivo, utilizando anillos de aorta de rata; como resultado, Val-Tyr ejerció un efecto significativo de relajación vascular en los anillos de aorta torácica de SHR, en una manera independiente del endotelio y de la inhibición de ACE. El efecto benéfico y efectivo de Val-Tyr en anillos constrictos de aorta también ha sido reportado y demostrado en otros estudios.

En relación a los péptidos bioactivos con respecto a funciones vasculares, algunos reportes han investigado sus respuestas vasculares. Se ha reportado el efecto de glutatión en la relajación de anillos de aorta de SHR, en la cual el tetrapéptido potencializó la relajación inducida por acetilcolina en una manera dependiente del endotelio. Sin embargo, la relajación vascular a través de la mejora de sistemas antioxidantes puede ser restrictiva para péptidos con actividad antioxidante como glutatión, pero la posibilidad de que otros péptidos estén también involucrados en la relajación dependiente del endotelio puede ser excluida.

Un interesante estudio en respuestas vasculares de péptidos bioactivos se ha hecho en el dipéptido carnosina (β-Ala-His), en el cual 1mmol/l de carnosina ejerció aproximadamente un efecto de relajación del 10% en anillos de aorta de rata Sprague-Dawley (SD), comparable con el efecto de 1mmol/l de Val-Tyr. El mecanismo de relajación de carnosina se reporta como debido a su supresión de la producción de GMP cíclico (cGMP) en VSMC, pero no se clarifica algún papel crucial de carnosina en las rutas de señalización de VSMC.

Los péptidos de ovoalbúmina, κ-caseína, proteína de clara de huevo y rubisco han sido reportados como vasodilatador peptídico: Ala-Asp-His-Pro-Phe de la ovoalbúmina, Met-Ala-Ile-Pro-Pro-Lys-Lys de la κ-caseína y Lys-Ala-Asp-His-Pro y Tyr-Pro-Ile de la proteína de la clara de huevo fueron clarificados como péptidos vasoactivos dependientes del endotelio. Por tanto, es factible que los péptidos tengan una habilidad para regular la respuesta vascular, aunque las propiedades estructurales requeridas para el efecto no han sido determinadas.

Para clarificar la relación estructura-vasoactividad de los péptidos, se hizo un primer intento utilizando 62 dipéptidos y tripéptidos sintéticos en anillos de aorta de rata SD. Los aminoácidos en la terminal N de dipéptidos de triptofanil harían una importante contribución a la acción de vasorrelajación en la aorta torácica y jugarían un papel crucial alternativo en ejercer un efecto de vasorrelajación. Entre los péptidos estudiados, Trp-His mostró el efecto de vasorrelajación más potente, con un valor IC50 = 3.4 mmol/l, relajando los anillos de aorta constrictos con KCl 50 mmol/l, en una manera independiente del endotelio, igual que Val-Tyr. Como se menciona arriba, carnosina tuvo un poder de vasorrelajación dependiente de endotelio, en el cual estimuló las rutas de relajación de guanilato-ciclasa soluble/cGMP. Arg-Ala-Asp-His-Pro de las proteínas de la clara de huevo también actuaron como vasodilatador dependiente de endotelio, a través de la estimulación de las rutas de producción de NO endotelial, vía el receptor de bradiquinina B1.

En contraste con la acción vasorrelajadora dependiente del endotelio de los péptidos más largos, la acción vasorrelajadora independiente del endotelio de Trp-His estaría asociada estrechamente con algunos eventos en la capa de musculo liso vascular, aparte de la señalización endotelial incluyendo el sistema renina-angiotensina. Interesantemente, un estudio de inhibición competitiva con bloqueadores del canal Ca2+ reveló que la relajación inducida por Trp-His no fue atenuada en la presencia de nifedipina (bloqueador del canal de Ca2+ tipo dihidropiridina (DHP)). En contraste, una atenuación significativa del efecto fue observada en presencia de verapamil (bloqueador del canal Ca2+ tipo fenil-alquilamina (PAA)). Esto sugiere que Trp-His afectaría el influjo extracelular de Ca2+ vía un canal Ca2+ tipo L. Análisis de foto-afinidad han demostrado que nifedipina se une al lado extracelular de la subunidad α1 de la proteína del canal Ca2+, mientras que verapamil se une favorablemente al lado intracelular.

Verapamil (peso molecular 454) pertenece a los medicamentos tipo-PAA, teniendo 2 grupos dimetoxifenilo al final de la molécula así como grupo ciano y amina en el medio. Ha quedado claro que la unión directa de nitrógeno básico de PAA a Glu de los dominios III y IV es esencial en la acción bloqueadora del canal de Ca2+ efectiva. Esto indica que una ionización del nitrógeno de PAA sería importante para la acción bloqueadora en el sitio intracelular del canal. La pKa reportada de verapamil es 8.8, indicando que una forma ionizada de verapamil es dominante en la condición fisiológica (pH 7.4).

De acuerdo a esta información estructural de los bloqueadores tipo PAA, la acción bloqueadora del canal de Ca2+ desarrollada por Trp-His podría estar asociada con su similitud estructural con PAA.

En un reciente estudio de vasorrelajación inducida por péptido, se encontró que Met-Tyr derivado del hidrolizado de sardina relajó la constricción vascular en un mecanismo regulador vascular diferente de Trp-His o Val-Tyr, por el cual la heme-oxigenasa-1 del endotelio fue activada para incrementar la producción de CO, seguida de la estimulación de la ruta de vasorrelajación guanililo-ciclasa soluble/cGMP.

 

Perspectiva futura

Hasta ahora hay muchos reportes en relación a la funcionalidad de péptidos. Algunos péptidos han mostrado efectos de vasorrelajación, antioxidante, antitrombótico e hipocolesterolémico, mientras que otros han mostrado unión con minerales, así como efectos antimicrobianos e inmunomoduladores. Dadas estas funcionalidades y los hallazgos presentes en acciones antihipertensoras, la ingestión de péptidos sería de beneficio para mantener la homeostasis, y estudios adicionales deberían realizarse para disipar alguna discrepancia entre los fenómenos in vitro e in vivo de los péptidos bioactivos.

La presión sanguínea arterial es regulada por sistemas hormonales presores y depresores y sistemas nerviososSubir

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