Trimetoprim

Bactrim, Bactrimel

Farmacologia - Come agisce Trimetoprim?

Il trimetoprim (5[(3,4,5-trimetossifenil) metil]-2,4-pirimidindiamina) (INN: Trimethoprim) è un antibiotico usato per via sistemica. Possiede azione batteriostatica e battericida.
Chimicamente il trimetoprim presenta una struttura molecolare simile all’acido diidrofolico (ne mima la porzione pteridinica) che gli consente di inibire in modo competitivo la diidrofolato reduttasi (DHFR), enzima che catalizza la riduzione dell’acido diidrofolico in acido tetraidrofolico, che rappresenta la forma biologicamente attiva dell’acido folico (Lacey, 1979). L’acido tetraidrofolico interviene come cofattore nelle reazioni di sintesi delle basi azotate (purine e timidina) che formano la struttura del DNA e nella sintesi di metionina e glicina. L’inibizione della diidrofolato reduttasi non consente di avere tetraidrofolato disponibile come cofattore enzimatico e questo comporta, inizialmente, il blocco della replicazione cellulare (effetto batteriostatico), poi la morte della cellula (effetto battericida).
L’inibizione della diidrofolato reduttasi da parte del trimetoprim determina l’accumulo transitorio di diidrofolato, a cui segue la conversione completa di tutte le forme di folato a poliglutammati a catena più corta, come il para-aminobenzoil-glutammato, a pteridine e ad acido folico, la forma stabile non ridotta della vitamina. Nei test in vitro tale azione è, entro certi limiti, reversibile: la rimozione del trimetoprim riporta la cellula nella condizione di poter riconvertire l’acido folico accumulato nella forma biologicamente attiva, il tetraidrofolato (Quinlivan et al., 2000).
L’efficacia clinica del trimetoprim dipende pertanto dall’entità con cui avvengono i processi di riduzione e catabolismo dell’acido folico nei diversi batteri e dalle condizioni di crescita batterica: nelle infezioni con necrosi dei tessuti (ad esempio ustioni, pus) sono liberate notevoli quantità di aminoacidi e basi azotate, timina e timidina in particolare, che competono con il trimetoprim (una disponibilità maggiore dei prodotti dell'enzima rende vana l'inibizione dell'enzima stesso), riducendone o addirittura inibendone l’efficacia (Lacey, Stokes, 1978).

L’enzima diidrofolato reduttasi è presente sia nelle cellule eucariotiche (come quelle dell’uomo) sia in quelle procariotiche (es. batteri) ma l'affinità del trimetoprim verso la diidrofolato reduttasi batterica e protozoaria è considerevolmente superiore a quella dei mammiferi, di conseguenza la finestra terapeutica (l'intervallo tra concentrazione minima efficace e la concentrazione più bassa a cui si iniziano a verificare gli effetti tossici), è ampiamente favorevole per l’uomo (Brunton et al., 2007).

I siti di legame del trimetoprim alla diidrofolato reduttasi sono gli stessi di quelli del metotrexato: Glu30A, Ile7A e Phe34A (in aggiunta il metotrexato interagisce con altri due siti che sono responsabili della diversa selettività: Phe31A e Val-115).

La selettività del trimetoprim verso la diidrofolato reduttasi batterica è legata a differenze nella struttura dell’enzima lontane dal sito di legame fra enzima e substrato (sito attivo). La cristallografia a raggi X ha infatti dimostrato che il legame (legame a idrogeno) che si forma tra il gruppo aminico legato al carbonio in posizione 4 (C4) del trimetoprim e il residuo dell’aminoacido valina in posizione 115 della diidrofolato reduttasi di Escherichia coli è il fattore maggiormente responsabile della selettività farmacodinamica del trimetoprim (Matthews et al., 1985). Nella cellula di mammifero il residuo di valina-115 della diidrofolato reduttasi si trova spostato di circa 1,5-2 angstron rispetto alla posizione che lo stesso residuo ha nella struttura dell’enzima batterico di Escherichia coli e questo determina la mancata formazione del legame a idrogeno e di conseguenza l’assenza di interazione fra trimetoprim e diidrofolato reduttasi di mammifero (Matthews et al., 1985).

Microbiologia
Il trimetoprim è attivo verso numerosi cocchi aerobi Gram-positivi (Streptococcus pneumoniae, Staphylococcus aureus e le specie coagulasi-negative, incluso S. saprophyticus), ma non verso l’enterococco; è attivo verso diversi microrganismi Gram-negativi (Enterobacter spp., Escherichia coli, Haemophilus influenzae, Salmonella spp., Proteus mirabilis, Serratia spp., Providencia spp., Klebsiella spp., Proteus mirabilis, Shigella spp., Morganella morganii).
Relativamente insensibili al trimetoprim sono: Nocardia asteroides, Neisseria gonorrhoeae, Moraxella catarrhalis, Mycobacterium tubercolosis, Bacteroides fragilis.
I batteroidi e i lattobacilli, Neisseria spp., Clostridium spp., Branhamella catarrhalis e Nocardia spp, non sono sensibili al trimetoprim ai dosaggi terapeutici (Then, Angehrn, 1979).

Trimetoprim più Sulfametossazolo (Cotrimossazolo)
L’uso più diffuso del trimetoprim è in associazione con il sulfamidico sulfametossazolo (l’associazione è chiamata cotrimossazolo), in quanto le proprietà farmacocinetiche e antibatteriche dei due farmaci sono simili e complementari.
Altri sulfamidici associati a trimetoprim sono sulfadiazina, sulfametrolo, sulfamoxolo, sulfadimidina e sulfamerazina (associazioni farmacologiche non disponibili in commercio in Italia).
I sulfamidici agiscono sulla stessa via metabolica su cui agisce il trimetoprim ma a uno step precedente. Sono antimetaboliti dell’acido p-amminobenzoico (PABA) e competono con esso a livello dell’enzima diidropteroato sintetasi, impedendo l’incorporazione del PABA nell’acido diidropteroico, passaggio fondamentale per la sintesi dell’acido folico, essendo costituito da pteridina, PABA (appunto) e acido glutammico. L’associazione trimetoprim/sulfametossazolo ovvia, in gran parte, ai meccanismi di resistenza che i batteri hanno sviluppato verso il trimetoprim ma a discapito di maggiori effetti collaterali, in particolare a carico di pelle, sangue e tratto gastrointestinale (Bushby, 1973). Esistono, comunque, forme di resistenza batterica anche verso il cotrimossazolo con differenti gradi di complessità, dalla sostituzione di una base nei geni target a mutazioni di interi geni o parte di essi.

Resistenza
I meccanismi di resistenza batterica verso il trimetoprim includono: impermeabilità della parete cellulare batterica (Pseudomonas aeruginosa) (Then, 1982); formazione di vie metaboliche alternative; produzione di diidrofolato reduttasi resistente (Flensburg, Skold, 1984); produzione massiva dell’enzima diidrofolato reduttasi da parte della cellula batterica (Flensburg, Skold, 1987); resistenza mediata dai plasmidi, elementi di DNA circolare, extra-cromosomico, libero di muoversi nel citoplasma della cellula batterica che può essere scambiato fra cellule batteriche distinte (questo tipo di resistenza è stato osservato in Escherichia coli e Cambylobacter jejuni) (Amyes, Young, 1987; Matthews et al., 1986); resistenza mediata dai trasposoni, elementi genetici capaci di spostarsi autonomamente all’interno del genoma (Skold, 2001; Then, 1982).