Síntesis, caracterización y evaluación farmacológica de derivados de 2-hidrazonilfurano c-5 sustituidos como componente estructural responsable de los efectos citotóxicos de nitrofuranos

Abstract

Los nitrofuranos (cuyo farmacóforo es el esqueleto 5-nitro-2-hidrazonilfurano) son un grupo de fármacos antimicrobianos ampliamente utilizados pero asociados a una variedad de efectos adversos. Los mecanismos moleculares asociados a los efectos citotóxicos de los nitrofuranos no están del todo establecidos. La reducción monoelectrónica del grupo 5-nitro catalizada por enzimas del hospedero y la subsecuente generación de EROs mediada por reciclaje redox han sido asociados como mecanismos responsables de la toxicidad celular. No obstante, la evidencia actual sugiere que la generación de EROs por sí sola no es suficiente para explicar la totalidad de los efectos adversos asociados al consumo de nitrofuranos, proponiendo así mecanismos de toxicidad independientes de la nitroreducción. En el presente trabajo, se sintetizó una serie de derivados nitrados y no nitrados de nitrofuranos los cuales se sometieron a evaluación in vitro en cuanto a su citotoxicidad, capacidad generadora de EROs, efecto sobre la actividad glutatión S-transferasa y actividad antibacteriana. Nuestros resultados mostraron que, sobre un modelo celular humano, los derivados no nitrados son menos tóxicos que los fármacos parentales, pero inesperadamente preservan la capacidad de generar ERO intracelular en cantidades similares a los nitrofuranos, a pesar de no poder entrar en reciclaje redox. Además, algunos derivados no nitrados a pesar de no generar ERO mostraron las más altas toxicidades entre todos los derivados. También se observó inhibición de la actividad glutatión S-transferásica por parte de algunos derivados. Finalmente, sólo los derivados nitrados mostraron efecto antibacteriano. Estos resultados sugieren que la porción 2-hidrazonilfurano, el reciclaje redox de los 5-nitrofuranos, y los efectos inhibitorios sobre enzimas antioxidantes serán finalmente los responsables de los efectos tóxicos sobre células de mamíferos asociados a los nitrofuranos estudiados.

Nitrofurans (5-nitro-2-hydrazonylfuran as pharmacophore) are a group of widely used antimicrobial drugs but also associated to a variety of side effects. The molecular mechanisms that underlie the cytotoxic effects of nitrofuran drugs are not yet clearly understood. One-electron reduction of 5-nitro group by host enzymes and ROS production via redox cycling have been attributed as mechanisms of cell toxicity. However, the current evidence suggests that nitrofuran ROS generation by itself is uncapable to explain the whole toxic effects associated to nitrofuran consumption, proposing a nitro-reduction independent mechanism of toxicity. In the present work, a series of nitrated and non-nitrated derivatives of nitrofuran drugs were synthesized and evaluated in vitro for their cytotoxicity, ROS-producing capacity, effect on GSH-S-transferase and antibacterial activity. Our studies showed that in human cells non-nitrated derivatives were less toxic than parental drugs but, unexpectedly preserved the ability to generate intracellular ROS in similar amounts to nitrofurans despite not entering into a redox cycle mechanism. In addition, some non-nitrated derivatives although being uncapable to generate ROS exhibited the highest cell toxicity among all derivatives. Inhibition of cytosolic glutathione-S-transferase activity by some derivatives was also observed. Finally, only nitrofuran derivatives displayed antibacterial effect. Results suggest that the combined 2-hydrazonylfuran moiety, redox cycling of 5-nitrofuran, and inhibitory effects on antioxidant enzymes, would be finally responsible for the toxic effects of the studied nitrofurans on mammalian cells.