Fisostigmin

Fisostigmin

Nama sistematis (IUPAC)
(3aS,8aR)-1,3a,8-Trimetil-1,2,3,3a,8,8a-heksahidropirolo[2,3-b]indol-5-il metilkarbamat
Data klinis
Nama dagang	Antilirium, dll
AHFS/Drugs.com	monograph
Kat. kehamilan	C(AU) C(US)
Status hukum	℞-only (US)
Rute	intravena, intramuskular, oftalmik
Data farmakokinetik
Metabolisme	Metabolit mayor: Eserolin
Pengenal
Nomor CAS	57-47-6 Y
Kode ATC	S01EB05 V03AB19
PubChem	CID 5983
Ligan IUPHAR	6598
DrugBank	DB00981
ChemSpider	5763 Y
UNII	9U1VM840SP Y
KEGG	D00196 Y
ChEBI	CHEBI:27953 Y
ChEMBL	CHEMBL94 Y
Data kimia
Rumus	C15H21N3O2
SMILES	eMolecules & PubChem
InChI InChI=1S/C15H21N3O2/c1-15-7-8-17(3)13(15)18(4)12-6-5-10(9-11(12)15)20-14(19)16-2/h5-6,9,13H,7-8H2,1-4H3,(H,16,19)/t13-,15+/m1/s1 Y Key:PIJVFDBKTWXHHD-HIFRSBDPSA-N Y

Fisostigmin (juga dikenal sebagai eserin dari éséré, nama Afrika Barat untuk tumbuhan Physostigma venenosum) adalah alkaloid parasimpatomimetik yang sangat toksik, khususnya penghambat kolinesterase reversibel. Zat ini terdapat secara alami pada Physostigma venenosum dan buah pohon Manchineel.

Zat kimia ini disintesis untuk pertama kalinya pada tahun 1935 oleh Percy Lavon Julian dan Josef Pikl. Zat ini tersedia di AS dalam bentuk eserin salisilat dan eserin sulfat. Saat ini, fisostigmin paling umum digunakan untuk nilai pengobatannya. Namun, sebelum ditemukan oleh Sir Robert Christison pada tahun 1846, zat ini jauh lebih umum digunakan sebagai racun penangkal. Aplikasi medis positif dari obat ini pertama kali disarankan dalam tesis akhir pemenang medali emas Thomas Richard Fraser di Universitas Edinburgh pada tahun 1862.^[1]

Suku Efik yang tinggal di Negara Bagian Cross River dan suku Ibibio di Negara Bagian Akwa Ibom, yang sekarang berada di selatan-selatan Nigeria, adalah yang pertama kali bersentuhan dengan fisostigmin, bahan aktif dalam kacang Calabar.^[2] Kacang Calabar, atau kacang cincang, sangat umum dalam budaya Efik sebagai racun cobaan. Orang-orang yang dituduh melakukan sihir akan meminum ekstrak kacang tersebut yang berwarna putih susu, yang dibuat dengan menghancurkan kacang tersebut dalam lumpang dan merendam sisa-sisanya dalam air. Jika terdakwa meninggal, hal itu dianggap sebagai bukti penggunaan sihir mereka. Jika mereka hidup, biasanya karena memuntahkan racun tersebut, maka mereka dinyatakan tidak bersalah dan dibebaskan.^[3]

Pada tahun 1846, para misionaris Eropa tiba di tempat yang disebut sebagai Calabar Tua, yang sekarang menjadi bagian dari Nigeria. Para misionaris ini menulis tentang penggunaan kacang Calabar sebagai uji sihir. Kacang-kacangan ini akhirnya dibawa kembali ke Skotlandia, tempat asal para misionaris ini, di mana pada tahun 1855 Robert Christison, seorang ahli toksikologi, menguji toksisitas racun tersebut pada dirinya sendiri dengan memakan satu kacang. Ia selamat dan mendokumentasikan pengalaman tersebut. Kacang ini dipelajari sepanjang tahun 1860-an oleh beberapa ilmuwan Edinburgh yang berbeda, termasuk Douglas Argyll Robertson yang menulis makalah tentang penggunaan ekstrak kacang Calabar pada mata dan merupakan orang pertama yang menggunakannya sebagai obat, dan Thomas Richard Fraser, yang meneliti cara terbaik untuk mengekstrak zat aktifnya, yang kemudian diketahui sebagai fisostigmin. Fraser juga mempelajari antagonisme antara fisostigmin dan atropin dengan sangat ketat, pada saat konsep antagonisme memiliki sedikit atau tidak ada dukungan eksperimental. Penelitian Fraser masih menjadi dasar pengetahuan saat ini tentang interaksi antara atropin dan fisostigmin pada banyak dosis yang berbeda dan spesifik.^[4] Penggunaan pertama fisostigmin sebagai pengobatan untuk glaukoma adalah oleh Ludwig Laqueur pada tahun 1876. Laqueur sendiri menderita glaukoma, sehingga seperti halnya Christison ia juga bereksperimen pada dirinya sendiri, meskipun Laqueur jauh lebih ilmiah dan metodis dalam pengobatan pada dirinya sendiri.

Pada tahun 1920-an, Otto Loewi menentukan mekanisme biomekanika untuk efek fisostigmin pada tubuh. Loewi mempelajari bagaimana tindakan yang sekarang kita anggap dikendalikan oleh sistem saraf parasimpatis, diarahkan oleh zat kimia. Selama penelitiannya, Loewi menemukan asetilkolina dan bahwa fisostigmin bekerja dengan mencegah penghambatan asetilkolina. Pada tahun 1936, Loewi dianugerahi Hadiah Nobel atas karyanya dalam menemukan asetilkolina dan pemancar kimia biologis.

Penemuan penting lainnya seputar fisostigmin dilakukan di Universitas Edinburgh pada tahun 1925. Edgar Stedman dan George Barger menentukan struktur fisostigmin menggunakan metode yang disebut degradasi kimia. Pada tahun 1935, Percy Lavon Julian kemudian menjadi orang pertama yang mensintesis fisostigmin. Ilmuwan Inggris Robert Robinson juga sedang meneliti sintesis fisostigmin, tetapi yang mengejutkan, Julian selaku seorang ilmuwan yang relatif tidak dikenal pada saat itu, adalah orang yang berhasil.^[3]

Pada tahun 1934, ketika bekerja di Rumah Sakit St Alfege di London, Dr Mary Walker menemukan bahwa suntikan subkutan fisostigmin dapat membalikkan sementara kelemahan otot yang ditemukan pada pasien dengan miastenia gravis. Dia telah mencatat bahwa gejala dan tanda miastenia mirip dengan yang ditemukan pada keracunan curare, dan fisostigmin digunakan sebagai penawar keracunan curare pada saat itu.^[5] Artikelnya yang menjelaskan kasus pertama miastenia gravis yang berhasil diobati dengan fisostigmin diterbitkan di The Lancet pada bulan Juni 1934.^[6]

Fisostigmin, suatu penghambat asetilkolinesterase, dapat digunakan untuk mengobati glaukoma dan pengosongan lambung yang tertunda. Karena meningkatkan transmisi sinyal asetilkolina di otak dan dapat melewati sawar darah otak, fisostigmin salisilat digunakan untuk mengobati keracunan antikolinergik (yaitu, keracunan oleh zat yang mengganggu transmisi sinyal asetilkolina seperti atropin, skopolamin, dan overdosis obat antikolinergik lainnya).^[7] Fisostigmin juga digunakan untuk membalikkan pemblokiran neuromuskular. Fisostigmin adalah penawar pilihan untuk keracunan kecubung pendek. Fisostigmin juga merupakan penawar untuk keracunan Atropa bella-donna, sama seperti untuk atropin.^[8] Obat ini juga telah digunakan sebagai penawar racun GHB,^[9] tetapi kurang efektif dan sering menyebabkan toksisitas tambahan, sehingga tidak direkomendasikan sebagai pengobatan.^[10] Obat ini juga dapat digunakan sebagai antidot dimenhidrinat atau difenhidramin.^[11]

Obat ini telah terbukti meningkatkan daya ingat jangka panjang,^[12] dan pernah dieksplorasi sebagai terapi untuk penyakit Alzheimer, tetapi dalam uji klinis tidak terbukti memberikan manfaat yang meyakinkan, dan menyebabkan efek samping sedang hingga berat yang sangat umum seperti mual, muntah, diare, kehilangan nafsu makan, sakit perut, dan tremor, sehingga mengakibatkan tingkat sakau yang tinggi.^[13] Tolerabilitas fisostigmin yang buruk menyebabkan penggunaannya ditinggalkan dan digantikan oleh penghambat asetilkolinesterase yang lebih baru, tiga di antaranya saat ini digunakan: donepezil, galantamin, dan rivastigmin.^[14] Baru-baru ini, fisostigmin mulai digunakan dalam pengobatan hipotensi ortostatik.

Fisostigmin dapat melawan GHB dengan menghasilkan keadaan terangsang yang tidak spesifik. Namun, tidak cukup bukti ilmiah yang menunjukkan bahwa fisostigmin dapat mengobati toksisitas GHB dengan tepat. Lebih jauh lagi, dosis GHB yang lebih rendah menghasilkan aksi yang lebih kuat pada reseptor GHB daripada pada reseptor GABA_B, menghasilkan efek stimulasi yang akan bertindak sinergis dengan fisostigmin dan menghasilkan hiperstimulasi ketika kadar darah GHB mulai turun.

Fisostigmin juga memiliki kegunaan lain yang diusulkan: ia dapat membalikkan efek samping yang tidak diinginkan dari benzodiazepin seperti diazepam, juga mengurangi kecemasan dan ketegangan.^[15]

Fisostigmin bekerja dengan mengganggu metabolisme asetilkolina. Obat ini merupakan penghambat reversibel asetilkolinesterase, enzim yang bertanggung jawab atas pemecahan asetilkolina di celah sinaptik sambungan neuromuskular.^[16] Fisostigmin secara tidak langsung menstimulasi reseptor asetilkolina nikotinik dan muskarinik. Fisostigmin memiliki LD50 sebesar 3 mg/kg pada mencit.

Fisostigmin berfungsi sebagai penghambat asetilkolinesterase. Mekanisme kerjanya adalah mencegah hidrolisis asetilkolina oleh asetilkolinesterase pada tempat transmisi asetilkolina.^[17] Penghambatan ini meningkatkan efek asetilkolina, sehingga bermanfaat untuk pengobatan gangguan kolinergik dan miastenia gravis. Baru-baru ini, fisostigmin telah digunakan untuk meningkatkan daya ingat pasien Alzheimer karena aktivitas antikolinesterasenya yang kuat.^[18] Namun, bentuk garamnya yakni fisostigmin salisilat, memiliki bioavailabilitas yang buruk.^[19]

Fisostigmin juga memiliki fungsi miotik, yang menyebabkan konstriksi pupil. Fisostigmin bermanfaat dalam mengobati midriasis. Fisostigmin juga meningkatkan aliran keluar humor akuos di mata, sehingga bermanfaat dalam pengobatan glaukoma.^[20]

Overdosis dapat menyebabkan sindrom kolinergik. Efek samping lainnya dapat meliputi mual, muntah, diare, anoreksia, pusing, sakit kepala, sakit perut, berkeringat, dispepsia, dan sawan.^[21] Gugus fungsi karbamat mudah terhidrolisis dalam air dan dalam kondisi tubuh. Metabolit yang terbentuk dari fisostigmin dan beberapa alkaloid lain (misalnya simserin) adalah eserolin, yang menurut penelitian mungkin bersifat neurotoksik bagi manusia.^[22] Kematian dapat terjadi dengan cepat setelah overdosis akibat henti napas dan kelumpuhan jantung.

Fisostigmin memiliki dua stereosente, dua karbon tempat cincin beranggota lima bergabung, sehingga setiap upaya sintesis total harus memperhatikan perolehan stereoisomer yang tepat. 71 sintesis fisostigmin menghasilkan 33 campuran rasemat dan 38 produk dari satu enantiomer. Sintesis total pertama fisostigmin dicapai oleh Julian dan Pikl pada tahun 1935.^[23] Tujuan utama sintesis fisostigmin formal Julian adalah untuk menyiapkan senyawa kunci (L)-eserolina (senyawa 10 pada diagram di samping), yang konversinya menjadi fisostigmin akan mudah. Dalam salah satu karya awalnya^[24] Julian mensintesis cincin fisostigmin dari 1-metil-3-formil-oksindol sebagai bahan awal, yang ditemukan oleh Paul Friedländer. Namun, bahan awal tersebut mahal, dan reduksi nitril menjadi amina (mirip dengan reaksi senyawa 6 untuk menghasilkan senyawa 7 dalam diagram) dengan natrium dan alkohol tidak menghasilkan hasil yang baik. Dalam karya keduanya Studies in the Indole Series III, ia telah meningkatkan hasil amina dari nitril secara signifikan dengan menggunakan paladium dan hidrogen. Meskipun ia berhasil dalam sintesis senyawa target, rute tersebut memiliki beberapa kelemahan. Pertama, resolusi kimia senyawa 8 tidak dapat diandalkan, dan resolusi kimia ''rac''-eseretola menghasilkan produk yang murni secara optik hanya setelah delapan rekristalisasi garam tartratnya. Kedua, aminasi reduktif yang berlangsung dari senyawa 8 ke senyawa 9 membutuhkan sejumlah besar Na. Sejak penelitian awal ini, banyak kelompok lain telah menggunakan berbagai pendekatan untuk membangun sistem cincin dan memamerkan metode sintesis baru.

Biosintesis fisostigmin diusulkan dari metilasi triptamin dan pasca-heterosiklisasi yang dikatalisis oleh enzim yang tidak diketahui:^[25]