Ингибиторы стероидной ароматазы - это класс препаратов , которые в основном используются для лечения рака груди у женщинв постменопаузе . Высокий уровень эстрогена в ткани груди увеличивает риск развития рака груди, и фермент ароматаза считается хорошей терапевтической мишенью при лечении рака груди, поскольку он участвует в заключительном этапепути биосинтеза эстрогена,а также его ингибирование не влияет на производство других стероидов . Ингибиторы ароматазыделятся на две категории в зависимости от их структуры: нестероидные и стероидные; последние напоминают структуру андростендиона . [1] Стероидные ингибиторы ароматазы необратимо ингибируют фермент, ковалентно связываясь с участком связывания ароматазы, поэтому субстрат не может получить к нему доступ. [2]
История
Сотрудничество, ведущее к открытию
В 1944 году был основан Вустерский фонд экспериментальной биологии (WFEB). Фонд был центром сотрудничества многих ученых, интересующихся репродукцией, нейрофизиологией и биохимией стероидов. Одной из фундаментальных работ было понимание механизма превращения андрогенов в эстрогены . Группа работала над пониманием биосинтеза и метаболизма стероидов, которые вырабатываются надпочечниками , семенниками и яичниками . Андре Мейер позже предположил, что ароматизация андростендиона была ферментативной, и это было доказано в 1980-х годах при очистке ароматазы. [3] В начале 1970-х годов исследователи согласились с тем фактом, что ароматизации кольца А способствует фермент, опосредованный цитохромом P450 , что доказано блокадой аминоглутетимида (AG, который, как известно, блокирует ферменты, опосредованные P450). [3]
Гарри и Анджела Броди
Гарри Броди , химик, присоединился к группе WFEB и начал работать над пониманием стериохимии отщепления водорода в позиции C-1 во время ароматизации. Его механистические исследования привели его к признанию терапевтического потенциала нацеливания на ароматазу. В начале 1970-х он начал разработку селективных ингибиторов ароматазы. [3] Сотрудничество с его женой Анжелой Броди привело к тому, что в 1973 году они сообщили о первой серии этих соединений. [4] Они провели систематические исследования структуры / функций почти 100 стероидных ингибиторов ароматазы, которые привели к открытию 4-гидроксиандростендиона (4-OH-A), мощного селективного ингибитора ароматазы. [3]
Переход к лечению рака груди и клиническим испытаниям
После того, как Броди продемонстрировали снижение уровня эстрогена у грызунов и его биологическую эффективность при регрессе опухолей молочной железы крыс, Анжела Броди осенью 1981 года поехала в Рим, чтобы сделать презентацию о своем исследовании. На презентации был Чарльз Кумбс медицинский онколог , который выразил заинтересованность в проведении клинических испытаний с 4-гидрокси-андростендион (4-OH-A) для лечения рака молочной железы. [4] Сотрудничество Анджелы Броди, клинического онколога Чарльза Кумбса, клинического онголога Пола Госса и клинического химика Митча Доусетта сделало это возможным. Дальнейшая клиническая разработка была проведена с помощью Ciba-Geigy (ныне Novartis) (4-OH-A), получившего новое название Formestane . [3] В 1993 году Форместан был представлен на рынке как Ленатрон с индикаторами распространенного рака у женщин в постменопозном периоде, и стал первым селективным ингибитором ароматазы, который сделал это. [5]
Из-за неблагоприятных свойств 4-OH-A, плохой биодоступности при пероральном приеме и неблагоприятного метаболизма группа под руководством Э. Ди Салле и П. Ломбарди из Farmitalia-Carlo Erba (часть Pfizer ) начала работу над новой селективной ароматазой. ингибитор. Группа разработала, синтезировала и оценила новый стероид, экземестан . Экземестан прошел клинические испытания в 1990-х годах и получил одобрение FDA в 1999 году, продаваемый как Аромазин. Показанием для применения экземестана является распространенный рак груди у женщин в постменопаузе, когда рак прогрессировал после терапии тамоксифеном. Экземестан - первый пероральный инактиватор ароматазы. [5]
Ингибиторы стероидной ароматазы сегодня
Клиническое применение стероидных ингибиторов ароматазы сегодня более или менее ограничено экземестаном. Использование форместана (лентарона) очень ограничено, и в некоторых странах он больше не используется. Форместан был заменен более новыми и лучшими ингибиторами с лучшей пероральной доступностью и меньшим количеством побочных эффектов, экземестаном и новым поколением нестероидных ингибиторов ароматазы. [4]
Клиническое использование
Рак
Большинство раковых заболеваний молочной железы гормонозависимы, и большинство из них экспрессируют рецептор эстрогена и / или рецептор прогестерона . [6] [7] [8] Это причина того, что соединения, которые ингибируют биосинтез эстрогена, были исследованы и теперь являются стандартной адъювантной терапией рака груди у женщин в постменопаузе . [6] [7] Было доказано, что рак груди у женщин в постменопаузе можно лечить или предотвращать путем модуляции рецепторов эстрогена или его лигандов, и, поскольку ароматаза является частью заключительного этапа конверсии эстрогена, она является хорошей мишенью для медицины. Поскольку ароматаза катализирует последнюю стадию превращения эстрогена , ее ингибирование не оказывает никакого влияния на синтез других стероидов, кроме эстрогена. [7]
У женщин в постменопаузе выработка эстрогена в яичниках прекращена. Таким образом, основным источником эстрогена является ароматизация андрогенов, вырабатываемых надпочечниками. [7] Продукция эстрогена у женщин в постменопаузе в основном происходит в периферической жировой ткани. [6] Мозг , кожа , жировая ткань , нормальная ткань груди и клетки рака груди содержат ароматазу, но эстроген, который синтезируется в ткани груди и вокруг раковых клеток, влияет на рост рака. Ингибиторы ароматазы останавливают это преобразование и снижают уровень эстрогена. [7]
Лечение рака груди ингибиторами ароматазы эффективно только у женщин в постменопаузе из-за высоких уровней лигандов ароматазы (субстрата) в яичниках женщин в пременопаузе. За счет ингибирования ароматазы у женщин в пременопаузе уровень эстрогена снижается на короткое время, но это приводит к активации гипоталамуса и гипофизарной системы, которые способствуют секреции гонадотропина, что вызывает повышение уровня эстрогена за счет стимуляции яичников. [2] [7]
Исследование показало, что перекрестная резистентность не всегда возникает между нестероидными ингибиторами ароматазы и стероидными ингибиторами ароматазы. [6] [8] Если нестероидные ингибиторы ароматазы не работают или у пациентов наблюдается рецидив, тогда для достижения лучших результатов можно применить стероидные ингибиторы ароматазы, прежде чем пациенты будут вынуждены переключиться с эндокринной терапии на цитотоксическую химиотерапию и, следовательно, избежать или отложить прием побочные эффекты и осложнения последнего. [6]
Плодородие
Ингибиторы ароматазы использовались для сохранения фертильности путем стимуляции овуляции у лиц, переживших рак груди в пременопаузе. Подавляя ароматазу у женщин в пременопаузе, уровень эстрогена временно снижается, что приводит к увеличению секреции гонадотропина и стимуляции яичников, что вызывает повышение уровня эстрогена . [2] [7]
Примеры агентов
1-е и 2-е поколение
Тестолактон и форместан - ингибиторы ароматазы 1-го и 2-го поколения. Форместан был первым селективным ингибитором ароматазы, который использовался для лечения рака груди, но в настоящее время он не используется в клинической практике. [3] [7]
3-е поколение
Экземестан является единственным стероидным ингибитором ароматазы 3-го поколения, и он имеет преимущество перед форместаном в том, что он более эффективен и может применяться перорально. Клинические исследования показали, что 25 мг / день вызывает подавление ароматазы на 97,9%. [2]
Механизм действия
Эстроген играет важную роль в стимуляции пролиферации клеток рака груди при гормонозависимом раке груди. Похоже, что высокие концентрации эстрогена способствуют развитию рака груди. Следовательно, были разработаны два основных подхода к контролю и блокированию патологической активности эстрогенов. [9] Первый подход направлен на подавление действия эстрогенов антиэстрогенами, которые взаимодействуют с рецепторами эстрогенов. Второй направлен на прямое подавление выработки эстрогена путем ингибирования ароматазы эстроген-синтетазы . [10] Стероидные ингибиторы ароматазы идентифицированы как ингибиторы типа I, которые взаимодействуют с сайтом связывания субстрата фермента ароматазы . [11]
Фермент ароматаза
Ароматаза - это цитохром P450, который катализирует три последовательные реакции гидроксилирования , превращая андрогены C19 в ароматические эстрогены C18 . Получив электроны от редуктазы НАДФН-цитохром Р450, ароматаза превращает андростендион и тестостерон в эстрон и эстрадиол соответственно. Ароматизация андрогена является конечной и лимитирующей стадией синтеза эстрогена. Недавние исследования были сосредоточены на определении области активного центра фермента ароматазы и оценке наиболее многообещающего механизма реакции. Также были созданы трехмерные модели активной области ароматазы, хотя точная природа структуры еще полностью не определена. [12]
Стероидная структура
Такие препараты, как экземестан и другие стероидные ингибиторы ароматазы, имеют стероидную структуру, которая конкурирует с природным субстратом ароматазы андростендионом . [11] Ингибитор должен разделять важные структурные особенности с эндогенным субстратом, а также особенности андрогенов , позволяя им взаимодействовать с каталитическим сайтом на ферментном белке. Это делает стероидные ингибиторы ароматазы по своей природе селективными. [13] Благодаря избирательному ингибированию он не влияет на выработку других стероидов в пути биосинтеза эстрогена. [9]
Привязка к активному сайту
Лекарства, связанные с каталитическим сайтом, часто метаболизируются до промежуточных продуктов, которые имеют гораздо более высокое сродство к рецептору андрогенов. Связывание промежуточного метаболита 17-гидроэкземестана с рецептором андрогенов примерно в 100 раз больше, чем у исходного соединения, экземестана. [11] Когда метаболит прикрепляется к активному сайту фермента, фермент инициирует свою типичную последовательность гидроксилирования , но гидроксилирование создает неразрывную ковалентную связь между ингибитором и белком фермента. Даже если все незакрепленные части ингибитора будут удалены, ферментативная активность ароматазы может быть восстановлена только путем синтеза нового фермента. [13] Таким образом, ингибитор блокирует активность фермента даже после того, как лекарство выводится из кровотока, оказывая таким образом длительный эффект in vivo . Нет необходимости в постоянном присутствии лекарственного средства для поддержания ингибирования, что, в свою очередь, снижает вероятность токсических побочных эффектов для пациента. [10] Из-за необратимого характера ингибирования стероидные ИИ часто продаются как инактиваторы или ингибиторы суицида . [9]
Отношения структура – деятельность (SAR)
Плоскостность кольца A очень важна для сродства соединений к ароматазе . Как видно из таблицы 1 , где соединения 2 и 3 демонстрируют существенное ингибирование, а также предъявляют те же стереохимические требования. Такой же эффект можно наблюдать с соединением 5 с ингибированием на 34,6% и его 4-кетопроизводным, соединением 7 , с ингибированием на 83,3%. Эти различия в структуре AI показывают важность планарности кольца A для взаимодействия с активным центром ароматазы. [14]
Важным аспектом связывающих свойств соединений является стереохимия в секции C-5, где положение атома водорода может быть в альфа- или бета-положениях (направлено вверх или вниз). В 5α- эпимеры обладают гораздо большей связывающими свойствами , то их аналоги 5 & beta ; , как можно видеть с соединениями 3 / 4 и 5 / 6 в таблице 1 . Эти результаты указывают на важность правильного угла между соединением A и B-кольца для лучшего связывания с активным центром ароматазы. [14]
Сложный | ||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Состав ингибитора | ||||||||||||
Ингибирование (%) для 2 мкМ |
Замена циклопентанона с D-кольцом на шестичленный δ- лактон снижает связывающую способность соединений. Соединение 9 объединяет структуру D-кольца тестолактона и структуру A-кольца форместана, но имеет значительно меньшее ингибирование ароматазы, чем форместан. [14]
Область C-4 важна для взаимодействия AI с областью связывания, а гидрофильные связи, такие как гидроксильные или карбонильные связи в этом положении, могут улучшить взаимодействие с ароматазой. [14]
Эксперименты с использованием 3-дезоксистероидов показали, что 4β, 19-диол имел наибольшее ингибирование ароматазы. Вероятно, это является причиной двух полярных аминокислот в активном центре и подчеркивает важность гидрофильных групп в стероидах для улучшения связывающих свойств. [15]
Синтез
Синтез стероидных ингибиторов ароматазов осуществляются с помощью различных методов, все они имеют в общем , что они синтезируют из исходного пункта , который является базовой структурой стероидов. С помощью различных методов существует различная отправная точка синтеза, например тестостерон, андростендион и другие варианты этих соединений. Синтез форместана из тестостерона представляет собой простой трехстадийный синтез, как показано на рисунке 2. Синтез дает общий выход форместана 23%. Первым шагом является окисление тестостерона реактивом Джонса с получением андрост-4-ен-3,17-диона с выходом 73%. Стадия 2 представляет собой гидроксилирование андрост-4-ен-3,17-диона с помощью OsO4 с последующей стадией 3 с щелочной дегидратацией полученных диолов с получением форместана. [16]
Синтез экземестана также состоит из трех этапов, как показано на рис. 3. Во-первых, реактив Вильсмайера-Хаака получают путем кипячения параформальдегида и диметиламина гидрохлорида в изопентаноле при температуре 131 ° C при удалении воды из изопентанола с помощью аппарата Dean. -Сепаратор . Затем внутреннюю температуру реагента охлаждают до 10–15 ° C перед добавлением коммерчески доступного болденона (андроста-1,4-диен-17β-ол-3-он). Затем реакционную смесь кипятят с обратным холодильником в течение 15 часов с получением 6-метиленового производного, 6-метиленандроста-1,4-диен-17β-ол-3-она. Впоследствии окисление производного по Джонсу в ацетоне при -10 ° C дает эксеместан с выходом 79% после перекристаллизации. Для процесса перекристаллизации используется смесь этанола и воды 65:35. [17]
Рекомендации
- ^ Ахмад, I .; Шагуфта (2015). «Последние разработки стероидных и нестероидных ингибиторов ароматазы для химиопрофилактики эстроген-зависимого рака груди». Европейский журнал медицинской химии . 102 : 375–386. DOI : 10.1016 / j.ejmech.2015.08.010 . PMID 26301554 .
- ^ а б в г Van Asten, K .; Neven, P .; Lintermans, A .; Wildiers, H .; Paridaens, R. (2014). «Ингибиторы ароматазы в клинике рака груди: акцент на экземестан» . Эндокринный рак . 21 (1): R31 – R49. DOI : 10.1530 / ERC-13-0269 . PMID 24434719 .
- ^ а б в г д е Santen, RJ; Brodie, H .; Симпсон, скорая помощь; Siiteri, PK; Броди, А. (2009). «История ароматазы: сага о важном биологическом посреднике и терапевтической мишени» . Эндокринные обзоры . 30 (4): 343–375. DOI : 10.1210 / er.2008-0016 . PMID 19389994 .
- ^ а б в Chumsri, S .; Howes, T .; Bao, T .; Sabnis, G .; Броди, А. (2011). «Ароматаза, ингибиторы ароматазы и рак груди» . Журнал стероидной биохимии и молекулярной биологии . 125 (1–2): 13–22. DOI : 10.1016 / j.jsbmb.2011.02.001 . PMC 3104073 . PMID 21335088 .
- ^ а б Ломбарди, П. (2002). «Экземестан, новый клинически значимый ингибитор стероидной ароматазы». Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Молекулярная основа болезни . 1587 (2–3): 326–337. DOI : 10.1016 / S0925-4439 (02) 00096-0 . PMID 12084475 .
- ^ а б в г д Бересфорд, М .; Tumur, I .; Chakrabarti, J .; Barden, J .; Rao, N .; Макрис, А. (2011). «Качественный систематический обзор доказательной базы отсутствия перекрестной резистентности между стероидными и нестероидными ингибиторами ароматазы при метастатическом раке молочной железы». Clin Oncol (R Coll Radiol) . 23 (3): 209–215. DOI : 10.1016 / j.clon.2010.11.005 . PMID 21134732 .
- ^ Б с д е е г ч Чумсри, S (2015). «Клиническая польза ингибиторов ароматазы при раке груди» . Int J Женское здоровье . 7 : 493–499. DOI : 10.2147 / IJWH.S69907 . PMC 4427607 . PMID 26005359 .
- ^ а б Миллер, WR; Bartlett, J .; Броди, AMH; Брюггемайер, RW; Di Salle, E .; Лоннинг, ЧП; Госс, ЧП (2008). «Ингибиторы ароматазы: есть ли различия между стероидными и нестероидными ингибиторами ароматазы и имеют ли они значение?». Онколог . 13 (8): 829–837. DOI : 10.1634 / теонколог.2008-0055 . PMID 18695261 .
- ^ а б в Ахмад, Иршад (18 сентября 2015 г.). «Последние разработки стероидных и нестероидных ингибиторов ароматазы для химиопрофилактики эстроген-зависимого рака груди». Европейский журнал медицинской химии . 102 : 375–386. DOI : 10.1016 / j.ejmech.2015.08.010 . PMID 26301554 .
- ^ а б Njar, VC; Броди, AM (1999-08-01). «Комплексная фармакология и клиническая эффективность ингибиторов ароматазы». Наркотики . 58 (2): 233–255. DOI : 10.2165 / 00003495-199958020-00003 . ISSN 0012-6667 . PMID 10473018 .
- ^ а б в Кампос, Сусана М. (2004-04-01). «Ингибиторы ароматазы при раке груди у женщин в постменопаузе». Онколог . 9 (2): 126–136. DOI : 10.1634 / теонколог.9-2-126 . ISSN 1083-7159 . PMID 15047917 .
- ^ Хонг, Яньян; Чен, Шиуань (01.11.2006). «Ингибиторы ароматазы» . Летопись Нью-Йоркской академии наук . 1089 (1): 237–251. DOI : 10.1196 / annals.1386.022 . ISSN 1749-6632 . PMID 17261771 .
- ^ а б Буздар, Аман У. (01.01.2003). «Фармакология и фармакокинетика ингибиторов ароматазы нового поколения» . Клинические исследования рака . 9 (1): 468с – 472с. ISSN 1078-0432 .
- ^ а б в г Cepa, MM; Таварес; да Силва, EJ; Correia-da-Silva, G .; Ролейра, FM; Тейшейра, Н. А. (2005). «Взаимосвязь между структурой и активностью новых стероидов с модифицированным A, D-кольцом в качестве ингибиторов ароматазы: дизайн, синтез и оценка биологической активности» (PDF) . J Med Chem . 48 (20): 6379–6385. DOI : 10.1021 / jm050129p . hdl : 10316/10522 . PMID 16190763 .
- ^ Numazawa, M .; Yamada, K .; Nitta, S .; Sasaki, C .; Кидокоро, К. (2001). «Роль гидрофильного взаимодействия в связывании гидроксилированных 3-дезокси-C19 стероидов с активным центром ароматазы». J Med Chem . 44 (24): 4277–4283. DOI : 10.1021 / jm010282t . PMID 11708928 .
- ^ Martin, GD; и другие. (2013). «Синтез и биоконверсии форместана». J Nat Prod . 76 (10): 1966–1969. DOI : 10.1021 / np400585t . PMID 24074257 .
- ^ Ли, Джи Джек (01.01.2007). Johnson, Douglas S .; Ли, Джи Джек (ред.). Ингибиторы ароматазы при раке груди: Экземестан (Аромазин), Анастрозол (Аримидекс) и Летрозол (Фемара) . John Wiley & Sons, Inc., стр. 30–38. DOI : 10.1002 / 9780470134979.ch3 . ISBN 978-0-470-13497-9.