雌激素受體和選擇性雌激素受體調節(jié)劑的研究進展_圖文

1、收稿日期:2005-04-07基金項目:國家高技術研究發(fā)展計劃項目(2003AA235031作者簡介:貴春山(1979-,男(漢族,浙江衢州人,博士,從事計算機輔助藥物設計和計算生物學研究,E 2mail :csgui mail.文章編號:1005-0108(200505-0313-08雌激素受體和選擇性雌激素受體調節(jié)劑的研究進展貴春山,沈建華,羅小民,朱維良,沈旭,蔣華良(中國科學院上海藥物研究所藥物發(fā)現與設計中心,上海201203摘要:雌激素受體屬于核受體超家族成員,是一類重要的核轉錄因子,它在生殖系統(tǒng)、骨組織、心血管和中樞神經系統(tǒng)中發(fā)揮著重要的生理作用,是治療骨質疏松和乳腺癌的重要藥物作

2、用靶標。已知的雌激素受體有和兩種亞型,它們由兩個不同的基因編碼組成。選擇性雌激素受體調節(jié)劑是一類在不同的組織細胞中對雌激素受體發(fā)揮不同調節(jié)作用的化合物,用于治療絕經后婦女的骨質疏松和乳腺癌等。對近年來有關這兩方面的研究情況進行綜述。關鍵詞:藥物化學;研究進展;綜述;雌激素受體;選擇性雌激素受體調節(jié)劑中圖分類號:R914文獻標識碼:AR esearch progress in estrogen receptor andselective estrogen receptor modulatorsGU I Chun 2shan ,SHEN Jian 2hua ,L UO Xiao 2min ,ZHU

3、 Wei 2liang ,SHEN Xu ,J IAN G Hua 2liang(Drug Discovery and Design Center ,S hanghai Instit ute of M ateria Medica ,Chi nese A cadem y ofSciences ,S hanghai 201203,Chi na Abstract :Estrogen receptor (ER ,an important transcription factor belonging to the nuclear receptor super 2family ,plays a key r

4、ole in reproductive ,cardiovascular and central nervous systems and bone tissue.Thus ,it is a key drug target for the treatment of osteoporosis and breast cancer.ER comprises two subtypes ER and ER ,which encoded by two distinct genes.Selective estrogen receptor modulators (SERMs are kinds of compou

5、nds that exert different biological effects on ER in different tissues and can be used in the treat 2ment of osteoporosis and breast cancer of postmenopausal women.K ey w ords :medicinal chemistry ;research progress ;review ;ER ;SERMs經過長期的基礎研究和臨床觀察,人們發(fā)現骨質疏松、乳腺癌、結腸癌、卵巢癌、精神分裂癥和老年癡呆癥等疾病與雌激素信號通路的異常有密切的聯(lián)

6、系15。雌激素信號通路中的一個重要蛋白是雌激素受體(estrogen receptor ,ER ,ER 是甾體激素受體,屬于轉錄因子核受體超家族成員。核受體是一類能與DNA 應答元件結合的配體依賴的轉錄調控因子,它們在生殖、發(fā)育和代謝等生命過程中起重要的調控作用6。核受體信號通路的異常將導致癌癥、不育、肥胖、糖尿病和骨質疏松等疾病,因此該家族是一類重要的藥物作用靶標7。雌激素在體內通過ER 的介導而發(fā)揮其生理作用。Toft 和G orski 等人8率先從老鼠子宮細胞中分離得到雌激素受體;Green 9和Greene等人10克隆得到第一個人雌激素受體ER ;Kuiper 等人11從大鼠前列腺中克

7、隆得到另一種雌激素受體ER 。此后,Mosselman 等人12克隆得到人ER ,但不完整;Ogawa 13和Moore 等第15卷第5期2005年10月總67期中國藥物化學雜志Chinese Journal of Medicinal ChemistryVol 115No 15p.313Oct 12005Sum 67人14也相繼克隆得到完整的人ER 。雌激素是人體中一類重要的激素化合物,當婦女進入絕經期后,體內雌激素水平下降,由此引發(fā)更年期綜合征、骨質疏松、老年癡呆癥和心血管系統(tǒng)等疾病。針對絕經后雌激素水平下降,采取雌激素替代療法(estrogen replacement therapy ,E

8、R T ,能夠顯著降低絕經后骨質疏松性骨折和冠心病的發(fā)生率15,16。但是,ER T 可能誘發(fā)乳腺癌和子宮內膜癌17。為克服雌激素致癌變的不良反應,人們又發(fā)展了雌、孕激素聯(lián)合使用的性激素替代療法(hormone replacement therapy ,HR T ,但長期的HR T 治療仍可能增加乳腺癌的發(fā)生率,即使使用孕激素,并非在所有的情況下均能克服由雌激素所導致的子宮內膜癌的發(fā)生,這些不良反應限制了HR T 的長期應用。因此,人們力圖尋找一種對骨骼和心血管系統(tǒng)具有雌激素樣作用,而對子宮和乳腺表現出抗雌激素作用的藥物。選擇性雌激素受體調節(jié)劑(selective estrogen recep

9、tor modu 2lators ,SERMs 因具有上述特征而引起了人們的普遍關注18,19?，F將雌激素受體及其選擇性調節(jié)劑的研究成果進行綜述。1雌激素受體及其激活/抑制作用的分子機制人雌激素受體分為ER 和ER 兩種亞型,它們分別由位于人6號和14號染色體的兩個不同的基因編碼20。ER 和ER 分別由595和530個氨基酸組成。ER 包含6個結構域(A F ,它們組成4個主要的功能域21,示意圖見圖1。在N 端由A/B 域組成的功能域具有非配體依賴的轉錄激活功能域AF 21,它具有組成性激活活性(constitutive activity ,通過與基礎轉錄因子、輔活因子和其他轉錄因子作用來

10、激活靶標基因的轉錄,它的活性與細胞和啟動子的環(huán)境有關22。此外,該區(qū)域有多處磷酸化位點,人們認為AF 21的作用依賴于蛋白的磷酸化23。該結構域是長度不規(guī)則的高度可變區(qū),在兩種亞型中的同源性較低,約為18%。由C 域組成的DNA 結合域(DBD 具有高度的保守性,兩種亞型間同源性達97%。DBD 含兩個鋅指結構,能特異性地結合到靶標DNA 上,同時該結構域具有二聚化界面,對受體的二聚化起重要作用。該結構域的C 端區(qū)域可能參與ER 與伴侶分子熱休克蛋白90(HSP90的結合24,該區(qū)域還含有核定位信號(nuclear localization signal ,NL S 25。D 域為絞鏈區(qū),它連

11、接DBD 和配體結合域(LBD ,該區(qū)域保守性較低(兩亞型間的同源性為30%,它與HSP90的結合有關。Picard 等人26的研究表明,該區(qū)域含有另一個核定位信號。C 端的E 域組成配體結合域,該域決定ER 與雌激素、SERMs 等配體的特異性結合,它具有配體依賴的轉錄激活功能域AF 22,AF 22與AF 21的協(xié)同作用能更好地發(fā)揮ER 激活靶基因轉錄的功能。同時,LBD 具有很強的二聚化界面,并在沒有配體的情況下仍能發(fā)揮作用,因此,LBD 是受體發(fā)生二聚化的關鍵部位。ER 可形成ER 、ER 同源二聚體,也可形成ER 異源二聚體13,該區(qū)域可與HSP90相互作用,但人們對該區(qū)域是否含有核

12、定位信號仍有爭議2628。LBD 具有較高的保守性,兩亞型間的同源性為59% 。Figure 1The structures ,functions and homolo gy of human ERand ER ER LBD 由12條螺旋(H1H12和1個小的折疊組成,它們折疊成3層反平行的螺旋三明治結構,其中由H5、H6、H9和H10組成中間層,H1H4和H7、H8、H11分別組成外面兩層,C 端的H12含有AF 22(見圖229,30。H12是一個兩親螺旋,其中疏水表面(主要由Leu539、Leu540、Leu541、Met543和Leu544組成朝向配體結合口袋,而親水表面(主要由Asp

13、538、G lu542413中國藥物化學雜志第15卷和Asp545組成則朝外。ER LBD呈楔形,在楔形較窄的一端有配體結合口袋,H12放在由H3、H5/6和H11部分殘基組成的配體結合口袋口的凹槽中,像蓋子一樣封住配體結合口袋。當ER 與激動劑如:雌二醇(estradiol,1結合時,H12的這一構象變得穩(wěn)定,這時H12中的G lu542殘基與H3中的Lys362殘基形成一個電荷鉗,同時, H3、H5/6和H12中的部分疏水性氨基酸殘基組成一個疏水性凹槽(見圖2a,可供核受體共激活因子(如SRC1結合。共激活因子的核受體相互作用域(又稱為NR box是由5個氨基酸組成的、富含亮氨酸的L XX

14、LL序列模體(motif。L XXLL中頭尾殘基的主鏈原子可與電荷鉗殘基原子形成氫鍵相互作用,它們的疏水性殘基可與疏水性凹槽發(fā)生疏水相互作用。通過以上兩種作用,共激活因子可以很好地結合在疏水性凹槽中,進而激活靶基因的轉錄。而當ER與SERMs (如:雷洛昔芬,raloxifene,2或拮抗劑結合時, H12的位置發(fā)生改變并占據共激活因子的結合位置,使得共激活因子不能有效地與ER結合(見圖2b。雷洛昔芬分子由母核和母核上的支鏈兩部分組成,比較雷洛昔芬和雌二醇的結構及它們與ER的相互作用(見圖3可以看出, 雷洛昔芬的母核部分與雌二醇無論在結構上,還是在與ER的作用方式上都很相似。它們的剛性都比較大

15、,分子的兩端各有一個羥基,這兩個羥基對分子與受體的穩(wěn)定結合起著重要的作用 。Figure2Positioning of H12of human ERupon estradiol(1and raloxifene(2binding(ad apted from ref. 30Figure3Schematic representations of the interactions of estradiol(1and reloxifene(2with human ER雌二醇A環(huán)上的羥基和雷洛昔芬苯并噻吩環(huán)上的羥基均與ER的G lu353、Arg394和一個結晶水形成3個氫鍵,雌二醇D環(huán)上的羥基和雷洛昔芬

16、苯環(huán)上的羥基均與ER的His524形成1個氫鍵。因此,雷洛昔芬的母核部分與雌二醇的作用基本相當,實際上,有一類SERMs就是雌二醇的衍生物,這將在后面SERMs的分類里面具體論述。雷洛昔芬的抗雌激素作用主要取決于母核513第5期貴春山等:雌激素受體和選擇性雌激素受體調節(jié)劑的研究進展上的支鏈。雷洛昔芬的母核部分牢固地結合在ER 活性口袋中,母核上的支鏈從活性口袋內伸出,并將H12推到共激活因子所結合的疏水性凹槽部位。H12含有L XXLL 序列模體,它能很好地模擬共激活因子而結合在疏水性凹槽內,從而阻止共激活因子與ER 的結合,進而產生抗雌激素作用。2選擇性雌激素受體調節(jié)劑根據化學結構的不同,可

17、以將SERMs 分為以下4大類。211三苯乙烯類(triphenylethylenes該類化合物以他莫昔芬(tamoxifen ,3為代表,它們是第一代SERMs 。他莫昔芬在乳腺組織內表現為ER 拮抗劑,而在骨組織、心血管系統(tǒng)和子宮細胞中表現為ER 激動劑。他莫昔芬主要用于治療乳腺癌,同時還能降低血漿膽固醇、增加骨密度31。但他莫昔芬對子宮細胞有刺激作用,長期使用易導致子宮內膜癌。此外,它還能導致靜脈血栓、血管舒張(如熱潮紅等不良反應。這一類化合物還有托瑞米芬(toremifene ,4、艾多昔芬(idox 2ifen e ,5、米普昔芬(miproxifene ,6和屈洛昔芬(drolox

18、ifene ,7等,它們與他莫昔芬的作用相似,主要用于治療乳腺癌和骨質疏松。其中化合物7為32羥基他莫昔芬,由于在其母核的一端有一個羥基,所以它與ER 的親和性要大于他莫昔芬32 。212苯并噻吩類(benzothiophenes該類化合物以雷洛昔芬(2為代表,是第二代SERMs 。雷洛昔芬在乳腺和子宮細胞中為ER 拮抗劑,而在骨組織、心血管系統(tǒng)中為ER 激動劑。雖然使用雷洛昔芬作為治療乳腺癌的藥物對子宮沒有刺激作用,但它的臨床效果并不是非常顯著(雷洛昔芬的臨床效果為33%,而他莫昔芬為44%33。因此,雷洛昔芬并沒有用于治療乳腺癌,而主要用于防治婦女絕經后骨質疏松。此外雷洛昔芬對心血管系統(tǒng)有

19、良好作用,可降低冠心病的發(fā)生率。但雷洛昔芬可導致熱潮紅、腿部抽筋、頭疼和體質量增加等不良反應34。屬于此類的化合物還有arzoxifene (8,主要用于防治骨質疏松,同時它還可以降低乳腺癌的發(fā)生率。213苯并吡喃類(benzopyrans該類化合物以左美洛昔芬(levormeloxifene ,9為代表,它是作為治療和預防婦女絕經后骨質疏松而開發(fā)的藥物,但它可導致子宮內膜增生、子宮脫垂和尿失禁等不良反應,因此對它的研究停止于期臨床。另一個該類化合物是EM 2800(10,它可以阻止骨量減少、降低血漿膽固醇和甘油三酯水平 。214其他類雌二醇類衍生物:該類化合物的母核為雌二醇,如:fulves

20、trant (ICI 182780,11,可以完全阻斷ER 的反式激活作用。化合物11的結構中有613中國藥物化學雜志第15卷一個很長的疏水性支鏈。研究表明:它可以阻止ER 的二聚化,并可使ER 發(fā)生降解。它在乳腺和子宮內均表現為抗雌激素樣作用,并且它還對一些抗他莫昔芬的疾病有效35。美國FDA 已經批準fulvestrant 用于雌激素受體陽性的轉移性乳腺癌的治療。萘類化合物:該類化合物的代表藥拉索昔芬(lasofoxifene ,12是輝瑞公司研制開發(fā)的能預防并治療骨質疏松、預防乳腺癌、以及有降血脂作用的藥物,它對骨組織的作用與雌二醇相當,但對子宮沒有刺激作用36。吡啶類化合物:由美國禮來公司開發(fā)的用于治療骨質疏松的抗雌激素化合物13,該化合物的支鏈與拉索昔芬(12相同,母核也較為相似。吲哚類化合物:如pipendoxifene (ERA 2923,14,它可以有效地抑制雌激素與ER 的結合(IC 50=14nmol L -1,用于治療他莫昔芬耐受的轉移性乳腺癌37。黃酮類化合物:如化合物15,它可以有效阻止雌二醇與ER 的結合(IC 50=0111mol L -1,用于治療前列腺癌、骨質疏松和子宮出血等。蒽醌類化合物:如12丁基23,6,82三羥基29,102蒽醌(R1128,16。由此可以看出:SER