雌激素受体和选择性雌激素受体调节剂的研究进展_图文

1、收稿日期:2005-04-07基金项目:国家高技术研究发展计划项目(2003AA235031作者简介:贵春山(1979-,男(汉族,浙江衢州人,博士,从事计算机辅助药物设计和计算生物学研究,E 2mail :csgui mail.文章编号:1005-0108(200505-0313-08雌激素受体和选择性雌激素受体调节剂的研究进展贵春山,沈建华,罗小民,朱维良,沈旭,蒋华良(中国科学院上海药物研究所药物发现与设计中心,上海201203摘要:雌激素受体属于核受体超家族成员,是一类重要的核转录因子,它在生殖系统、骨组织、心血管和中枢神经系统中发挥着重要的生理作用,是治疗骨质疏松和乳腺癌的重要药物作

2、用靶标。已知的雌激素受体有和两种亚型,它们由两个不同的基因编码组成。选择性雌激素受体调节剂是一类在不同的组织细胞中对雌激素受体发挥不同调节作用的化合物,用于治疗绝经后妇女的骨质疏松和乳腺癌等。对近年来有关这两方面的研究情况进行综述。关键词:药物化学;研究进展;综述;雌激素受体;选择性雌激素受体调节剂中图分类号:R914文献标识码: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经过长期的基础研究和临床观察,人们发现骨质疏松、乳腺癌、结肠癌、卵巢癌、精神分裂症和老年痴呆症等疾病与雌激素信号通路的异常有密切的联

6、系15。雌激素信号通路中的一个重要蛋白是雌激素受体(estrogen receptor ,ER ,ER 是甾体激素受体,属于转录因子核受体超家族成员。核受体是一类能与DNA 应答元件结合的配体依赖的转录调控因子,它们在生殖、发育和代谢等生命过程中起重要的调控作用6。核受体信号通路的异常将导致癌症、不育、肥胖、糖尿病和骨质疏松等疾病,因此该家族是一类重要的药物作用靶标7。雌激素在体内通过ER 的介导而发挥其生理作用。Toft 和G orski 等人8率先从老鼠子宫细胞中分离得到雌激素受体;Green 9和Greene等人10克隆得到第一个人雌激素受体ER ;Kuiper 等人11从大鼠前列腺中克

7、隆得到另一种雌激素受体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月总67期中国药物化学杂志Chinese Journal of Medicinal ChemistryVol 115No 15p.313Oct 12005Sum 67人14也相继克隆得到完整的人ER 。雌激素是人体中一类重要的激素化合物,当妇女进入绝经期后,体内雌激素水平下降,由此引发更年期综合征、骨质疏松、老年痴呆症和心血管系统等疾病。针对绝经后雌激素水平下降,采取雌激素替代疗法(estrogen replacement therapy ,E

8、R T ,能够显著降低绝经后骨质疏松性骨折和冠心病的发生率15,16。但是,ER T 可能诱发乳腺癌和子宫内膜癌17。为克服雌激素致癌变的不良反应,人们又发展了雌、孕激素联合使用的性激素替代疗法(hormone replacement therapy ,HR T ,但长期的HR T 治疗仍可能增加乳腺癌的发生率,即使使用孕激素,并非在所有的情况下均能克服由雌激素所导致的子宫内膜癌的发生,这些不良反应限制了HR T 的长期应用。因此,人们力图寻找一种对骨骼和心血管系统具有雌激素样作用,而对子宫和乳腺表现出抗雌激素作用的药物。选择性雌激素受体调节剂(selective estrogen recep

9、tor modu 2lators ,SERMs 因具有上述特征而引起了人们的普遍关注18,19。现将雌激素受体及其选择性调节剂的研究成果进行综述。1雌激素受体及其激活/抑制作用的分子机制人雌激素受体分为ER 和ER 两种亚型,它们分别由位于人6号和14号染色体的两个不同的基因编码20。ER 和ER 分别由595和530个氨基酸组成。ER 包含6个结构域(A F ,它们组成4个主要的功能域21,示意图见图1。在N 端由A/B 域组成的功能域具有非配体依赖的转录激活功能域AF 21,它具有组成性激活活性(constitutive activity ,通过与基础转录因子、辅活因子和其他转录因子作用来

10、激活靶标基因的转录,它的活性与细胞和启动子的环境有关22。此外,该区域有多处磷酸化位点,人们认为AF 21的作用依赖于蛋白的磷酸化23。该结构域是长度不规则的高度可变区,在两种亚型中的同源性较低,约为18%。由C 域组成的DNA 结合域(DBD 具有高度的保守性,两种亚型间同源性达97%。DBD 含两个锌指结构,能特异性地结合到靶标DNA 上,同时该结构域具有二聚化界面,对受体的二聚化起重要作用。该结构域的C 端区域可能参与ER 与伴侣分子热休克蛋白90(HSP90的结合24,该区域还含有核定位信号(nuclear localization signal ,NL S 25。D 域为绞链区,它连

11、接DBD 和配体结合域(LBD ,该区域保守性较低(两亚型间的同源性为30%,它与HSP90的结合有关。Picard 等人26的研究表明,该区域含有另一个核定位信号。C 端的E 域组成配体结合域,该域决定ER 与雌激素、SERMs 等配体的特异性结合,它具有配体依赖的转录激活功能域AF 22,AF 22与AF 21的协同作用能更好地发挥ER 激活靶基因转录的功能。同时,LBD 具有很强的二聚化界面,并在没有配体的情况下仍能发挥作用,因此,LBD 是受体发生二聚化的关键部位。ER 可形成ER 、ER 同源二聚体,也可形成ER 异源二聚体13,该区域可与HSP90相互作用,但人们对该区域是否含有核

12、定位信号仍有争议2628。LBD 具有较高的保守性,两亚型间的同源性为59% 。Figure 1The structures ,functions and homolo gy of human ERand ER ER LBD 由12条螺旋(H1H12和1个小的折叠组成,它们折叠成3层反平行的螺旋三明治结构,其中由H5、H6、H9和H10组成中间层,H1H4和H7、H8、H11分别组成外面两层,C 端的H12含有AF 22(见图229,30。H12是一个两亲螺旋,其中疏水表面(主要由Leu539、Leu540、Leu541、Met543和Leu544组成朝向配体结合口袋,而亲水表面(主要由Asp

13、538、G lu542413中国药物化学杂志第15卷和Asp545组成则朝外。ER LBD呈楔形,在楔形较窄的一端有配体结合口袋,H12放在由H3、H5/6和H11部分残基组成的配体结合口袋口的凹槽中,像盖子一样封住配体结合口袋。当ER 与激动剂如:雌二醇(estradiol,1结合时,H12的这一构象变得稳定,这时H12中的G lu542残基与H3中的Lys362残基形成一个电荷钳,同时, H3、H5/6和H12中的部分疏水性氨基酸残基组成一个疏水性凹槽(见图2a,可供核受体共激活因子(如SRC1结合。共激活因子的核受体相互作用域(又称为NR box是由5个氨基酸组成的、富含亮氨酸的L XX

14、LL序列模体(motif。L XXLL中头尾残基的主链原子可与电荷钳残基原子形成氢键相互作用,它们的疏水性残基可与疏水性凹槽发生疏水相互作用。通过以上两种作用,共激活因子可以很好地结合在疏水性凹槽中,进而激活靶基因的转录。而当ER与SERMs (如:雷洛昔芬,raloxifene,2或拮抗剂结合时, H12的位置发生改变并占据共激活因子的结合位置,使得共激活因子不能有效地与ER结合(见图2b。雷洛昔芬分子由母核和母核上的支链两部分组成,比较雷洛昔芬和雌二醇的结构及它们与ER的相互作用(见图3可以看出, 雷洛昔芬的母核部分与雌二醇无论在结构上,还是在与ER的作用方式上都很相似。它们的刚性都比较大

15、,分子的两端各有一个羟基,这两个羟基对分子与受体的稳定结合起着重要的作用 。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环上的羟基和雷洛昔芬苯并噻吩环上的羟基均与ER的G lu353、Arg394和一个结晶水形成3个氢键,雌二醇D环上的羟基和雷洛昔芬

16、苯环上的羟基均与ER的His524形成1个氢键。因此,雷洛昔芬的母核部分与雌二醇的作用基本相当,实际上,有一类SERMs就是雌二醇的衍生物,这将在后面SERMs的分类里面具体论述。雷洛昔芬的抗雌激素作用主要取决于母核513第5期贵春山等:雌激素受体和选择性雌激素受体调节剂的研究进展上的支链。雷洛昔芬的母核部分牢固地结合在ER 活性口袋中,母核上的支链从活性口袋内伸出,并将H12推到共激活因子所结合的疏水性凹槽部位。H12含有L XXLL 序列模体,它能很好地模拟共激活因子而结合在疏水性凹槽内,从而阻止共激活因子与ER 的结合,进而产生抗雌激素作用。2选择性雌激素受体调节剂根据化学结构的不同,可

17、以将SERMs 分为以下4大类。211三苯乙烯类(triphenylethylenes该类化合物以他莫昔芬(tamoxifen ,3为代表,它们是第一代SERMs 。他莫昔芬在乳腺组织内表现为ER 拮抗剂,而在骨组织、心血管系统和子宫细胞中表现为ER 激动剂。他莫昔芬主要用于治疗乳腺癌,同时还能降低血浆胆固醇、增加骨密度31。但他莫昔芬对子宫细胞有刺激作用,长期使用易导致子宫内膜癌。此外,它还能导致静脉血栓、血管舒张(如热潮红等不良反应。这一类化合物还有托瑞米芬(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,它们与他莫昔芬的作用相似,主要用于治疗乳腺癌和骨质疏松。其中化合物7为32羟基他莫昔芬,由于在其母核的一端有一个羟基,所以它与ER 的亲和性要大于他莫昔芬32 。212苯并噻吩类(benzothiophenes该类化合物以雷洛昔芬(2为代表,是第二代SERMs 。雷洛昔芬在乳腺和子宫细胞中为ER 拮抗剂,而在骨组织、心血管系统中为ER 激动剂。虽然使用雷洛昔芬作为治疗乳腺癌的药物对子宫没有刺激作用,但它的临床效果并不是非常显著(雷洛昔芬的临床效果为33%,而他莫昔芬为44%33。因此,雷洛昔芬并没有用于治疗乳腺癌,而主要用于防治妇女绝经后骨质疏松。此外雷洛昔芬对心血管系统有

19、良好作用,可降低冠心病的发生率。但雷洛昔芬可导致热潮红、腿部抽筋、头疼和体质量增加等不良反应34。属于此类的化合物还有arzoxifene (8,主要用于防治骨质疏松,同时它还可以降低乳腺癌的发生率。213苯并吡喃类(benzopyrans该类化合物以左美洛昔芬(levormeloxifene ,9为代表,它是作为治疗和预防妇女绝经后骨质疏松而开发的药物,但它可导致子宫内膜增生、子宫脱垂和尿失禁等不良反应,因此对它的研究停止于期临床。另一个该类化合物是EM 2800(10,它可以阻止骨量减少、降低血浆胆固醇和甘油三酯水平 。214其他类雌二醇类衍生物:该类化合物的母核为雌二醇,如:fulves

20、trant (ICI 182780,11,可以完全阻断ER 的反式激活作用。化合物11的结构中有613中国药物化学杂志第15卷一个很长的疏水性支链。研究表明:它可以阻止ER 的二聚化,并可使ER 发生降解。它在乳腺和子宫内均表现为抗雌激素样作用,并且它还对一些抗他莫昔芬的疾病有效35。美国FDA 已经批准fulvestrant 用于雌激素受体阳性的转移性乳腺癌的治疗。萘类化合物:该类化合物的代表药拉索昔芬(lasofoxifene ,12是辉瑞公司研制开发的能预防并治疗骨质疏松、预防乳腺癌、以及有降血脂作用的药物,它对骨组织的作用与雌二醇相当,但对子宫没有刺激作用36。吡啶类化合物:由美国礼来公司开发的用于治疗骨质疏松的抗雌激素化合物13,该化合物的支链与拉索昔芬(12相同,母核也较为相似。吲哚类化合物:如pipendoxifene (ERA 2923,14,它可以有效地抑制雌激素与ER 的结合(IC 50=14nmol L -1,用于治疗他莫昔芬耐受的转移性乳腺癌37。黄酮类化合物:如化合物15,它可以有效阻止雌二醇与ER 的结合(IC 50=0111mol L -1,用于治疗前列腺癌、骨质疏松和子宫出血等。蒽醌类化合物:如12丁基23,6,82三羟基29,102蒽醌(R1128,16。由此可以看出:SER