Farmakologian ja toksikologian vuosikatsaus, osa 1

Avainsanat

Syöpä, sydän- ja verisuonijärjestelmä, endokriininen, estrogeeni, immuniteetti, aineenvaihdunta.

Abstrakti

Estrogeenien ja niihin liittyvien estrogeenisten molekyylien vaikutukset ovat monimutkaisia ​​ja monitahoisia molemmilla sukupuolilla. Laaja valikoima luonnollisia, synteettisiä ja terapeuttisia molekyylejä kohdistuu reitteihin, jotka tuottavat estrogeenejä ja reagoivat niihin. Useat reseptorit levittävät näitä vasteita, mukaan lukien ydinhormonireseptoriperheen klassiset estrogeenireseptorit (estrogeenireseptorit ja ), jotka toimivat suurelta osin ligandiaktivoituina transkriptiotekijöinä, ja 7-transmembraaninen G-proteiiniin kytketty estrogeenireseptori, GPER, joka aktivoi monenlaisia ​​signalointireittejä.

Estrogeeni on yksi tärkeimmistä naisen kehon hormoneista, jolla on tärkeä rooli kuukautiskierrossa, raskaudessa ja vaihdevuosissa. Viime vuosina tutkimukset ovat kuitenkin myös osoittaneet, että estrogeenilla voi olla myös vaikutusta vastustuskykyyn.

Ensinnäkin estrogeeni voi lisätä kehon immuunivastetta. Joissakin tutkimuksissa on havaittu, että korkeampien estrogeenitasojen aikana naisten kiertokuluissa naisten immuunijärjestelmä on myös vahvempi ja pystyy paremmin taistelemaan taudinaiheuttajia vastaan. Lisäksi tutkimuksessa havaittiin myös, että estrogeeni voi lisätä T-solujen tuotantoa ja aktiivisuutta, mikä tekee tulehdusreaktiosta tehokkaamman ja suojaa näin tehokkaasti kehoa infektioilta.

Lisäksi estrogeeni voi myös suojata immuunijärjestelmää ikääntymisen vaikutuksilta. Iän myötä kehon immuunijärjestelmä rappeutuu vähitellen ja altistuu taudeille. Jotkut tutkimukset ovat osoittaneet, että estrogeeni voi hidastaa immuunijärjestelmän ikääntymisprosessia, parantaa sen toimintaa ja tehdä kehosta vastustuskykyisemmän sairauksia vastaan. Lopuksi estrogeenilla voi olla myös suojaava vaikutus tiettyjä autoimmuunisairauksia vastaan. Esimerkiksi multippeliskleroosi, hermostoon vaikuttava autoimmuunisairaus, on joissakin tutkimuksissa havaittu vähentävän naisten oireita raskauden aikana, mahdollisesti estrogeenin suojaavien vaikutusten vuoksi.

Siksi, edellä mainituista näkökohdista, estrogeenilla on positiivinen vaikutus immuniteettiimme. Tämä ei tietenkään tarkoita, että enemmän estrogeenia olisi parempi, koska ylimääräinen estrogeeni voi aiheuttaa muita ongelmia. Vain ylläpitämällä hyvää terveyttä ja hallitsemalla kohtuullisesti estrogeenitasoja voimme todella saavuttaa vahvan immuniteetin ja hyvän terveyden. Tästä näkökulmasta meidän on parannettava immuniteettia. Cistanche voi parantaa merkittävästi immuniteettia, koska lihassa olevat polysakkaridit voivat säädellä ihmisen immuunijärjestelmän immuunivastetta, parantaa immuunisolujen stressikykyä ja tehostaa immuunisolujen bakteereja tappavaa vaikutusta.

Napsauta cistanche tubulosa -etuja

GPER:n farmakologiset ja toiminnalliset roolit fysiologiassa ja sairauksissa paljastavat tärkeitä rooleja vasteissa sekä luonnollisiin että synteettisiin estrogeeniyhdisteisiin lukuisissa fysiologisissa järjestelmissä. Näillä toiminnoilla on vaikutuksia lukemattomien sairaustilojen, mukaan lukien syövän, sydän- ja verisuonitautien ja aineenvaihduntahäiriöiden, hoidossa. Tämä katsaus keskittyy GPER:n monimutkaiseen farmakologiaan ja tekee yhteenvedon GPER:n tärkeimmistä fysiologisista toiminnoista sekä GPER-kohdennettujen yhdisteiden terapeuttisista vaikutuksista ja käynnissä olevista sovelluksista.

JOHDANTO

Estrogeenit saavat aikaan lukuisia vaikutuksia koko kehossa käytännöllisesti katsoen kaikissa elimissä, kudoksissa ja fysiologisissa järjestelmissä. Vaikka estrogeeni tunnetaan pääasiassa naissukupuolihormonina, joka säätelee sukupuolista kehitystä murrosiässä, kuukautiskiertoa ja raskautta lisääntymisvuosina sekä synteesin lakkaamisen, vaihdevuosien kautta, estrogeenilla on myös tärkeä ja monipuolinen rooli sydän- ja verisuonisairauksissa, aineenvaihdunnassa ja neurologisissa toiminnoissa sekä monissa muissa järjestelmissä.

Estrogeenia ja sen johdannaisia ​​käytetään lisääntymiskudoksissa (pääasiassa kohtussa, mutta myös rinnassa) kriittisten toimintojensa vuoksi ehkäisyvalmisteissa, vaihdevuosien hormonikorvaushoidoissa ja hormoniherkän (eli ER-positiivisen) rintojen hoidossa. syöpä. Estrogeenin monipuolisia tehtäviä kuvaavat ehkä parhaiten oireet ja fysiologiset muutokset, joita naiset kokevat vaihdevuosien jälkeen. Näitä ovat kuukautisten väheneminen, emättimen kuivuus, virtsankarkailu, rintojen täyteyden menetys, kuumat aallot/vilunväristykset/yöhikoilu, univaikeudet, mielialan muutokset, painonnousu / hidastunut aineenvaihdunta, ohenevat hiukset ja kuiva iho (1).

Estrogeenin lisärooleja paljastaa kuitenkin lisääntynyt riski vaihdevuosien jälkeen ja pienentynyt riski hormonikorvauksen jälkeen useille sairauksille, mukaan lukien sydän- ja verisuonitaudit (esim. sepelvaltimotauti, verenpainetauti, aivohalvaus), osteoporoosi, liikalihavuus ja dyslipidemia, diabetes ja neurologiset muutokset (esim. masennus ja dementia) (2, 3).

Estrogeenilla on myös kriittinen rooli noin 80 prosentissa rintasyövistä, joissa tuumorin kasvua stimuloi estrogeeni ja se usein riippuu siitä. Tämä estrogeeniriippuvuus on johtanut erilaisiin terapeuttisiin lähestymistapoihin rintasyövän hoitamiseksi, joihin kuuluu estrogeenin tuotannon estäminen aromataasientsyymin kautta ja kohdistaminen yhteen sen reseptoreista (ER ) joko eston tai hajoamisen kautta (4, 5).

Estrogeenireseptoreita ympäröivä farmakologia on monipuolinen ja monimutkainen (6, 7). Ihmiskehossa tuotettujen useiden estrogeenimuotojen [pääasiassa estroni (E1), 17 -estradioli (E2), estrioli (E3) ja estetroli (E4) (8)] lisäksi luonnolliset ja ihmisen aiheuttamat ksenoestrogeenit saavat aikaan estrogeeninen aktiivisuus (9, 10).

Kohdun stimuloivien vaikutusten määritelmä (imbibition ja proliferaation standardisoituina päätepisteinä), kuten E2 tekee, on käytännöllinen, mutta siinä jätetään huomiotta laajemmat vaikutukset, ja muissa kudoksissa tapahtuvia vaikutuksia ei oteta huomioon. Luonnolliset kasvi- tai sieniperäiset ja ihmisen aiheuttamat ksenoestrogeenit, joita kutsutaan myös ympäristön estrogeeneiksi tai hormonitoimintaa häiritseviksi yhdisteiksi, ovat kaikkialla ympäristössä ja ruokavaliossa, ja niillä on vaikutuksia biologiaan ja ihmisten terveyteen (9, 11).

Estrogeenitasoihin/synteesiin ja reseptoriaktiivisuuteen kohdistuvilla lääkkeillä on rooli monien tilojen ja sairauksien hoidossa (12, 13), erityisesti syövän (5, 14). Näin ollen useiden estrogeenireseptoreiden vaikutusmekanismien ymmärtäminen on ratkaisevan tärkeää. Tässä katsauksessa kuvaamme näiden erilaisten yhdisteiden farmakologiaa ja terapeuttisia vaikutuksia viittaamalla erityisesti niiden vaikutuksiin 7-transmembraanisen G-proteiiniin kytketyn estrogeenireseptorin (GPER) kautta.

ESTROGENIREEPTORIT: ER / JA GPER

Kaksi erillistä reseptoriperhettä välittävät estrogeenin erilaisia ​​transkription (eli genomisen) ja nopean signaloinnin (eli ei-genomisen) aktiivisuuksia (6, 7). Vaikka varhaisessa kokeilussa tunnistettiin estrogeenin aiheuttama nopea signalointi [esim. syklinen adenosiinimonofosfaatin (cAMP) tuotanto ja Ca2 plus -otto], ER:n transkriptioaktiivisuus hallitsi pian alaa.

Jatkuvat raportit estrogeenin ja muiden steroidien nopeista vaikutuksista johtivat hypoteesiin kalvoon liittyvistä ER:n muodoista 1990-luvulla (15). Vuonna 1996 ER:lle homologinen reseptori kloonattiin ja sen osoitettiin toiminnallisesti olevan toinen ER, mikä johti nykyiseen ER:n ja ER:n nimikkeistöön (16, 17), samalla kun se on orpo 7-kalvon läpi ulottuva G-proteiiniin kytketty. Reseptori (GPCR) kloonattiin ja nimettiin GPR30:ksi (18).

Vuonna 2000 GPR30:n osoitettiin välittävän solunulkoisen signaalin säätelemän kinaasin (ERK) nopeaa aktivaatiota vasteena estrogeenille, mikä tarjosi ensimmäisen todisteen sen toiminnasta toiminnallisena estrogeenireseptorina (19). Tätä löytöä seurasi spesifisen estrogeenisitoutumisen osoittaminen, jossa käytettiin sekä tritioituja (20) että fluoresoivia johdannaisia ​​(21) vuonna 2005, mikä johti GPR30:n viralliseen nimeämiseen GPER:ksi Kansainvälisen perus- ja kliinisen farmakologian liitossa vuonna 2007 (22). .

Sen aktiivisuus klassisena GPCR:nä osoitti guanosiini-5 -trifosfaatin (GTP) (erityisesti GTP S:n (erityisesti GTP S:n, aktivoimalla ja hajottamalla heterotrimeerisiä G-proteiineja)) vaikutus ligandin sitoutumisen vähentämiseen muuntamalla reseptorin alemmaksi. affiniteettitila sekä lisääntynyt GTP S:n sitoutuminen estrogeenin läsnä ollessa (20).

GPCR:nä, GPER:n ensisijaisena subsellulaarisen lokalisoinnin paikkana, endoplasminen verkkokalvo ja Golgi-laitteisto (21) ovat epätavallisia, vaikkakaan eivät ainutlaatuisia (23). Joissakin soluissa havaittavissa oleva GPER löytyy plasmamembraanista, vaikka sellaisissakin soluissa suurin osa on läsnä solunsisäisissä kalvoissa vakaassa tilassa (23).

Koska estrogeenit ovat soluja läpäiseviä (24, 25) ja aktivoivat ER:itä solunsisäisesti, ja koska suurin osa ER:stä on paikallinen tumassa vakaassa tilassa (26), läpäisevillä ja läpäisemättömillä estrogeenijohdannaisilla tehdyt tutkimukset viittaavat siihen, että GPER-signaalit tulevat pääasiassa solunsisäisistä paikoista. (27). Reseptorikuljetustutkimukset viittaavat siihen, että solun pinnalla ekspressoitunut GPER on konstitutiivisesti internalisoitunut ligandista riippumattomalla tavalla, mikä on yhdenmukainen sen kanssa, että suurin osa reseptorista havaitaan solunsisäisesti vakaassa tilassa (23).

GPER:n käynnistämä signalointi tapahtuu useiden reittien kautta. Kytkentä tapahtuu useiden heterotrimeeristen G-proteiinien, ensisijaisesti Gs:n (28) ja Gi:n (21), sekä G-välitteisen signaloinnin (19) kautta. Lisäksi suuri osa, ellei kaikki, GPER-aktivaation käynnistämä signalointi sisältää epidermaalisen kasvutekijäreseptorin (EGFR) transaktivoinnin (19), joka on monille GPCR:ille kuvattu reitti (29).

Tämä reitti sisältää Src:n G-välitteisen aktivoitumisen, mikä johtaa 5 1-rekrytoitumiseen ja matriksimetalloproteinaasin (MMP)-välitteiseen heparaania sitovan EGF:n kaltaisen kasvutekijän vapautumiseen, joka sitten transaktivoi EGFR:n, mistä seuraa useiden lisäreittien, kuten esim. kuten ERK ja PI3K/Akt (29). Kun ERK-aktivaatio johtaa proliferatiiviseen signalointiin ja Elk{7}}-välitteiseen transkription säätelyyn (30), Akt-aktivaatio johtaa sekä eNOS:n (31) fosforylaatioon, joka johtaa NO-tuotantoon, että Foxo3:n (32) fosforylaatioon, mikä johtaa prosurvival-signaaleihin.

GPER-aktivaatio johtaa myös adenylyylisyklaasin aktivoitumiseen, joka tuottaa cAMP:tä, joka puolestaan ​​aktivoi proteiinikinaasi A:ta (PKA), ja transkriptiotapahtumia cAMP-vasteelementtiä sitovan proteiinin (CREB) kautta (33, 34). Näin ollen, vaikka GPER:n kautta tapahtuvan signaloinnin katsotaan laajalti välittävän nopeaa ei-genomista signalointia, näiden varhaisten signalointitapahtumien myötävirtaan liittyvät tapahtumat sisältävät laajan genomisen säätelyn, aivan kuten ER-välitteinen signalointi sisältää nopeita tapahtumia sen klassisen transkription säätelyn lisäksi.

GPER-LIGANDIT JA FARMAKOLOGIAT

Promiscuous ligandin sitoutuminen monilla erilaisilla rakenneluokilla ja monimuotoisella farmakologialla ovat sekä klassisen (nukleaarisen) ER/:n että GPER:n ominaisuuksia. Tehokkain estrogeeninen hormoni, E2, on lipofiilinen fenoli, ja tämän funktionaalisuuden sisältävät yhdisteet ovat usein ristireaktiivisia ligandeja.

Farmakologisesti aktiivisten GPER-ligandien tunnistamista ja karakterisointia tarkasteltiin laajasti vuonna 2015 (7), ja tämän katsauksen keskiössä ovat viimeaikainen kehitys ja löydöt, jotka voivat vaikuttaa ihmisten terveyteen ja kliinisiin sovelluksiin.

GPER:n kautta tunnistettujen biologisten vaikutusten omaavien yhdisteiden valikoima kasvaa edelleen ja sisältää Yhdysvaltain elintarvike- ja lääkeviraston (FDA) hyväksymät lääkkeet ja kemikaalit, joita nautitaan elintarvikkeissa, ravintolisissä ja muussa ympäristöaltistuksessa. On tärkeää tunnustaa, että ligandit, joilla on laajalti erilaiset GPER-sitoutumisaffiniteetit, voivat säädellä erilaisia ​​ei-genomisia signalointireittejä, jotka lopulta vaikuttavat genomituloksiin.

Tämä skenaario asettaa haasteita tulkita geenien ilmentymistä ja toksikologisia vaikutuksia, joita voidaan havaita annoksilla, jotka ovat merkittävästi pienempiä kuin mitatut affiniteetit tai aktiivisuudet voisivat ennustaa, samoin kuin havainnot, joiden mukaan hormonitoimintaa häiritsevillä aineilla on usein ei-monotoninen annos-vaste-suhde (35).

GPER-farmakologia luonnollisilla steroideilla ja johdannaisilla

Competitive binding assays with radiolabeled or fluorescent probes revealed that E2 has the highest GPER binding affinity (3–6 nM) and greater than 1,000-fold selectivity compared to other steroid hormones such as progesterone, testosterone, and cortisol (20). Whether and how aldosterone may act in concert with or through GPER remain a complex and controversial question (36, 37), particularly given the demonstrated lack of binding (38). The physiologically relevant estrogen E1 has a much lower affinity for GPER (>10 μM) (20). 

The 16α-hydroxy analog E3 (20) and the catechol metabolite 2-hydroxy-17β-estradiol (39) have relatively low GPER binding affinities (>1 μM ja 0,1–1 μM), mutta toimivat heikkoina antagonisteina (kuva 1). Sitä vastoin lipofiilisemmällä metaboliitilla 2-metoksiestradiolilla on suhteellisen korkea affiniteetti (10 nM) ja se toimii agonistina (40–44). Oksisteroli-27-hydroksikolesterolin on äskettäin osoitettu sitovan GPER:ää (affiniteetilla noin 1 µM) ja toimivan agonistina ER-negatiivisissa rintasyöpäsoluissa (45).

The 17β-d-glucuronide metabolite of E2 has low GPER binding affinity (>50 µM) ja raportoitu agonistiaktiivisuus (46), mutta tämäntyyppisten konjugaattien tulosten tulkintaa vaikeuttaa alttius kemialliselle tai entsymaattiselle hydrolyysille, joka vapauttaa E2:ta. Samanlaiset varoitukset ovat asianmukaisia ​​käytettäessä dehydroepiandrosteronia (DHEA) soluissa ja erityisesti in vivo -tutkimuksissa, joissa voi tapahtua biosynteesi E2:n tuottamiseksi (47). Synteettinen estrogeenijohdannainen fulvestrantti [selektiivinen estrogeenireseptorin alentava/hajoava aine (SERD)] toimii puhtaana ER-antagonistina, mutta indusoi myös ER:n hajoamista ligandiin sitoutuneen rakenteen pidennetyn 7-lisäkkeen indusoimien konformaatiomuutosten vuoksi. Tämä lääke on FDA:n hyväksymä edenneen ER-positiivisen rintasyövän hoitoon, mutta se toimii myös GPER-agonistina (19), mikä osoittaa, että GPER on otettava mukaan profiloitaessa reseptorin selektiivisyyttä selektiivisempien lääkkeiden kehittämiseksi, joilla on vähemmän mahdollisia sivuvaikutuksia.

ER- ja GPER-sitoutumista, funktionaalisia vasteita ja E2-konjugaattien ligandilokalisointia fluoresoivien väriaineiden tai kelaattien kanssa on käytetty ligandin sitoutumisen ja toiminnan kvantitoimiseen, karakterisoimiseen ja visualisoimiseen subsellulaarisella/sellulaarisella (21, 27) ja organismin tasolla (48). vastaavasti. Proteolyysiin kohdistavat kimeerat (PROTAC:t), jotka perustuvat pieniin molekyyleihin, jotka on liitetty kohdetta hajottavaan E3-ubikitiiniligaasiligandiin, ovat arvioitavina strategiana uusien syöpälääkkeiden kehittämiseksi (49), ja tumareseptorit tarjoavat tärkeän kohteen (50). ).

Estrogeenikimeerojen (E2-PROTACit), jotka kuvattiin ensimmäisen kerran vuonna 2005 (51), on äskettäin raportoitu sitovan sekä GPER:ää että ER:ää suhteellisen suurella affiniteetilla (noin 30 nM ja 10–20 nM, vastaavasti), mikä johtaa ER/:n ja GPER:n hajoaminen MCF7- ja SKBR3-solulinjoissa vaikuttamatta progesteronireseptoritasoihin (52). PROTACit tarjoavat vaihtoehtoisen lähestymistavan plasmakalvon ja solunsisäisten estrogeenireseptoreiden kohdistamiseen, mikä voisi mahdollistaa reseptoriselektiivisen hajoamisen, joka perustuu selektiivisiin reseptoriligandeihin.

Ksenoestrogeenit GPER-ligandeina

GPER:n rooli hormonaalisten häiriötekijöiden häiriöissä tunnustetaan yhä enemmän, koska se altistuu luonnollisille ja synteettisille ksenoestrogeeneille, jotka ovat peräisin ravinnon saannista, terveydestä ja ravintolisistä, sekä ympäristöaltistumisesta maatalouskemikaaleille ja teollisille yhdisteille, mukaan lukien polymeerit ja niiden hajoamistuotteet.

Tunnistettujen ksenoestrogeenien määrä on huikea, ja vaikka aikaisemmat tutkimukset ovat keskittyneet ensisijaisesti ER / :iin, monet näistä yhdisteistä aktivoivat GPER:n, millä on mahdollisia seurauksia neurogeenisiin prosesseihin (53) sekä rintasyöpään (54), eturauhassyöpään (55), ja ruoansulatusjärjestelmä (56). Mahdollisten GPER-ligandien laajuus tuli ilmi tutkimuksessa, jossa seulottiin käytännössä 30 926 luonnontuotteen tietokanta ja tunnistettiin 500 yhdistettä, jotka edustivat erilaisia ​​rakenneluokkia, joihin kuuluivat flavonoidit, isoflavonoidit, kalkonit, kumestaanit, stilbeenit, lignaanit, ginsenosidit ja tetrahydrofu57-randiolitetrahydrofu. ). Fenolin ja hydrofobisen rakenteen läsnäolo on tyypillinen piirre monille ksenoestrogeeniyhdisteille.

Isoflavonit genisteiini ja daidzeiini ovat fytoestrogeenejä, joita kulutetaan laajalti suoraan soijatuotteista ja joita käytetään usein lääkkeiden lisäravinteena tarkoituksena lievittää vaihdevuosien oireita, parantaa aineenvaihduntaa, vähentää sydän- ja verisuonitauteja tai ehkäistä tiettyjä hormoneihin liittyviä syöpiä (kuva 2). Näissä yhdisteissä on fenoliryhmä 4H-kromeenin-4-ytimen 3-asemassa ja ne sitoutuvat GPER:ään suurella affiniteetilla. Genisteiinin kiteinen natriumsuoladihydraatti, nimeltään AXP107-11, herkisti gemsitabiinikemoterapiaa haiman duktaalisen adenokarsinoomapotilaan ksenografteissa synergistisesti aktivoimalla GPER:n ja mitogeeniaktivoidun proteiinikinaasin (MAPK) signaloinnin (58). ,

GPER on osallisena tutkimuksissa, jotka osoittavat, että genisteiini heikentää tulehdusta Parkinsonin taudin mallissa, inhiboi mikrogliaaktivaatiota ja suojaa dopaminergisiä neuroneja (59); suojaa hepatosyyttien oksidatiiviselta stressiltä (60); ja parantaa glukoosinsietokykyä ja valkoisen rasvakudoksen termogeneesiä (61).

Nisäkkään suolistobakteerit muuttavat daidzeiinin S-(-)-ekvoliksi, ja yksittäiset aineenvaihduntavaihtelut johtavat laajaan altistukseen. S-equol kohdisti GPER:n edistämään glukoosin aiheuttamaa insuliinin eritystä haimasoluista ja esti glukagonin kaltaisen peptidin -1 erittymistä enteroendokriinisista L-soluista (62); aktivoitu GPER-signalointi, jolla on vaikutuksia verisuonten sileisiin lihassoluihin (63); inhiboi typpioksidin tuotantoa ja vähensi indusoituvan NO-syntaasin ilmentymistä lipopolysakkaridi-stimuloiduissa astrosyyteissä (64); ja indusoi solujen lisääntymistä ja migraatiota astrosyyteissä, joita GPER-antagonisti G15 heikensi, mutta ei SERD/GPER-agonistifulvestrantti (65). Genisteiini, daidzeiini ja S-(-)-equol lisäsivät gliasolujen migraatiota aktivoimalla GPER-signalointia, ja molekyylitelakointitutkimukset viittaavat siihen, että nämä kolme yhdistettä voivat sitoutua GPER:iin samassa asemassa kuin E2 (65).

For more information:1950477648nn@gmail.com