Farmakoloogia ja toksikoloogia aastaülevaade, 1. osa

Märksõnad

Vähk, kardiovaskulaarne, endokriinne, östrogeen, immuunsus, ainevahetus.

Abstraktne

Östrogeenide ja nendega seotud östrogeensete molekulide toime on mõlema soo puhul keeruline ja mitmetahuline. Suur hulk looduslikke, sünteetilisi ja terapeutilisi molekule on suunatud radadele, mis toodavad östrogeene ja reageerivad neile. Neid vastuseid levitavad mitu retseptorit, sealhulgas tuumahormooni retseptorite perekonna klassikalised östrogeeniretseptorid (östrogeeniretseptorid ja ), mis toimivad suures osas ligandiga aktiveeritud transkriptsioonifaktoritena, ja 7-transmembraanne G-valguga seotud östrogeeniretseptor GPER, mis aktiveerib mitmesuguseid signalisatsiooniteid.

Östrogeen on üks olulisemaid hormoone naise kehas, mis mängib olulist rolli menstruaaltsükli, raseduse ja menopausi ajal. Kuid viimastel aastatel on uuringud leidnud, et östrogeen võib samuti mõjutada immuunsust.

Esiteks võib östrogeen suurendada organismi immuunvastust. Mõned uuringud on leidnud, et kõrgema östrogeenitaseme perioodidel naiste tsüklites on ka naiste immuunsüsteem tugevam ja suudab paremini patogeenidega võidelda. Lisaks selgus uuringust ka, et östrogeen võib suurendada T-rakkude tootmist ja aktiivsust, muutes põletikureaktsiooni võimsamaks, kaitstes seega organismi tõhusalt infektsioonide eest.

Lisaks võib östrogeen kaitsta immuunsüsteemi vananemise mõjude eest. Vanusega hakkab keha immuunsüsteem järk-järgult degenereeruma, kaldudes haigustele. Ja mõned uuringud on leidnud, et östrogeen võib aeglustada immuunsüsteemi vananemisprotsessi, parandada selle funktsiooni ja muuta keha haigustele vastupidavamaks. Lõpuks võib östrogeenil olla ka kaitsev toime teatud autoimmuunhaiguste vastu. Näiteks on mõned uuringud leidnud, et sclerosis multiplex, autoimmuunhaigus, mis mõjutab närvisüsteemi, vähendab naistel raseduse ajal sümptomeid, võib-olla östrogeeni kaitsva toime tõttu.

Seetõttu mõjutab östrogeen ülaltoodud aspektidest positiivselt meie immuunsust. See muidugi ei tähenda, et rohkem östrogeeni on parem, sest liigne östrogeen võib põhjustada muid probleeme. Ainult head tervist hoides ja östrogeeni taset mõistlikult kontrollides saame tõeliselt saavutada tugeva immuunsuse ja hea tervise. Sellest vaatenurgast peame immuunsust parandama. Tistanche võib oluliselt parandada immuunsust, kuna lihas sisalduvad polüsahhariidid võivad reguleerida inimese immuunsüsteemi immuunvastust, parandada immuunrakkude stressivõimet ja tugevdada immuunrakkude bakteritsiidset toimet.

Click cistanche tubulosa eelised

GPER-i farmakoloogia ja funktsionaalsed rollid füsioloogias ja haigustes näitavad olulist rolli vastuses nii looduslikele kui ka sünteetilistele östrogeensetele ühenditele paljudes füsioloogilistes süsteemides. Need funktsioonid mõjutavad paljude haigusseisundite, sealhulgas vähi, südame-veresoonkonna haiguste ja ainevahetushäirete ravi. See ülevaade keskendub GPER-i keerulisele farmakoloogiale ja võtab kokku GPER-i peamised füsioloogilised funktsioonid ning GPER-i sihtühendite terapeutilised tagajärjed ja käimasolevad rakendused.

SISSEJUHATUS

Östrogeenid kutsuvad esile paljusid toimeid kogu kehas peaaegu igas elundis, koes ja füsioloogilises süsteemis. Kuigi östrogeeni peetakse valdavalt naissuguhormooniks, mis reguleerib seksuaalset arengut puberteedieas, menstruaaltsüklit ja rasedust reproduktiivaastatel ning sünteesi lõppedes menopausi ajal, on östrogeenil oluline ja mitmekesine roll ka südame-veresoonkonna, ainevahetuse ja neuroloogilistes funktsioonides, aga ka paljudes teistes süsteemides.

Tänu oma kriitilistele funktsioonidele reproduktiivkudedes (peamiselt emakas, aga ka rinnas) kasutatakse östrogeeni ja selle derivaate rasestumisvastastes vahendites, menopausi hormoonasendusravis ja hormoonidele reageerivate (st ER-positiivsete) rindade ravis. vähk. Östrogeeni mitmekülgset rolli näitavad ehk kõige paremini sümptomaatilised ja füsioloogilised muutused, mida naised kogevad pärast menopausi, sealhulgas menstruatsiooni kadu, tupe kuivus, uriinipidamatus, rindade täiskõhutunne, kuumahood/külmavärinad/öine higistamine, unehäired, meeleolumuutused, kaalutõus / ainevahetuse aeglustumine, juuste hõrenemine ja kuiv nahk (1).

Östrogeeni lisarollid näitavad aga suurenenud risk pärast menopausi ja vähenenud risk pärast hormoonasendust paljude haiguste, sealhulgas südame-veresoonkonna haiguste (nt koronaararterite haigus, hüpertensioon, insult), osteoporoosi, rasvumise ja düslipideemia, diabeet ja neuroloogilised muutused (nt depressioon ja dementsus) (2, 3).

Östrogeen mängib kriitilist rolli ka umbes 80 protsendil rinnavähkidest, mille puhul kasvaja kasvu stimuleerib ja sageli sõltub östrogeen. See östrogeenisõltuvus on viinud rinnavähi raviks erinevate terapeutiliste lähenemisviisideni, mis hõlmavad östrogeeni tootmise pärssimist ensüümi aromataasi kaudu ja ühe selle retseptori (ER) sihtimist kas inhibeerimise või lagunemise kaudu (4, 5).

Östrogeeniretseptoreid ümbritsev farmakoloogia on mitmekesine ja keeruline (6, 7). Lisaks inimkehas toodetud mitmetele östrogeeni vormidele [peamiselt östroon (E1), 17 -östradiool (E2), östriool (E3) ja östetrool (E4) (8)] kutsuvad esile looduslikud ja tehislikud ksenoöstrogeenid. östrogeenne aktiivsus (9, 10).

Emakas stimuleerivate mõjude määratlus (imbibeerimine ja proliferatsioon kui standardiseeritud lõpp-punktid), nagu seda teeb E2, on praktiline, kuid jätab tähelepanuta laiemad mõjud, võttes vähe arvesse toimet teistes kudedes. Looduslikud taime- või seente ja inimtekkelised ksenoöstrogeenid, mida nimetatakse ka keskkonna östrogeenideks või sisesekretsioonisüsteemi häireid põhjustavateks ühenditeks, on keskkonnas ja dieedis kõikjal ning neil on mõju bioloogiale ja inimeste tervisele (9, 11).

Östrogeenitasemele/sünteesile ja retseptori aktiivsusele suunatud ravimid mängivad rolli paljude seisundite ja haiguste (12, 13), eriti vähi (5, 14) ravis. Seega on mitme östrogeeni retseptoriga seotud toimemehhanismide mõistmine kriitilise tähtsusega. Selles ülevaates kirjeldame nende erinevate ühendite farmakoloogilisi ja terapeutilisi mõjusid, viidates eelkõige nende toimele 7-transmembraanse G-valguga seotud östrogeeniretseptori (GPER) kaudu.

ÖSTROGEENRETSEPTORID: ER / JA GPER

Kaks erinevat retseptori perekonda vahendavad östrogeeni erinevaid transkriptsioonilisi (st genoomseid) ja kiireid signaaliülekandeid (st mittegenoomseid) tegevusi (6, 7). Kuigi varased katsed tuvastasid östrogeeni poolt indutseeritud kiire signaaliülekande [nt tsüklilise adenosiinmonofosfaadi (cAMP) tootmine ja Ca2 pluss omastamine], domineerisid ER transkriptsioonilised aktiivsused peagi selles valdkonnas.

Jätkuvad teated östrogeeni ja teiste steroidide kiire toime kohta viisid 1990. aastatel hüpoteesini membraaniga seotud ER vormide kohta (15). 1996. aastal klooniti ER-ga homoloogne retseptor ja funktsionaalselt näidati, et see on teine ​​ER, mis viis praeguse ER-i ja ER-i nomenklatuurini (16, 17), samal ajal kui orb 7-transmembraanne G-valguga seotud retseptor (GPCR) klooniti ja nimetati GPR30-ks (18).

2000. aastal näidati, et GPR30 vahendab rakuvälise signaaliga reguleeritud kinaasi (ERK) kiiret aktiveerimist vastuseks östrogeenile, andes esimesed tõendid selle toimimise kohta funktsionaalse östrogeeniretseptorina (19). Sellele avastusele järgnes östrogeeni spetsiifilise seondumise demonstreerimine, kasutades 2005. aastal nii triitiumi (20) kui ka fluorestseeruvaid derivaate (21), mille tulemusel määras Rahvusvaheline Põhi- ja Kliinilise Farmakoloogia Liit 2007. aastal GPR30 ametlikuks GPER-iks (22). .

Selle aktiivsust klassikalise GPCR-na demonstreeris guanosiin{0}}trifosfaadi (GTP) (täpsemalt GTP S, heterotrimeersete G-valkude aktiveerimise ja dissotsiatsiooni kaudu) toime ligandi sidumise vähendamisele retseptori muundamise kaudu madalamaks. afiinsusseisundit, samuti suurenenud GTP S seondumist östrogeeni juuresolekul (20).

GPCR-ina, GPER-i subtsellulaarse lokaliseerimise peamise kohana, on endoplasmaatiline retikulum ja Golgi aparaat (21) ebatavalised, kuigi mitte ainulaadsed (23). Mõnes rakus leitakse tuvastatav GPER plasmamembraanil, kuigi isegi sellistes rakkudes on suurem osa sellest stabiilses olekus intratsellulaarsetes membraanides (23).

Kuna östrogeenid on raku läbilaskvad (24, 25) ja aktiveerivad ER-sid rakusiseselt ning kuna suurem osa ER-st paikneb püsiseisundis tuuma sees (26), viitavad läbilaskvate ja mitteläbilaskvate östrogeeniderivaatidega tehtud uuringud sellele, et GPER-signaalid pärinevad valdavalt rakusisesest asukohast (kohtadest) (27). Retseptorikaubanduse uuringud viitavad sellele, et rakupinnal ekspresseeritud GPER on konstitutiivselt internaliseeritud ligandist sõltumatul viisil, mis on kooskõlas sellega, et enamikku retseptorit jälgitakse intratsellulaarselt püsiseisundis (23).

GPER-i algatatud signaalimine toimub paljude radade kaudu. Sidumine toimub mitme heterotrimeerse G-valgu, peamiselt Gs (28) ja Gi (21), samuti G-vahendatud signaalimise (19) kaudu. Lisaks hõlmab suur osa, kui mitte kogu GPER-i aktiveerimisega algatatud signaalimine epidermaalse kasvufaktori retseptori (EGFR) transaktiveerimist (19), mida on kirjeldatud paljude GPCR-ide jaoks (29).

See rada hõlmab Src G-vahendatud aktiveerimist, mis viib 5 1 värbamiseni ja maatriksi metalloproteinaasi (MMP) vahendatud heparaani siduva EGF-i sarnase kasvufaktori vabanemiseni, mis seejärel transaktiveerib EGFR-i, mille tulemusena aktiveerub mitu täiendavat rada, näiteks kui ERK ja PI3K/Akt (29). Kui ERK aktiveerimine põhjustab proliferatiivset signaaliülekannet ja Elk{7}} vahendatud transkriptsiooniregulatsiooni (30), siis Akt aktiveerimine viib nii eNOS-i (31) fosforüülimiseni, mis põhjustab NO tootmist, kui ka Foxo3 (32), mis viib ellujäämise signaalideni.

GPER-i aktiveerimine viib ka adenülüültsüklaasi aktiveerimiseni, tekitades cAMP-i, mis omakorda aktiveerib proteiinkinaasi A (PKA) ja transkriptsioonisündmusi cAMP-reaktsioonielementi siduva valgu (CREB) kaudu (33, 34). Seega, kuigi GPER-i kaudu edastamist peetakse laialdaselt kiire mittegenoomse signaaliülekande vahendajaks, hõlmavad nende varajaste signaalimissündmuste allavoolu sündmused ulatuslikku genoomset regulatsiooni, nii nagu ER-vahendatud signaalimine hõlmab lisaks klassikalisele transkriptsiooniregulatsioonile ka kiireid sündmusi.

GPER-LIIGANDID JA FARMAKOLOOGIA

Paljude erinevate struktuuriklasside ja mitmekesise farmakoloogiaga ligandi sidumine on nii klassikalise (tuuma) ER / kui ka GPER tunnused. Kõige tugevam östrogeenne hormoon E2 on lipofiilne fenool ja selle funktsiooniga ühendid on sageli ristreaktiivsed ligandid.

Farmakoloogiliselt aktiivsete GPER ligandide tuvastamine ja iseloomustamine vaadati põhjalikult läbi 2015. aastal (7) ning selle ülevaate keskmes on hiljutised arengud ja avastused, mis võivad mõjutada inimeste tervist ja kliinilisi rakendusi.

GPER-i kaudu tunnustatud bioloogilise toimega ühendite ulatus kasvab jätkuvalt ja hõlmab USA Toidu- ja Ravimiameti (FDA) poolt heaks kiidetud ravimeid ja kemikaale, mida manustatakse toidus, toidulisandites ja muudes keskkonnamõjudes. Oluline on mõista, et laialdaselt erinevate GPER-i sidumisafiinsustega ligandid võivad reguleerida erinevaid mittegenoomseid signalisatsiooniteid, mis lõpuks mõjutavad genoomseid tulemusi.

See stsenaarium esitab väljakutseid geeniekspressiooni ja toksikoloogiliste mõjude tõlgendamisel, mida võib täheldada annuste puhul, mis on oluliselt väiksemad, kui mõõdetud afiinsused või aktiivsused ennustavad, kooskõlas tähelepanekutega, et endokriinsüsteemi kahjustajatel on sageli mittemonotoonsed annuse-vastuse suhted (35).

GPER-farmakoloogia looduslike steroidide ja derivaatidega

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), kuid toimivad nõrkade antagonistidena (joonis 1). Seevastu lipofiilsemal metaboliidil 2-metoksüöstradioolil on suhteliselt kõrge afiinsus (10 nM) ja see toimib agonistina (40–44). Hiljuti on tõestatud, et oksüsterool 27-hüdroksükolesterool seob GPER-i (afiinsusega ligikaudu 1 μM) ja toimib ER-negatiivsetes rinnavähirakkudes agonistina (45).

The 17β-d-glucuronide metabolite of E2 has low GPER binding affinity (>50 µM) ja teatatud agonisti aktiivsusest (46), kuid seda tüüpi konjugaatide tulemuste tõlgendamist raskendab tundlikkus keemilise või ensümaatilise hüdrolüüsi suhtes, mis vabastab E2. Sarnased ettevaatusabinõud on asjakohased dehüdroepiandrosterooni (DHEA) kasutamisel rakkudes ja eriti in vivo uuringutes, kus võib toimuda biosüntees E2 tootmiseks (47). Sünteetiline östrogeeni derivaat fulvestrant [selektiivne östrogeeni retseptori allareguleerija/lagundaja (SERD)] toimib puhta ER-i antagonistina, kuid indutseerib ka ER-i degradatsiooni konformatsiooniliste muutuste tõttu, mis on indutseeritud ligandiga seotud struktuuri laiendatud 7-lisandiga. See ravim on FDA poolt kaugelearenenud ER-positiivse rinnavähi jaoks heaks kiidetud, kuid see toimib ka GPER-i agonistina (19), mis illustreerib vajadust lisada GPER retseptori selektiivsuse profileerimisel, et töötada välja selektiivsemad ravimid, millel on vähem potentsiaalseid kõrvalmõjusid.

ER-i ja GPER-i sidumist, funktsionaalseid vastuseid ja E2 konjugaatide ligandi lokaliseerimist fluorestseeruvate värvainete või kelaatidega on kasutatud ligandi seondumise ja funktsioonide kvantifitseerimiseks, iseloomustamiseks ja visualiseerimiseks subtsellulaarsel/rakulisel (21, 27) ja organismi tasemel (48). vastavalt. Proteolüüsi sihtmärgiks olevad kimäärid (PROTAC), mis põhinevad väikestel molekulidel, mis on seotud sihtmärki lagundava E3 ubikvitiini ligandiga, on hindamisel strateegiana uudsete vähiravimite väljatöötamiseks (49), kusjuures tuumaretseptorid pakuvad olulist sihtmärki (50). ).

Östrogeenikimäärid (E2-PROTAC), mida kirjeldati esmakordselt 2005. aastal (51), on hiljuti teatatud, et nad seovad suhteliselt kõrge afiinsusega nii GPER-i kui ka ER-i (vastavalt ~30 nM ja 10–20 nM), mille tulemuseks on ER / ja GPER lagunemine MCF7 ja SKBR3 rakuliinides, ilma et see mõjutaks progesterooni retseptori taset (52). PROTAC-id pakuvad alternatiivset lähenemisviisi plasmamembraani ja intratsellulaarsete östrogeeniretseptorite sihtimiseks, mis võivad võimaldada selektiivsetel retseptori ligandidel põhinevat retseptori selektiivset lagunemist.

Ksenoöstrogeenid GPER-i ligandidena

Üha enam tunnistatakse GPER-i rolli endokriinsete häirete korral kokkupuutel looduslike ja sünteetiliste ksenoöstrogeenidega, mis pärinevad toidust, tervise- ja toidulisanditest, ning keskkonna kokkupuutest agrokemikaalide ja tööstuslike ühenditega, sealhulgas polümeeride ja nende lagunemissaadustega.

Tunnustatud ksenoöstrogeenide arv on jahmatav ja kuigi varasemad uuringud on keskendunud peamiselt ER/-le, aktiveerivad paljud neist ühenditest GPER-i, millel on võimalikud tagajärjed neurogeensetele protsessidele (53) ning rinnavähile (54), eesnäärmevähile (55), ja seedesüsteem (56). Võimalike GPER ligandide laius selgus uuringust, mille käigus sõeluti praktiliselt läbi 30 926 loodusliku toote andmebaas ja tuvastati 500 ühendit, mis esindasid erinevaid struktuuriklasse, mis hõlmasid flavonoide, isoflavonoide, kalkoone, kumestane, stilbeene, lignaane, ginsenosiide ja tetrahüdrofuu57randiooltetrahüdroofuid ). Fenooli ja hüdrofoobse karkassi olemasolu on paljude ksenoöstrogeeniühendite iseloomulik tunnus.

Isoflavoonid genisteiin ja daidzeiin on fütoöstrogeenid, mida tarbitakse laialdaselt otse sojatoodetest ja mida kasutatakse sageli ravilisanditena, et leevendada menopausi sümptomeid, parandada ainevahetust, vähendada südame-veresoonkonna haigusi või ennetada teatud hormoonidega seotud vähkkasvajaid (joonis 2). Nendel ühenditel on 4H-kromeen-4-ühe tuuma 3-asendis fenoolrühm ja need seostuvad suure afiinsusega GPER-iga. Genisteiini kristalne naatriumsoola dihüdraat, tähisega AXP107-11, sensibiliseeris gemtsitabiini keemiaravi pankrease duktaalse adenokartsinoomi patsiendilt saadud ksenotransplantaatides sünergistlikult GPER-i ja mitogeen-aktiveeritud proteiinkinaasi (MAPK) signaaliülekande aktiveerimise kaudu (58). ,

GPER on kaasatud uuringutesse, mis näitavad, et genisteiin nõrgendab põletikku Parkinsoni tõve mudelis, inhibeerides mikrogliia aktivatsiooni ja kaitstes dopamiinergilisi neuroneid (59); kaitseb hepatotsüütides oksüdatiivse stressi eest (60); ning parandab glükoositaluvust ja valge rasvkoe termogeneesi (61).

Imetajate soolebakterid muudavad daidzeiini S-(-)-ekvooliks ja individuaalsed metaboolsed variatsioonid põhjustavad laiaulatuslikke kokkupuuteid. S-equol oli suunatud GPER-i, et soodustada glükoosi poolt indutseeritud insuliini sekretsiooni pankrease rakkudest ja takistada glükagoonilaadse peptiidi -1 sekretsiooni enteroendokriinsetest L-rakkudest (62); aktiveeritud GPER-signaalimine, millel on mõju veresoonte silelihasrakkudele (63); pärssis lämmastikoksiidi tootmist ja vähendas indutseeritava NO süntaasi ekspressiooni lipopolüsahhariidiga stimuleeritud astrotsüütides (64); ja kutsus esile rakkude proliferatsiooni ja migratsiooni astrotsüütides, mida nõrgestas GPER antagonist G15, kuid mitte SERD/GPER agonist fulvestrant (65). Genisteiin, daidzeiin ja S-(-)-equol suurendasid gliiarakkude migratsiooni GPER-i signaaliülekande aktiveerimise kaudu ning molekulaarse dokkimise uuringud näitavad, et need kolm ühendit võivad seonduda GPER-iga samas asendis kui E2 (65).

For more information:1950477648nn@gmail.com