高等药物化学选择性雌激素.docx

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高等药物化学选择性雌激素

选择性雌激素药物对治疗骨质疏松症的研究

摘要：

体内雌激素水平下降是引起骨质疏松的重要因素，用雌激素治疗绝经后妇女的骨质疏松症（osteoporosis，OP）会引发乳腺癌，因而人们使用选择性雌激素受体调节剂（selectiveestrogenreceptormodulator，SERMs）来治疗绝经后妇女OP。

SERMs的发现是临床研究治疗的一个重大进步。

它既不像内源性雌激素只是单纯的ER激动剂，也不像雌激素受体拮抗剂只是单纯的ER拮抗剂。

理想的SERMs是在骨、肝脏或者心血管系统中表现为激动剂，而在脑和乳腺表现为拮抗剂，在子宫则兼有激动和拮抗的双重作用。

本文就SERMs的分类、作用机制、治疗OP效果进行综述，并探讨SERMs治疗绝经后OP的前景和意义。

关键词：

选择性雌激素受体调节剂绝经后骨质疏松症作用机制展望

传统上,雌激素被认为是与雌性生殖有关的一种固醇类激素，其生物学作用是维持和促进女性生殖器宫和第二性征的发育。

而近十几年来，发现其对男性的生理活动正常进行也起着重要的作用，并且其生理作用不局限于生殖系统，其对骨骼的生长和成熟、心血管系统、神经系统、内分泌系统等均有明显的影响。

如雌激素可以保护神经元，并被认为是延缓和阻止神经退行性疾病的一个重要因素；能维持骨骼发育和密度，雌激素的缺乏总伴随着骨质疏松。

为寻求更安全有效的治疗药物，在HRT基础上研究发展起来一个崭新领域———选择性雌激素受体调节剂（SelectiveEstrogenReceptorModulators,SERMs）。

绝经后骨质疏松症（osteoporosis，OP）是一种与衰老有关的常见病，主要发生在绝经后妇女，由于雌激素缺乏导致骨量减少及骨组织结构变化，使骨脆性增多易于骨折以及由骨折引起的疼痛、骨骼变形、出现合并症，乃至死亡等问题，严重地影响老年人的身体健康及生活质量，甚至缩短寿命增加国家及家庭财力与人力负担。

因此与绝经相关的骨质疏松症已是不可忽视的重要保健课题。

。

对于绝经后妇女而言，理想的药物是既有类似于雌激素对骨和心血管系统的积极作用，又无雌激素的副作用的药品，所以对选择性雌激素受体调节剂（SERMs）的研究很有意义。

1．选择性雌激素受体调节剂的分类

根据化学结构的不同,可以将SERMs分为以下4大类。

1．1三苯乙烯类（triphenylethylenes）

三苯乙烯类SERMs的代表是他莫昔芬（（Tamoxifen，TAM）。

也有许多衍生物，其中典型的衍生物有克罗米芬（Clomiphene）、托瑞米芬（Toremifene）等。

他莫昔芬属于第一代SERMs，在乳腺组织内表现为ER拮抗剂，最初用于晚期乳腺癌激素治疗，后发现它在骨组织、心血管系统中表现为ER激动剂。

他莫昔芬的优点是能增加骨密度、降低胆固醇、降低冠心病的发生率，但长期使用易导致子宫内膜癌和静脉血栓。

克罗米芬是最早开发的SERMs中的一种，分为顺反两种结构，其中反式克罗米芬有刺激子宫的作用，在许多国家获准用于治疗晚期乳腺癌。

但其副作用比他莫昔芬大，长期服用克罗米芬有增加卵巢癌的危险且效果差。

托瑞米芬能治疗乳腺癌，降低血清总胆固醇，并且对骨代谢具有有益作用，但对子宫有明显的刺激作用，副作用与他莫昔芬类似，托瑞米芬对血脂的影响甚至更大些，而对骨代谢的有益作用较他莫昔芬轻。

1．2　苯并噻吩类（benzothiophenes）

最初开发苯并噻吩类衍生物的目的是治疗乳腺癌。

代表药物为雷洛昔芬（raloxifene）及阿左昔芬（arzoxifene）。

雷洛昔芬为第二代SERMs。

从结构上来看雷诺昔芬有两个羟基，所以雷诺昔芬与ERα、ERβ亲合力高，因此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。

雷洛昔芬作为治疗乳腺癌的药物来使用，虽然对子宫没有太大的刺激作用，但临床效果不如他莫昔芬好。

后来发现雷诺昔芬治疗骨质疏松很有效，所以雷诺昔芬现在主要用于防治妇女绝经后骨质疏松症。

阿左昔芬是雷诺昔芬结构改造后的衍生物。

用O原子代替雷诺昔芬的羰基后，再将苯环4位上的羟基变为甲氧基即为阿左昔芬，它是第三代SERMs。

阿左昔芬有雷诺昔芬不具备的优点，表现为阻止骨质流失的活性是雷洛昔芬的30-100倍，对子宫的刺激作用较小，可以降低乳腺癌的发生率。

1．3　苯并吡喃类（benzopyrans）

苯并吡喃类化合物以左美洛昔芬（（levormeloxifene,13）为代表。

左美洛昔芬是作为治疗妇女绝经后骨质疏松症而开发的药物，它可明显地减少骨质流失，并且人体吸收较快，但会导致子宫内膜增生、子宫脱垂和尿失禁等不良反应，因此对它的研究停止于Ⅲ期临床。

其他类药物如雌二醇类衍生物、萘类化合物、吡啶类化合物、吲哚类化合物、黄酮类化合物、蒽醌类化合物等等。

由上看出，SERMs是一系列结构各异的化合物，但它们在结构上具有一个很大的共同点，即均由一个母核和一条支链组成。

SERMs的母核部分刚性较大，一般由三四个环组成，环之间通过稠合或单双键的方式相连；在母核的一端或两端一般含有能与受体形成氢键的基团，如羟基、羰基等。

母核在SERMs与ER的稳定结合中起主要作用。

SERMs的母核上有一较长的支链，柔性较母核大。

该支链是决定SERMs性质的主要部位，它的结构变化较大，但一般含有一个可与受体形成氢键的基团。

综上所述，虽然Tamoxifen对乳腺癌具有治疗效果，但患者长期使用后，其副作用具有引发子宫内膜癌的危险性。

尽管Raloxifene作为首例SERMs可用于更年期妇女骨质疏松症的治疗和预防，但疗效并不是非常好。

因此，寻找选择性更高、活性更好，特别是新型选择性雌激素受体调节剂类药物及前体药物的合成仍将是今后绝经后骨质疏松治疗研究的一大挑战。

因此欲合成出的具有特殊三维结构的含有二茂铁结构的氧桥双环庚烯类雌激素受体调节剂1和2，这类化合物的成功合成，希望能够集抗雌激素效果和不依赖于雌激素的细胞毒性于同一分子中，同时治疗雌激素受体呈阳性（ER+）和呈阴性（ER-）的乳腺癌。

这类化合物预期具有很好的受体结合力和选择性，况且易于制备，有较好的发展前景。

2．SERMs的作用机制

2.1ER的组织分布对SERMs作用的影响

体内甾体类雌激素如雌二醇、雌酮等或其他非甾体结构有雌激素活性的物质，如己烯雌酚等，与ER结合诱导核基因转录，表现雌激素活性，这种活性主要表现在生殖系统的靶器官。

在20世纪70年代，已经有关于雌激素如何在靶器官中表现其生物活性的报道。

报道提出雌激素与靶细胞的细胞核受体结合，变ER构型，使其从非活性状态变为活性状态，从而使ER与靶基因的启动位点结合，启动靶基因转录。

因此推测抗雌激素TAM用于治疗雌激素依赖性乳癌的机制，是TAM竞争性地阻断雌激素与乳腺ER结合，阻止雌激素进入作用位点，从而使ER不能变为有活性的构型，无法表现雌激素活性。

1992年Love等研究报道，TAM在治疗乳腺癌过程中发现了意想不到的结果，即病人腰椎骨量并未如所预期地降低，而是升高了。

说明TAM在骨组织中不是雌激素拮抗剂，而是具有雌激素样作用。

这个被称为“三苯氧胺矛盾论”的观察结果，显然不能用ER作用的经典模式来解释，所以TAM的作用效果激发了人们对ER功能的争论。

科学家们开始探索ER的作用模式，发现ER有两个作用明显不同的受体类型。

第1个ER即ERα是在20世纪60年代被发现，当时雌激素的作用模式是以ERα介导作用方式来解释，因而就出现“三苯氧胺矛盾论”的观察结果。

但是在1995年确认第2个ER即ERβ。

ERβ与ERα非常相似，但又有显著不同。

这两种ER的DNA结合区的氨基酸有97%相同，而在配体结合区只有59%相同，说明在与配体结合的特异性方面，两种ER有明显差异，而且两种ER在组织分布也有差异，通常生殖器官以ERα为主，非生殖器官系统则以ERβ为主。

由于ER两种亚型分布和作用方式不同，使得研究出只对某一种ER亚型有激动作用而对另一种亚型无作用或有拮抗作用的药物成为可能，这就是SERMs的研究应运而生的原因。

所谓“选择性”是指SERMs在某些组织（如骨、肝、心血管系统）中表现为激动剂，而在另外一些组织（如脑和乳腺）中表现为拮抗剂，且在子宫中可以是激动剂，也可以是拮抗剂。

2.2SERMs的选择性作用机制

为何SERMs在一些组织中表现为雌激素样作用，而在另外一些组织中表现为抗雌激素作用呢?

（1）与ER的组织特异性和构型改变有关。

受体的一些特定功能结构域是启动转录所必需的。

当ER与配体结合后，关键的结构域三维结构变化可能导致不同ER配体的选择性作用。

有研究报道，17-β雌二醇及雷洛昔芬与ER结合后产生不同的构型。

雷洛昔芬与ER结合后，其侧链与ER第351位天门冬氨酸相互作用改变了ER羧基端构型，能使其AF-2结构域不能激活雌激素反应元件（estrogenresponseelement，ERE）驱使基因转录，通过阻断AF-2的活性来阻断雌激素作用。

Levenson等的报道支持了这一推测，Levenson等人的研究指出在人乳腺癌细胞有一种自然产生的ER变异，正是在其蛋白质一级结构中第351位氨基酸由酪氨酸取代了天门冬氨酸，使雷洛昔芬至少在激活转化生长因子α（TGF-α）基因这一点上从ER拮抗剂变为其激动剂见图2.1。

图2.1螺旋H12的位置。

a：

ERLBD-E2复合体中；b：

在ERLBD-RAL复合体。

H12以蓝色（E2复合体）或绿色（RAL复合体）的圆柱体显示。

ERLBD的剩余部分以红色标记。

虚线表示未定结构区。

在H3、H5（黄色）和Lys362（K363，粉色）沟中的疏水残基以实心球表示。

Asp538、Glu542和Asp545（棕色球）位置及于H12作用的螺旋，在两个复合体中均被突出显示。

（2）与ER选择性结合后的作用方式有关。

两种ER分布的组织特异性在某种程度上可以解释SERMs在一种组织表现为激动剂，而在另一种组织表现为拮抗剂。

ER在人的许多组织和细胞中都有表达，但同种亚型在不同组织细胞中的表达水平不同，两种亚型在同一组织细胞中的表达也有差异，这些差别也是SERMs在不同组织中具有不同激动活性的原因之一。

在人乳腺细胞中，ERα和ERβ均有很高的表达，两者含量相当；而在骨骼细胞中，ERα和ERβ均有表达，两者含量也相当，但表达量都比在乳腺细胞中的低；在子宫细胞中，ERα高表达，但ERβ只有少量表达；在前列腺中，ERα几乎没有表达，而ERβ则有高表达。

ER的功能分析表明，ERβ比ERα更容易被抑制。

Pike等认为其中的原因之一是ERβ的H12（第12个α螺旋区域）的激动构象不如ERα的稳定。

Hall等的研究则表明ERβ与ERα相比，N端的AF-1反式激活活性相当弱，有时甚至起抑制作用，去除ERN端的AF-1，ERα的转录活性会降低，而ERβ的转录活性反而提高他们还指出，ERβ要在完全激动剂作用下才能激活靶基因转录，而ERα可以被激动剂和部分激动剂（如SERMs）激活；如TAM对ERα是部分激动剂，而对ERβ则是完全拮抗剂，并且TAM对ERα的激动活性还可以被ERβ完全抑制，其中可能的原因是ERβ与靶基因启动子的结合是非配体依赖方（Ligand-independentmanner），它可竞争性地抑制ERα与靶基因启动子的结合，从而阻止ERα激活靶基因的转录。

Paech等的研究表明，在AP-1位点，雌二醇对ERα和ERβ的作用是相反的，当与ERα结合时，雌二醇激活靶基因转录，而与ERβ结合时，则抑制基因转录。

可见，SERMs在组织细胞内的作用与两种ER亚型的选择性结合有很大关系；而当ER与SERMs（如:

雷洛昔芬）或拮抗剂结合时，受体的配体结合区域的第12个螺旋区（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。

比较雷洛昔芬和雌二醇的结构及它们与ER的相互作用，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，所以雷洛昔芬可以与ER结合，但是却不能表现雌二醇的作用。

（3）与共激活剂（coactivators）和共抑制剂（corepressors）在不同组织细胞中的表达有关。

对表达相同受体的不同组织如TAM在乳腺与子宫的不同作用，还不能用ER亚型分布的组织特异性来解释。

受体作用必需的相关蛋白有组织细胞特异性，如共激活剂和共抑制剂在不同组织中调节ER介导的基因转录，从而调节雌激素活性。

例如ER必须与共激活因子如:

AIB1、CBP、p300和pCAF等结合才能激活靶基因的转录，因此，细胞内共激活因子和共抑制因子的相对表达量是SERMs组织特异性的又一个重要决定因素。

SERMs在共激活因子表达高的组织细胞中更有可能表现为雌激素样作用见下图2.2。

图2。

2A）激动剂结合ER时的构象，螺旋12构成类固醇受体共激活因子（SRC）结合位点的一部分；B）拮抗剂结合ER时的构象，螺旋12占据SRC的结合位点，间接中断ER和SRC的结合；C）激动剂结合ER时的构象，CBI占据SRC的结合位点，直接中断ER和SRC的结合。

3.SERMs治疗OP的研究现状

雌激素水平低落是引发绝经后OP的主要原因，因而雌激素是防治绝经后OP的首选药物。

缺乏雌激素可引起骨吸收大于骨形成，并抑制肠钙吸收和尿钙重吸收，补充雌激素是防治OP的有效途径。

ERT可以有效防止绝经后妇女骨量减少，降低骨折发生率。

对于有症状的妇女绝经早期开始用ERT，既能缓解绝经期症状又能阻止骨量快速丢失。

但需要指出的是，2002年7月9日美国国立卫生研究院下属心肺血液研究所宣布，提前中止妇女健康初探（WHI）研究中HRT组的临床试验,其原因是经过平均5.2年的随访，该组妇女与安慰药组相比，浸润性乳腺癌发生的相对危险（RR）增加26%，冠心病RR增加29%，骨折及结直肠癌发生的RR分别减少24%和36%，脑卒中RR增加42%，静脉血栓栓塞病增加1倍，特别是增加妇女乳腺癌和子宫内膜癌的发病危险影响更大。

总体权衡HRT的利弊显示，对妇女健康的风险超过了受益，所以必须采用新的药物治疗绝经后OP。

SERMs最初用于辅助性治疗乳腺癌，但是发现它有防止骨质疏松的作用，所以目前临床上采用SERMs替代雌激素治疗绝经后OP。

研究结果显示，SERMs对ER有高度结合力，兼有雌激素作用，但对乳房和子宫无雌激素样的副作用，显示SERMs的雌激素样效应对骨质有保护作用。

在SERMs的作用中，已经发现:

（1）TAM对骨有轻度益处。

在两个前瞻性研究中，平均绝经11年的妇女随访研究2年后，发现TAM组椎体骨密度上升1.4%，而安慰剂组下降0.7%。

在另一个随机双盲安慰剂平行对照组2年的研究中，与安慰剂组相比，绝经前妇女应用TAM后腰椎与股骨颈骨密轻度但却是显著上升。

所以在正常育龄期雌激素水平的绝经前妇女，TAM在骨表现为抗雌激素作用，而在缺乏雌激素的绝经后妇女对骨表现为雌激素样作用，即TAM对同一骨组织所表现的组织特异性，还与该组织的雌激素水平有关。

（2）雷洛息芬能预防绝经后妇女骨质疏松。

雷洛息芬是第一个被批准用于预防和治疗绝经后OP的SERMs。

它对骨、脂肪代谢和脑组织具有雌激素激动作用，而对乳腺癌和子宫具有雌激素拮抗作用。

雷洛息芬与ERα和ERβ结合亲合力都高，其ER激动剂作用表现在骨和改善血脂，已在几个国家包括美国FDA批准用于预防绝经后妇女骨质疏松和降低脆性骨折，使用剂量60mg/d，4～30周后可减少尿钙排泄，改善全身钙平衡。

在MORE（Multipleoutcomeeofraloxifenevaluation）临床试验中，60～120mg/d，与VitD+钙+安慰剂组比较明显降低了无症状或有症状的压缩性椎骨骨折达5%。

也有研究显示，用大鼠切除卵巢模型研究，发现切除卵巢1个月后，骨质密度即降低，用雷洛息芬治疗后，能抑制骨矿的溶解，缓解因卵巢切除后引起的骨丢失。

大鼠股骨电镜、光镜观察结果显示，经过雷洛息芬治疗后，骨小梁的三维立体网状结构恢复，骨小梁排列整齐，小梁厚度增加，连接紧密。

小梁之间的间隙变窄，小梁表面恢复光滑。

这些研究结果表明SERMs在提高骨密度、降低骨质疏松性骨折发生率方面有很好的疗效。

这是SERMs在治疗骨质疏松研究领域的一个新的重要发现。

对不适用于或不耐受ERT或双膦酸盐治疗的妇女完全可以使用SERMs治疗OP。

4.SERMs治疗OP的科学意义及展望

雌激素水平低下可能成为导致诸如OP及血管疾病的重要危险因子。

由于人类平均预期寿命的显著延长，在妇女绝经后的足够长时间的HRT已成为这个世纪健康医疗服务的一个重要挑战性内容。

最近有研究报道，TAM通过活化成骨细胞而促进网状骨质的形成；也有报道表明，绝经后骨质疏松的妇女服用雷洛昔芬可使乳腺癌危险性降低76%，服用雷洛昔芬组骨密度明显增加，且随剂量加大而增加，并未见子宫内膜增厚。

这些结果提示SERMs类药物不仅可以治疗OP，而且可以减少乳腺癌和预防子宫内膜癌的发生。

以往用雌激素治疗绝经后OP会导致乳腺癌和子宫内膜异常生长而致癌变的不良反应的发生，而且新近开发的Ospemifene、lasofoxifene、Bazedoxifene等SERMs药物，在治疗绝经后OP上比第一、二代的SERMs效果更确切、更强大和更安全，所以SERMs的开发无疑对OP的治疗有积极的意义。

但是SERMs的应用也给医学带来新问题，例如，新近研究发现，使用TAM能治疗乳腺癌和预防OP，然而TAM确有促进癌细胞骨架的重塑而增加子宫内膜癌转移的危险而且发现SERMs类物质能损伤树突状细胞，影响机体的免疫能力，对心血管症状也有不良的促进作用，雷洛昔芬治疗OP并不能真正提高绝经后妇女的生活质量，这些都是SERMs在临床应用上出现的新问题，值得科学家们继续深入研究SERMs作用机制。

所以开发新的SERMs是迫在眉睫的科学任务，如何研发出仅在骨细胞、心血管系统和中枢神经系统中有雌激素作用，而在生殖系统则有抗雌激素作用，同时对淋巴细胞没有损伤效应的SERMs将是一个新的研究方向。

最近我国科学家Shang研究小组在《NATURE》上发表了关于TAM在乳腺和子宫内膜ER不同作用机制学术论文，他们发PAX2基因在介导雌激素和三氧苯胺刺激的子宫内膜细胞增殖和癌变过程中起着关键作用，还发现PAX2只在子宫内膜癌细胞中被雌激素和三氧苯胺激活表达，而在正常的子宫内膜上皮细胞中则不能被雌激素和三氧苯胺激活，这种差异是由于与癌症相关的PAX2基因启动子低甲基化造成的。

这一研究结果阐明了为什么三氧苯胺治疗乳腺癌而导致子宫内膜癌这一长期倍受公众和科学界关注的重要问题；这些研究将引导药学工作者在已有SERMs结构的基础上，进行修饰和改造，获得更强效抗骨质疏松的SERMs，又能克服对生殖系统和免疫系统的雌激素样作用。

随着对ER生物学、生理学及配体2受体三维构效关系的深入认识，不久的将来定会有更为理想的SERMs出现。

可以预期SERMs的开发对绝经后OP和雌激素相关疾病的防治将产生深远的科学意义。

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