Годишен преглед на фармакологията и токсикологията, част 1

Ключови думи

Рак, сърдечно-съдови, ендокринни, естроген, имунитет, метаболизъм.

Резюме

Действията на естрогените и свързаните с тях естрогенни молекули са сложни и многостранни и при двата пола. Широка гама от естествени, синтетични и терапевтични молекули са насочени към пътища, които произвеждат и реагират на естрогени. Множество рецептори стимулират тези отговори, включително класическите естрогенни рецептори от семейството на ядрените хормонални рецептори (естрогенни рецептори и ), които функционират до голяма степен като лиганд-активирани транскрипционни фактори, и 7-трансмембранния G протеин-свързан естрогенен рецептор, GPER, който активира разнообразен набор от сигнални пътища.

Естрогенът е един от важните хормони в женското тяло, който играе важна роля в менструалния цикъл, бременността и менопаузата. Въпреки това през последните години проучванията също така установиха, че естрогенът може да окаже влияние и върху имунитета.

Първо, естрогенът може да увеличи имунния отговор на организма. Някои проучвания са установили, че по време на периоди на по-високи нива на естроген в цикъла на жените, имунната система на жените също е по-силна и по-способна да се бори с патогените. В допълнение, проучването също установи, че естрогенът може да увеличи производството и активността на Т клетките, правейки възпалителния отговор по-мощен, като по този начин ефективно предпазва тялото от инфекция.

В допълнение, естрогенът може също да защити имунната система от ефектите на стареенето. С възрастта имунната система на тялото постепенно ще се дегенерира, склонна към заболявания. И някои изследвания са установили, че естрогенът може да забави процеса на стареене на имунната система, да подобри нейната функция и да направи тялото по-устойчиво на болести. И накрая, естрогенът може също да има защитен ефект срещу някои автоимунни заболявания. Например множествената склероза, автоимунно заболяване, което засяга нервната система, е установено от някои проучвания, че намалява симптомите при жени по време на бременност, вероятно поради защитните ефекти на естрогена.

Следователно, от горните аспекти, естрогенът има положителен ефект върху нашия имунитет. Разбира се, това не означава, че повече естроген е по-добре, защото излишъкът от естроген може да причини други проблеми. Само чрез поддържане на добро здраве и разумен контрол на нивата на естроген можем наистина да постигнем силен имунитет и добро здраве. От тази гледна точка трябва да подобрим имунитета. Cistanche може значително да подобри имунитета, тъй като полизахаридите в месото могат да регулират имунния отговор на човешката имунна система, да подобрят стресовата способност на имунните клетки и да засилят бактерицидния ефект на имунните клетки.

Click cistanche tubulosa ползи

Фармакологията и функционалните роли на GPER във физиологията и болестите разкриват важни роли в отговорите както на естествени, така и на синтетични естрогенни съединения в множество физиологични системи. Тези функции имат значение при лечението на безброй болестни състояния, включително рак, сърдечно-съдови заболявания и метаболитни нарушения. Този преглед се фокусира върху сложната фармакология на GPER и обобщава основните физиологични функции на GPER и терапевтичните последици и текущите приложения на насочените към GPER съединения.

ВЪВЕДЕНИЕ

Естрогените предизвикват множество ефекти в цялото тяло в почти всеки орган, тъкан и физиологична система. Въпреки че е признат предимно за женски полов хормон, регулиращ сексуалното развитие в пубертета, менструалния цикъл и бременността през репродуктивните години и, чрез спиране на синтеза си, менопаузата, естрогенът също има важна и разнообразна роля в сърдечно-съдовата, метаболитната и неврологични функции, както и в много други системи.

В резултат на своите критични функции в репродуктивните тъкани (предимно матката, но също и гърдата), естрогенът и неговите производни се използват в контрацептиви, хормонални заместителни терапии за менопауза и лечение на хормонално реагиращи (т.е. ER-положителни) гърди рак. Разнообразните роли на естрогена са може би най-добре илюстрирани от симптоматичните и физиологични промени, изпитани от жени след менопауза, които включват загуба на цикъл, вагинална сухота, незадържане на урина, загуба на пълнота на гърдите, горещи вълни/втрисане/нощно изпотяване, затруднения със съня, промени в настроението, наддаване на тегло/забавен метаболизъм, изтъняване на косата и суха кожа (1).

Въпреки това, допълнителните роли на естрогена се разкриват от повишения риск след менопаузата и намаления риск след хормонално заместване от множество заболявания, включително сърдечно-съдови заболявания (напр. коронарна артериална болест, хипертония, инсулт), остеопороза, затлъстяване и дислипидемия, диабет и неврологични промени (напр. депресия и деменция) (2, 3).

Естрогенът също играе критична роля при около 80 процента от раковите заболявания на гърдата, при които туморният растеж се стимулира от и често зависи от естрогена. Тази зависимост от естроген е довела до различни терапевтични подходи за лечение на рак на гърдата, които включват инхибиране на производството на естроген чрез ензима ароматаза и насочване към един от неговите рецептори (ER) чрез инхибиране или разграждане (4, 5).

Фармакологията около естрогенните рецептори е разнообразна и сложна (6, 7). В допълнение към множеството форми на естроген, произвеждани в човешкото тяло [предимно естрон (E1), 17 -естрадиол (E2), естриол (E3) и естетрол (E4) (8)], естествените и създадените от човека ксеноестрогени предизвикват естрогенна активност (9, 10).

Дефиницията на стимулиращи ефекти в матката (поглъщане и пролиферация като стандартизирани крайни точки), както прави Е2, е практична, но пренебрегва по-широките ефекти, с малко внимание на действията в други тъкани. Естествените ксеноестрогени, получени от растения или гъбички и създадени от човека, наричани още екологични естрогени или съединения, нарушаващи ендокринната система, са повсеместно разпространени в околната среда и диетата и имат въздействие върху биологията и човешкото здраве (9, 11).

Лекарствата, насочени към нивата/синтеза на естроген и рецепторната активност, играят роля в лечението на много състояния и заболявания (12, 13), особено рак (5, 14). По този начин разбирането на механизмите на действие по отношение на множеството естрогенни рецептори е от решаващо значение. В този преглед ние описваме фармакологията и терапевтичните последици от тези различни съединения с особено внимание към техните действия чрез 7-трансмембранния G протеин-свързан естрогенен рецептор (GPER).

ЕСТРОГЕН РЕЦЕПТОРИ: ER / И GPER

Две отделни семейства рецептори медиират разнообразните транскрипционни (т.е. геномни) и бързи сигнални (т.е. негеномни) дейности на естрогена (6, 7). Въпреки че ранните експерименти идентифицират естроген-индуцирана бърза сигнализация [напр., производство на цикличен аденозин монофосфат (cAMP) и усвояване на Ca2 плюс], транскрипционните дейности на ER скоро доминират в областта.

Продължаващите доклади за бързото действие на естрогена и други стероиди доведоха до хипотезата за мембранно-асоциирани форми на ER през 90-те години (15). През 1996 г. рецептор, хомоложен на ER, беше клониран и функционално доказано, че е втори ER, което води до текущата номенклатура на ER и ER (16, 17), като същевременно е осиротяло 7-трансмембранно обхващащо G протеин-свързано рецептор (GPCR) е клониран и наречен GPR30 (18).

През 2000 г. беше показано, че GPR30 медиира бързото активиране на извънклетъчна сигнално-регулирана киназа (ERK) в отговор на естроген, предоставяйки първото доказателство за неговите действия като функционален естрогенен рецептор (19). Това откритие беше последвано от демонстрация на специфично свързване на естроген, като се използват тритирани (20) и флуоресцентни производни (21) през 2005 г., което доведе до официалното определяне на GPR30 като GPER от Международния съюз по основна и клинична фармакология през 2007 г. (22). .

Демонстрацията на неговата активност като класически GPCR беше осигурена от ефекта на гуанозин-5 -трифосфат (GTP) (по-специално GTP S, чрез активиране и дисоциация на хетеротримерни G протеини) върху намаляването на свързването на лиганд чрез превръщане на рецептора в по-нисък състояние на афинитет, както и чрез повишено свързване на GTP S в присъствието на естроген (20).

Като GPCR, основното място на субклетъчна локализация на GPER, ендоплазменият ретикулум и апаратът на Голджи (21) са необичайни, макар и не уникални (23). В някои клетки откриваем GPER се открива на плазмената мембрана, въпреки че дори в такива клетки повечето присъства във вътреклетъчните мембрани в стабилно състояние (23).

Тъй като естрогените са клетъчно пропускливи (24, 25) и активират ERs вътреклетъчно и тъй като повечето ER са локализирани в ядрото в стационарно състояние (26), проучванията с пропускливи и непропускливи естрогенни производни предполагат, че GPER сигнализира предимно от вътреклетъчно място(а) (27). Проучванията за трафик на рецептори предполагат, че GPER, експресиран на клетъчната повърхност, е конститутивно интернализиран по независим от лиганда начин, в съответствие с по-голямата част от рецептора, който се наблюдава вътреклетъчно в стабилно състояние (23).

Сигнализацията, инициирана от GPER, се осъществява чрез множество пътища. Свързването се осъществява чрез множество хетеротримерни G протеини, главно Gs (28) и G i (21), както и G-медиирано сигнализиране (19). В допълнение, много, ако не цялото сигнализиране, инициирано от активиране на GPER, включва трансактивиране на рецептора на епидермалния растежен фактор (EGFR) (19), път, описан за много GPCR (29).

Този път включва G-медиирано активиране на Src, което води до 5 1 набиране и медиирано от матрикс металопротеиназа (ММР) освобождаване на хепаран-свързващ EGF-подобен растежен фактор, който след това трансактивира EGFR, с последващо активиране на множество допълнителни пътища като като ERK и PI3K/Akt (29). Докато активирането на ERK води до пролиферативно сигнализиране и медиирана от Elk-1- транскрипционна регулация (30), активирането на Akt води до фосфорилиране както на eNOS (31), което води до производство на NO, така и на Foxo3 (32), водещо до сигнали за просвивалване.

Активирането на GPER също води до активиране на аденилил циклаза, произвеждайки cAMP, който от своя страна активира протеин киназа A (PKA) и транскрипционни събития чрез cAMP отговор елемент-свързващ протеин (CREB) (33, 34). По този начин, въпреки че широко се смята, че сигнализирането чрез GPER медиира бързо негеномно сигнализиране, събитията надолу по веригата на тези ранни сигнални събития включват обширна геномна регулация, подобно на ER-медиираното сигнализиране включва бързи събития в допълнение към класическата си транскрипционна регулация.

GPER ЛИГАНДИ И ФАРМАКОЛОГИЯ

Промискуитетното свързване на лиганд с много различни структурни класове и разнообразна фармакология са характеристики както на класическия (ядрен) ER/, така и на GPER. Най-мощният естрогенен хормон, Е2, е липофилен фенол и съединенията, притежаващи тази функционалност, често са кръстосано реактивни лиганди.

Идентифицирането и характеризирането на фармакологично активните GPER лиганди бяха обстойно прегледани през 2015 г. (7), а последните разработки и открития с потенциал за въздействие върху човешкото здраве и клинични приложения са фокусът на този преглед.

Обхватът на съединенията с признати биологични ефекти чрез GPER продължава да расте и включва лекарства и химикали, одобрени от Администрацията по храните и лекарствата на САЩ (FDA), поглъщани в храни, хранителни добавки и други експозиции на околната среда. Важно е да се признае, че лигандите с много различни GPER-свързващи афинитети могат да регулират различни негеномни сигнални пътища, които в крайна сметка влияят върху геномните резултати.

Този сценарий представлява предизвикателство за тълкуване на генната експресия и токсикологични ефекти, които могат да се наблюдават при дози, които са значително по-ниски от измерените афинитети или дейности, които биха предвидили, в съответствие с наблюденията, че ендокринните разрушители често показват немонотонни връзки доза-отговор (35).

Фармакология на GPER с естествени стероиди и производни

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 и 0.1–1 μM), но функционират като слаби антагонисти (Фигура 1). Обратно, по-липофилният метаболит 2-метокси естрадиол проявява относително висок афинитет (10 nM) и функционира като агонист (40–44). Наскоро беше доказано, че оксистеролът 27-хидроксихолестерол свързва GPER (с афинитет приблизително 1 μM) и функционира като агонист в ER-отрицателни клетки на рак на гърдата (45).

The 17β-d-glucuronide metabolite of E2 has low GPER binding affinity (>50 μM) и докладваната агонистична активност (46), но интерпретациите на резултатите от тези типове конюгати са усложнени от чувствителността към химическа или ензимна хидролиза, освобождаваща Е2. Подобни предпазни мерки са подходящи при използване на дехидроепиандростерон (DHEA) в клетки и по-специално in vivo проучвания, при които може да възникне биосинтеза за производство на Е2 (47). Синтетичното естрогенно производно фулвестрант [селективно регулиране/разграждане на естрогенния рецептор (SERD)] функционира като чист ER антагонист, но също така предизвиква разграждане на ER поради конформационни промени, индуцирани от разширения 7 придатък в лиганд-свързаната структура. Това лекарство е одобрено от FDA за напреднал ER-положителен рак на гърдата, но също така действа като агонист на GPER (19), илюстрирайки необходимостта от включване на GPER при профилиране на селективността на рецептора за разработване на по-селективни лекарства с по-малко потенциални нецелеви ефекти.

ER и GPER свързването, функционалните реакции и локализирането на лиганда на E2 конюгатите с флуоресцентни багрила или хелати са използвани за количествено определяне, характеризиране и визуализиране на свързването и функционирането на лиганда на субклетъчно/клетъчно (21, 27) и организмово ниво (48), съответно. Химери, насочени към протеолиза (PROTACs), базирани на малки молекули, свързани с лиганд E3 убиквитин лигаза, който разгражда мишената, се оценяват като стратегия за разработване на нови терапевтични средства за рак (49), като ядрените рецептори предлагат важна цел (50). ).

Естрогенната химера (E2-PROTACs), описана за първи път през 2005 г. (51), наскоро беше съобщено, че свързва GPER и ER с относително висок афинитет (~30 nM и 10–20 nM, съответно), което води до разграждане на ER/, както и GPER в клетъчни линии MCF7 и SKBR3, без да се засягат нивата на прогестероновия рецептор (52). PROTACs осигуряват алтернативен подход за насочване към плазмената мембрана и вътреклетъчните естрогенни рецептори, които биха могли да позволят рецепторно-селективно разграждане на базата на селективни рецепторни лиганди.

Ксеноестрогени като GPER лиганди

Налице е нарастващо признание за ролята на GPER при ендокринни смущения чрез излагане на естествени и синтетични ксеноестрогени, произхождащи от диетичен прием, здравословни и хранителни добавки и излагане на околната среда на агрохимикали и индустриални съединения, включително полимери и продукти от тяхното разграждане.

Броят на признатите ксеноестрогени е зашеметяващ и докато предишни проучвания са се фокусирали предимно върху ER/, много от тези съединения активират GPER, с възможни последствия върху неврогенните процеси (53) и рак на гърдата (54), простатата (55), и храносмилателната система (56). Широчината на възможните GPER лиганди стана ясна чрез проучване, което виртуално скринира база данни от 30 926 природни продукта и идентифицира 500 съединения, представляващи различни структурни класове, включващи флавоноиди, изофлавоноиди, халкони, куместани, стилбени, лигнани, гинзенозиди и тетрахидрофурандиоли (57 ). Наличието на фенолно и хидрофобно скеле е характерна черта на много ксеноестрогенни съединения.

Изофлавоните генистеин и дайдзеин са фитоестрогени, които се консумират широко директно от соеви продукти и често се приемат като лекарствени добавки с цел облекчаване на симптомите на менопаузата, подобряване на метаболизма, намаляване на сърдечно-съдовите заболявания или предотвратяване на някои свързани с хормоните видове рак (Фигура 2). Тези съединения притежават фенолна група в 3-позиция на 4H-хромен-4-едно ядро ​​и се свързват с GPER с висок афинитет. Кристалната натриева сол дихидрат на генистеин, обозначена като AXP107-11, сенсибилизира химиотерапията с гемцитабин в ксенотрансплантати, получени от пациенти с панкреатичен дуктален аденокарцином, синергично чрез активиране на GPER и сигнализиране на митоген-активирана протеин киназа (MAPK) (58). ,

GPER е замесен в проучвания, демонстриращи, че генистеинът отслабва възпалението в модел на болестта на Паркинсон, като инхибира микроглиалното активиране и защитава допаминергичните неврони (59); предпазва от оксидативен стрес в хепатоцитите (60); и подобрява глюкозния толеранс и термогенезата на бялата мастна тъкан (61).

Daidzein се превръща в S-(−)-equol от чревни бактерии на бозайници и индивидуалните метаболитни вариации водят до широкообхватни експозиции. S-equol насочен към GPER за насърчаване на индуцираната от глюкоза секреция на инсулин от клетките на панкреаса и предотвратява секрецията на глюкагоноподобен пептид-1 от ентероендокринни L клетки (62); активирано GPER сигнализиране с ефекти върху васкуларните гладкомускулни клетки (63); инхибира производството на азотен оксид и намалява експресията на индуцируема NO синтаза в липополизахарид-стимулирани астроцити (64); и индуцирана клетъчна пролиферация и миграция в астроцити, които са атенюирани от GPER антагониста G15, но не и от SERD/GPER агониста фулвестрант (65). Генистеин, дайдзеин и S-(−)-equol повишават миграцията на глиални клетки чрез активиране на GPER сигнализация, а изследванията за молекулярно докинг предполагат, че тези три съединения могат да се свържат с GPER на същата позиция като E2 (65).

For more information:1950477648nn@gmail.com