選択的エストロゲン受容体モジュレーター

SERMは、細胞内リガンド依存性転写活性化因子であり、核内受容体ファミリーに属するエストロゲン受容体（ER）に作用します。 ^{[ 13 ]} ERには、 ERαとERβという2つの異なるサブタイプが同定されています。ERαは、転写レベルでエストロゲンシグナルが伝達される主要な媒体と考えられており、女性の生殖器系と乳腺で優勢なERですが、ERβは主に血管内皮細胞、骨、男性の前立腺組織に存在します。^{[ 14 ]} ERαとERβの濃度は、発生、加齢、または疾患状態において組織によって異なることが知られています。^{[ 15 ]}これらの2つのタイプの間には、サイズ（約600アミノ酸と530アミノ酸）や構造など、多くの特徴が類似しています。ERαとERβは、DNA結合ドメインで約97%、リガンド結合ドメインで約56%のアミノ酸配列同一性を共有しています。^{[ 13 ] [ 15 ]}リガンド結合ドメインの主な違いは、ERα のLeu -384 とMet -421によって決まり、 ERβ ではそれぞれMet-336 とIle -373 に置き換わっています。 ^{[ 16 ]} ERα と ERβ の N 末端では、より大きな違いが見られます。^{[ 17 ]}

DNA結合ドメインは2つのサブドメインから構成されています。1つはDNA認識に関与する近位ボックスを持ち、もう1つはDNA依存的なDNA結合ドメインの二量体化に関与する遠位ボックスを持っています。近位ボックスの配列はERαとERβで同一であり、これは2つのサブグループ間で同様の特異性と親和性があることを示しています。DNA結合ドメインの球状タンパク質は8つのシステインを含み、2つの亜鉛イオンの四面体配位を可能にします。この配位により、ERがエストロゲン応答エレメントに結合することが可能になります。^{[ 14 ]}リガンド結合ドメインは、11本のらせんからなる球状の3層構造であり、天然または合成リガンド用のポケットを持っています。^{[ 14 ] [ 13 ]}結合親和性に影響を与える要因は主にフェノール部分の存在、分子サイズと形状、二重結合、疎水性です。^{[ 18 ]}

結合したリガンドによるリガンド結合ドメイン内の活性化機能2（AF-2）ヘリックス12の異なる位置関係が、リガンドがアゴニスト効果とアンタゴニスト効果のどちらを持つかを決定する。アゴニスト結合受容体では、ヘリックス12はヘリックス3と5に隣接して配置される。ヘリックス3、5、および12は、標準配列LXXLL（Lはロイシンまたはイソロイシン、Xは任意のアミノ酸）を持つコアクチベーターに含まれるNRボックスモチーフの結合面を形成する。リガンド非結合（アポ）受容体またはアンタゴニストリガンド結合受容体では、ヘリックス12がLXXLL結合面から離れる方向に回転し、コアプレッサーNCoR1またはSMRTに存在するより長いロイシンリッチモチーフLXXXIXXX（I/L）が優先的に結合される。さらに、一部の補因子は、末端、DNA結合部位、またはその他の結合部位を介してERに結合する。したがって、ある化合物は、共活性化因子が豊富な組織ではERアゴニストとなるが、共抑制因子が豊富な組織ではERアンタゴニストとなる可能性がある。^{[ 13 ]}

最初に報告されたSERM型分子の主要な構造クラスはトリフェニルエチレンである。スチルベンコア（非ステロイド性エストロゲンであるジエチルスチルベストロールに類似）は、17β-エストラジオールなどのステロイド性エストロゲンを本質的に模倣しており、側鎖はステロイド核の11位と重なっている。^{[ 9 ]}トリフェニルエチレン誘導体は、エチレン架橋基にフェニル基が追加されている。フェノールの3位水素結合能力は、ER結合に重要な要件である。^{[ 24 ]}

最初の薬剤であるクロミフェン^{[ 25 ]}は、エチレン側鎖にクロロ置換基を持ち、後に発見された薬剤タモキシフェンと同様の結合親和性を示します。クロミフェンは、エストロゲン異性体（シス型）と抗エストロゲン異性体（トランス型）の混合物です^{[ 24 ]} 。シスとトランスは、2つの非置換フェニル環の幾何学的関係によって定義されます^{[ 25 ]} 。クロミフェンの2つの異性体は異なるプロファイルを持ち、トランス型はタモキシフェンにより近い活性を示し、シス型は17β-エストラジオールにより近い挙動を示します^{[ 9 ]} 。シスはトランスよりも約10倍強力です。しかし、クロミフェンは低用量では拮抗作用を示し、高用量では作動作用を示すため、トランス異性体は上皮細胞肥大の最も強力な刺激剤です。^{[ 25 ]}拮抗異性体は子宮や乳がんにおいて抑制的なエストロゲン作用を引き起こす可能性があるが、エストロゲン異性体は新しい受容体と結合して骨においてエストロゲン様作用を引き起こす可能性がある。^{[ 26 ]}

タモキシフェンは、ER陽性および/またはプロゲステロン陽性の乳がん、すなわちホルモン反応性乳がんの全病期と診断された女性の第一選択治療薬となっています。米国では、乳がんのリスクが高いと特定された女性の予防的化学予防にも投与されています。^{[ 27 ]}タモキシフェンは純粋な抗エストロゲン性トランス異性体であり、全身のエストロゲン標的組織で異なる作用を示します。タモキシフェンは乳房では選択的に抗エストロゲン作用を示しますが、骨や子宮内膜がんではエストロゲン様作用を示します。^{[ 26 ]}タモキシフェンは、肝臓でミクロソームチトクロムP450（CYP）酵素による第I相代謝を受けます。タモキシフェンの主な代謝物は、N-デスメチルタモキシフェンと4-ヒドロキシタモキシフェンです。

4-ヒドロキシタモキシフェンの結晶構造^{[ 28 ]}は、リガンド結合ドメイン内のERのアミノ酸と相互作用する。^{[ 29 ]}フェノール基、水分子、受容体（ERα; Glu 353/Arg 394）のグルタミン酸とアルギニンの間の接触は、高親和性結合で解決され、17β-エストラジオールのA環に似たフェノール環を持つ4-ヒドロキシタモキシフェンは、フェノールを持たないタモキシフェンよりも100倍以上高い相対結合親和性を持つ。OH基が除去されたり、その位置が変更されたりすると、結合親和性は低下する。^{[ 9 ] [ 24 ]}

タモキシフェンのERへの結合にはトリフェニルエチレン部分と側鎖が必要であるが、4-ヒドロキシタモキシフェンでは側鎖とフェニルプロペンはERへの結合に重要な構造要素ではないようである。側鎖の塩基性と長さは、タモキシフェンのERへの結合親和性やタモキシフェンのβ環に重要な役割を果たしていないようであるが、タモキシフェンのスチルベン部分はERへの結合に必要である。ヒドロキシル基は4-ヒドロキシタモキシフェンのER結合に特に重要であり、タモキシフェンのエチル側鎖はERのリガンド結合ドメインから突き出ている。^{[ 29 ]}

タモキシフェン使用者で子宮がん、ほてり、血栓塞栓症の発生率が増加した例はほとんどない。この薬はラットに肝細胞癌を引き起こすこともある。これは、タモキシフェンのスチルベンコアのエチル基がアリル酸化活性化を受け、DNAアルキル化と鎖切断を引き起こすためと考えられる。この問題は後にトレミフェンで修正された。^{[ 9 ]}タモキシフェンは、ERのアミノ酸Asp-351とSERMの抗エストロゲン側鎖との関係により、ラロキシフェンよりも標的部位で多様である。タモキシフェンの側鎖はAsp-351を中和できないため、この部位はERの近位端のAF-1にアロステリックに影響を与える。この問題は、第2世代薬ラロキシフェンで修正された。^{[ 26 ]}

^{トレミフェンは、非ステロイド性トリフェニルエチレン抗エストロゲン剤タモキシフェン[ 9 ]}の塩素化誘導体であり、エチレン側鎖に塩素置換基があり、タモキシフェンと同様の結合親和性を示します^{[ 24 ]}。トレミフェンの構造と活性の関係はタモキシフェンと似ていますが、DNAアルキル化に関しては、従来の薬剤よりも大幅に改善されています。塩素原子が添加されることで、活性化されたアリル代謝物から生成されるカチオンの安定性が低下し、アルキル化の可能性が低下します。実際、トレミフェンはげっ歯類肝細胞でDNA付加体を形成しません。トレミフェンは、卵巣摘出ラットモデルで骨量減少を抑制し、臨床的にタモキシフェンと同様に骨吸収マーカーに影響を与えます。^{[ 9 ]}トレミフェンは、タモキシフェンと同様にミクロソームチトクロムP450酵素による第I相代謝を受けますが、主にCYP3A4アイソフォームによるものです。トレミフェンは、N-脱メチル化と脱アミノ化水酸化を経て、2つの主要代謝物であるN-デスメチルトレミフェンとデアミノヒドロキシトレミフェン（オスペミフェン）を生成します。N-デスメチルトレミフェンはトレミフェンと同様の有効性を持ち、4-ヒドロキシトレミフェンはトレミフェンよりもERへの結合親和性が高いです。^{[ 28 ]} 4-ヒドロキシトレミフェンは、4-ヒドロキシタモキシフェンと同様の役割を果たします。^{[ 30 ]}

ラロキシフェンは、第2世代ベンゾチオフェンSERM薬に属します。ERに対する高い親和性を持ち、強力な抗エストロゲン作用とエストラジオールとは異なる組織特異的な作用を有します。^{[ 21 ]}ラロキシフェンは骨と心血管系ではERアゴニストとして作用しますが、乳房組織と子宮内膜ではERアンタゴニストとして作用します。腸管内でグルクロン酸抱合により広範囲に代謝されるため、生物学的利用能はわずか2%と低く、タモキシフェンとトレミフェンの生物学的利用能は約100%です。^{[ 28 ]}

ラロキシフェンのトリフェニルエチレンタモキシフェンに対する利点は、子宮への影響が少ないことです。柔軟なヒンジ基と抗エストロゲン性のフェニル4-ピペリジノエトキシ側鎖は、子宮への影響を最小限に抑えるために重要です。側鎖は柔軟性があるため、コアに対して直交配置をとることができ^{[ 9 ]}、ラロキシフェン側鎖のアミンは、ERαのリガンド結合ドメインのアミノ酸Asp-351にタモキシフェンよりも1Å近くなります。^{[ 26 ] [ 31 ]}

ラロキシフェンの疎水性側鎖と受容体の疎水性残基との密接な関係が、SERM-ER複合体の外部表面の形状と電荷の両方を変化させる上で重要な役割を果たすことは、ラロキシフェン誘導体によって確認されている。ラロキシフェンとAsp-351との相互作用距離が2.7 Åから3.5-5 Åに増加すると、ラロキシフェン-ERα複合体のエストロゲン様作用が増加する。ラロキシフェンのピペリジン環がシクロヘキサンに置き換えられると、リガンドは抗エストロゲン特性を失い、完全アゴニストになる。SERMの抗エストロゲン側鎖とアミノ酸Asp-351との相互作用は、AF-2をサイレンシングする重要な第一歩である。これにより、ヘリックス12がリガンド結合ポケットから遠ざかり、それによって共活性化因子がSERM-ER複合体に結合するのを防ぐ。^{[ 26 ] [ 31 ]}

第三世代化合物は、子宮刺激がない、効力が向上している、ほてりが著しく増加しない、またはこれらの特性の組み合わせを示す。^{[ 9 ]}

最初のジヒドロナフタレンSERMであるナフォキシジンは、乳がん治療の臨床候補でしたが、重度の光毒性などの副作用がありました。ナフォキシジンは、タモキシフェンと同様に、3つのフェニル基すべてが同一平面上に配置されています。しかし、水素化により、ナフォキシジンの二重結合が還元され、両方のフェニル基がシス配向になります。アミン基を持つ側鎖は、ラロフォキシフェンや他の子宮指向性の低いSERMのように、軸方向の配座をとり、この基をコアの平面に対して直交するように配置することができます。

ナフォキシジンの修飾によりラソフォキシフェンが得られた。ラソフォキシフェンは、骨量減少およびコレステロール低下に対する保護作用が報告されている最も強力なSERMの一つである。ラソフォキシフェンの優れた経口効力は、フェノールの腸管グルクロン酸抱合の減少に起因すると考えられている。^{[ 9 ]}ラロキシフェンとは異なり、ラソフォキシフェンは、腸壁グルクロン酸抱合に対する抵抗性を予測するファーマコフォアモデルの要件を満たしている。構造要件は、立体的なかさ高さが融合した二環式芳香族系の平面に近い非平面トポロジーである。 ^{[ 32 ]} ERとラソフォキシフェンの相互作用は、SERM-ER認識の一般的な特徴と一致している。ラソフォキシフェンの大きな柔軟な側鎖はピロリジンヘッドグループで終わり、タンパク質の表面に向かって伸びており、そこでAF-2ヘリックスの位置決めに直接干渉する。ラソフォキシフェンとAsp-351の間に塩橋が形成される。ERのこの領域における電荷の中和は、ラソフォキシフェンが発揮する抗エストロゲン作用の一部を説明できる可能性がある。^{[ 14 ]}

インドール系はSERMのコアユニットとして機能しており、アミンがベンジルオキシエチルとともにインドールに結合すると、得られた化合物は前臨床子宮活性を示さず、ラットの骨を温存し、低用量で完全な有効性を示すことが示されています。バゼドキシフェンはそのような化合物の1つです。コア結合ドメインは、2-フェニル-3-メチルインドールと側鎖影響領域のヘキサメチレンアミン環から構成されています。グルクロン酸抱合によって代謝され、絶対バイオアベイラビリティは6.2%で、ラロキシフェンの3倍です。骨と脂質代謝にアゴニスト効果がありますが、乳房と子宮内膜には効果がありません。^{[ 33 ]}忍容性が高く、ほてりの発生、子宮肥大、乳房の圧痛の増加は見られません。^{[ 9 ]}

オスペミフェンはトリフェニルエチレンであり、トレミフェンの既知の代謝物です。構造的にはタモキシフェンおよびトレミフェンと非常によく似ています。オスペミフェンはタモキシフェンのような2-(ジメチルアミノ)エトキシ基を持っていません。構造活性相関研究では、タモキシフェンのこの基を除去すると子宮におけるアゴニスト活性が有意に低下しましたが、骨および心血管系では低下しませんでした。前臨床および臨床データでは、オスペミフェンは忍容性が高く、重大な副作用がないことが示されています。オスペミフェンが他のSERMよりも優れている可能性のある利点は、ホットフラッシュに対する中立的な効果と、膣に対するERアゴニスト効果であり、膣乾燥の症状を改善します。^{[ 34 ]}

タモキシフェンは肝臓のチトクロムP450によって4-ヒドロキシタモキシフェンに変換され^{[ 14 ]}、ERβよりもERαサブタイプに対する選択性の高い拮抗薬である^{[ 35 ]} 。4-ヒドロキシタモキシフェンは、17β-エストラジオールを認識するのと同じ結合ポケット内でERに結合する。4-ヒドロキシタモキシフェンの受容体認識は、4-ヒドロキシタモキシフェンの2つの構造的特徴、フェノール性A環と嵩高い側鎖によって制御されていると考えられる。フェノール性A環は、ERのArg-394、Glu-354の側鎖および構造的に保存された水と水素結合を形成する。結合空洞から突き出た嵩高い側鎖は、ヘリックス12をリガンド結合ポケットから押し出し、共活性化因子結合ポケットの一部を覆っている。ER-4-ヒドロキシタモキシフェン複合体の形成は、共抑制タンパク質をリクルートする。これにより、DNA合成が減少し、エストロゲン活性が阻害されます。^{[ 14 ]}クロミフェンとトリメフェンは、タモキシフェンと同様の結合親和性を示します。^{[ 24 ]}したがって、これら2つの薬剤は、ERβよりもERαサブタイプに対してより選択的な拮抗薬です。^{[ 35 ]}

ラロキシフェンは、4-ヒドロキシタモキシフェンと同様に、フェノール性「A環」の水酸基を介してArg-394およびGlu-353との水素結合によりERαに結合する。これらの結合に加えて、ラロキシフェンは「D環」に2つ目の水酸基が存在するため、His-524の側鎖を介してERと2つ目の水素結合を形成する。この水素結合は、His-524のイミダゾール環が回転してラロキシフェンと17β-エストラジオールの酸素の位置の違いを打ち消すため、17β-エストラジオールとHis-524の間の水素結合とも異なる。4-ヒドロキシタモキシフェンと同様に、ラロキシフェンの嵩高い側鎖はヘリックス12を変位させる。^{[ 14 ]}

ラソフォキシフェンとERαの相互作用は、SERM-ERα間の相互作用に典型的なもので、ほぼ平面的なトポロジー（テトラヒドロナフタレンカルボ環）、Arg-394およびGlu-353との水素結合、ラソフォキシフェンのフェニル側鎖がリガンド結合ポケットのC環およびD環の体積を満たすことなどが挙げられる。ラソフォキシフェンはヘリックス12を迂回させ、LXXLLモチーフを持つ共活性化タンパク質の結合を阻害する。これは、ラソフォキシフェンが通常Leu-540の側鎖によって占められている空間を占有し、ヘリックス11の残基（His-524、Leu-525）のコンフォメーションを調節することによって達成される。さらに、ラソフォキシフェンは、薬剤のエチルピロリジン基によってヘリックス12の位置決めにも直接干渉する。^{[ 14 ]} in vitro研究では、バゼドキシフェンがERαとERβの両方に高い類似した結合性で17β-エストラジオールを競合的に阻害することが示されている。^{[ 36 ]}バゼドキシフェンの主な結合ドメインは、2-フェニル-3-メチルインドールと側鎖影響領域のヘキサメチレンアミン環から構成されている。^{[ 33 ]}

オスペミフェンはトレミフェンの酸化脱アミノ化代謝物であり、トレミフェンやタモキシフェンと同様にERに結合します。3つの代謝物である4-ヒドロキシオスペミフェン、4'-ヒドロキシオスペミフェン、および4-ヒドロキシ側鎖カルボン酸オスペミフェンのERαおよびERβへの競合結合は、少なくとも親化合物と同程度に高いです。^{[ 37 ]}