ステロイドアロマターゼ阻害剤

ステロイド性アロマターゼ阻害剤は、主に閉経後女性の乳がん治療に使用される薬剤の一種です。乳房組織中のエストロゲン濃度が高いと乳がんを発症するリスクが高まり、アロマターゼ酵素はエストロゲン生合成経路の最終段階に関与し、またその阻害が他のステロイドの生成に影響を与えないことから、乳がん治療の際の優れた治療標的と考えられています。アロマターゼ阻害剤は、その構造に基づいて非ステロイド性とステロイド性の2つのカテゴリに分類されます。後者はアンドロステンジオンの構造に似ています。^[1]ステロイド性アロマターゼ阻害剤は、アロマターゼの結合部位に共有結合して基質がアクセスできないようにすることで、酵素を不可逆的に阻害します。^[2]

1944年、ウースター実験生物学財団（WFEB）が設立されました。この財団は、生殖、神経生理学、ステロイド生化学に関心を持つ多くの科学者の共同研究の中心地でした。財団の研究の1つは、アンドロゲンからエストロゲンへの変換メカニズムの解明でした。このグループは、副腎、精巣、卵巣で生成されるステロイドの生合成と代謝の解明に取り組みました。アンドレ・マイヤーは後に、アンドロステンジオンの芳香族化は酵素によるものであるという仮説を立て、これは1980年代にアロマターゼの精製によって証明されました。^{[3] 1970年代初頭、研究者らは、環Aの芳香族化はシトクロム}P450を介した酵素によって促進されるという事実に同意しました。これは、 P450を介した酵素を阻害することが知られているアミノグルテチミド（AG）の阻害によって証明されました。 ^[3]

化学者のハリー・ブロディはWFEBグループに加わり、芳香族化中のC-1位での水素脱離の立体化学を理解する研究を始めました。彼のメカニズム研究により、彼はアロマターゼを標的とする治療の可能性を認識し、1970年代初頭に選択的アロマターゼ阻害剤の開発を開始しました。 ^[3] 妻のアンジェラ・ブロディとの共同研究により、1973年にこれらの化合物の最初のシリーズが報告されました。^[4] 彼らは約100のステロイド性アロマターゼ阻害剤の構造と機能を体系的に研究し、強力な選択的アロマターゼ阻害剤である4-ヒドロキシアンドロステンジオン（4-OH-A）を発見しました。^[3]

ブロディ夫妻がげっ歯類のエストロゲン濃度の低下とラットの乳腺腫瘍の退縮における生物学的効能を実証した後、アンジェラ・ブロディは1981年秋にローマに行き、研究について発表した。発表には腫瘍内科医のチャールズ・クームズが同席し、乳がんの治療に4-ヒドロキシアンドロステンジオン（4-OH-A）の臨床試験を行うことに関心があることを表明した。 ^[4] アンジェラ・ブロディ、臨床腫瘍医のチャールズ・クームズ、臨床腫瘍医のポール・ゴス、臨床化学者のミッチ・ダウセットの協力により、この臨床試験が可能になった。チバ・ガイギー（現ノバルティス）の支援により、さらに臨床開発が進められ、4-OH-Aはフォルメスタンという新しい名前が付けられた。^[3] 1993年、フォルメスタンはレナトロンという名前で、閉経後女性の進行がんの指標とともに市場に導入された。これは選択的アロマターゼ阻害剤としては初のことだった。^[5]

4-OH-Aの好ましくない特性、経口バイオアベイラビリティの低さ、および代謝の悪さのため、 Farmitalia-Carlo Erba（ファイザーの一部門）のE. Di SalleとP. Lombardiが率いるグループは、新しい選択的アロマターゼ阻害剤の開発に着手した。グループは、新しい新規ステロイドであるエキセメスタンを設計、合成、評価した。エキセメスタンは1990年代に臨床試験が行われ、 1999年にFDAの承認を受け、アロマシンとして販売された。エキセメスタンの適応症は、タモキシフェン療法後に癌が進行した閉経後女性の進行性乳癌である。エキセメスタンは、最初の経口アロマターゼ不活性化剤である。^[5]

現在、ステロイド性アロマターゼ阻害剤の臨床使用は、エキセメスタンにほぼ限定されています。フォルメスタン（レンタロン）の使用は非常に限られており、一部の国では使用されなくなりました。フォルメスタンは、経口投与が容易で副作用が少ない、より新しく優れた阻害剤、エキセメスタンと新世代の非ステロイド性アロマターゼ阻害剤に取って代わられました。^[4]

乳がんの大部分はホルモン依存性であり、そのほとんどはエストロゲン受容体および/またはプロゲステロン受容体のいずれかを発現している。^{[6] [7] [8]}そのため、エストロゲンの生合成を阻害する化合物が研究され、現在では閉経後女性の乳がんの標準的な補助療法となっている。^{[6] [7]閉経後女性の乳がんは、}エストロゲン受容体またはそのリガンドを調節することで治療または予防できることが証明されており、アロマターゼはエストロゲン変換の最終段階の一部であるため、医療の良いターゲットとなっている。アロマターゼはエストロゲン変換の最終段階を触媒するため、アロマターゼを阻害しても、エストロゲン以外の他のステロイドの合成には影響がない。^[7]

閉経後女性では、卵巣でのエストロゲンの産生が停止しています。そのため、エストロゲンの主な供給源は、副腎で産生されるアンドロゲンの芳香族化です。^[7]閉経後女性のエストロゲン産生は、主に末梢脂肪組織で起こります。^[6] 脳、皮膚、脂肪組織、正常な乳房組織、乳がん細胞にはアロマターゼがありますが、乳房組織とがん細胞の周囲で合成されるエストロゲンは、がんの増殖に影響を及ぼします。アロマターゼ阻害剤はこの変換を阻止し、エストロゲンのレベルを低下させます。^[7]

アロマターゼ阻害剤による乳がん治療は、閉経前女性の卵巣に高濃度のアロマターゼリガンド（基質）が存在するため、閉経後女性にのみ有効である。閉経前女性のアロマターゼを阻害すると、エストロゲン濃度は一時的に低下するが、視床下部と下垂体系の活性化を招き、ゴナドトロピン分泌を促進し、卵巣を刺激してエストロゲン濃度を上昇させる。 ^{[2] [7]}

ある研究では、非ステロイド性アロマターゼ阻害剤とステロイド性アロマターゼ阻害剤の間で交差耐性が必ずしも発生するわけではないことが示されています。^{[6] [8]非ステロイド性アロマターゼ阻害剤が効かない場合や患者が再発している場合は、患者が}内分泌療法から細胞毒性 化学療法に切り替えざるを得なくなる前にステロイド性アロマターゼ阻害剤を使用してより良い結果を得ることができ、細胞毒性化学療法の副作用や合併症を回避または遅らせることができます。^[6]

アロマターゼ阻害剤は、閉経前乳がん生存者の排卵を刺激して生殖能力を維持するために使用されています。閉経前女性のアロマターゼを阻害することで、エストロゲンレベルが一時的に低下し、ゴナドトロピン分泌が増加して卵巣が刺激され、エストロゲンレベルの上昇を引き起こします。^{[2] [7]}

テストラクトンとフォルメスタンは第1世代と第2世代のアロマターゼ阻害剤です。フォルメスタンは乳がんの治療に使用された最初の選択的アロマターゼ阻害剤でしたが、現在は臨床使用されていません。^{[3] [7]}

エキセメスタンは唯一のステロイド系第3世代アロマターゼ阻害剤であり、フォルメスタンよりも強力で経口投与できるという利点があります。臨床研究では、1日25mgの投与でアロマターゼが97.9%抑制されることが示されています。^[2]

エストロゲンは、ホルモン依存性乳がんにおける乳がん細胞の増殖刺激に大きな役割を果たしている。高濃度のエストロゲンは乳がんの発症を促進するようである。その結果、エストロゲンの病理学的活性を制御および阻害するための2つの主なアプローチが開発されている。 ^[9]最初のアプローチは、エストロゲン受容体と相互作用する抗エストロゲンによるエストロゲン作用の阻害に焦点を当てている。2番目のアプローチは、エストロゲン合成酵素アロマターゼを阻害することにより、エストロゲン産生を直接阻害することに焦点を当てている。^{[10]ステロイド性アロマターゼ阻害剤は、アロマターゼ}酵素の基質結合部位と相互作用するI型阻害剤として識別されている。^[11]

アロマターゼはシトクロムP450で、3つの連続した水酸化反応を触媒し、C19アンドロゲンを芳香族C18エストロゲンに変換します。NADPH-シトクロムP450還元酵素から電子を獲得した後、アロマターゼはアンドロステンジオンとテストステロンをそれぞれエストロンとエストラジオールに変換します。アンドロゲンの芳香族化は、エストロゲン合成の最終段階であり、律速段階です。最近の研究では、アロマターゼ酵素の活性部位を定義し、最も有望な反応メカニズムを評価することに焦点が当てられています。アロマターゼ活性領域の3次元モデルも作成されていますが、構造の正確な性質はまだ完全には定義されていません。^[12]

エキセメスタンやその他のステロイド性アロマターゼ阻害剤などの薬剤は、天然のアロマターゼ基質アンドロステンジオンと競合するステロイド構造を持っています。^[11]阻害剤は、内因性基質と重要な構造的特徴を共有している必要があり、またアンドロゲンの特徴として、酵素タンパク質の触媒部位と相互作用できるようにする必要があります。これにより、ステロイド性アロマターゼ阻害剤は本質的に選択的になります。^[13]選択的阻害のため、エストロゲン生合成経路における他のステロイドの生成には影響しません。 ^[9]

触媒部位に結合した薬物は、多くの場合、アンドロゲン受容体に対する親和性がはるかに高い中間体に代謝される。中間代謝物17-ヒドロエキセメスタンのアンドロゲン受容体への結合は、親化合物であるエキセメスタンの約100倍である。^[11]代謝物が酵素の活性部位に結合すると、酵素は典型的な一連のヒドロキシル化を開始するが、ヒドロキシル化により阻害剤と酵素タンパク質の間に切断不可能な共有結合が形成される。阻害剤の結合していない部分がすべて除去されたとしても、アロマターゼの酵素活性は新しい酵素合成によってのみ回復できる。^[13]阻害剤は、薬物が循環から除去された後でも酵素の活性を阻害するため、生体内で持続的な効果を発揮する。阻害を維持するために薬物を継続的に存在させる必要がないため、患者への毒性の副作用の可能性が低減する。 ^[10]阻害の不可逆性のため、ステロイド性AIは不活化剤や自殺阻害剤として販売されることが多い。^[9]

A環の平面性は、化合物のアロマターゼへの親和性にとって非常に重要です。表1に示すように、化合物2と3は大幅な阻害を示し、同じ立体化学的要件を持っています。同じ効果は、34.6％の阻害で化合物5で観察され、その4-ケト誘導体である化合物7は83.3％の阻害で観察されます。AIの構造のこれらの違いは、アロマターゼの活性部位との相互作用におけるA環の平面性の重要性を示しています。^[14]

化合物の結合特性にとって重要な側面は、C-5 セクションの立体化学であり、水素原子の位置はアルファまたはベータ位置（上向きまたは下向き）になります。表 1の化合物 3/4 および 5/6 に見られるように、 5α-エピマーは5β-エピマーよりもはるかに優れた結合特性を示します。これらの結果は、アロマターゼの活性部位への結合を改善するには、A 環と B 環の接合部間の角度が正しいことが重要であることを示している。^[14]

D環シクロペンタノンを6員環δ-ラクトンに変更すると、化合物の結合能力が低下しました。化合物9は、テストラクトンのD環構造とフォルメスタンのA環構造を組み合わせたものですが、フォルメスタンよりもアロマターゼ阻害がかなり低かったです。^[14]

C-4領域はAIと結合領域との相互作用に重要であり、その位置のヒドロキシル結合やカルボニル結合などの親水性結合はアロマターゼとの相互作用を改善することができます。^[14]

3-デオキシステロイドを用いた実験では、4β,19-ジオールがアロマターゼを最も強く阻害することが判明した。これは活性部位に2つの極性アミノ酸があるためと考えられ、ステロイドの親水性基が結合特性を高める上で重要であることを強調している。^[15]

ステロイドアロマターゼ阻害剤の合成はさまざまな方法で行われ、それらはすべてステロイドの基本構造を出発点として合成されるという共通点があります。さまざまな方法には、さまざまな合成出発点、テストステロン、アンドロステンジオン、およびこれらの化合物の他のバリエーションがあります。テストステロンからのフォルメスタンの合成は、図2に示すように、3段階の簡単な合成です。合成では、フォルメスタンの全体的な収率は23％です。最初のステップは、ジョーンズ試薬によるテストステロンの酸化で、73％の収率でアンドロスタ-4-エン-3,17-ジオンが得られます。ステップ2は、アンドロスタ-4-エン-3,17-ジオンをOsO4でヒドロキシル化し、ステップ3で得られたジオールをアルカリ脱水してフォルメスタンを生成します。^[16]

エキセメスタンの合成も、図 3 に示すように 3 つのステップから構成されます。まず、パラホルムアルデヒドとジメチルアミン塩酸塩をイソペンタノール中で131 °C の温度で還流し、ディーン・スターク分離器を使用してイソペンタノールから水を除去して、ヴィルスマイヤー・ハック試薬を調製します。次に、試薬の内部温度を 10～15 °C に冷却してから、市販のボルデノン (アンドロスタ-1,4-ジエン-17β-オール-3-オン) を加えます。次に、反応混合物を 15 時間還流して、6-メチレン誘導体、6-メチレンアンドロスタ-1,4-ジエン-17β-オール-3-オンを得ます。続いて、アセトン中、-10 °C でこの誘導体をジョーンズ酸化すると、再結晶後に 79% の収率でエキセメスタンが得られます。再結晶化プロセスには、エタノールと水の 65:35 の混合物を使用します。^[17]