Modulador selectivo del receptor de estrógeno

Los SERM actúan sobre el receptor de estrógeno (ER), que es un activador transcripcional intracelular dependiente de ligando y pertenece a la familia de receptores nucleares . ^{[ 13 ]} Se han identificado dos subtipos diferentes de ER, ERα y ERβ . ERα se considera el principal medio donde se transducen las señales de estrógeno a nivel transcripcional y es el ER predominante en el tracto reproductivo femenino y las glándulas mamarias, mientras que ERβ se encuentra principalmente en las células endoteliales vasculares , el hueso y el tejido prostático masculino. ^{[ 14 ]} Se sabe que la concentración de ERα y ERβ es diferente en los tejidos durante el desarrollo, el envejecimiento o el estado de enfermedad. ^{[ 15 ]} Muchas características son similares entre estos dos tipos, como el tamaño (~600 y 530 aminoácidos ) y la estructura. ERα y ERβ comparten aproximadamente el 97% de la identidad de la secuencia de aminoácidos en el dominio de unión al ADN y alrededor del 56% en el dominio de unión al ligando . ^{[ 13 ] [ 15 ]} La principal diferencia de los dominios de unión al ligando está determinada por Leu -384 y Met -421 en ERα, que son reemplazados por Met-336 e Ile -373, respectivamente, en ERβ. ^{[ 16 ]} La variación es mayor en el extremo N-terminal entre ERα y ERβ. ^{[ 17 ]}

El dominio de unión al ADN consta de dos subdominios. Uno con una caja proximal que participa en el reconocimiento del ADN, mientras que el otro contiene una caja distal responsable de la dimerización del dominio de unión al ADN dependiente del ADN . La secuencia de la caja proximal es idéntica entre ERα y ERβ, lo que indica una especificidad y afinidad similares entre los dos subgrupos. Las proteínas globulares del dominio de unión al ADN contienen ocho cisteínas y permiten una coordinación tetraédrica de dos iones de zinc . Esta coordinación posibilita la unión de ER a los elementos de respuesta a estrógenos. ^{[ 14 ]} El dominio de unión al ligando es una estructura globular de tres capas formada por 11 hélices y contiene un bolsillo para el ligando natural o sintético. ^{[ 14 ] [ 13 ]} Los factores que influyen en la afinidad de unión son principalmente la presencia de una fracción fenol , el tamaño y la forma molecular, los dobles enlaces y la hidrofobicidad . ^{[ 18 ]}

El posicionamiento diferencial de la hélice 12 de la función activadora 2 (AF-2) en el dominio de unión al ligando determina si este tiene un efecto agonista o antagonista. En los receptores unidos a agonistas, la hélice 12 se sitúa adyacente a las hélices 3 y 5. Las hélices 3, 5 y 12 forman conjuntamente una superficie de unión para un motivo de caja NR presente en los coactivadores con la secuencia canónica LXXLL (donde L representa leucina o isoleucina y X cualquier aminoácido). Los receptores sin ligando (apo) o unidos a ligandos antagonistas desvían la hélice 12 de la superficie de unión LXXLL, lo que da lugar a la unión preferencial de un motivo más largo rico en leucina, LXXXIXXX(I/L), presente en los correpresores NCoR1 o SMRT. Además, algunos cofactores se unen al ER a través de los terminales, el sitio de unión al ADN u otros sitios de unión. Por lo tanto, un compuesto puede ser un agonista de ER en un tejido rico en coactivadores pero un antagonista de ER en tejidos ricos en correpresores. ^{[ 13 ]}

La primera clase estructural principal de moléculas tipo SERM reportada son los trifeniletilenos . El núcleo de estilbeno (similar al estrógeno no esteroideo, dietilestilbestrol) imita esencialmente a los estrógenos esteroideos como el 17β-estradiol, mientras que la cadena lateral se superpone con la posición 11 del núcleo esteroideo. ^{[ 9 ]} Los derivados de trifeniletileno tienen un grupo fenilo adicional unido al grupo puente de etileno . La capacidad de los fenoles para formar enlaces de hidrógeno en la posición 3 es un requisito significativo para la unión al ER. ^{[ 24 ]}

El primer fármaco, clomifeno, ^{[ 25 ]} tiene un sustituyente cloro en la cadena lateral de etileno que produce afinidades de unión similares a las del fármaco tamoxifeno, descubierto posteriormente. El clomifeno es una mezcla de isómeros estrogénicos ( forma cis ) y antiestrogénicos ( forma trans ). ^{[ 24 ]} Cis y trans se definen en términos de las relaciones geométricas de los dos anillos fenilo no sustituidos. ^{[ 25 ]} Los dos isómeros del clomifeno tienen perfiles diferentes, donde la forma trans tiene una actividad más similar al tamoxifeno, mientras que la forma cis se comporta más como el 17β-estradiol. ^{[ 9 ]} Cis es aproximadamente diez veces más potente que trans. Sin embargo, el isómero trans es el estimulador más potente de la hipertrofia de las células epiteliales, ya que el clomifeno es antagonista a dosis bajas y agonista a dosis altas. ^{[ 25 ]} Los isómeros antagonistas pueden causar efectos estrogénicos inhibitorios en el útero y los cánceres de mama, pero el isómero estrogénico podría combinarse con nuevos receptores para producir efectos similares a los del estrógeno en el hueso. ^{[ 26 ]}

El tamoxifeno se ha convertido en el tratamiento de elección para mujeres diagnosticadas con cáncer de mama hormonodependiente en todas las etapas, es decir, cáncer de mama que es positivo para ER y/o progesterona. En EE. UU., también se administra para quimioprevención profiláctica en mujeres identificadas como de alto riesgo de cáncer de mama. ^{[ 27 ]} El tamoxifeno es un trans-isómero antiestrogénico puro y tiene acciones diferenciales en los tejidos diana del estrógeno en todo el cuerpo. El tamoxifeno es selectivamente antiestrogénico en la mama pero similar al estrógeno en los huesos y el cáncer de endometrio. ^{[ 26 ]} El tamoxifeno sufre metabolismo de fase I en el hígado por las enzimas del citocromo P450 (CYP) microsomales . Los principales metabolitos del tamoxifeno son N -desmetiltamoxifeno y 4-hidroxitamoxifeno .

La estructura cristalográfica del 4-hidroxitamoxifeno ^{[ 28 ]} interactúa con los aminoácidos del ER dentro del dominio de unión al ligando. ^{[ 29 ]} El contacto entre el grupo fenólico, la molécula de agua y el glutamato y la arginina en el receptor (ERα; Glu 353/Arg 394) se resuelve en una unión de alta afinidad, de modo que el 4-hidroxitamoxifeno, con un anillo fenólico que se asemeja al anillo A del 17β-estradiol, tiene una afinidad de unión relativa más de 100 veces mayor que el tamoxifeno, que no tiene fenol. Si se elimina su grupo OH o se cambia su posición, la afinidad de unión se reduce. ^{[ 9 ] [ 24 ]}

La porción de trifeniletileno y la cadena lateral son necesarias para la unión del tamoxifeno al ER, mientras que para el 4-hidroxitamoxifeno, la cadena lateral y el fenilpropeno no parecen ser elementos estructurales cruciales para la unión al ER. La basicidad y la longitud de la cadena lateral no parecen desempeñar un papel crucial en la afinidad de unión del tamoxifeno al ER, ni el anillo β del tamoxifeno, pero la porción de estilbeno del tamoxifeno es necesaria para la unión al ER. El grupo hidroxilo es de particular importancia para la unión del 4-hidroxitamoxifeno al ER, y la cadena lateral etilo del tamoxifeno sobresale del dominio de unión al ligando del ER. ^{[ 29 ]}

Pocos usuarios de tamoxifeno han experimentado un aumento en las tasas de cáncer uterino, sofocos y tromboembolias. El fármaco también puede causar hepatocarcinomas en ratas. Esto probablemente se deba al grupo etilo del núcleo de estilbeno del tamoxifeno, que está sujeto a activación oxidativa alílica , lo que provoca alquilación del ADN y escisión de la cadena. Este problema se corrige posteriormente con toremifeno. ^{[ 9 ]} El tamoxifeno es más promiscuo que el raloxifeno en los sitios diana debido a la relación entre el aminoácido Asp-351 del ER y la cadena lateral antiestrogénica del SERM. La cadena lateral del tamoxifeno no puede neutralizar Asp-351, por lo que el sitio influye alostéricamente en AF-1 en el extremo proximal del ER. Este problema se soluciona con el fármaco de segunda generación raloxifeno. ^{[ 26 ]}

El toremifeno es un derivado clorado del antiestrógeno no esteroideo trifeniletileno tamoxifeno ^{[ 9 ]} con un sustituyente cloro en la cadena lateral de etileno que produce afinidades de unión similares a las del tamoxifeno. ^{[ 24 ]} La relación estructura-actividad del toremifeno es similar a la del tamoxifeno, pero presenta una mejora sustancial con respecto al fármaco más antiguo en lo que respecta a la alquilación del ADN. La presencia del átomo de cloro añadido reduce la estabilidad de los cationes formados a partir de metabolitos alílicos activados y, por lo tanto, disminuye el potencial de alquilación, y de hecho el toremifeno no muestra formación de aductos de ADN en hepatocitos de roedores . El toremifeno protege contra la pérdida ósea en modelos de ratas ovariectomizadas y afecta los marcadores de resorción ósea clínicamente de manera similar al tamoxifeno. ^{[ 9 ]} El toremifeno sufre metabolismo de fase I por enzimas microsomales del citocromo P450, como el tamoxifeno, pero principalmente por la isoforma CYP3A4. El toremifeno forma sus dos principales metabolitos, N-desmetiltoremifeno y deaminohidroxitoremifeno (ospemifeno), mediante N-desmetilación y desaminación-hidroxilación. El N-desmetiltoremifeno tiene una eficacia similar a la del toremifeno, mientras que el 4-hidroxitoremifeno tiene una mayor afinidad de unión al ER que el toremifeno. ^{[ 28 ]} El 4-hidroxitoremifeno tiene una función similar a la del 4-hidroxitamoxifeno. ^{[ 30 ]}

El raloxifeno pertenece a los fármacos SERM de benzotiofeno de segunda generación . Posee una alta afinidad por el ER con una potente actividad antiestrogénica y efectos tisulares específicos distintos a los del estradiol. ^{[ 21 ]} El raloxifeno es un agonista del ER en el hueso y el sistema cardiovascular, pero en el tejido mamario y el endometrio actúa como antagonista del ER. Se metaboliza extensamente por conjugación con glucurónido en el intestino y, debido a ello, tiene una baja biodisponibilidad de solo el 2%, mientras que la del tamoxifeno y el toremifeno es de aproximadamente el 100%. ^{[ 28 ]}

La ventaja del raloxifeno sobre el tamoxifeno trifeniletileno radica en su menor efecto sobre el útero. El grupo bisagra flexible, así como la cadena lateral antiestrogénica fenil 4-piperidinoetoxi, son importantes para minimizar los efectos uterinos. Debido a su flexibilidad, la cadena lateral puede adoptar una disposición ortogonal con respecto al núcleo ^{[ 9 ],} de modo que la amina de la cadena lateral del raloxifeno se encuentra 1 Å más cerca que la del tamoxifeno del aminoácido Asp-351 en el dominio de unión al ligando del ERα. ^{[ 26 ] [ 31 ]}

Se ha confirmado con derivados de raloxifeno el papel fundamental de la relación íntima entre la cadena lateral hidrofóbica del raloxifeno y el residuo hidrofóbico del receptor para modificar tanto la forma como la carga de la superficie externa de un complejo SERM-ER. Cuando la distancia de interacción entre el raloxifeno y Asp-351 aumenta de 2,7 Å a 3,5-5 Å, se produce un aumento de la acción estrogénica del complejo raloxifeno-ERα. Cuando el anillo de piperidina del raloxifeno se sustituye por ciclohexano , el ligando pierde sus propiedades antiestrogénicas y se convierte en un agonista completo. La interacción entre la cadena lateral antiestrogénica del SERM y el aminoácido Asp-351 es el primer paso importante en la inhibición de AF-2. Reubica la hélice 12 lejos del sitio de unión del ligando, impidiendo así que los coactivadores se unan al complejo SERM-ER. ^{[ 26 ] [ 31 ]}

Los compuestos de tercera generación no muestran estimulación uterina, presentan mayor potencia, no experimentan aumentos significativos en los sofocos o una combinación de estos atributos. ^{[ 9 ]}

El primer SERM de dihidronaftaleno, la nafoxidina , fue un candidato clínico para el tratamiento del cáncer de mama, pero presentaba efectos secundarios, incluyendo fototoxicidad grave. La nafoxidina tiene sus tres grupos fenilo dispuestos en una configuración coplanar, al igual que el tamoxifeno. Sin embargo, mediante hidrogenación, el doble enlace de la nafoxidina se redujo y ambos grupos fenilo se orientaron en posición cis. La cadena lateral que contiene el grupo amino puede entonces adoptar una conformación axial y ubicar este grupo ortogonalmente al plano del núcleo, como en el ralofoxifeno y otros SERM menos uterotrópicos.

Las modificaciones de la nafoxidina dieron como resultado lasofoxifeno. Lasofoxifeno se encuentra entre los SERM más potentes reportados en la protección contra la pérdida ósea y la reducción del colesterol. La excelente potencia oral de lasofoxifeno se ha atribuido a la glucuronidación intestinal reducida del fenol. ^{[ 9 ]} A diferencia del raloxifeno, lasofoxifeno satisface el requisito de un modelo farmacóforo que predice resistencia a la glucuronidación de la pared intestinal. El requisito estructural es una topología no planar con el volumen estérico cerca del plano de un sistema aromático bicíclico fusionado. ^{[ 32 ]} Las interacciones entre el ER y lasofoxifeno son consistentes con las características generales del reconocimiento SERM-ER. La gran cadena lateral flexible de lasofoxifeno termina en un grupo cabeza de pirrolidina y se abre camino hacia la superficie de la proteína, donde interfiere directamente con el posicionamiento de la hélice AF-2. Se forma un puente salino entre lasofoxifeno y Asp-351. La neutralización de la carga en esta región ER puede explicar algunos efectos antiestrogénicos ejercidos por el lasofoxifeno. ^{[ 14 ]}

El sistema indol ha servido como unidad central en los SERM, y cuando se une una amina al indol con un benciloxietilo, se ha demostrado que los compuestos resultantes no tienen actividad uterina preclínica, a la vez que preservan el hueso de la rata con plena eficacia a dosis bajas. El bazedoxifeno es uno de esos compuestos. El dominio de unión central consta de un 2-fenil-3-metilindol y un anillo de hexametilenamina en la región del efector de la cadena lateral. Se metaboliza por glucuronidación, con una biodisponibilidad absoluta del 6,2 %, 3 veces mayor que la del raloxifeno. Tiene efectos agonistas sobre el metabolismo óseo y lipídico, pero no sobre el endometrio mamario y uterino. ^{[ 33 ]} Es bien tolerado y no muestra un aumento en la incidencia de sofocos , hipertrofia uterina o sensibilidad mamaria. ^{[ 9 ]}

El ospemifeno es un trifeniletileno y un metabolito conocido del toremifeno. Su estructura es muy similar a la del tamoxifeno y el toremifeno. El ospemifeno no posee el grupo 2-(dimetilamino)etoxi como el tamoxifeno. Estudios de relación estructura-actividad demostraron que la eliminación de dicho grupo redujo significativamente la actividad agonista del tamoxifeno en el útero, pero no en el hueso ni en el sistema cardiovascular. Datos preclínicos y clínicos indican que el ospemifeno es bien tolerado y no presenta efectos secundarios importantes. Entre las ventajas del ospemifeno sobre otros SERM se encuentran su efecto neutro sobre los sofocos y su efecto agonista sobre los receptores de estrógeno en la vagina, mejorando los síntomas de la sequedad vaginal. ^{[ 34 ]}

El tamoxifeno es convertido por el citocromo P450 hepático en 4-hidroxitamoxifeno ^{[ 14 ]} y es un antagonista más selectivo del subtipo ERα que del ERβ. ^{[ 35 ]} El 4-hidroxitamoxifeno se une a los ER dentro del mismo bolsillo de unión que reconoce el 17β-estradiol. El reconocimiento del receptor por el 4-hidroxitamoxifeno parece estar controlado por dos características estructurales del 4-hidroxitamoxifeno, el anillo fenólico A y la cadena lateral voluminosa. El anillo fenólico A forma enlaces de hidrógeno con los grupos laterales de Arg-394, Glu-354 de los ER y con agua estructuralmente conservada. La cadena lateral voluminosa, que sobresale de la cavidad de unión, desplaza la hélice 12 del bolsillo de unión del ligando para cubrir parte del bolsillo de unión del coactivador. La formación del complejo ER-4-hidroxitamoxifeno recluta proteínas correpresoras. Esto conduce a una disminución de la síntesis de ADN y a la inhibición de la actividad estrogénica. ^{[ 14 ]} El clomifeno y el torimefeno producen afinidades de unión similares a las del tamoxifeno. ^{[ 24 ]} Por lo tanto, estos dos fármacos son antagonistas más selectivos del subtipo ERα que del ERβ. ^{[ 35 ]}

El raloxifeno, al igual que el 4-hidroxitamoxifeno, se une al ERα mediante el grupo hidroxilo de su anillo fenólico "A" a través de enlaces de hidrógeno con Arg-394 y Glu-353. Además de estos enlaces, el raloxifeno forma un segundo enlace de hidrógeno con el ER a través del grupo lateral de His-524 debido a la presencia de un segundo grupo hidroxilo en el anillo "D". Este enlace de hidrógeno también difiere del que existe entre el 17β-estradiol y His-524, ya que el anillo de imidazol de His-524 está rotado para contrarrestar la diferencia en la posición del oxígeno entre el raloxifeno y el 17β-estradiol. Al igual que en el 4-hidroxitamoxifeno, la voluminosa cadena lateral del raloxifeno desplaza la hélice 12. ^{[ 14 ]}

La interacción de lasofoxifeno con ERα es típica de las interacciones SERM-ERα, como una topología casi plana (el carbociclo de tetrahidronaftaleno), enlaces de hidrógeno con Arg-394 y Glu-353, y las cadenas laterales de fenilo de lasofoxifeno llenando el volumen de los anillos C y D del bolsillo de unión al ligando. Lasofoxifeno desvía la hélice 12 e impide la unión de proteínas coactivadoras con motivos LXXLL. Esto se logra mediante la ocupación del espacio por parte de lasofoxifeno, que normalmente ocupa el grupo lateral de Leu-540, y la modulación de la conformación de los residuos de la hélice 11 (His-524, Leu-525). Además, lasofoxifeno también interfiere directamente con el posicionamiento de la hélice 12 mediante el grupo etilpirrolidina del fármaco . ^{[ 14 ]} Los estudios in vitro indican que el bazedoxifeno bloquea competitivamente el 17β-estradiol mediante una unión alta y similar tanto al ERα como al ERβ. ^{[ 36 ]} El dominio de unión principal del bazedoxifeno consiste en el 2-fenil-3-metilindol y un anillo de hexametilenamina en la región afectada de la cadena lateral. ^{[ 33 ]}

El ospemifeno es un metabolito oxidativo desaminado del toremifeno que presenta una unión al ER similar a la del toremifeno y el tamoxifeno. La unión competitiva a ERα y ERβ de los tres metabolitos 4-hidroxi ospemifeno, 4'-hidroxi ospemifeno y el ácido carboxílico de cadena lateral 4-hidroxi- ospemifeno es al menos tan alta como la del compuesto original. ^{[ 37 ]}