Design, synthesis and structure-activity relationships studies on steroidal aromatase and 5α-reductase inhibitors as anti-tumors

Abstract

O cancro é dos problemas de saúde pública com maior incidência a nível mundial. Dos diferentes tipos de cancro, o cancro de mama e da próstata são dos mais frequentemente diagnosticadas na Mulher e no Homem, sendo que um número significativo deles são hormono-dependentes.

O cancro de mama é das doenças mais comuns nas mulheres e constitui a principal causa de morte por cancro na população feminina, em todo o mundo. Desde há muito que se sabe que a maioria deste tipo de cancro depende de estrogénios, para o seu desenvolvimento e crescimento. Entre as diversas opções terapêuticas disponíveis, a terapia endócrina de controlo da produção de estrogénios tem sido o princípio orientador seguido durante mais de um século. Na biossíntese de estrogénios existe a enzima aromatase e a sua inibição constitui uma forma muito eficiente de tratar esta doença. Atualmente, tem-se observado uma evolução significativa no desenvolvimento dos inibidores da aromatase. A recente elucidação da estrutura cristalina 3D da enzima constitui um importante ponto de viragem, já que esclareceu as bases estruturais para a especificidade da interação da enzima com o seu substrato. Este esclarecimento mostrou que se estabelecem ligações de hidrogénio entre os átomos de oxigénio dos grupos carbonilo em C-3 e C-17 e resíduos específicos de aminoácidos, no local ativo da enzima. Para além disso, também foi observado que cadeias lineares posicionadas em C-6 de alguns inibidores esteróides se projetam para o interior de um canal de acesso à enzima, imobilizando os resíduos catalíticos. Esta nova informação revelou-se muito útil na tentativa de se compreender o mecanismo de inibição da aromatase e também no desenvolvimento de moléculas promissoras capazes de ultrapassarem algumas das principais desvantagens dos inibidores da aromatase em uso, como sejam, os efeitos secundários relacionados com a perda de massa óssea, dores articulares e problemas cardíacos, bem como a resistência adquirida, que estes tendem a desenvolver após alguns anos de utilização. Neste trabalho estivemos interessados no design, na síntese e na avaliação biológica da atividade inibidora da aromatase de compostos esteróides obtidos por modificações estruturais nos anéis A, B e D da androstenodiona, o substrato natural da enzima. As características determinantes para que estes compostos sejam potentes inibidores foram elucidadas com base nos resultados obtidos. Sabe-se que a aromatase estabelece duas ligações de hidrogénio principais com os átomos de oxigénio das funções carbonilo em C-3 e C-17 da androstenodiona. Estudos anteriores revelaram que, apesar disso, a presença do grupo carbonilo em C-3 não é absolutamente essencial para que a molécula se ligue à enzima. Por outro lado, o grupo em C-17 parece ter um papel predominante na atividade inibitória da aromatase. Desta forma, decidimos transformar o grupo carbonilo de C-3 num grupo hidroxilo. Das moléculas estudadas, observámos que os derivados C-3 hidroxilados são inibidores bastante potentes, especialmente se o grupo hidroxilo assumir a estereoquímica 3β. A alteração de ambos os grupos carbonilo em C-3 e C-17 levou, por seu turno, a uma diminuição muito significativa da atividade. Estes resultados permitiram estabelecer que, de facto, não é essencial a existência de um grupo carbonilo em C-3 num esteróide para que este seja um potente inibidor, desde que exista um outro destes grupos em C-17. De acordo com resultados apresentados na literatura, revelou-se necessário a existência de alguma planaridade no anel A e na junção dos anéis A,B, para que os compostos esteróides inibam a enzima. Assim, sintetizámos novos inibidores da aromatase e comparámos a influência que as funções, dupla ligação e epóxido, tinham quando ocupavam diferentes posições do anel A. Perante os resultados obtidos, verificou-se que, quando a dupla ligação estava na posição 4,5, o composto apresentava maior atividade, reforçando a importância da planaridade na posição mais próxima da junção dos anéis A,B. Todavia, para a série dos epóxidos, o derivado 3,4 mostrou ser o inibidor mais ativo, o que levantou a hipótese do oxigénio do anel oxirano conseguir estabelecer ligações de hidrogénio com algum aminoácido do local ativo da enzima. De acordo com dados anteriores, sabe-se que a enzima poderá ter uma bolsa hidrofóbica, com um volume limitado, mas que poderá acomodar substituintes pouco volumosos localizados nas posições C-6 e C-7 dos esteróides. Recentemente, também se observou que a enzima tem um canal de acesso que permite a entrada dos esteróides e que poderá acomodar cadeias laterais na posição C-6 destes compostos. Para além disso, outros trabalhos revelaram que a atividade inibitória é semelhante quando o mesmo tipo de substituinte está na posição C-6 ou na C-7. Desta forma, sintetizámos novos derivados 6α-metilo e 7α-alilo da androstenodiona que revelaram ser potentes inibidores da aromatase. Estudos anteriores mostraram a importância do grupo carbonilo em C-17 no anel D esteróide como característica estrutural requerida para atingir atividade inibitória máxima. Deste modo, e de forma a estabelecer novas relações estrutura-atividade, substituímos o grupo carbonilo em C-17 pelo grupo hidroxilo, acetilo e também pelo isóstero tionilo. Em quase todos os compostos preparados, os que contêm o grupo carbonilo revelaram ser inibidores mais potentes. Estivemos também interessados em preparar e estudar alguns derivados dos dois fármacos usados/em uso na clínica para o tratamento do cancro de mama, o formestano e o exemestano. Os derivados C-4 acetoxilo e acetisaliciloxilo do formestano foram sintetizados e avaliados. Ficou evidente que substituintes nesta posição diminuem a atividade inibitória. Relativamente aos epoxi-derivados do exemestano, que são potenciais metabolitos, estes mostraram ser potentes inibidores. A actividade dos inibidores da aromatase mais potentes avaliados nos microssomas da placenta foi também testada em células MCF-7aro sendo que alguns deles revelaram inibir a viabilidade e proliferação celulares de uma forma ainda mais eficiente que o exemestano. Alguns destes compostos foram ainda estudados nas linhas celulares SK-BR-3 e LTEDaro.

Relativamente ao cancro de próstata, este depende de androgénios para o seu desenvolvimento e progressão. Outra doença que também partilha destas características é a hiperplasia benigna da próstata. Em ambas as situações é sempre observada uma atividade anormalmente elevada da enzima 5α-reductase, enzima responsável pela conversão da testosterona na di-hidrotestosterona, o principal androgénio implicado na diferenciação e crescimento da próstata. Assim, a inibição da 5α-reductase surge como uma forma lógica de promover o tratamento destas situações. Apesar das moléculas que existem atualmente em uso clínico serem potentes, elas apresentam algumas desvantagens, como a perda de massa óssea e de massa muscular e impotência. Além disso, quando eles são usados de uma forma profilática podem causar cancro de próstata de elevado grau. Nesta tese fizemos o design e sintetizámos esteróides com a função 3-ceto-Δ4 do anel A do esteróide combinada com funções carboxamida, carboxiéster e ácido carboxílico na posição C-17β do anel D. Na base deste design estão os compostos finasteride e dutasteride, dois inibidores potentes e irreversíveis da 5α-reductase usados na terapêutica. Assim, procurou-se reunir na mesma molécula, o anel A que existe na testosterona, o substrato natural da enzima, com os substituintes presentes em C-17β dos referidos fármacos. Os resultados obtidos sugerem que as amidas lipofílicas favorecem a inibição da enzima, sendo que o composto com o grupo N-terc-butilcarboxamida em C-17β constitui o melhor inibidor.

As cumarinas constituem outro grupo de compostos que podem assemelhar-se quimicamente aos esteróides, na inibição da aromatase. Assim, também sintetizámos novos derivados 3-tiofenil da cumarina, de forma a abrir um novo caminho para a síntese e a avaliação desta classe de compostos como inibidores da aromatase. Alguns resultados preliminares relacionados com a sua síntese são apresentados nesta tese.