Aromatase Dossier Les inhibiteurs de l’aromatase et leurs applications

Les inhibiteurs de l’aromatase et leurs applications
S. Moslemi*, G.É. Séralini*
Dossier
Aromatase
points FORTS
▲ Dans les deux sexes, le rapport androgènes/estrogènes semble plus déterminant sur plusieurs fonctions endocriniennes que l’action d’une hormone
seule.
▲ La conversion irréversible des androgènes en estrogènes est contrôlée par un complexe enzymatique
appelé aromatase, composé d’une réductase ubiquiste et d’un cytochrome P450 (CYP19). En physiologie, l’activité aromatase est souvent un facteur
plus limitant sur la concentration des estrogènes
que le taux des androgènes eux-mêmes.
▲ Des modèles animaux ou des anomalies génétiques
chez l’homme montrent que la sous-expression ou
la surexpression du gène de l’aromatase conduisent
à des pathologies variées, touchant en particulier le
développement osseux, la reproduction et certains
cancers hormono-dépendants. En outre, des xénobiotiques polluants interférant avec l’aromatase
pourraient perturber la balance androgéno-estrogénique chez l’individu normal.
▲ Le blocage de l’action physiologique des estrogènes, nécessaire dans certains cadres pathologiques, est plus complet en agissant au niveau de
leur synthèse, plutôt qu’au seul niveau de leurs
récepteurs. Ainsi, de nombreux inhibiteurs de l’aromatase ont été développés selon plusieurs techniques, et utilisés en clinique, seuls ou en combinaison avec les antiestrogènes, pour le traitement de
cancers du sein, de gynécomasties et de certaines
pubertés précoces.
▲ Les inhibiteurs de l’aromatase sont considérés
comme des outils essentiels pour étudier les rôles
des estrogènes non seulement chez la femelle des
mammifères, mais aussi et plus récemment chez le
mâle : sur la fonction testiculaire, le comportement
sexuel, la maturation squelettique et la minérali-
D
ifférents concepts en endocrinologie et même en intracrinologie (1) ont été revus
de nos jours, particulièrement à la
lumière de nouveaux résultats concer-
* Laboratoire de biochimie et biologie moléculaire, EA2608, IBFA, université de Caen.
sation osseuse ou le métabolisme lipidique et la
circulation.
▲ Il existe plusieurs approches permettant de développer de nouveaux inhibiteurs puissants et spécifiques ; parmi les plus performantes, on note le criblage des composés chimiques, la cristallographie
et la modélisation moléculaire du site actif du CYP19,
assistées d’études biochimiques comparées et de
mutagenèse dirigée.
▲ Notre laboratoire a développé des études comparatives d’inhibition sur deux aromatases de
mammifères : l’aromatase placentaire humaine et
l’aromatase testiculaire équine, bien caractérisées
biochimiquement, mais aussi purifiées et clonées.
Le cheval, par sa synthèse testiculaire exceptionnellement élevée d’estrogènes, constitue un modèle
particulièrement intéressant pour l’étude de l’aromatase.
▲ De nombreux inhibiteurs de l’aromatase n’ont pas
apporté les résultats espérés au niveau de leur
spécificité, de leur tolérabilité ou de leur efficacité
clinique ; ont aussi été abandonnés des composés
comme l’aminoglutéthimide, le fadrozole, le vorozole
ou plus récemment la 4-hydroxyandrostènedione.
▲ L’anastrozole (Arimidex®), le létrozole (Fémara®) et
l’exémestane (Aromasine®) sont parmi les mieux
tolérés et les plus efficaces actuellement contre des
cancers du sein, mais une amélioration est encore
recherchée avec des inhibiteurs de dernière génération.
▲ La synthèse d’oligonucléotides antisens stables, ou
des petites séquences interférant avec les ARNm
(ARNsi) de l’aromatase, constituent des méthodes
d’avenir intéressantes à développer afin d’inhiber
localement l’expression de son gène.
nant le rôle des estrogènes dans la
physiologie masculine et la reproduction. Il s’avère que les estrogènes
sont nécessaires à faible taux pour la
physiologie en général et possèdent
des effets stimulants, en particulier
sur la fonction gonadique et osseuse,
notamment chez les mammifères
mâles. En revanche, les effets inhibiteurs gonadotropes des estrogènes
à plus forte dose restent vrais chez
les mâles, mais souvent à des taux
élevés pouvant correspondre à des
niveaux de base chez la femelle.
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Ainsi, les estrogènes ne sont plus
considérés seulement en tant qu’hormones féminines (2), car il est bien
établi maintenant qu’ils sont essentiels pour la balance endocrine des
mâles, avec toutefois un effet de seuil
qui semble, au moins pour certaines
fonctions, considérablement différent dans les deux sexes (figure).
Cela dépend en partie, pour certains
organes, de la répartition tissulaire
et de l’expression cellulaire des
enzymes de la stéroïdogenèse et des
récepteurs des hormones sexuelles.
De plus, comme la dihydrotestostérone est un effecteur final de la
testostérone, laquelle peut donc être
considérée dans bien des cas comme
Niveau
de base
–
{E}
Femelle
+
Mâle
+
une prohormone, les estrogènes peuvent être dans certains cas des effecteurs alternatifs de l’action masculinisante des androgènes, par exemple
au niveau central chez les mâles ou
lors des processus de la spermatogenèse. Ainsi, le comportement
agressif et le rétrocontrôle exercé
par les androgènes ont été associés
à la métabolisation in situ des androgènes en estrogènes chez le mâle (3).
De même, le rapport androgènes/
estrogènes est crucial pour induire,
par exemple, l’ovulation ou l’apoptose
des ovocytes ou peut-être au cours
de la spermatogenèse. Aujourd’hui,
on pourrait considérer que, tenant
compte de l’ensemble de la physio-
Inhibiteurs de l’aromatase
–
–
–
+/-
{
Effets
gonadiques
}
Les balances des niveaux estrogéniques mâles et femelles sont présentées. Dans
la plupart des espèces de mammifères, les mâles ont des taux d’estrogènes [E]
plus bas que les femelles. Les effets stimulants des estrogènes sur la physiologie
gonadique (principalement la spermatogenèse ou l’ovulation) se font sentir à des
taux moindres chez le mâle que chez la femelle, tout comme les effets inhibiteurs.
L’inhibition de la fonction gonadique est généralement atteinte chez le mâle à des
taux encore stimulants chez la femelle. Les inhibiteurs de l’aromatase peuvent
moduler cette balance endocrine. Au-dessus des pointillés, représentation de la
vision classique, au dessous, nouvelles découvertes.
Figure. Fonction gonadique (stimulation : + ou inhibition : -) et niveaux sériques d’estrogènes.
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Métabolismes Hormones Diabètes et Nutrition (VII), n° 4, juillet/août 2003
logie d’une cellule sensible aux stéroïdes, et encore plus au niveau des
grandes fonctions, le rapport androgènes/estrogènes apparaît plus
important que l’action d’une seule
hormone, et ce dans les deux sexes.
Chez les vertébrés, le rapport androgènes/estrogènes est sous le contrôle
d’une enzyme membranaire du
réticulum endoplasmique intracellulaire appelée aromatase. Cette
enzyme comporte en fait deux entités. Tout d’abord une réductase ubiquiste peu spécifique qui est une
flavoprotéine à FAD et FMN, fonctionnant en tant que donneur d’électrons nécessaires à la réaction enzymatique. Celle-ci est ensuite couplée
à une protéine spécifique responsable,
grâce à un groupement hémique, de
la liaison et de la conversion irréversible du stéroïde androgène. Cette
protéine appartient à la superfamille
des cytochromes P450, répartis en
plus de 750 séquences et regroupés en
107 familles, et l’aromatase est le seul
membre de la famille 19 (CYP19).
C’est la seule enzyme capable de
convertir essentiellement l’androstènedione et la testostérone respectivement en estrone et estradiol, en
utilisant trois moles d’oxygène et
trois moles de NADPH. Cela se
réalise en trois étapes impliquant
d’abord des hydroxylations, et permettant finalement la formation du
cycle A aromatique ; d’où la dénomination d’aromatase pour l’enzyme
et d’aromatisation pour la réaction.
Cette enzyme est exprimée au niveau
des gonades, du placenta et du système nerveux central, mais aussi aux
niveaux osseux, adipeux et cutané.
Le gène de l’aromatase est particulier
car il est extrêmement long (plus de
123 kb) et comporte chez l’homme au
moins neuf promoteurs bien caractérisés, liant de nombreux facteurs
de régulation utilisés dans différents
tissus, dont l’implication conduit
à un épissage alternatif complexe
de l’exon 1. La partie codante est
répartie sur seulement 30 kb et
apparaît identique dans différents
tissus. Le contrôle de l’expression
de l’aromatase est très variable selon
les organes, les cellules et les états
physiologiques. Il inclut la formation
des divers ARNm en fonction du
promoteur impliqué pour une unique
protéine responsable de l’activité
enzymatique. Le gène de l’aromatase offre donc aux biologistes moléculaires un excellent modèle pour
étudier la régulation complexe de
l’expression génique.
De nombreuses méthodes ont été
développées pour inhiber l’aromatase (4). Leur champ s’étend du criblage de composés chimiques mimant
le substrat, au sondage du site actif
par la modélisation d’inhibiteurs spécifiques, grâce à la biochimie comparée dans plusieurs espèces ou à
la mutagenèse dirigée. S’y incluent
l’immuno-inhibition, le développement des modèles animaux de déficience génétique, le contrôle des
facteurs de régulations spécifiques
aux tissus ou encore l’inhibition de
l’expression des ARNm. On a identifié, par ailleurs, certains composés
nutritionnels ou des polluants (résidus industriels, pesticides) susceptibles de moduler l’activité de l’aromatase et donc de perturber la balance
hormonale (4).
En clinique, on a cherché à inhiber
l’activité aromatase grâce à au moins
trois générations de composés chimiques, stéroïdiens ou non. Ils ont
été utilisés non seulement en traitements des cancers du sein chez la
femme (5), mais aussi pour celui de
la gynécomastie (6) dans certains
cas de cancers de la prostate (7) et
lors de pubertés précoces (8). Enfin,
l’inhibition de la synthèse des estrogènes pourrait être testée comme un
moyen de contraception masculine.
L’aromatase est en effet présente
dans les cellules de Leydig de différentes espèces : rat (9), cheval (10)
et homme (11), mais également dans
les tubes séminifères. En raison de
sa présence dans les spermatides et
les spermatozoïdes, la synthèse des
estrogènes paraît être bien impliquée
dans la régulation de la spermatogenèse (11). Notre laboratoire a développé ces dernières années plusieurs
inhibiteurs nouveaux de l’aromatase,
sur la base de la structure du site actif
de l’enzyme (12, 13), étudiée par la
mutagenèse dirigée (14) et grâce à
des comparaisons biochimiques et
structurales avec une autre aromatase de mammifère (15). Nous avons
également développé des inhibiteurs
oligodesoxynucléotides antisens de
l’expression du gène en nous fondant
sur la structure tertiaire de l’ARNm
de l’enzyme (16).
Les différents types
d’inhibiteurs
Les inhibiteurs de l’aromatase peuvent être classés en différentes générations, selon l’ordre chronologique
de leur conception ou de leur utilisation clinique. Ils peuvent aussi être
mis en catégories selon leur nature
chimique ou leur mécanisme d’action.
les dérivés de l’indane ou de l’indolizinone (17), sont des dernières générations. L’efficacité de ces molécules
a été considérablement augmentée
sur des modèles in vitro, mais malheureusement l’efficacité en clinique
reste limitée (avec un taux de réponse
de 14 à 36 % qui pourrait également
être dû à la résistance aux estrogènes)
et on l’associe à des effets secondaires, notamment pour l’aminoglutéthimide, le vorozole et le fadrozole.
Cela montre bien qu’il s’agit d’un
domaine de recherche encore largement ouvert. En outre, le meilleur
inhibiteur in vivo n’a pas forcément
la meilleure constante d’inhibition
(Ki) in vitro, et vice versa. La demivie, le métabolisme ou la spécificité
des inhibiteurs sont des paramètres
cliniques cruciaux à prendre en considération dans l’évaluation générale
d’un inhibiteur de l’aromatase.
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Classement
selon la nature chimique
Classement des inhibiteurs
par ordre chronologique
Nous disposons aujourd’hui d’au
moins quatre principales générations d’inhibiteurs chimiques de
l’aromatase, dont trois ont été largement utilisés en clinique. L’aminoglutéthimide (Orimétène ®) fut le
premier inhibiteur de l’aromatase
développé et utilisé pour le traitement du cancer du sein métastatique
comme alternative à l’ablation chirurgicale des surrénales ; il est de
la première génération. La 4-OHA
(Formestane® ou Lentaron®), connue
en tant qu’inhibiteur de type suicide
et inactivateur, est un membre de la
deuxième génération, tout comme le
fadrozole (CGS 16949A ou Afema®).
Le vorozole (troisième génération)
a été médicalement développé mais
secondairement abandonné. L’anastrozole (Arimidex®) et le létrozole
(Fémara ®) ont été employés plus
récemment, et sont de la troisième
ou de la quatrième génération selon
la manière dont on compte. Les nouveaux inhibiteurs développés in vitro
ou sur des modèles animaux, comme
Les inhibiteurs sont stéroïdiens ou
non stéroïdiens. Les inhibiteurs
stéroïdiens sont les analogues des
substrats de l’aromatase, particulièrement de l’androstènedione, le
plus hydrophobe et qui possède la
meilleure affinité pour l’enzyme.
Depuis les travaux de Schwarzel et
al. (18) plusieurs inhibiteurs stéroïdiens ont été développés. La 4-OHA
est apparue la plus sélective et la
plus efficace contre le cancer de
sein (19-21). La particularité de la
4-OHA est liée à sa liaison irréversible au site actif de l’enzyme. Elle
agit en tant qu’inhibiteur de type
“suicide”, avec une action prolongée
sur l’enzyme. La restauration de
l’activité enzymatique nécessite en
effet une nouvelle synthèse de la
protéine et l’inhibition persiste un
certain temps après l’arrêt du traitement. Dans la pratique, une prescription intermittente pouvait donc être
envisagée (250-500 mg toutes les
deux semaines), ce qui constituait un
avantage pour le patient. Cependant,
l’emploi de cette molécule a présenté des inconvénients. Le premier
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a concerné son administration par
voie intramusculaire. Le deuxième a
été lié à ses propriétés androgéniques
aux posologies élevées qui ont diminué significativement le rapport
bénéfices/risques. En outre, cette
molécule est, comme d’autres stéroïdes, rapidement métabolisée par les
cytochromes P450, notamment hépatiques ou rénaux (22, 23), responsables de la détoxication. Par exemple,
l’androst-4-ene-3,6,17-trione, inhibiteur de type suicide de l’aromatase (24), est aromatisé par les microsomes placentaires humains (25), ce
qui augmente les risques endocriniens ou de cancérogenèse. En raison de ce type d’inconvénient, la
4-OHA – qui était le principal inhibiteur stéroïdien utilisé en clinique
contre le cancer du sein – a été retirée du marché par la compagnie qui
l’avait développée. Plus récemment,
l’exemestane (Aromasine®), un autre
inhibiteur stéroïdien de type suicide,
a été développé par les laboratoires
Pharmacia. Il a prouvé son intérêt
en clinique dans quelques pays. Cette
molécule semble être plus efficace
que la 4-OHA (26). Elle est la seule
molécule stéroïdienne disponible par
voie orale.
Des inhibiteurs non stéroïdiens ont
également été développés. Ils sont
dérivés pour la plupart de l’imidazole et du triazole et fondés sur la
structure des agents antifongiques
inhibant les enzymes des cytochromes
P450. L’aminoglutéthimide a été le
premier inhibiteur non stéroïdien de
l’aromatase utilisé en clinique comme
traitement de deuxième ligne chez
des patientes atteintes d’un cancer du
sein à un stade avancé. Son emploi
fut abandonné malgré son taux de
réponse de 30 à 50 %, à cause de son
absence de spécificité et de ses effets
secondaires. Notamment, il inhibe
la synthèse des corticostéroïdes par
un blocage du cytochrome P450scc,
responsable du clivage de la chaîne
latérale du cholestérol. Plus récemment, des inhibiteurs non stéroïdiens
appartenant aux deuxième et troisième générations ont été développés
par différents laboratoires pharma-
ceutiques tels que le fadrozole
(Afema®, CGS 16949A, Novartis),
l’anastrozole (Arimidex®, ZD1033,
AstraZeneca), le vorozole (Rivizor®,
R83842, Janssen) et le létrozole
(Fémara®, CGS 20.267, Novartis).
Ils se sont montrés, dans un premier
temps, plus efficaces (affinité élevée
pour l’enzyme, de l’ordre du nM) et
bien tolérés par rapport à l’acétate
de mégestrol ou à l’aminoglutéthimide (27). Hormis le vorozole et le
fadrozole, dont les utilisations ont
été abandonnées par manque de
spécificité (par exemple, le fadrozole possède un effet supresseur sur
l’aldostérone), l’anastrozole et le
létrozole se sont montrés les plus
efficaces et sélectifs sur l’aromatase
et sont bien tolérés par les patients
(28, 29). D’autres études ont montré
que ces substances sont plus actives
que les antiestrogènes tamoxifène et
faslodex (ICI 182.780, un antiestrogène stéroïdien) sur la régression de
la croissance des tumeurs mammaires
des souris. Avec ces inhibiteurs, on a
également observé la régression des
tumeurs et du poids de l’utérus, à la
différence du tamoxifène. Les études
montrent que le létrozole (30) a peu
d’effets sur la synthèse des autres
stéroïdes surrénaliens. Il est l’inhibiteur de l’aromatase le plus sélectif
disponible aujourd’hui. L’anastrozole
a récemment été évalué en phase III
pour le traitement du cancer du sein
métastatique chez les femmes ménopausées, quand la maladie a progressé
en dépit de la thérapie au tamoxifène.
L’anastrozole et le létrozole ont obtenu
leurs autorisations de mise sur le
marché en Amérique du Nord et en
Europe dans cette indication (27).
Cependant, leur efficacité reste
limitée, les réponses étant respectivement de 27 et 36 % (28, 31). Le
tableau résume les avantages et les
inconvénients des inhibiteurs stéroïdiens et non stéroïdiens.
Classement
selon le mécanisme d’action
Il existe deux principaux mécanismes pour inhiber une activité enzymatique : soit la molécule se fixe de
manière irréversible à l’enzyme par
liaison covalente et la bloque définitivement (4-OHA et exémestane),
soit la molécule inhibe de manière
réversible, compétitive ou non, l’action de l’enzyme (pour les non stéroïdiens en général). En outre, en
spectrophotométrie, le type d’interaction des molécules stéroïdiennes
avec le site actif de l’enzyme diffère
de celui observé avec les inhibiteurs
non stéroïdiens. Les inhibiteurs non
stéroïdiens forment, via un hétéroatome omniprésent comme l’atome
d’azote, une liaison dite de “coordination” avec le fer hémique de l’enzyme. Cela se traduit au spectrophotomètre par une absorbance
maximale à 420 nm et une autre minimale à 390 nm (spectre de type II).
En revanche, les inhibiteurs stéroïdiens ne présentant pas ce type
d’interaction, le spectre précédent
est inversé, avec une absorbance
maximale à 390 nm et une minimale
à 420 nm (spectre de type I). Ces
spectres d’absorbance sont spéci-
Tableau. Avantages et désavantages des deux classes majeures d’inhibiteurs chimiques
de l’aromatase.
Inhibiteurs
stéroïdiens
non stéroïdiens
Avantages
• plus sélectifs
• demie-vie plus longue
(profil d’inactivation)
• faible absorption orale
(sauf pour l’exémestane)
• effets hormonaux
(androgéniques à fortes doses)
• métabolisme possible
par les cytochromes P450
• absorption orale
• moins d’effets
hormonaux parasites
• moins sélectifs (inhibition
d’autres cytochromes P450)
• demie-vie plus courte
(nécessité d’administrations
fréquentes)
Désavantages
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fiques aux cytochromes P450 et ils
représentent donc des paramètres
importants à vérifier lors des phases
préliminaires d’évaluation des molécules. Cependant, nous avons pu
récemment montrer qu’un inhibteur
non stéroïdien, le MR20814, pouvait présenter à la fois les spectres
de type I et II respectivement avec
l’aromatase testiculaire équine et
l’aromatase placentaire humaine (12).
Les modélisations moléculaires de
ces deux aromatases, en présence de
MR20814, nous ont permis de mettre
en évidence des différences d’orientation de cet inhibiteur au sein du
site actif et, par conséquent, d’améliorer les possibilités de synthèse
d’inhibiteurs de nouvelle génération,
encore plus efficaces. Ces hypothèses
d’interaction avec des acides aminés
présents au sein du site actif de l’enzyme ont été vérifiées par mutagenèse dirigée. Sachant qu’il n’existe
pas, à l’heure actuelle, d’inhibiteurs
de type “suicide” ou d’inactivateurs
non stéroïdiens de l’aromatase, il
serait donc intéressant de les développer afin de limiter les interactions
non spécifiques avec le système
endocrinien lors des traitements. En
effet, on peut supposer que plus une
molécule sera finement adaptée au
site actif de l’enzyme avec laquelle
elle est sensée interagir, plus son
interaction risque d’être spécifique et
donc limitée avec les autres enzymes.
Même si ce raisonnement n’est pas
universellement applicable, il permet
d’augmenter les chances d’obtention
de molécules de plus en plus spécifiques.
Les applications des
inhibiteurs de l’aromatase
Sur le plan des études
biochimiques ou cellulaires
Les inhibiteurs de l’aromatase sont
des outils d’exploration biochimique
ou de fonction cellulaire permettant
d’élucider leurs mécanismes d’action
sur l’enzyme par comparaison des
effets sur des modèles différents
comme, par exemple, les aromatases
humaine et équine. Ils permettent
aussi de sonder la structure du site
actif et d’évaluer les fonctions des
acides aminés qui y sont impliqués
afin de comprendre la conformation
et le fonctionnement de ce type de
cytochrome P450 membranaire de
mammifère (à ce jour, seuls des cytochromes bactériens solubles ont été
cristallisés). Ces approches permettront possiblement d’en déduire en
retour la structure de nouveaux inhibiteurs plus efficaces (17, 32). Habituellement, leurs effets secondaires
sur d’autres cytochromes P450 hépatiques sont considérés comme potentiels, même après des épreuves cliniques (33). Les études de biochimie
comparée permettent de mieux appréhender ce risque et de mieux comprendre ces mécanismes impliqués
et le métabolisme des inhibiteurs.
Avec ces approches, notre équipe
contribue depuis plusieurs années
aux études in vitro et au développement des nouveaux inhibiteurs de
l’aromatase (12, 13, 17, 32).
In vivo chez l’animal
Les rôles physiologiques des estrogènes chez la femelle sont bien
démontrés alors que leurs effets chez
le mâle ont été en particulier mis en
évidence grâce à l’utilisation in vivo
des inhibiteurs de l’aromatase. Ils
ont été confirmés grâce au modèle
de déficience génétique des souris
ArKO qui correspond à une inhibition constitutive du gène de l’aromatase. En effet, le rôle des estrogènes, de la vie fœtale jusqu’à la
puberté, est plus facilement déduit
des études de mutation ou de délétion des gènes des récepteurs des
estrogènes ou de l’aromatase. Les
inhibitions chimiques de l’aromatase possèdent l’avantage de permettre de dévoiler le rôle de la suppression des estrogènes à la fois
pendant le développement postnatal
ou pendant la seule vie adulte. En
plus de l’action des estrogènes sur
le métabolisme lipidique, le méta-
bolisme de l’insuline ou la protection contre l’athérosclérose, les inhibiteurs de l’aromatase ont permis de
montrer que les estrogènes agissaient
essentiellement à trois autres différents niveaux. Le premier niveau, le
plus visible phénotypiquement, a été
mis en évidence dans une expérience
détaillée où le vorozole altère le gain
de poids corporel et le remodelage
squelettique et diminue globalement
la densité minérale osseuse chez
les rats mâles en pleine croissance
(34). Il est désormais évident que
lorsqu’un patient a une insuffisance
estrogénique importante, il souffre
d’anomalies de la maturation et de
la minéralisation squelettique (35).
Le deuxième niveau d’action des
estrogènes a été démontré par l’observation de l’effet du fadrozole sur
le cerveau et la fonction neuronale.
Ainsi, le développement de la morphologie dendritique masculine dans
le noyau spinal du bulbe caverneux,
dans le cordon médullaire lombaire
du rat, est sous la commande estrogénique (36). Ce centre est responsable des réflexes copulatoires masculins. Le comportement copulatoire
normal chez les rats mâles a été
inhibé par l’administration chronique
de l’anastrozole (3). Le troisième
niveau d’action des estrogènes est
gonadique. Les actions des inhibiteurs de l’aromatase ont mis en
exergue le rôle indispensable des
estrogènes dans l’appareil de la
reproduction masculine, notamment
au niveau de la régulation de production de testostérone (3).
Dossier
Aromatase
Sur le plan clinique
L’utilisation des inhibiteurs de l’aromatase constitue une stratégie de
thérapie endocrinienne bien établie
dans certaines pathologies hormonodépendantes. Des inhibiteurs de l’aromatase sont généralement employés
en traitement de deuxième ligne dans
les cancers du sein hormono-dépendants métastatiques, souvent chez
les femmes postménopausées, quand
les antiestrogènes deviennent inefficaces ou non tolérés. Le tamoxifène
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Aromatase
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(ICI 46.474) a été développé à partir
de 1967 comme un antiestrogène
non stéroïdien et est entré en 1971
en essai clinique dans le cancer du
sein à un stade avancé (37). Ce type
d’antiestrogène possède une activité
agoniste à long terme, c’est-à-dire un
effet estrogénique. Par conséquent,
il a augmenté le risque de cancer de
l’endomètre et l’incidence a été corrélée avec la durée du traitement
(38). Même si les antiestrogènes
sont généralement utiles pour bloquer les effets des estrogénes indépendamment de leur origine, endogènes ou exogènes (xénoestrogènes,
phytoestrogènes), ces drogues en
général, et le tamoxifène en particulier, ne paraissent pas constituer
les produits optimaux pour des thérapies endocriniennes. En revanche,
l’utilisation des inhibiteurs de l’aromatase en clinique n’apparait pas
limitée par les mêmes bornes. En plus
de leur rôle complémentaire avec
les antiestrogènes, il existe au moins
quatre bonnes raisons d’employer
les inhibiteurs de l’aromatase dans
différentes pathologies humaines.
Tout d’abord, la dépendance des
tumeurs aux estrogènes a été classiquement établie dans le passé par la
présence des récepteurs aux estrogènes de type alpha (ERα). Or, la
caractérisation récente d’un autre
type de récepteur aux estrogènes,
ERβ (39) a fait remettre en cause la
validité du diagnostic des cas pathologiques non estrogéno-dépendants
établis dans le passé. Les travaux les
plus récents ont en effet permis de
mettre en évidence la présence de
ERβ dans des tumeurs du sein (40).
Il est possible qu’à l’avenir on identifie un récepteur supplémentaire :
ERγ ? Puisque les antiestrogènes
ont été caractérisés tout au début
avec ERα, il serait donc prudent de
prescrire des inhibiteurs de l’aromatase afin d’empêcher une action
éventuelle des estrogènes au niveau
d’autres types de récepteurs. Deuxièmement, la suppression de l’action
des estrogènes n’empêche pas le
renouvellement du récepteur après
blocage. Le contrôle de la synthèse de
ces hormones en amont de l’étape
réceptrice est donc toujours une amélioration du traitement. Troisièmement, même en présence des tumeurs
différenciées en apparence démunies
de récepteurs aux estrogènes fonctionnels, le tissu normal environnant
peut synthétiser des estrogènes ou
des facteurs estrogéno-dépendants
favorisant la promotion de cellules
initiées précancéreuses. La manière
la plus efficace de réduire la cancérisation serait donc de limiter la disponibilité en estrogènes localement
formés, par des inhibiteurs de l’aromatase. Enfin, quatrièmement, le
mode d’action des estrogènes est plus
général que leur simple liaison à un
ou deux types de récepteurs. Leurs
effets membranaires sont aujourd’hui
documentés, comme leur hydroxylation possible (41), conduisant à la
formation d’adduits cancérigènes en
se liant par des liaisons fortes dites
“covalentes” à l’ADN, qui favorisent
ainsi les mutations (42). En tout état de
cause, l’inhibition de la synthèse des
estrogènes apportera donc toujours
un “plus” mécanistique non négligeable dans l’inhibition de tous ces
effets non médiés par les récepteurs.
Par ailleurs, les applications cliniques
des inhibiteurs de l’aromatase dépassent largement leur utilisation dans
le cancer du sein ou de l’endomètre
chez la femme. Même si ces cadres
pathologiques sont les plus cités, il
convient de ne pas négliger d’autres
affections malignes ou bénignes
hormono-dépendantes. Par exemple,
le cancer du sein masculin, même
très rare, existe également. De plus,
d’autres tumeurs peuvent être estrogéno-dépendantes. Les ARNm de
l’aromatase et l’enzyme sont présents dans l’hyperplasie bénigne et le
cancer de la prostate. Ainsi, l’exon 1b
est exprimé dans des cas d’hyperplasie bénigne prostatique et d’un
carcinome alors que l’exon 1d est
exprimé au niveau des transcrits de
tissu sain (43). Cette expression différentielle pourrait être la cause ou la
conséquence d’une surexpression de
l’aromatase, susceptible d’entraîner
une production in situ accrue d’estro-
Métabolismes Hormones Diabètes et Nutrition (VII), n° 4, juillet/août 2003
gènes, qui pourrait être impliquée
dans l’accélération de la croissance
ou de la multiplication cellulaires.
Une surproduction locale d’estrogènes pourrait alors être naturellement limitée par des inhibiteurs de
l’aromatase. Par exemple, l’utilisation de la 4-OHA a permis une amélioration des symptômes dans le
cancer de la prostate non hormonodépendant (44). En outre, puisqu’il
existe des sites de liaison de haute
affinité pour les estrogènes dans
l’hyperplasie prostatique bénigne et
le cancer de la prostate (7), les stratégies courantes des traitements des
maladies prostatiques humaines pourraient être, dans certains cas, reconsidérées avec les inhibiteurs de l’aromatase.
En outre, des tumeurs de cellules de
Leydig sont caractérisées par une surexpression de l’aromatase, au moins
chez les rongeurs (45). Les tumeurs
testiculaires représentent environ
20 % des cancers chez les hommes
entre 20 et 39 ans. Les estrogènes
peuvent avoir des effets mitogènes sur
les cellules de Sertoli et de Leydig
humaines, et les cellules sexuelles,
et l’aromatase est exprimée même
dans le testicule normal (46). On a
aussi identifié des récepteurs aux
estrogènes dans certaines cellules
cancéreuses hépatiques (47).
Enfin, des inhibiteurs de l’aromatase, comme la testolactone, seule ou
associée à des antiandrogènes, ont
été utilisés dans des cas de pubertés
précoces chez les garçons et les filles
(8), mais les effets secondaires limitent leur prescription. Des cas de
traitements efficaces avec les inhibiteurs contre la gynécomastie ont
aussi été publiés (6).
Conclusion
L’aromatase est l’unique enzyme
permettant la conversion irréversible
des androgènes en estrogènes. Nous
avons souligné dans cet article de
synthèse l’existence de stratégies
et de composés variés pour inhiber
l’aromatase. Ils servent non seulement à sonder la structure et le
fonctionnement catalytique du site
actif de cette enzyme cruciale, de la
classe des cytochromes P450, mais
aussi pour étudier, au laboratoire, le
rôle des estrogènes, par exemple sur
la physiologie testiculaire. L’activité
de l’aromatase, responsable de la
balance androgéno-estrogénique,
peut même être perturbée par des
xénobiotiques polluants. Sur le plan
clinique, les inhibiteurs de l’aromatase (pour les plus récents) ont prouvé
leur efficacité dans les traitements
de certains cancers hormono-dépendants, essentiellement celui du sein
(en traitement de deuxième ligne)
mais leur usage s’étend en première
ligne ou en combinaison. Ils ont également été utilisés pour le traitement
de pubertés précoces ou de gynécomasties. Une meilleure connaissance du rôle de l’aromatase dans
le cancer du sein, de la prostate, ou
dans la fertilité masculine, et en particulier la spermatogenèse, pourrait
conduire à l’avenir à d’autres applications thérapeutiques.
Remerciements. Nous remercions la Ligue
contre le cancer (comités de la Manche et du
Calvados) pour leurs aides financières dans
nos travaux sur les inhibiteurs et la modulation de l’aromatase.
Références
1. Labrie F. At the cutting edge-intracrinology.
Mol Cell Endocrinol 1991 ; 78 : C113-C118.
2. Hess RA, Bunick D, Lee KH et al. A role for
oestrogens in the male reproductive system.
Nature 1997 ; 390 : 509-12.
3. Turner KJ, Morley M, Atanassova N et al.
Effect of chronic administration of an aromatase
inhibitor to adult male rats on pituitary and testicular function and fertility. J Endocrinol 2000 ;
164 : 225-38.
4. Séralini GÉ, Moslemi S. Aromatase inhibitors : past, present and future. Mol Cell
Endocrinol 2001 ; 178 : 117-31.
5. Miller WR. Aromatase inhibitors – where are
we now ? Br J Cancer 1996 ; 73 : 415-7.
6. Bulun SE, Mao CS, Brasel JA, Neely EK.
Treatment of gynecomastia and hypogonadism in
disorders of excessive estrogen formation using
an aromatase inhibitor. Endocr Soc (Annual
Meeting) 1999 ; OR12-6, 79.
7. Castagnetta L, Miceli MD, Polito L et al.
Estrogen function in human prostate malignant
cell. Mol Cell Endocrinol 2001 ; 155 : 189.
8. Feuillan P, Merke D, Leschek EW et al. Use of
aromatase inhibitors in precocious puberty.
Endocr Relat Cancer 1999 ; 6 : 303-6.
9. Carreau S, Lambard S, Delalande C et al.
Aromatase expression and role of estrogens in
male gonad : a review. Reprod Biol Endocrinol
2003 ; 1 : 35-41.
10. Sipahutar H, Sourdaine P, Moslemi S et al.
Immunolocalization of aromatase in stallion
Leydig cells and seminiferous tubules. J
Histochem Cytochem 2003 ; 51 : 311-8.
11. Carreau S, Bourguiba S, Lambard S et al.
Testicular aromatase. J Soc Biol 2002 ; 196 :
241-4.
12. Auvray P, Moslemi S, Sourdaine P et al.
Evidence for new non-steroidal human aromatase inhibitors and comparison with equine aromatase inhibition for an understanding of the mammalian active site. Eur J Med Chem 1998 ; 33 :
451-62.
13. Sonnet P, Guillon J, Enguehard C et al.
Design and synthesis of a new type of non-steroidal human aromatase inhibitors. Bioorg Med
Chem Lett 1998 ; 8 : 1041-4.
14. Auvray P, Nativelle C, Bureau R et al. Study
of substrate specificity of human aromatase by
site directed mutagenesis. Eur J Biochem 2002 ;
269 : 1393-405.
15. Moslemi S, Auvray P, Sourdaine P et al.
Structure-function relationships for equine and
human aromatases : a comparative study. Ann N
Y Acad Sci 1998 ; 839 : 576-7.
16. Auvray P, Sourdaine P, Séralini GÉ. PAAn-1b
and PAAn-E : two phosphorothioate antisense
oligodeoxynucleotides inhibit human aromatase
gene expression. Biochem Biophys Res Commun
1998 ; 253 : 1-9.
17. Auvray P, Sourdaine P, Moslemi S et al. MR
20492 and MR 20494 : two indolizinone derivatives that strongly inhibit human aromatase. J
Steroid Biochem Mol Biol 1999 ; 70 : 59-71.
18. Schwarzel WC, Kruggel WG, Brodi HJ.
Studies on the mechanism of estrogen biosynthesis. 8. The development of inhibitors of the enzyme system in human placenta. Endocrinology
1973 ; 92 : 866-80.
19. Brodie AMH, Schwarzel WC, Shaikh AA,
Brodie HJ. The effect of an aromatase inhibitor,
4-hydroxy-4-androstene-3,17-dione, on estrogendependent processes in reproduction and breast
cancer. Endocrinology 1977 ; 100 : 1684-95.
20. Coombes RC, Goss PE, Dowsett M et al. 4hydroxyandrostenedione treatment for postmenopausal patients with advanced breast cancer.
Steroids 1987 ; 50 : 245-52.
21. Wiseman LR, McTavish D. Formestan. A
review of its pharmacodynamic and pharmacokinetic properties and therapeutic potential in the
management of breast cancer and prostatic cancer.
Drugs 1993 ; 45 : 66-84.
22. Di Salle E, Ornati G, Giudici D et al.
Exemestane (FCE24304), a new steroidal aromatase inhibitor. J Steroid Biochem Mol Biol 1992 ;
43 : 137-43.
23. Dowsett M, Coombes RC. Second generation
aromatase inhibitor 4-hydroxyandrostenedione.
Breast Cancer Res Treat 1994 ; 30 : 81-7.
24. Numazawa M, Tsuji M, Mutsumi A. Studies
on aromatase inhibition with 4-androstene3,6,17-trione : its 3 beta-reduction and timedependent irreversible binding to aromatase with
human placental microsomes. J Steroid Biochem
1987 ; 28 : 337-44.
25. Numazawa M, Sugiyama T, Nagaoka M.
Aromatization of 19-oxygenated androst-4-ene3,6,17-triones with human placental microsomes.
Biol Pharm Bull 1998 ; 21 : 289-92.
26. Zilembo N, Noberasco C, Bajetta E et al.
Endocrinological and clinical evaluation of exemestane, a new steroidal aromatase inhibitor. Br
J Cancer 1995 ; 72 : 1007-12.
27. Hamilton A, Piccart M. The third-generation
non-steroidal aromatase inhibitors : a review of
their clinical benefits in the second-line hormonal treatment of advanced breast cancer. Ann
Oncol 1999 ; 10 : 377-84.
28. Buzdar AU, Jones CL, Vogel J et al. The
Arimidex Study Group, a phase III trial comparing anastrozole (1 and 10 mg), a potent and
selective aromatase inhibitor, with advanced
breast carcinoma. Cancer 1997 ; 79 : 730-9.
29. Ingle JN, Johnson PA, Suman VJ et al. A randomized phase II trial of two dosage levels of
letrozole as third-line hormonal therapy for
women with metastatic breast carcinoma. Cancer
1997 ; 80 : 218-24.
30. Yates RA, Dowsett M, Ficher GV et al.
Arimidex (ZD1033) : a selective, potent inhibitor
of aromatase in postmenopausal female volunteers. Br J Cancer 1996 ; 73 : 543-8.
31. Bisagni G, Cocconi G, Scaglione F et al.
Letrozole, a new oral non-steroidal aromatase
inhibitor in treating postmenopausal patients
with advanced breast cancer. A pilot study. Ann
Oncol 1996 ; 7 : 99-102.
32. Moslemi S, Séralini GÉ. Inhibition and inactivation of equine aromatase by steroidal and
non-steroidal compounds. A comparison with
human aromatase inhibition. J Enz Inhib 1997 ;
12 : 241-54.
33. Grimm SW, Dyroff MC. Inhibition of human
grug metabolizing cytochrome P450 by anastrozole, a potent and selective inhibitor of aromatase.
Drug Metab Dispos 1997 ; 25 : 598-602.
34. Vanderschueren D, van Herck E, Nijs J et al.
Aromatase inhibition impairs skeletal modeling
and decreases bone mineral density in growing
male rats. Endocrinology 1997 ; 138 : 2301-7.
35. Carani C, Balestrieri M, Faustini-Fustini
ARM et al. Lack of estrogens : clinical aspects.
Mol Cell Endocrinol 2001 ; 155 : 165.
36. Burke KA, Kuwajima M, Sengelaub DR.
Aromatase inhibition reduces dendritic growth in
a sexually dimorphic rat spinal nucleus. J
Neurobiol 1999 ; 38 : 301-12.
37. Cole MP, Jones CTA, Todd IDH. A new antiestrogenic agent in late breast cancer. An early
clinical appraisal of ICI46474. Br J Cancer 1971 ;
25 : 270-5.
38. Killackey MA, Hakes TB, Pierce VK.
Endometrial adenocarcinoma in breast cancer
patients receiving antiestrogens. Cancer Treat
Rep 1985 ; 69 : 237-8.
Métabolismes Hormones Diabètes et Nutrition (VII), n° 4, juillet/août 2003
Dossier
Aromatase
167
Dossier
Aromatase
39. Mosselman S, Polman J, Dijkema R. ERβ :
identification and characterization of a novel human
estrogen receptor. FEBS 1996 ; 392 : 49-53.
40. Kurebayashi J, Otsuki T, Kunisue H et al.
Expression levels of estrogen receptor-alpha,
estrogen receptor-beta, coactivators, and corepressors in breast cancer. Clin Cancer Res 2000 ;
6 : 512-8.
41. Osawa Y, Higashiyama T, Shimizu Y,
Yarborough C. Multiple functions of aromatase
and the active site structure ; aromatase is the
placental estrogen 2-hydroxylase. J Steroid
Biochem Mol Biol 1993 ; 44 : 469-80.
42. Santen RJ. Aromatase overexpression : implications for estrogen-induced carcinogenesis. Mol
Cell Endocrinol 2001 ; 155 : 165.
43. Hiramatsu M, Maehara I, Ozaki M et al.
Aromatase in hyperplasia and carcinoma of the
human prostate. Prostate 1997 ; 31 : 118-24.
44. Davies JH, Dowsett M, Jacobs S et al.
Aromatase inhibition : 4-hydroxyandrostenedione (4-OHA, CGP32349) in advanced prostatic
cancer. Br J Cancer 1992 ; 66 : 139-42.
45. Fowler KA, Gill K, Kirma N et al.
Overexpression of aromatase leads to development of testicular Leydig cell tumors. Am J
Pathol 2000 ; 156 : 347-53.
46. Brodie A. Aromatase in testis. Mol Cell
Endocrinol 2001 ; 155 : 159.
47. Villa E, Fantoni E, Moles A et al. Naturaly
history of hepatocellular carcinoma (HCC) in
relation with estrogen receptors status in the
liver. Mol Cell Endocrinol 2001 ; 155 : 188.
Auto-test
1. L’aromatase est en fait constituée de deux enzymes.
2. L’aromatase est soumise à des régulations variant selon les tissus.
3. Les estrogènes peuvent être importants dans la physiologie testiculaire normale.
4. Des inhibiteurs non stéroïdiens de l’aromatase devraient être développés.
5. La 4-OHA semble actuellement meilleure que le letrozole pour les applications pharmacologiques.
1. Vrai. 2. Vrai. 3. Vrai. 4. Vrai. 5. Faux.
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