כיצד מתגלות תרופות חדשות: הסיפור המרתק של גילוי קורטיזון ומשפחת הסטרואידים, חלק ב`.

פרופ' בן-עמי סלע, המכון לכימיה פתולוגית,
מרכז רפואי שיבא, תל-השומר; החוג לגנטיקה מולקולארית וביוכימיה, פקולטה לרפואה,
אוניברסיטת תל-אביב.

לקריאת חלק א' לחץ כאן

שנות ה-60, ביוכימיה של סטרואידים: 
ביוסינתזה של הורמון סטרואידי כרוכה ביצירת
כולסטרול מחומר המוצא אצטאט, והמשך מטבוליזם של כולסטרול דרך תוצרי הביניים pregnenolone או פרוגסטרון).
רק נתון זה היה ידוע בתחילת שנות ה-60. במקרה של בלוטת האדרנל, קורטיזול,
קורטיקוסטרון ואלדוסטרון, היו שלושת ההורמונים המופרשים החשובים ביותר.
בשנת 1967 דיווחו Grahame-Smith וחב' ב-Journal of Biological Chemistry שההורמון ACTH המופרש מיותרת המוח, מווסת את ההסבה של
כולסטרול ל-pregnenolone ופרוגסטרון באדרנל, כאשר
לפחות חלק של פעולה זו נעשית בתיווך של c-AMP.

רצף השלבים המטבוליים בביו-סינתזה של גלוקו-קורטיקואידים כרוך בהידרוקסילציה של
עמדות C11, C17 ו-C21
באזורי ה-zona
fasciculate
וה-reticularia באדרנל, ליצירת קורטיזול
וקורטיקוסטרון. לעומת זאת, הידרוקסילציה של שייר C18 והמשך המטבוליזם ליצירת אלדוסטרון מתרחשים
בעיקר באזור ה-zona
glomerulosa.
הצעדים המרשימים להבנת הביוכימיה של סטרואידים, התאפשרו לפני 60 שנה על ידי ההתקדמות בשימוש בתוצרי ביניים
של מטבוליזם מסומנים ב-C14  וב-
H3במחקרים שבוצעו in vitro על ידי Heard וחב' ב- Recent Progress in Hormone Researchמשנת 1954, ומחקרים in vivo על ידי Gallagher וחב' באותו כתב ובאותה שנה.

שנות ה-70, וניצול RIA והטכנולוגיות של recombinant gene: האנדוקרינולוגיה של שנות ה-70 נשלטה על ידי
טכנולוגיית RIA, וזו של טכנולוגיית DNA רקומביננטי.
עשר שנים לאחר פרסום שיטת RIA
לכימות אינסולין בפלזמה משנת 1959, נעשה לראשונה הכימות של הסטרואיד estradiol
(על פי Abraham
ב- Journal
of Clinical Endocrinology and Metabolism משנת 1969, וחלפו עוד 3 שנים לכימות
קורטיזול בשיטת    RIA(על פי Ruder וחב' באותו כתב-עת משנת 1972).
שיטת המדידה של RIA פתחה תחומים חדשים של
מחקר וגרמה למהפכה של ממש באנדוקרינולוגיה של סטרואידים בשל הרגישות והספציפיות
הגבוהים שלה.
אמנם נושא הרגישות פחות קריטי לגבי קורטיזול, שרמתו בפלזמה גבוהה יחסית, אך היא
חיונית לגבי סטרואידים אחרים. אך שיטת RIA
הייתה חיונית גם למדידת קורטיזול חופשי בפלזמה או ברוק שרמתו שם נמוכה יחסית.
שנות ה-70 היו עדות גם לטכניקות של תרבית רקמה, משולבות עם RIA ללמוד יצירת סטרואידים, מטבוליזם ופעילות
הורמונים אלה (Channing ו-Ledwitz-Rigby ב-Methods in Enzymology משנת 1975).                                                                                                     

שנות ה-80: אנדוקרינולוגיה מולקולארית.
מחקרים על שיבוט של גנים ביססו את מעמדם של
קולטנים של הורמונים סטרואידים כמשפחת-על של גורמי-שעתוק בגרעין, אשר קושרים
ומשרים פעילות סטרואידית ברקמות היעד (Weinberger וחב' ב-Clinical Physiology & Biochemistry משנת 1987). 
הקולטן של גלוקו-קורטיקואידים (GR)
של חולדות, היה הקולטן הראשון של הורמונים סטרואידים ששובט, כאשר שנתיים לאחר מכן
שובט לראשונה הקולטן למינרלו-קורטיקואיד (MR)
על פי Arriza וחב' ב-Science משנת 1987.
כל הקולטנים של הסטרואידים המרכזיים כגון הקולטנים של אסטרוגנים, של אנדרוגנים ושל
פרוגסטרון שובטו לקראת סוף שנות ה-90. מיפוי גנומי ואנליזה פילוגנטית גילו
שכל הקולטנים הללו נוצרו על ידי סדרת דופליקציות של גן קדמון המקודד לקולטן
אסטרוגני.  

שנות ה-90, מטבוליזם של סטרואידים:
הביולוגיה המולקולארית של הביוסינתזה של
סטרואידים והמטבוליזם שלהם, הפכה למחקר של הקו הראשון עם ההשתלבות של טכנולוגיות
שיבוט וריצוף (Miller ב-Endocrine Reviews משנת 1988).
כך התאפשרה גם התשובה לסוגיה המסתורית, כיצד ייתכן שבאנשים המטופלים במינונים
גבוהים של קורטיזון באופן פומי, מוצאים מעט מאוד קורטיזון בפלזמה, אך לעומת זאת
רמות גבוהות של קורטיזול, סוגיה שהועלתה על ידי Bush ב-Experientia בשנת 1956.
באופן פרדוקסלי, קורטיזון התבררה כמולקולה חסרת פעילות של ממש, שצריכה לעבור
מטבוליזם לקורטיזול כדי להפגין את פעילותו האנטי-דלקתית של האחרון דרך קולטני GR (Cato
ו-Wade ב-Bioassays משנת 1996).
ההסבה הסיסטמית של קורטיזון לקורטיזול נעשית בעיקר על ידי פעילות האנזים הכבדי 11βhydroxysteroid
dehydrogenase type 1
(להלן11βHSD1) המחזר קורטיזון
לקורטיזול
.לעומתו האנזים 11βHSD2, הופך בחזרה קורטיזול
לקורטיזון, מבוטא בעיקר ברקמות התלויות בשפעול של קולטני MR על ידי מינרלו-קורטיקואידים, ובעיקר בכליות.
כיוון שאלדוסטרון וקורטיזול הם שניהם אגוניסטים חשובים של קולטני MR, הפעילות של 11βHSD2 נדרשת לבצע דה-אקטיבציה של קורטיזול, ולמנוע
ממנו לקשור קולטני MR.      

שנות 2000 והשנים שאחריהם: כאשר Hench נשא בשנת 1950 את הרצאת פרס הנובל שלו, הוא
אמר:… "מעט ידוע על המטבוליזם של קורטיזון, על איזה כמות שלו נצרכת באופן
נורמאלי על ידי תאים בגוף, או איזה כמות של קורטיזון עוברת באופן נורמאלי
שינויים או אפילו הרס בגוף לפני שמופיעה השפעתו".

כיום אנו יודעים ש"השינוי" שעובר קורטיזון בהפיכתו לקורטיזול קריטי
לפעילותו נוגדת הדלקת בגוף. מעבר למטבוליזם של גלוקו-קורטיקואידים לפני
קישורם לקולטנים הרלוונטיים, פעולת הורמונים אלה תלויה במנגנוני וויסות חיוביים
ושליליים של ביטוי גני, ו"דו-שיח" בין הקולטנים של גלוקו-קורטיקואידים
לבין הקולטנים של ציטוקינים מעודדי-דלקת כמו IL-1 ו-TNF-α  על
פי Rhen  ו-cidlowski
ב-New England Journal
of Medicine
משנת 2005.
באופן קריטי, האיתות של קולטני הגלוקו-קורטיקואידים מביא לדיכוי של גורמי שעתוק
תומכי-דלקת, כמו nuclear
factor κB
ו-
activating protein-1 המתווכים בביטויו של הגן "הדלקתי"
המושרה על ידי אותם ציטוקינים (Rosen ו-Miner ב-Endocrine Reviews משנת 2005).

סטרואידים ותהליך הביוץ: ביוץ הוא תהליך
דלקתי טבעי במהלכו מתחוללים שינויים המודינמיים, וסקולאריים ו-ביוכימיים המוליכים
לביקוע פרוטאוליטי של קיר הזקיק (follicle)
ולהפרשה של ביצית (oocyte) למטרת הפרייה (Hillier ו-Tetsuka ב- Journal of Reproductive Immunologyמשנת 1998).
למרות שהשחלה לא יכולה לסנתז גלוקו-קורטיקואידים de novo, תאי גרנולוזה שנאספו מהזקיקים על סף הביוץ,
מבטאים את האנזים 11βHSD1 אך לא את האנזים 11βHSD2 (על פי Tetsuka  וחב'
ב-Journal of Clinical
Endocrinology & MetabolismJ
משנת 1997, ב-Journal
of Endocrinology
משנת 1999 ו-Biology
of Reproduction
משנת 1999).

תאים אלה לוקחים על עצמם את משימת החיזור
של קורטיזון לקורטיזול in vitro, ואמנם נוזל הזקיק שלפני
הביוץ מכיל רמות מוגברות מאוד של קורטיזול חופשי (Yong וחב' ב- Journal of Clinical Endocrinology and
Metabolism'
משנת 2000). טיפול in vitro עם ציטוקינים דלקתיים,
כמו IL-1, גם כן מעלה את  פעילות האנזים 11-oxo-reductase, בתאי גרנולוזה ובתאי האפיתל על שטח הפנים
של השחלות (Rae וחב' ב- Journal of Clinical
Endocrinology and Metabolismמשנת 2004).
עוד סוגי תאים רבים מגיבים לציטוקינים דלקתיים ומגבירים את ביטוי 11βHSD1 ומקטינים את ביטוי הגן ל-11βHSD2 בתנאי in vitro בתאי כליה, ריאות, שומן ועצם, בכלי-דם
ובמקרופאגים (Escher וחב' ב-Journal of Experimental Medicine משנת 1997, ו-Gilmour וחב' ב-Journal of Immunology משנת 2006).
לכן, שפעול אינטרקריני על ידי 11βHSD1 יכול לתמוך בפעילות
נוגדת-דלקת של גלוקו-קורטיקואידים באזורי דלקת שונים בגוף.

ההגברה המוצעת של הפעילות האנטי-דלקתית
האינטרקרינית של פעילות גלוקו-קורטיקואידים על ידי 11βHSD1, מתבצעת במספר שלבים:
1) ציטוקינים מעודדי-דלקת כמו IL-1
ו-TNF-α, נקשרים לקולטנים
ממברנליים של תאי היעד להגדיל את הביטוי של אנזימים שהם תוצרים של מצבי דלקת כמו cyclo-oxygenase-2 או COX-2,
ו-
matrix metalloproteinase-9או MMP-9.
התגובה הדלקתית כוללת הגברה באנזים 11βHSD1, ו/או הפחתת האנזים 11βHSD2, ומפעילה גם את האנזים 11-oxoreductase.
2) תווכים דלקתיים המושרים על ידי ציטוקינים גורמים לשינויים המודינמיים,
וסקולאריים וביוכימיים הקשורים למצבי דלקת.
3) יצירת קורטיזול מקורטיזון מוגברת באופן מקומי על ידי הגברת פעילות האנזים 11-oxoreductase. הגברת הקישור של
קורטיזול לקולטני GR, משפעלת איתותים
נוגדי-דלקת להפגת הדלקת.                              

לסיכום, כמעט 7 עשורים לאחר הסינתזה של
קורטיזון על ידי Sarret, נשארו
גלוקו-קורטיקואידים תרופות אנטי-דלקתיות מובילות ללא תחרות של ממש (Barnes ב- European Journal of Pharmacology משנת 2006).
עד עצם היום הזה תכשירים גנריים כמו fluticasone
הניתן כתרסיס אפי להתנהלות במקרי אסתמה כרונית או קדחת השחת (hay fever), נותרה אחת מתרופות המרשם או ללא-מרשם
הפופולאריות ביותר בארה"ב (A
Abdullah ו-Khan
ב-Journal of Asthma משנת 2007, ו-Mitchell וחב' ב- Annual Report of the Slone Epidemiology
Center at Boston University  משנת 2005).

בברכה, פרופ' בן-עמי סלע