INTRODUCTION
Le terme vitamine D regroupe un ensemble de composés de nature stérolique, liposolubles, peu polaires, mono ou polyhydroxylés possédant une activité antirachitique en agissant notamment au niveau du métabolisme phosphocalcique.
La carence peut provenir d’une insuffisance d’apport, d’une malabsorption digestive, d’une perturbation du métabolisme hépatique ou d’un manque d’ensoleillement.
Il en résulte l’apparition du rachitisme chez le jeune et d’ostéomalacie chez l’adulte.
Les vitamines D sont d’origine exogène et endogène.
La première vitamine D synthétisée et utilisée en thérapeutique a été l’ergocalciférol ou vitamine D2.
Les huiles de foies de poissons, principalement celle du foie de morue, contiennent du cholécalciférol, vitamine D3.
Toutefois, l’apport a d’autres origines : céréales, œufs, lait, huiles, certaines viandes et fromages.
Ensuite, on a mis en évidence que l’irradiation ultra-violette de la peau d’animaux rachitiques ou de certaines fractions de leur nourriture, riches en stérols, provoquait la formation de la vitamine D, identifiée au cholécalciférol (colécalciférol) appelé vitamine D naturelle.
La vitamine D existent deux formes ; la vitamine D 3 (cholécalciférol) d’origine animale et la vitamine D 2 (ergocalciférol) d’origine végétale ; qui sont toutes deux converties en leur principal métabolite actif : la 1,25-dihydroxyvitamine D ou Calcitriol
Les deux vitamines diffèrent par leur chaine latérale fixée en C17 : saturée dans le cas de la vitamine D3, insaturée entre les carbones 22 et 23, et méthylée sur le C24 dans le cas de la vitamine D2
DELUCA a montré que l’activité n’était pas due à ces vitamines, mais à leurs métabolites hydroxylés en 25 au niveau du foie : la 25-OH-D2 et la 25-OH-D3.
Ces deux composés subissent ensuite, au niveau rénal, une autre hydroxylation en 1α, conduisant respectivement aux 1α,25-(OH)2D2 et 1α,25-(OH)2-D3, véritables molécules actives.
Il en découle donc la notion de prohormone pour les vitamines D2 et D3.
Les premières vitamines D introduites en thérapeutique ont été l’ergocalciférol (Vitamine D2), le colécalciférol (Vitamine D3), puis certains métabolites hydroxylés : calcifédiol ou 25-hydroxycalciférol, calcitriol ou 1α,25-dihydroxycholécalciférol.
STRUCTURE
Les vitamines D sont des sécostéroides, résultant de la scission de la liaison entre les carbones 9 et 10 du cycle B du stérol initial.
Cette coupure est le plus souvent réalisée par l’irradiation ultra-violette d’un précurseur comportant, impérativement, un enchainement diénique conjugué en 5,7.
Ce précurseur appelé provitamine peut être, par exemple, l’ergostérol.
L’ouverture en 9,10 provoque la formation d’un système triénique en 5(10),6,8 tel qu’il existe dans la prévitamine, qui se réarrange en 5,7,10(19).
MODE D’OBTENTION
Plusieurs procédés ont été décrits.
Certains font appel à l’irradiation d’une provitamine D.
Cette provitamine peut être naturelle, comme l’ergostérol, ou être obtenue par hémisynthèse à partir d’un stérol naturel (cas du 7-déshydrocholestérol).
D’autres méthodes utilisent des stéroïdes naturels ou de synthèse, apportant l’ensemble des quatre cycles su système cyclopentanoperhydrophénantrénique à partir duquel sont réalisées des modifications chimiques, afin, non seulement de créer le système diénique en 5,7 et la chaine en 17, mais aussi d’introduire les groupements hydroxyle en diverses positions de façon simultanée ou indépendante.
Enfin, des synthèses totales ont été proposées.
Toutefois, elles utilisent le plus souvent un synthon apportant l’ensemble des cycles C et D, le méthyle 18 et un site réactionnel en 17 susceptible de permettre l’édification de la chaine telle qu’elle existe dans les produits naturels ou leurs métabolites hydroxylés à ce niveau.
L’autre synthon est le plus souvent constitué par un réactif simple (cyclohexanone, anisaldéhyde, phosphine cyclohexanique…).
Certaines de ses synthèses permettent de s’affranchir de l’irradiation terminale utilisée pour les stérols dont l’un des inconvénients est de conduire à des sous-produits qu’il faut éliminer.
Conversion d’un stéroïde en vitamine D
Principe général
Le procédé initial, décrit par WINDAUS, est un procédé biomimétique qui consiste en l’irradiation photochimique à 300 nm d’une provitamine, accompagnée ou suivie d’un chauffage.
Il se forme plusieurs composés qui possèdent, soit une structure sécostéroide avec un système triénique conjugué, soit l’ensemble cyclopentanoperhydrophénantrénique avec le système diénique 5,7 conservé.
Ces différents stérols, le plus souvent en équilibre, résultent d’ouverture conrotatoire sous l’impact photochimique ou disrotatoire par effet thermique, le composé « fondamental », véritable « plaque tournante », étant la prévitamine (précalciférol).
En effet, l’ouverture du cycle B de la provitamine est une réaction électrocyclique qui obéit aux règles de WOODWARD-HOFFMANN.
Il est possible de schématiser ces réactions en permet comme modèle les transformations réciproques « hexatriéne ↔ cyclohexadiéne ».
La rupture et la formation de la liaison σ conduit à une stéréochimie qui dépend de la symétrie des orbitales moléculaires concernées.
Si la réaction est photochimique, le mécanisme est conrotatoire et c’est la symétrie de la LUMO (orbitale moléculaire basse vacante) qui est déterminante et qui conduit à la formation des diastéréoisoméres I et II.
Au contraire, si la réaction est thermique, le mécanisme est disrotatoire et c’est alors la symétrie de la HOMO (orbitale moléculaire haute occupée) qui l’emporte : les deux diastéréoisoméres III et IV sont obtenus.
Dans un système polycyclique, tel que celui de la provitamine où les double liaisons terminales du système hexatriénique participent toutes deux à un cycle à 6, seules l’ouverture photochimique conrotatoire est possible puisque une ouverture thermique disrotatoire aboutirait à la formation d’une double liaison trans dans un hexacyle, ce qui est impossible.
Par contre, la prévitamine ainsi constituée, peut, par thermolyse, conduire au produit de cyclisation disrotatoire.
Après irradiation et chauffage, il est possible d’identifier :
La provitamine (ergostérol ou 7-déshydrocholestérol) qui n’a pas réagi ou qui provient de la recyclation conrotatoire de la prévitamine,
La prévitamine, provenant de la provitamine par l’ouverture conrotatoire, due à l’irradiation photochimique,
Le lumistérol, résultant d’une recyclisation de la prévitamine avec inversion de la configuration au niveau des carbones 9 et 10 par rapport à la prévitamine.
Toutefois, le lumistérol peut s’ouvrir de façon conrotatoire pour redonner la prévitamine,
Le pyrocalciférol, provenant de la cyclisation de la prévitamine sous l’influence du chauffage et ceci d’autant plus que la température est élevée.
Néanmoins, le pyrocalciférol peut s’ouvrir par un mécanisme disrotatoire pour redonner la prévitamine,
L’isopyrocalciférol, énantiomère du précédent et, comme lui, diastéréoisomére du lumistérol et de la provitamine.
Toutefois, il peut s’ouvrir de façon disrotatoire pour redonner la prévitamine.
Le tachystérol, dû à une isomérisation photochimique de la double liaison en 6, véritable sous-produit de la préparation, d’autant plus que l’équilibre est en sa faveur,
La vitamine D, résulte d’une transposition sigmatropique 1,7 entre H-9 et CH2-19 sous l’influence d’une faible élévation de la température, facilitée par la conformation hélicoïdale permettant un recouvrement orbi talaire antrafacial,
Des suprastérols, sous-produits de surirradiation ne pouvant conduire à un équilibre avec la prévitamine.
L’obtention de la vitamine D a fait l’objet d’importantes modifications du procédé initial.
Il a été proposé des irradiations à d’autres longueurs d’onde et à des températures variables.
Afin d’obtenir la vitamine pure et cristallisée, des méthodes de purification à partir du mélange obtenu par irradiation de la provitamine ont été proposées.
Ainsi, la provitamine peut être éliminée par dissolution dans le méthanol et cristallisation à basse température.
Le tachystérol peut être isolé après réaction avec l’anhydride maléique sous forme d’adduit de Diels-Alder, dont la rapidité de la formation dépend de l’accessibilité du système diénique 6,8 de conformations-cis et qui, par ailleurs, est soluble dans les bases diluées. La prévitamine restante peut être convertie en vitamine D par chauffage.
Il s’établit un équilibre vitamine/provitamine qui est de 80/20 environ.
Enfin la prévitamine résiduelle, non convertie par chauffage dans l’alcool, peut etre séparée par cristallisation.
Il est également possible d’irradier des esters de provitamine, tel que l’ester acétique, ce qui permet parfois une séparation plus aisée en phase terminale.
La vitamine est libérée par saponification.
Obtention des 7-déshydrostérols ou provitamine
Si l’ergostérol possède le systèmediénique 5,7, nécessaire à l’ouverture du cycle B, le cholestérol ne présente qu’une double liaison en 5.
Afin de créer celle en 7, plusieurs procédés ont été décrits :
Bromation allylique à l’aide du N-bromosuccinimide (NBS) par exemple, suivie d’une déshydrobromation au moyen de tri-alkylphosphate ou de picoline.
Oxydation allylique à l’aide du CrO3 dans la pyridine ou mieux dans le diméthylpyrazole, suivie d’une réduction avec déshydratation :
Quoi qu’il en soit, les rendements n’excédant pas en général 50%ben prévitamine et finalement 30% en vitamine par le procédé combinant l’irradiation suivie du chauffage.
Toutefois, ce procédé est utilisé pour préparer certains métabolites hydroxylés en partant des provitamines correspondantes, elles-mêmes hydroxylées, obtenues notamment par hémisynthèse à partir de différents stérols : cholestérol, ergostérol, stigmastérol, fucostérol, de 17-cétodtéroides ou de la pregnénolone.
Synthèse totale
Dès 1958, des méthodes de préparation faisant appel à la synthèse totale et quelques fois à l’hémisynthèse ont été décrites.
Elles utilisent un aldéhyde, comportant les cycles C et D en fusion trans, le futur méthyl en 18 et la chaine du cholestérol.
Cet aldéhyde est condensé avec la 4-hydroxy-cylohexanone, selon une réaction d’aldolisation –crotonisation, pour donner la cétone (mélange des stéroisomères 3α- et 3β-OH).
L’isomère 3β-OH est traité par la méthylénetriphénylphosphorane selon une réaction de Wittig et livre la (5E,7Z)-s-trans-vitamine D3 ou trans-vitamine D3, isomèrisée en vitamine D3 par irradiation.
Il est possible d’inverser l’ordre des réactions : irradiation de la cétone (isomère 3β-OH) qui s’isomèrise et ensuite subit la réaction de Wittig.
De l’acétalisation de la cétone formée
D’autres méthodes ont été proposées.
Ainsi KAMETANI et al.
Utilisent la réaction de Horner à partir d’un oxyde de phosphine et de la cétone de WINDAUS et GRUNDMANN. Cette cétone possède les cycles C et D, le méthyle 18 et la chaine souhaitée en 17.
Pour préparer l’oxyde de phosphine, la séquence réactionnelle est la suivante : le p-anisaldéhyde, condensé avec l’acide cyanacétique, selon une réaction de Knovenagel, suivie d’une réduction, conduit à un acide qui est bromé, puis décarboxylé.
Le nitrile ainsi obtenu est convertie en benzocyclobuténe via un intermédiaire benzyne.
Ensuite la saponification au moyen de l’hydroxyde de potassium en milieu éthanolique, suivie d’une réduction par l’hydrure de lithium et d’aluminium, donne l’alcool. Une réduction de Brich, suivie d’une hydrolyse et del’acétalisationde la cétone formée, conduit à un composé intermédiaire qui est transformé en dérivé bromé par action successive du chlorure de tosyle (TsCl) et du bromure de sodium.
Le dérivé bromé est traité par le diphénylphosphure de lithium (Ph2PLi) et le peroxyde d’hydrogène pour donner l’oxyde de phosphine qui est ensuite ouvert en oxyde de phosphine au moyen de diisopropylamidure de lithium (LDA) dans le tétrahydrofurane (TNF) à -78°C.
La réaction de Knovenagel : un composé carbonylé réagit avec un équivalent de carbanion en présence d’une base faible pour former un composé carbonylé α,β-insaturé ou un composé apparenté après élimination d’une molécule d’eau)
La réduction de Brich : réduction organique d’un noyau aromatique par un métal dans l’ammoniac liquide.
Le métal est généralement du sodium mais peut être du lithium ou du potassium.
Le produit de réaction est le 1,4 cyclohexadiènedans le cas du benzène.
Les atomes d’hydrogène sont fournis par un alcool comme l’éthanol ou le tert-butanol.
Le chlorure de tosyle (TsCl) : convertit facilement et quantitativement les alcools (ROH) en leur ester toluènesulfonate (tosylate).
Le groupe tosylate est un excellent groupe partant contrairement au groupe hydroxyle et peut être substitué par de multiples autres groupes même peu nucléophiles.
La condensation entre l’oxyde de phosphine et la cétone de WINDAUS et GRUNDMANN se fait également dans le THR à – 78°C en présence de LDA et conduit à un composé dont le système diénique 6,10 est protégé par formation d’une sulfone au moyen d’acide sulfureux qui provoque simultanément l’hydrolyse du cétal.
L’intermédiaire est réduit stérèosélectivement par le borohydrure de sodium en alcool.
La sulfone cyclique, finalement ouverte par de l’hydrogénocarbonate de sodium, livre la trans-vitamine D3.
Obtention des vitamines hydroxylées
Les composés à obtenir possèdent en commun l’enchainement de la vitamine D3 et s’n différencient par la présence d’hydroxyle supplémentaire : soit en 1α (alfacalcidol), soit en 25 (calcifédiol), soit en ces deux positions (calcitriol).
Il est possible d’accéder à ces dérivés, soit en irradiant une structure cycloperhydrophénanthrénique comportant déjà les différents groupements hydroxyle, soit en procédant à une synthèse totale.
Obtention à partir de structures stérolique s
La synthèse de l’alfacalcidol se fait à partir du cholestérol selon la séquence réactionnelle suivante : le cholestérol, soumis à l’action de la dichlorodicyanoquinone (DDQ), est déshydrogéné en une cétone conjuguée, transformée ensuite en époxyde 1α,2α.
Par action d’un large excès de lithium et de chlorure d’ammonium dans un mélange ammoniac-tétrahydrofurane sous reflux, il se forme le 1α-hydroxycholestérol.
Ce dernier est diacétylé et bromé, ensuite une déshydrobromation donne le diacétate de 1α-hydroxy-7-déshydrocholestérol.
Cette provitamine est transformée en diacétate d’alfacalcidol selon le procédé photochimique et thermique.
Le cholestérol, oxydé par le trioxyde de chrome, donne le 25-hydroxycholestérol qui, soumis à la même séquence réactionnelle, livre le calcitriol.
L’intermédiaire X peut conduire à la synthèse d’un dérivé 25-hydroxylé par action de l’ozone sur gel de silice.
La suite des réactions est analogue à celle précédemment décrite et conduit également au calcitriol.
L’élaboration d’une chaine en 17, porteuse d’un hydroxyle en 25, peut être obtenue en utilisant d’autres stérols.
Ainsi à partir de l’ergostérol dont l’hydroxyle en 3 est protégé par acétylation, on obtient un aldéhyde après ozonolyse et protection du système diénique 5,7 à l’aide de la N-phényl-1,3,4-triazolinedione (PTD).
L’aldéhyde est soumis à l’action du 4-chloro-2-méthylbut-1-éne, selon une réaction de Grignard, suivie d’une réduction au moyen de NaBH4,les déprotections du système diénique en 5,7 et de l’hydroxyle en 3 étant réalisées par LiAlH4.
La provitamine ainsi obtenue, conduit au calcifédiol.
Partant d’un ester de la pregnénolone, on a édifié la chaine en 17 correspondant à celle du calcifédiol avec un hydroxyle en 25.
L’ester est traité par le chlorure de vinylmagnesium selon la réaction de Grignard, ensuite il est converti en cétone à l’aide du dicéténe. La réduction de la double liaison en 20(22) livre la cétone.
Sous l’actons du bromure de méthylmagnésium, la cétone obtenue est transformée en alcool qui conduit ensuite au calcifédiol ou au calcitriol, si le composé initial est la 1α-hydroxypregnolone.
Le composé X peut être obtenu en traitant un ester de la pregnénolone ou de la 1α-hydroxypregnolone par un phosphorane, selon une réaction de Wittig.
L’acétate de déshydroépiandrostérone (DHEA) peut constituer une matière première de dérivés vitaminique C.
Après plusieurs étapes, on a édifié stérèospécifiquement la chaine en 17 à partir du carbonyle.
Ainsi, l’intermédiaire obtenu peut être transformé en ester α,β éthylénique par action du triéthylphosphonoacétate d’éthyle. La double liaison en 23 peut être réduite en présence de palladium sur charbon, celle en 5 n’étant pas touchée.
Le composé obtenu est traité par le méthyllithium ce qui conduit à dérivé hydroxylé en 25.
La suite des réactions fournit le calcifédiol.
Synthèse totale
L’une des méthodes utilisées consiste à préparer un intermédiaire de type A, possédant les cycles C et D, la future chaine en 17 hydroxylée en 25 et une fonction, notamment une cétone, permettant la fixation de cet ensemble avec une phosphine selon le principe précédemment décrit.
Cet intermédiaire peut être obtenu selon plusieurs méthodes.
Par exemple, la cétone de départ est traitée selon Wittig pour donner l’oléfine majoritairement sous sa forme Z (96/4).
Par action du propiolate d’éthyle, il se forme par éne-réaction un ester.
La réaction éne (également connue sous le nom de réaction alder-éne ) est une réaction entre un alcène avec un atome d’hydrogèneallylique ( éne ) et un composé contenant une liaison multiple (l’ énophile ) afin de former une nouvelle liaison σ avec migration de la double liaison éne et décalage de 1,5 hydrogène.
Le produit est un alcène substitué avec la double liaison déplacée vers la position allylique.
Une hydrogénation pour réduire les doubles liaisons, suivie de la réduction ménagée de l’ester en aldéhyde au moyen de l’hydrure de diisobutylaluminium (DIBAL), conduit à un aldéhyde qui, par réaction de Wittig au moyen de l’isopropylydénetriphénylphosphorane, donne l’oléfine.
Celle-ci est convertie en cétone hydroxylée de WINDAUS GRUNDMANN par oxymercuration et oxydation de l’alcool secondaire en cétone.
Le composé obtenu est ensuite opposé à une phosphine pour conduire au calcifédiol.
Le calcitriol peut être obtenu à partir et de l’oxyde de phosphine possédant deux hydroxyles protégés sous forme d’éther silylé.
Obtention du Calcipotriol
La préparation utilise la synthèse d’un dérivé intermédiaire obtenu à partir de l’ergocalciférol.
L’hydroxyle en 1 est introduit par oxydation par le dioxyde de sélénium.
Les deux alcools épiméres 1α-OH et 1β-OH sont séparés et l’isomère 1α est protégé.
Le système diénique est masqué selon KAMETANI (vide supra) en sulfone cyclique dont l’ozonolyse fournit un aldéhyde par coupure de la double liaison 22,23 (la régénération du système diénique est obtenue par action de NaHCO3).
Une réaction de Wittig permet d’obtenir la cyclopropylvinylcétone.
Le Calcipotriol est finalement isolé après réduction de la fonction cétonique (et séparation des alcools qui en résultent), isomération photochimique de la double liaison et clivage des éthers silylés par le fluorure de tétrabutylammonium.
PROPRIETES PHYSICO-CHIMIQUES
Physiques : Poudres insolubles dans l’eau
Chimiques : Système de trois doubles liaisons conjuguées (grande instabilité à l’air et à la lumière).
Groupe alcool secondaire estérifiable.
RELATION STRUCTURE ACTIVITE
L’ouverture du cycle B et la présence des trois doubles liaisons conjuguées sont indispensables pour l’activité, L’hydroxyle en 3 doit être libre et la chaine latérale en 17 est indispensable, mais elle peut varier d’un dérivé à l’autre.
Analogues
De nombreux travaux ont été consacré à la préparation d’analogues des vitamines D et de leurs métabolites hydroxylés afin d’appréhender les éléments structuraux responsables de l’action vitaminique.
Au cours de ces recherches, il a pu être mis en évidence une dissociation entre l’activité calciotrope et celles concernant notamment la différenciation cellulaire.
Ces observations ont conduit à la préparation d’antivitamines D, nommées aussi analogues « non calcémiques »
Plusieurs modifications ont été ainsi apportées :
Hydroxylation en d’autres positions, le cas échéant, que celles rencontrées dans les produits naturels et leurs métabolites
Modification de la longueur de la chaine
Remplacement d’hydrogène par des atomes de fluor
Modification au niveau du cycle A.
Hydroxylation
Hydroxylation en 23
Cette hydroxylation, nécessaire à la formation de la 1α,25-(OH)2-D3-26,23-lactone (vide supra), est stéréospécifique puisque le composé biologique est de configuration 23S,25R.
Les autres diastéréoisoméres ont été préparés afin de comparer leur activité.
Seules la lactone naturelle et celle de configuration 23R,25S possédant un pouvoir stimulant sur la formation de la matrice du tissu osseux.
Les isomères 23S,25S et 23R,25R, induisent au contraire une résorption de l’os.
Hydroxylation en 24
Afin de préciser le rôle de l’hydroxylation en 24, les deux épiméres 24R et 24S de la 24,25-(OH)2-D3 ont été synthétisés.
Ceci a permis de confirmer l’intérêt de cette voie métabolique (vide supra).
De plus, l’hydroxylation en 24R, suivie de celle en 1α au niveau rénal, conduit à la (24R)-1α,24,25-(OH)3-D3 précurseur de l’acide calcitroique.
Hydroxylation en 26
Cette voie métabolique, décrite précédemment, peut conduire à deux épiméres au niveau de l’hydroxyle 25 : la (25S) et la (25R)-25,26-(OH)2-D3. Afin d’étudier l’influence de l’hydroxyle en 26 seul, REDEL et al. ont synthétisé les deux épiméres (25S)-26-OH-D3 et (25R)-26-OH-D3 qui ne semblent pas posséder d’activité vitaminique xhez l’animal carencé en vitamine D et en calcium.
Hydroxylation en 22
Les épiméres 22R et 22S de la 22,25-(OH)2-D3 ne présentent pas d’activité vitaminique D notable.
Modification de la chaine en 17
Création d’une double liaison en 22
Celle-ci, présente dans l’ergostérol et donc dans la vitamine D2, a été introduite par SAI et al. dans la chaine de la vitamine D3.
Des deux épiméres (22E,24R) et (22E,24S)-1α,24-(OH)2-∆-22-D3 obtenus, le 24S montre une affinité, vis-à-visdes récepteurs cytosoliques intestinaux du poussin, analogue à celle de la 1α,25-(OH)2-D3.
Création de doubles liaisons en 22 et 24
Cette modification permet de dissocier l’activité calciotrope qui est atténuée, de l’activité sur la prolifération et la différenciation cellulaire qui est augmentée (vide infra).
Introduction de méthyle ou d’éthyle en 24
L’éthyle 24 est présent dans l’ergocalciférol.
La réduction en 22,23 permet d’accéder au 22,23-dihydrocalciférol ou vitamine D4, de configuration 24S dont l’activité est plus faible (25%) que celle de la vitamine D.
L’épiméres de configuration 24R ou vitamine D7 s’avère encore moins actif (10%).
Il en est de même de l’homologue supérieur, la vitamine D5, caractérisé par éthyle en 24 dont la configuration reste R.
L’introduction d’une double liaison en 22 (vitamine D6), telle qu’elle existe dans l’ergocalciférol, n’accroit pas pour autant l’activité vitaminique D.
Il semble donc important de ne pas trop s’éloigner de la structure de l’ergostérol ou du cholestérol pour que l’action calciotrope demeure.
Réduction de la longueur de la chaine en 17
La perte d’un ou deux carbones en position terminale de la chaine 17 peut conduire à la 27-nor et à la 26,27-binor-25-OH-D3 dont les propriétés vitaminiques sont nettement plus faibles que celles du calcifédiol.
Ces dernières observations montrent la nécessité de conserver l’intégralité de la chaine telle qu’elle existe dans les vitamines naturelles ou leurs métabolites et que toute altération, même mineure, provoque une diminution importante de leur activité.
Dérivés HOMO
La chaine en 17 peut être modifiée par allongement, soit au niveau du carbone 25 par remplacement des groupes méthyle par des homologues supérieurs éthyle ou propyle, soit par introduction d’un carbone supplémentaire sur la chaine elle-même.
Dans le premier cas, la 1α,25-(OH)2-26,27-diméthyl-D3 possède une activité supérieure à celle de la 1α-OH-D3 se traduisant par une augmentation de la concentration sérique des phosphates et du calcium.
L’homologue supérieur possédant en 25 deux restes propyle présente, en revanche, un effet plus faible sur ces mêmes taux sériques.
Dans le second cas, l’homologue supérieur 1α,25-(OH)2-24-homo-D3 manifeste une action calciotrope inférieure à celle du calcitriol.
Par contre, il induit la différenciation des promyélocytes leucémiques HL60 humains en monocytes, permettant d’espérer des applications en thérapie anti leucémiques.
En combinant ces modifications : allongement de la chaine d’un carbone, remplacement des deux méthyle en 25 par deux éthyle et en introduisant deux doubles liaisons conjuguées en 22 et 24, il est possible d’obtenir un composé qui inhibe la prolifération cellulaire, en induit différenciation et possède une activité immunorégulatrice : la 1α,25-(OH)2-∆-22,∆-24,26,27-homo-D3.
Ce dérivé est en développement pour lutter contre certains cancers du sein.
Il semble que les modifications apportées au niveau de la chaine en 17 ne doivent pas impliquer les carbones 22 et 23 pour le maintien d’une activité vitaminique D stricto sensu.
Mais, celles qui concernent les carbones 24,26 et 27 sont susceptibles de renforcer certaines activités, discrètes chez les vitamines D et ses métabolites, conduisant à des applications en thérapie anticancéreuse.
Introduction d’un atome de Fluor
Le remplacement d’un hydrogène par un fluor est une pharmaco-modulation des plus fréquentes car :
Le fluor, possédant un volume voisin de celui de l’hydrogène, peut le remplacer sans conséquence stériques
L’énergie de la liaison C-F est plus élevée que celle de la liaison C-H, entrainant ainsi une meilleure stabilité de la molécule et notamment une résistance aux oxydations métaboliques.
L’électronégativité du fluor peut provoquer des modifications conformationnelles lors d’une interaction avec le site de liaison.
Modifications au niveau du cycle A
Afin d’établir le rôle de l’hydroxyle en 3β, plusieurs analogues ont été préparés.
Ainsi, l’épiméres 3α du calcitriol possède une activité très atténuée.
La 3-désixy-1α-OH-D3 est moins active que la 1α-OH-D3, de même que la 3-désoxy-1α,25-(OH)2-D3 l’est vis-à-vis du calcitriol.
L’inversion de configuration en 1, avec l’obtention de 1β-OH-D3 et 1β,25-(OH)2-D3 induit une diminution importante de l’activité vitaminique.
L’introduction d’un hydroxyle en 2β(2β-OH-D3) inhibe le métabolisme au niveau de l’hydroxylation en 1α.
De même, des inversions de configurations simultanées en 1 et 3 provoquent une diminution importante de l’action vitaminique.
L’augmentation de la taille du cycle A conduit à des composés pratiquement inactifs sur l’absorption intestinale du calcium et sa mobilisation au niveau de l’os.
Antivitamines D
Les modifications réalisées pour obtenir des analogues de la vitamine D3 ou de ses différents métabolites ont montré que certaines d’entre elles permettaient de dissocier l’activité purement calciotrope, d’autres propriétés.
Ces observations sont dues à la présence ubiquiste du récepteur à la vitamine D (VDR) ; intestin, rein, ostéoblastes, parathyroïdes, cellules de l’épiderme, fibroblastes, myéloblastes, muscle cardiaque, tissu mammaire, testicules, ovaires, utérus, placenta, glande pituitaire, pancréas, colon, parotides, thymus, lymphocytes activés, monocytes circulants, mais aussi de cellules de tumeurs malignes.
Ces recherches ont pour but de préparer des composés utilisables contre des affections telles que le psoriasis, certains cancers et leucémies ou pour éviter les phénomènes de rejet de greffes étant donné leur pouvoir immunosuppresseurs.
Introduction d’insaturation au niveau de la chaine 17
Hydroxylation en 24
Introduction d’un groupement alcoxyle en 2
Modification de la substitution en 1O
Introduction d’hétéroatomes dans la chaine 17
Modification concernant la chaine au niveau du carbone 24.*
ACTIVITE BIOLOGIQUE
Les composés vitaminiques D interviennent dans le transport intestinal du calcium, le métabolisme du tissu osseux, l’homéostasie phosphocalcique, la croissance et la différenciation de cellules, en particulier du système hématopoïétique et immunitaire, ainsi que dans la régulation de la sécrétion d’insuline et de certaines hormones hypophysaires.
Une déficience en vitamine D se manifeste principalement par des déformations osseuses, une hypotonie musculaire, un dérèglement de l’homéostasie calcique, une altération des fonctions de reproduction.
L’apport de vitamine D permet de corriger ces troubles.
Le site d’action le mieux connu est l’intestin.
Les composés vitaminiques D sont nécessaires à l’absorption intestinale du calcium et du phosphore ainsi qu’au maintien de leur concentration sérique.
Au niveau du squelette, il a été admis que les composés vitaminiques D ne possédaient qu’une action indirecte sur la minéralisation osseuse, d’autant que la seule activité connue à ce niveau était une ostéolyse avec libération du calcium et du phosphore.
La 1α,25-(OH)2-D3 est le métabolite le plus actif sur l’absorption intestinale et la mobilisation des ions calcium et phosphate de l’os.
Elle a également une activité au niveau du rien et de la parathyroïde.
Bien qu’une incertitude persiste quant au rôle respectif des différents métabolites de la vitamines D3, la 24,25-(OH)2-D3 et la 25-OH-D3 ont des fonctions vitaminiques D spécifiques, complémentaires de la 1α,25-(OH)2-D3.
Les métabolites de la vitamine Des lient à un récepteur nucléaire unique nommé VDR.
Il appartient à la superfamille de récepteurs comprenant ceux des stéroïdes, des rétinoïdes et des hormones thyroïdiennes.
Ils possèdent une masse moléculaire de 65 KDa.
La 1α,25-(OH)2-D3, métabolite le plus actif, se lie avec une forte affinité, alors que la 1α-OH-D3
Le récepteur de la vitamine D (VDR) possède 427 acides aminés subdivisé en deux régions.
L’une lie le dérivé vitaminique au niveau de la partie carboxylique terminale impliquant la cystéine 187, l’arginine 271 et la tyrosine 272.
L’autres région, riche en cystéine et comportant deux doigts de zinc, lie l’ADN ; le rôle de la glycine 30 et les arginines 70 et 77 serait déterminant, notamment lors du rachitisme vitamino-résistant héréditaire de type II (vide infra), consécutif à une mutation de ces acides aminés.
Le complexe « dérivé vitaminique-récepteur-ADN » initie la synthèse d’un ARNm producteur de Calcium Binding Protein (CaBP), d’ostéocalcine (protéine à résidu α-carboxyglutamique tel qu’il en existe dans les facteurs de coagulation) ; d’ostéovectine, d’ostéopontine (protéine impliquée dans l’édification de la matrice osseuse).
Ce récepteur, sous sa forme native, est localisé préférentiellement dans le cytoplasme de différentes cellules cibles.
Sous sa forme « transformée », il agit au niveau de la chromatine nucléaire pour réguler la transcription des gènes.
La répartition très ubiquiste de ce récepteur dans les cellules de l’organisme explique le rôle biologique des composés vitaminiques D, non seulement au niveau du métabolisme calcique régulant l’ossification, mais aussi dans certains dérèglements immunologiques ou hormonaux, laissant entrevoir de nouvelles applications thérapeutiques.
INDICATIONS
Rachitisme
Rachitisme commun
Rachitisme d’origine iatrogène
Rachitismes vitamino-résistants secondaires
Rachitisme vitamino-résistant idiopathique
Ostéomalacie
Hypoparathyroïdie
Ostéodystrophie rénale
Psoriasis
EMPLOI
Calcifédiol : rachitisme, ostéomalacie, hypoparathyroïdie, insuffisance rénale, affections hépatiques.
Alfacalcidol : Ostéodystrophie rénale (insuffisance rénale), hypoparathyroïdie, sujets hémodialysés
Calcitriol : Ostéodystrophie rénale, ostéomalacie, hypoparathyroïdie, lithiase calcique avec calciurie.