Σύνθεση καινοτόμων αγωνιστών του υποδοχέα B2 της βραδυκινίνης με στόχο την ανάπτυξη αντικαρκινικών φαρμάκων

Abstract

Bradykinin (BK) is a nonapeptide hormone (Arg-Pro-Pro-Gly-Phe-Ser-Pro-Phe-Arg) that plays a critical role in various physiological processes, including cardiovascular homeostasis, inflammatory responses, and pain transmission. Its biological effects are mediated through the activation of two receptors, B1 and B2. Moreover, recent studies have indicated that BK may contribute to tumor progression, making its receptors potential targets for the development of anticancer agents. Initially, the scientific literature suggested that only antagonists of B1R and B2R could exert antiproliferative effects. However, more recent evidence has revealed that B1R agonists may also display such effects, sparking renewed interest in this research area. This raises the question of whether a B2R agonist could induce more pronounced antiproliferative effects, given the broader expression of the B2 receptor in various tissues. Most agonists described to date are peptide-based, although selective non-peptide B2R agonists have also been developed. In our laboratory, the agonist FR-190997 was synthesized and evaluated in breast cancer cell lines, including triple-negative forms, confirming its potent anticancer activity. Recent findings have shown that FR-190997 exerts strong antiproliferative effects via B2R activation, with an EC₅₀ of 80 nM in the MDA-MB-231 cell line, demonstrating superior efficacy compared to several approved breast cancer drugs. Based on these findings, a research program was developed with two main objectives: (a) the synthesis of sufficient quantities of FR-190997 for further in vitro and in vivo studies, as well as its potential repositioning in various cancer types, and (b) the development of novel analogues for structure-activity relationship (SAR) studies. The multistep synthesis of FR-190997 posed a significant challenge, as the original method involved 20 steps, 13 of which required chromatographic purification. Through optimization, a new 17-step method was developed, free of chromatographic purification, enabling the production of multigram quantities of FR-190997 and the synthesis of 55 new analogues. FR-190997 and several of its innovative analogues were found to exhibit excellent anticancer activity in cancer cell lines of breast cancer (MCFix 7, MDA-MB-231) and lung cancer (A549), glioblastoma (U87-MG), and melanoma (SK-MEL-28), with EC₅₀ values of 1–40 nM.

Η βραδυκινίνη (ΒΚ) είναι μια εννεαπεπτιδική ορμόνη (Arg-Pro-Pro-Gly-Phe-Ser-ProPhe-Arg) που διαδραματίζει κρίσιμο ρόλο σε ποικίλες φυσιολογικές διεργασίες, όπως η καρδιαγγειακή ομοιόσταση, οι φλεγμονώδεις αποκρίσεις και η μετάδοση του πόνου. Οι βιολογικές της δράσεις μεσολαβούνται μέσω της ενεργοποίησης δύο υποδοχέων, Β1 και Β2. Επιπλέον, νεότερες μελέτες έχουν δείξει ότι η ΒΚ μπορεί να συμβάλλει στην προαγωγή της ανάπτυξης όγκων, καθιστώντας τους υποδοχείς της εν δυνάμει στόχους για την ανάπτυξη αντικαρκινικών παραγόντων. Αρχικά, η επιστημονική βιβλιογραφία υποστήριζε ότι μόνο οι ανταγωνιστές των υποδοχέων Β1R και Β2R θα μπορούσαν να παρουσιάσουν αντικαρκινική δράση. Ωστόσο, πιο πρόσφατες έρευνες έχουν αναδείξει ότι και οι αγωνιστές του B1R ενδέχεται να επιδεικνύουν αντιπολλαπλασιαστικά αποτελέσματα, γεγονός που προκάλεσε επιστημονικό ενδιαφέρον και διεύρυνε την ερευνητική προσέγγιση στον τομέα αυτό. Στο πλαίσιο αυτό, προέκυψε το ερώτημα κατά πόσο ένας αγωνιστής του B2R θα μπορούσε να προκαλέσει εντονότερη αντιπολλαπλασιαστική δράση, δεδομένης της ευρύτερης έκφρασης του υποδοχέα Β2 σε διάφορους ιστούς. Η πλειονότητα των αγωνιστών του B2R που έχουν περιγραφεί έως σήμερα είναι πεπτιδικής φύσης, ωστόσο έχουν αναπτυχθεί και εκλεκτικοί, μη πεπτιδικοί αγωνιστές. Στο εργαστήριό μας συντέθηκε ο αγωνιστής FR-190997, ο οποίος αξιολογήθηκε σε κυτταρικές σειρές καρκίνου του μαστού, συμπεριλαμβανομένων του τριπλά αρνητικού τύπου, και επιβεβαίωσε την ισχυρή αντικαρκινική του δράση. Πρόσφατα δεδομένα ανέδειξαν ότι ο FR-190997 προκαλεί σημαντικά αντιπολλαπλασιαστικά αποτελέσματα με EC₅₀ = 80 nM στην καρκινική σειρά MDA-MB-231, επιδεικνύοντας ανώτερη αποτελεσματικότητα σε σύγκριση με αρκετά εγκεκριμένα φάρμακα για τον καρκίνο του μαστού, τουλάχιστον σε κυτταρικό επίπεδο. Βάσει αυτών των ευρημάτων, αναπτύχθηκε ερευνητικό πρόγραμμα με δύο κύριους στόχους: α) την σύνθεση επαρκών ποσοτήτων FR-190997 για περαιτέρω in vitro και in vivo μελέτες, και την πιθανή επανατοποθέτησή του για διάφορες μορφές καρκίνου, και β) τη δημιουργία νέων αναλόγων για μελέτες σχέσης δομής-δραστικότητας (SAR). Η πολυσταδιακή σύνθεση του FR-190997 αποτέλεσε σημαντική πρόκληση, καθώς η αρχική μέθοδος περιελάμβανε 20 στάδια, εκ των οποίων τα 13 απαιτούσαν vii χρωματογραφικό καθαρισμό. Μέσω βελτιστοποίησης αναπτύχθηκε μία νέα σύνθεση 17 σταδίων, απαλλαγμένη από χρωματογραφικούς καθαρισμούς, η οποία επέτρεψε την παραγωγή του FR-190997 σε ποσότητες γραμμαρίων και τη σύνθεση 56 νέων παραγώγων. Το FR-190997 και αρκετά από τα καινοτόμα ανάλογά του βρέθηκαν να έχουν εξαιρετική αντικαρκινική δράση σε καρκινικές σειρές του καρκίνου του μαστού (MCF-7, MDA-MB-231) και του πνεύμονα (A549), του γλοιοβλαστώματος (U87-MG) και του μελανώματος (SK-MEL-28) με τιμές EC₅₀ = 1-40 nM.