Wprowadzenie

3-Fenylopropionamid (czyli amid kwasu 3-fenylopropionowego) stanowi atrakcyjny szkielet chemiczny w projektowaniu nowych leków. Struktura ta składa się z pierścienia benzenowego połączonego dwuatomowym łącznikiem z grupą karboksamidową. Dzięki plastyczności chemicznej możliwe są liczne modyfikacje – np. podstawienie przy atomie w pozycji 2 łańcucha propionamidowego (jak w związkach typu 2-alkilo-3-fenylopropionamid: 2-etylo, 2-metylo itp.) lub zamiana atomu wodoru amidu na różne ugrupowania – co pozwala dostroić właściwości biologiczne takich analogów. W literaturze podkreśla się, że 3-fenylopropionamid jest funkcjonalnym budulcem obecnym w wielu bioaktywnych związkach. Przykładowo, fragment 3-fenylopropionamidowy występuje w strukturach pochodnych witaminy B5 (kwasu pantotenowego) zawierających motyw α-hydroksyamidu, a także w rozmaitych związkach o działaniu biologicznym (np. analogi opioidowe czy inhibitory enzymów) – wskazując na jego uniwersalność. Niniejszy artykuł przedstawia przegląd mechanizmów, dzięki którym analogi 3-fenylopropionamidu wykazują aktywność przeciwzapalną i przeciwnowotworową, a także omawia wartość tego szkieletu oraz perspektywy jego zastosowań w projektowaniu nowych leków.

Struktura i właściwości szkieletu 3-fenylopropionamidu

3-Fenylopropionamid można opisać wzorem Ar–CH₂–CH₂–CONH–R (gdzie Ar to pierścień fenylowy, a R = H lub ugrupowanie podstawnikowe). Taka budowa łączy hydrofobowy fragment aromatyczny (fenyl) z polarną funkcją amidu, co sprzyja oddziaływaniom z różnymi miejscami wiązania biologicznego. Substytucje w szkielecie pozwalają m.in. na wprowadzenie centrów stereochemicznych (np. podstawnik alkilowy przy węglu α amidu) lub reaktywnych warunków kowalencyjnego przyłączania do białek (np. N-hydroksyamid jako chelator metalu w enzymie lub β-laktam jako elektrofil dla reszt cysteinowych). Dzięki temu analogi 3-fenylopropionamidu mogą działać na zróżnicowane cele molekularne. Z punktu widzenia chemii medycznej, jest to privileged scaffold – często pojawiający się motyw strukturalny o udowodnionej użyteczności w projektowaniu leków. Jego uniwersalność wynika również z relatywnie prostej syntezy oraz możliwości dołączania różnych farmakoforów. Na przykład, do atomu azotu amidu można przyłączyć ugrupowania heterocykliczne (pirydynylowe, tiazolowe, itp.), co pozwala uzyskać związki zdolne do oddziaływań z kinazami czy enzymami proteolitycznymi. Z kolei modyfikacje przy pierścieniu fenylowym (podstawniki elektronodonorowe lub -akceptorowe) umożliwiają regulację lipofilowości i dopasowanie kształtu cząsteczki do kieszeni aktywnych białek. Te cechy sprawiają, że szkielet 3-fenylopropionamidu jest wszechstronnym budulcem o dużym potencjale w projektowaniu leków.

Mechanizmy działania przeciwzapalnego analogów 3-fenylopropionamidu

Działanie przeciwzapalne związków opartych na 3-fenylopropionamidzie może wynikać z różnych mechanizmów molekularnych, w zależności od modyfikacji struktury i celu farmakologicznego. Poniżej omówiono najważniejsze strategie, w jakich wykorzystano ten szkielet do uzyskania aktywności przeciwzapalnej.

Inhibitory NAAA i szlak PPAR-α

Jednym z najciekawszych zastosowań 3-fenylopropionamidu w terapii przeciwzapalnej jest hamowanie enzymu N-acyloetanoloamino-hydrolazy kwasowej (NAAA). Enzym ten odpowiada za rozkład palmitoiloetanoloaminy (PEA) – endogennego lipidu o działaniu przeciwzapalnym poprzez aktywację receptora jądrowego PPAR-α. Zahamowanie NAAA powoduje zwiększenie poziomu PEA w tkankach, co nasila sygnalizację PPAR-α i przekłada się na działanie przeciwzapalne oraz przeciwbólowe. Kluczowym odkryciem w tym obszarze było opracowanie selektywnego inhibitora NAAA opartego na szkielecie 3-fenylopropionamidu: (S)-OOPP, czyli (S)-N-(2-okso-3-oksytanyl)-3-fenylopropionamidu. Związek ten zawiera w pozycji 2 ugrupowanie β-laktonowe, zdolne do kowalencyjnej modyfikacji centrum aktywnego NAAA. W warunkach in vitro (S)-OOPP hamował aktywność NAAA z IC₅₀ = 0,42 μM, zapobiegając rozkładowi PEA w leukocytach i osłabiając odpowiedź komórek na bodźce prozapalne. Co istotne, związek ten wykazał także działanie w modelach in vivo – zmniejszał naciek leukocytów wywołany karageniną (reakcja zapalna) u zwierząt, potwierdzając aktywność przeciwzapalną w organizmie. Dalsza optymalizacja struktury doprowadziła do powstania jeszcze silniejszych analogów. Przykładowo, podstawienie pierścienia fenylowego na bardziej rozbudowany układ bipfenylowy (związek oznaczony jako 7h) zwiększyło siłę hamowania NAAA (IC₅₀ ~0,12 μM) oraz poprawiło skuteczność przeciwzapalną in vivo. Mechanizm działania tych inhibitorów polega na kowalencyjnym acylowaniu kluczowej reszty cysteinowej w centrum aktywnym NAAA, co trwałe blokuje enzym. Dzięki temu następuje normalizacja poziomu PEA w tkankach objętych zapaleniem i aktywacja szlaku PPAR-α sprzyjająca wygaszaniu procesu zapalnego. Warto podkreślić, że inhibitory NAAA oparte na 3-fenylopropionamidzie cechują się wysoką selektywnością – (S)-OOPP nie hamował pokrewnych hydrolaz lipidowych (FAAH, MAGL, DAGLα), co zmniejsza ryzyko działań niepożądanych. Obecnie związki z tej klasy są przedmiotem badań przedklinicznych jako nowe leki przeciwzapalne i przeciwbólowe, które poprzez wpływ na endogenne mediatory lipidowe mogą zwalczać zapalenie bez typowych skutków ubocznych klasycznych niesteroidowych leków przeciwzapalnych (NLPZ).

Inhibitory kinazy p38 MAPK

Innym istotnym celem przeciwzapalnym są kinazy z rodziny MAPK p38, odgrywające rolę w produkcji cytokin prozapalnych (np. TNF-α, IL-1β). Blokowanie p38 hamuje kaskadę zapalną i było intensywnie badane jako strategia leczenia chorób zapalnych. Związki zawierające motyw 3-fenylopropionamidu również znalazły zastosowanie w projektowaniu inhibitorów p38 MAPK. Literatura patentowa podaje liczne przykłady takich analogów – często są to hybrydowe cząsteczki, w których fragment 3-fenylopropionamidowy połączony jest z heterocykliczną częścią wiążącą się w miejscu aktywnym kinazy. Na przykład w zgłoszeniach patentowych firmy Takeda opisano pochodne, gdzie azot amidu sprzężony jest z podstawionym pirydylem i pierścieniem 1,3-tiazolowym, a grupa acylowa to właśnie 3-fenylo-propionyl. Tak uzyskano związki takie jak N-[4-(2-alkilo-4-(3-metylofenyl)-1,3-tiazol-5-yl)-2-pirydylo]-3-fenylopropionamidy, wykazujące wysoką aktywność inhibicyjną wobec kinazy p38. W modelach doświadczalnych związki te skutecznie tłumiły aktywację p38 oraz wydzielanie cytokin zapalnych, co potwierdza ich działanie przeciwzapalne. Choć żadna z tych cząsteczek nie trafiła dotąd na rynek jako lek, stanowią one dowód koncepcji, że wprowadzenie szkieletu fenylopropionamidowego do inhibitorów kinaz może przynieść korzyści farmakologiczne. Szkielet ten odpowiada m.in. za korzystne właściwości farmakokinetyczne i silne oddziaływania z miejscem wiązania (np. grupa amidowa może tworzyć wiązania wodorowe z resztami w miejscu katalitycznym kinazy). W rezultacie, analogi 3-fenylopropionamidu są obiecującymi kandydatami na leki przeciwzapalne nowej generacji, zwłaszcza w terapii chorób autoimmunologicznych i zapaleń przewlekłych, gdzie modulacja szlaku p38 przynosiła poprawę w modelach przedklinicznych.

Inne mechanizmy przeciwzapalne

Warto wspomnieć, że szkielet 3-fenylopropionamidu pojawia się także w innych klasach związków o działaniu przeciwzapalnym. Przykładowo, pewne selektywne inhibitory COX-2 opracowano jako proleki w formie amidów kwasów arylopropionowych, by zwiększyć ich rozpuszczalność i bezpieczeństwo. Klasycznym przykładem jest parekoksyb sodowy – prolek waldekoksybu – który chemicznie jest N-sulfonylowym pochodnym propionamidu (choć w jego strukturze fenyl nie jest bezpośrednio związany z węglem β, to fragment propionamidowy pełni rolę nośnika). Pozwala to podawać lek parenteralnie w terapii ostrego zapalenia i bólu. Innym polem badań są modulatory receptorów jądrowych: istnieją doniesienia, że pewne 3-fenylopropionamidy mogą działać jako słabi agoniści PPARγ lub antagoniści receptorów androgenowych, co potencjalnie wpływa na przebieg procesów zapalnych i proliferacyjnych (choć te efekty wymagają dalszych badań). Niemniej, zebrane przykłady dowodzą, że funkcjonalizacja szkieletu 3-fenylopropionamidu pozwala na uzyskanie związków działających przeciwzapalnie poprzez różne niezależne ścieżki – od enzymów metabolizmu lipidów (NAAA), przez kinazy sygnałowe (p38), po enzymy prozapalne (MMP, COX). Ta wszechstronność mechanistyczna czyni go wartościowym elementem konstrukcyjnym w medycynie farmaceutycznej.

Mechanizmy działania przeciwnowotworowego analogów 3-fenylopropionamidu

Leki przeciwnowotworowe ukierunkowane są na hamowanie wzrostu komórek nowotworowych, migracji/inwazji, angiogenezy czy indukcję śmierci komórek guza. Okazuje się, że wiele analogów 3-fenylopropionamidu wykazuje takie działanie przeciwnowotworowe, oddziałując na różne cele związane z progresją nowotworów. Poniżej opisano główne mechanizmy antynowotworowe, w których wykorzystano ten uniwersalny szkielet.

Hamowanie enzymów degradujących macierz pozakomórkową (MMP)

Metaloproteinazy macierzowe (MMP), zwłaszcza żelatynazy MMP-2 i MMP-9, odgrywają kluczową rolę w procesie inwazji i przerzutowania nowotworów poprzez degradację kolagenu i barier tkankowych. Inhibitory MMP były badane jako potencjalne leki antymetastatyczne. Jedną z klas silnych inhibitorów MMP stanowią pochodne hydroksyamidowe, zdolne do chelatowania jonu Zn²⁺ w centrum aktywnym metaloproteinaz. Typowym przedstawicielem jest tutaj związek znany jako BiPS – pełna nazwa: (2R)-[(4-bifenylo-sulfonyl)amino]-N-hydroksy-3-fenylopropionamid. Struktura BiPS zawiera szkielet 3-fenylopropionamidu, gdzie na azocie amidu wprowadzono ugrupowanie sulfonylowe połączone z układem bifenylenowym, zaś przy azocie obecna jest grupa hydroksylowa (tworząc N-hydroksyamid, czyli hydroksamat). BiPS został zaprojektowany jako inhibitor MMP-2/9 i wykazuje dużą skuteczność w hamowaniu tych enzymów (IC₅₀ rzędu mikromolowego wg Tamura i wsp. 1998). Co ważne, potwierdzono jego działanie antynowotworowe in vivo: w modelu mysim BiPS znacząco ograniczał kolonizację płuc przez komórki raka płuca (Lewis lung carcinoma) – co świadczy o zahamowaniu procesu przerzutowania. Ponadto, związek ten hamował migrację limfocytów przez śródbłonek oraz inwazję komórek śródbłonka naczyń mózgu w macierzy Matrigel, co potwierdza jego zdolność do blokowania kluczowych etapów metastazy. BiPS wykazywał też inne aktywności (np. hamowanie patogenezy zwłóknień indukowanych TGF-β), jednak z punktu widzenia onkologii najważniejsze jest jego oddziaływanie na mikrośrodowisko guza i ruchliwość komórek nowotworowych. Wprawdzie pierwsza generacja inhibitorów MMP (w tym podobne hydroksamaty) nie weszła do rutynowej terapii z powodu efektów ubocznych, to jednak BiPS i analogi posłużyły jako narzędzia badawcze do poznania mechanizmów metastazy oraz jako punkty wyjścia do projektowania bardziej selektywnych związków. Co więcej, odkryto dodatkowy interesujący efekt BiPS – stwierdzono, że stabilizuje on czynnik indukowany hipoksją HIF-1α poprzez hamowanie jego hydroksylacji, prowadząc do aktywacji szlaku HIF. Choć aktywacja HIF może sprzyjać adaptacji komórek nowotworowych do niedotlenienia, w kontrolowanych warunkach farmakologicznych rozważa się paradoksalnie wykorzystanie induktorów HIF (np. w celu stymulacji angiogenezy w niedokrwieniu). Przykład BiPS pokazuje więc, że analogi fenylopropionamidowe mogą oddziaływać wielokierunkowo – zarówno hamując inwazję nowotworu, jak i modyfikując odpowiedź na hipoksję – co wymaga dalszych badań nad bezpiecznym ukierunkowaniem ich aktywności przeciwnowotworowej.

Inhibitory AAA+ ATPazy p97/VCP

Jednym z nowatorskich celów molekularnych w onkologii jest ATPaza p97 (znana też jako VCP) – enzym z rodziny AAA⁺ zaangażowany w degradację białek (procesy proteostazy), naprawę DNA i regulację cyklu komórkowego. Nadekspresja p97 obserwowana jest w wielu nowotworach (m.in. rak okrężnicy, trzustki, płuca, piersi) i koreluje z agresywnym fenotypem oraz opornością na leczenie. Zahamowanie p97 prowadzi do akumulacji białek w komórkach nowotworowych i może indukować ich śmierć, co czyni z p97 atrakcyjny cel przeciwnowotworowy. Początkowo opracowano szereg inhibitorów niekowalencyjnych p97 (niektóre weszły nawet do badań klinicznych), jednak ostatnio uwaga skupiła się na inhibitorach kowalencyjnych, które poprzez trwałe związanie z enzymem mogą zapewnić dłuższy efekt i pokonać mechanizmy oporności. I tu do akcji wkracza nasz szkielet – 3-fenylopropionamid – wykorzystany do konstrukcji nowej klasy kowalencyjnych inhibitorów p97. Wang i wsp. (2023) opisali serię związków będących pochodnymi N-(3-(imidazol-2-il)fenylo)-3-fenylopropionamidu, zawierających dodatkowo reaktywny warunek alkynowy (tzw. warhead propargylowy) sprzężony z ugrupowaniem fenylowym. Taki fenylopropargylowy fragment może tworzyć wiązanie kowalencyjne z resztą cysteiny 522 w centrum aktywnym p97. Prototypowa cząsteczka z tej serii, nazwana FL-18, wykazała silne działanie przeciwnowotworowe: nie tylko hamowała aktywność ATPazową p97 z IC₅₀ = 59 nM, ale także selektywnie przyłączała się do p97 w komórkach nowotworowych i hamowała wzrost komórek glejaka (linii U87MG) z IC₅₀ = 31 nM. Co więcej, FL-18 okazała się silniejsza od wcześniejszych niekowalencyjnych inhibitorów (np. NMS-873). Mechanistycznie, związki te blokują funkcje p97, co zaburza procesy utrzymania proteostazy i prowadzi do stresu ER oraz apoptozy w komórkach nowotworowych. Struktura FL-18 i jej analogów doskonale ilustruje, jak 3-fenylopropionamid może służyć za rdzeń łączący element rozpoznający enzym (aromatyczna anilina z podstawnikami, dopasowana do kieszeni p97) z elementem reaktywnym (alkinowym) dokującym się kowalencyjnie do cysteiny. Dzięki obszernym badaniom SAR (strukturę aktywność) zoptymalizowano podstawienie pierścieni aromatycznych oraz ugrupowanie alkynamidowe, uzyskując najbardziej aktywny związek o IC₅₀ dla p97 ~0,4 nM – jeden z najsilniejszych inhibitorów tego enzymu. Te wyniki dowodzą, że analogi 3-fenylopropionamidu mogą efektywnie posłużyć do kontrolowania kluczowych procesów nowotworowych (tu: degradacji białek) i stanowią obiecującą strategię terapii przeciwnowotworowej, zwłaszcza w kombinacji z innymi lekami (np. z inhibitorami proteasomu, by wywołać katastrofę proteostazy w komórce raka).

Inne zastosowania przeciwnowotworowe

Oprócz opisanych powyżej głównych mechanizmów, warto zaznaczyć, że szkielet fenylopropionamidowy znajduje też inne zastosowania w onkologii. Ciekawym przykładem jest wykorzystanie pochodnych 2-hydroksy-3-aminopropionamidu jako chiralnych elementów budulcowych w syntezie taksoidów – półsyntetycznych analogów paklitakselu (znanego leku przeciwnowotworowego). W literaturze patentowej opisano metodę, w której rozdziela się racemiczną 2-hydroksy-3-amino-3-fenylopropionamidę na enancjomery i używa jednego z nich do zbudowania łańcucha bocznego C13 taksanów. Pozwala to uzyskać aktywne analogi paklitakselu o zmodyfikowanych właściwościach. To pokazuje, że 3-fenylopropionamid jest cenny nie tylko jako motyw obecny w gotowych lekach, ale też jako substrat syntetyczny do wprowadzania chiralnych fragmentów w zaawansowanych syntezach związków przeciwnowotworowych. Ponadto, pewne fenylopropionamidy badane są pod kątem modulacji ścieżek sygnałowych w komórkach nowotworowych – np. jako potencjalni inhibitory białek opiekuńczych (Hsp70) czy modulatory czynników transkrypcyjnych, choć prace te są na wczesnym etapie.

Przykłady związków i perspektywy zastosowań

Na podstawie powyższego przeglądu można wyróżnić szereg przykładowych związków opartych na szkielecie 3-fenylopropionamidu o działaniu przeciwzapalnym lub przeciwnowotworowym (Tabela 1). Wśród nich znajdują się zarówno kandydaci kliniczni, jak i związki na etapie badań przedklinicznych czy nawet koncepcyjnym:

• (S)-OOPP – inhibitor NAAA, przeciwzapalny (PPAR-α mediator).
• Analogi 7h, 7c – modyfikacje OOPP (podstawione fenylopropionamidy) o zwiększonej sile działania przeciwzapalnego.
• Pochodne pirydylo-tiazolowe (Takeda) – inhibitory p38 MAPK z fragmentem 3-fenylopropionamidu, aktywne przeciwzapalnie.
• BiPS – hydroksyamid fenylopropionowy, inhibitor MMP-2/9, antymetastatyczny (ogranicza przerzuty).
• FL-18 – kowalencyjny inhibitor p97, fenylopropionamid propargylowy z imidazolem, silnie przeciwnowotworowy.
• Pochodne taksanów (C13) – fragmenty fenylopropionamidowe wykorzystane w lekach taksoidowych (pośrednio przeciwnowotworowe).

Perspektywy: Szkielet 3-fenylopropionamidu jawi się jako wartościowy element w projektowaniu przyszłych leków, zarówno z uwagi na swoją uniwersalność biologiczną, jak i elastyczność chemiczną. Wielokierunkowe działanie – od zapalnego po przeciwnowotworowe – świadczy o tym, że przez odpowiedni dobór podstawników i strategii celowania molekularnego, można z tej jednej platformy strukturalnej uzyskać związki o żądanym profilu działania. Istotne jest również to, że wiele z opisanych analogów wykazuje selektywność względem swoich celów (np. OOPP wobec NAAA vs inne hydrolazy, FL-18 wobec p97 vs inne białka), co dobrze wróży dla bezpieczeństwa terapeutycznego.

Z punktu widzenia rozwoju leków, analogi fenylopropionamidowe mogą uzupełnić istniejący arsenał farmaceutyków, oferując nowe mechanizmy (np. wzmacnianie endogennej odpowiedzi przeciwzapalnej przez PEA) lub przezwyciężając oporność (kowalencyjne inhibitory trudniej omijane przez komórki nowotworowe). Niewątpliwie potrzebne są dalsze badania – w tym optymalizacja właściwości farmakokinetycznych, toksykologicznych oraz testy kliniczne – aby w pełni potwierdzić ich wartość terapeutyczną. Jednakże już obecne dane z literatury naukowej i patentowej wskazują, że 3-fenylopropionamid zasłużenie zyskał miano „uniwersalnego budulca” w chemii leków. Jego funkcjonalność przejawia się w możliwości projektowania leków „szytych na miarę” dla zróżnicowanych chorób – od przewlekłych stanów zapalnych (artretyzm, zapalenie jelit, bóle neuropatyczne) po schorzenia onkologiczne (inwazyjne guzy lity czy nowotwory układu krwiotwórczego). W związku z tym, perspektywy zastosowań analogów 3-fenylopropionamidu są bardzo szerokie, a prowadzone badania pozwolą zapewne na odkrycie kolejnych innowacyjnych terapii opartych na tym cennym szkielecie.

Bibliografia

1. Vacondio, F. et al. J. Med. Chem. (2010). Synthesis and Structure–Activity Relationships of N-(2-Oxo-3-oxetanyl)amides as NAAA Inhibitors – (S)-OOPP hamuje NAAA, zapobiega degradacji PEA i działa przeciwzapalnie.
2. Tamura, Y. et al. (1998). Bioorg. Med. Chem. Lett. – Opracowanie BiPS jako inhibitora MMP-2/9; związek redukuje przerzuty raka płuca w modelu mysim.
3. Guainazzi, A. et al. PNAS (2010). Selective NAAA inhibition – (S)-OOPP zwiększa poziom PEA, aktywuje PPAR-α i zmniejsza reakcję zapalną.
4. Wang, K. et al. Eur. J. Med. Chem. (2023). Covalent p97 Inhibitors – Fenylopropionamidowe pochodne (np. FL-18) kowalencyjnie hamują p97, wykazując silne działanie przeciwnowotworowe.
5. US Patent US10537560B2 (2020). P38 MAPK inhibitors – Przykłady 2-alkilo-3-fenylopropionamidów z ugrupowaniami pirydylo-tiazolowymi jako inhibitorów p38 o potencjale przeciwzapalnym.
6. EP Patent EP1229934B1 (2004). Taxane Side Chain Synthesis – Wykorzystanie chiralnego 2-hydroksy-3-amino-3-fenylopropionamidu do syntezy bocznego łańcucha taksanów (potencjalne cytostatyki).
7. De Paula, E. et al. J. Biol. Chem. (2010). BiPS as HIF Activator – BiPS, hydroksy-3-fenylopropionamid sulfonylowy, aktywuje HIF-1α i HIF-2α poza swoim działaniem hamującym MMP.
8. Patent US20040097555A1 (2004). 5-Pyridyl-1,3-thiazole Compounds – Zgłoszenie ujawnia serię fenylopropionamidów z heterocyklami, wskazując ich działanie przeciwzapalne i przeciwulcerogenne (inhibitory TXA₂, COX-2 itp.).
9. Magnaghi, P. et al. ChemMedChem (2013). Allosteric p97 Inhibitor (NMS-873) – Kontekst rozwoju inhibitorów p97 jako celów przeciwnowotworowych.
10. Inne źródła: Przegląd patentów i publikacji dostarczył dodatkowych informacji uzupełniających (np. charakterystyki farmakologiczne, modele chorobowe) potwierdzających tezy pracy. (Źródła: patenty i prace naukowe cytowane powyżej).