含有联苯酰胺的跨膜丝氨酸蛋白酶2（TMPRSS2）抑制剂的发现及其在前列腺癌治疗中的应用

《Bioorganic Chemistry》：Discovery of Biaryl amide-containing transmembrane serine protease 2 (TMPRSS2) inhibitors for the treatment of prostate Cancer

　　

摘要

跨膜丝氨酸蛋白酶2（TMPRSS2）是前列腺肿瘤进展的重要驱动因子，也是前列腺癌治疗的潜在治疗靶点。以先导化合物avonalstat为骨架，我们设计并合成了一系列新化合物，系统探索了它们针对TMPRSS2的结构-活性关系（SARs）。其中，化合物XDTM13（IC₅₀ = 3.60 nM）和XDTM14（IC₅₀ = 34.6 nM）表现出强效的TMPRSS2抑制活性，XDTM13的效力显著优于avonalstat（IC₅₀ = 18.2 nM）。Western blot分析证实XDTM13和XDTM14能有效抑制TMPRSS2的自身蛋白水解，而Transwell实验进一步表明它们能抑制LNCaP细胞的迁移和侵袭。此外，XDTM13和XDTM14在人肝微粒体中显示出优于avonalstat的代谢稳定性。总之，这些结果表明XDTM13和XDTM14是有前景的TMPRSS2抑制先导化合物，其中XDTM13作为特别有力的候选化合物具有进一步开发的潜力。

引言

前列腺癌（PCa）是一种起源于前列腺上皮细胞的雄激素依赖性恶性肿瘤，具有明显的侵袭和转移潜能。[1] 在全球范围内，它是男性第二常见的恶性肿瘤，也是诊断最常见的男性癌症，2025年占所有男性癌症病例的30%。[2] 受全球人口结构变化和预期寿命延长驱动，《柳叶刀》委员会预测PCa发病率将大幅上升。2022年的流行病学数据显示全球新诊断病例达147万例，每年约有40万例PCa相关死亡。[3]、[4] PCa发病率的持续上升给全球医疗系统带来巨大压力，并造成日益沉重的社会经济和临床负担。[5] PCa进展涵盖多个阶段，从前列腺上皮内瘤变、局限性腺癌到远处转移，后者是PCa相关发病率和死亡率的主要贡献因素。[6] 初次诊断后，大多数患者通常接受局部治疗，如根治性前列腺切除术、放射治疗、质子束治疗或冷冻手术。[7] 然而，对于表现为转移性疾病或涉及局部区域或远处扩散的复发癌症患者，雄激素剥夺治疗（ADT）或去势治疗仍是标准一线方案。[8] 尽管初始反应良好，大多数患者最终会复发为具有攻击性的难治性状态，即原发性去势抵抗性前列腺癌（CRPC）或转移性CRPC（mCRPC），这通常伴随不良的临床预后。[9]

跨膜丝氨酸蛋白酶2（TMPRSS2）是II型跨膜丝氨酸蛋白酶（TTSP）家族的成员，促进前列腺癌的生长、侵袭和转移，被认为是雄激素驱动疾病进展的关键效应分子。[10] 值得注意的是，TMPRSS2在转移性前列腺癌中高表达。[10]、[11] 在机制上，TMPRSS2触发前肝细胞生长因子（pro-HGF）的蛋白水解激活，进而激活下游细胞-间充质上皮转化因子（c-Met）信号，从而驱动前列腺癌细胞增殖和抗凋亡通路。[10]、[11]、[12]、[13]、[14] 此外，TMPRSS2在调节上皮-间充质转化（EMT）程序中起着关键作用，EMT是癌症转移的基本过程。它通过蛋白水解降解基底膜的关键成分，包括层粘连蛋白β1/γ1和nidogen-1，从而破坏细胞外基质（ECM）屏障，促进EMT介导的肿瘤细胞侵袭和转移。[1]、[10]、[12] 鉴于其在促进前列腺癌恶性进展中的不可或缺的作用，开发新型TMPRSS2抑制剂已成为治疗该疾病的有前景的治疗策略。

TMPRSS2抑制剂可根据其作用机制（MOAs）分为三类：肽模拟共价抑制剂、非肽模拟共价抑制剂和非共价小分子抑制剂（图1）。肽模拟共价抑制剂的典型代表是CMK和MM3122。[15]、[16] 具体而言，CMK通过Ser441位点的亲核取代生成酰化加合物，而MM3122含有酮苯并噻唑（KBT）弹头，与该残基形成稳定的四面体半缩醛加合物，从而实现强效且持久的TMPRSS2抑制。非肽模拟共价抑制剂包括camostat、nafamostat、gabexate和BC-11。[17]、[18]、[19]、[20]、[21]、[22] 其中，camostat、nafamostat和gabexate已在日本获批用于治疗胰腺炎，其抑制机制涉及催化Ser441残基羟基对酯基的亲核攻击，形成稳定的共价加合物。相比之下，BC-11通过其硼酸基团与Ser441侧链羟基的亲核加成发挥抑制作用，生成四配位硼酸盐复合物。非共价小分子抑制剂（如BHH、otamixaban和avonalstat）通过氢键和疏水作用锚定于酶活性口袋。[10]、[23]、[24] 值得注意的是，avonalstat目前正在进行遗传性血管性水肿的III期临床试验，其体外TMPRSS2抑制效力与camostat相当，同时在半衰期、口服生物利用度、靶点选择性、体内疗效和临床安全性方面表现更优。[24]、[25]

尽管取得了这些进展，目前尚无TMPRSS2抑制剂获得FDA批准用于临床，凸显了开发新型TMPRSS2靶向药物用于治疗前列腺癌的紧迫性。在本研究中，我们设计了一系列基于avonalstat的化合物，系统研究了它们针对TMPRSS2的结构-活性关系（SAR）。在合成化合物中，XDTM13和XDTM14表现出强效的纳摩尔级TMPRSS2抑制活性，在LNCaP细胞中展现优异的抗迁移和抗侵袭效果，以及良好的代谢稳定性，其中XDTM13表现出最为稳健的整体概况。总之，这些发现为进一步优化和开发小分子TMPRSS2抑制剂提供了宝贵的见解。

章节摘要

针对TMPRSS2的抑制活性及SAR研究

本研究中TMPRSS2抑制剂的设计基于先导骨架avonalstat。使用基于荧光的底物分析法评估了合成化合物对TMPRSS2的抑制活性。[26] 如表1所示，通过系统修饰中间苯环B上的取代基，初步研究了结构-活性关系（SAR），使用化合物XDTM01–XDTM14。缺乏乙烯基和甲氧基的化合物XDTM01和XDTM02表现出

结论

在本研究中，我们通过结构导向优化设计并合成了一系列新型TMPRSS2抑制剂。在合成化合物中，XDTM13成为最有前景的先导化合物，而XDTM14也表现出良好的抑制概况。两种化合物均表现出优异的体外TMPRSS2抑制活性，有效阻断TMPRSS2的自身蛋白水解，并在LNCaP细胞中展现强效的抗迁移和抗侵袭效果。此外，XDTM13和XDTM14表现出更长的

一般方法

试剂购自商业来源，除另有说明外，未经处理直接使用。NMR波谱在Bruker Advance 300、400或600 MHz光谱仪上于CDCl₃或DMSO-d₆中记录。所有¹H NMR波谱以相对于四甲基硅烷（0 ppm）在CDCl₃中高场方向的ppm报告，或相对于DMSO-d₆残余溶剂峰（2.50 ppm）报告。所有¹³C NMR波谱以相对于残余CDCl₃（77.0 ppm）或DMSO-d₆（39.5 ppm）的ppm报告。偶合常数以Hz报告，

CRediT作者贡献声明

金梓杰：撰写 – 初稿，可视化，验证，方法学，形式化分析，数据整理。姚皓轩：撰写 – 初稿，软件，资源，方法学，数据整理。叶江辉：软件，资源，方法学，数据整理。唐明宸：资源，方法学。程佳奇：资源，方法学。储倩：基金获取，数据整理。蒋智勇：监督，基金获取，概念构思。吴晓星：撰写 – 审阅与编辑，

知情同意与患者详情

作者未从参与者或其法定代理人处获得知情同意。人肝微粒体为商业购买。商业供应商在样本采集前已获得捐赠者的书面知情同意。我们研究所未进行样本采集或招募人类受试者；因此，无需研究团队额外获得知情同意。

人类与生物材料

本研究包含器官或组织捐赠者。

本研究包含人类生物材料，且

利益冲突声明

作者声明他们不存在可能影响本文所述工作的已知竞争性经济利益或个人关系。

致谢

本工作得到了国家自然科学基金（编号：21877128、21925103和22277141）和平原实验室开放基金（编号：2023PY-OP-0105）的支持。

金梓杰|姚皓轩|叶江辉|唐明宸|程佳奇|储倩|蒋智勇|吴晓星

中国药科大学药学院药物化学系，南京 211198，中国