E3-1 高機能ADMET評価を基盤とした成功確率の高いリード創出・最適化支援

薬物代謝を考慮した候補化合物デザイン及び合成、代謝物の構造解析、代謝活性化機構の解析

[1] 支援担当者

[2] 支援技術の概要

• 有機化学的見地からの代謝部位や代謝活性化機構の予測
• LC-MS分析や有機合成技術を用いた代謝物の構造解析
• トラッピング剤を用いた反応性代謝物の評価
• CYP発現細胞を用いた細胞毒性の評価
• 代謝部位を抑えたリードのデザイン・合成
• 代謝活性化を回避したリードのデザイン・合成

[3] 支援技術の利用例

支援課題「パーキンソン病治療薬を目指したオキシカム誘導体の創製」に関して、これまでに既存薬メロキシカムを基盤に構造展開を行いテトラロン型リード化合物を見出した。しかし、このリード化合物の代謝安定性や化学安定性には問題があった。そこで、代謝物や化学的分解物の構造解析を行い、肝ミクロソームによる代謝物としてベンゼン環（A環）のヒドロキシ化体を、また、非酵素的に生じる酸化体としてB環のヒドロキシ化体をそれぞれ同定した。その結果に基づき、まずB環へのフッ素原子の導入やB環構造の変換を行い、in vitroの活性と同時に代謝安定性・化学安定性を評価し、選ばれた化合物については脳内移行性を含めた薬物動態やin vivoにおける薬効を評価し、in vivoにおいてもパーキンソン病症状を抑える有用な化合物を見出すことができた。一連の化合物については特許出願も行った。

このように、候補化合物の企業等への導出、臨床試験へのステップアップには生理活性のみではなく、候補化合物の体内動態、毒性の情報が必須であり、問題がある場合は早い段階で構造展開の中で解決していく必要がある。特に、代謝安定性の向上や代謝活性化の回避は優れた動態特性と安全性を確保する上で基本となる性質であるので、リード化合物を選択する段階で行っておくことが重要である。

[4] 支援担当者の研究概要

1. 有機化学を基盤とした代謝物の予想と同定、代謝物のリスク評価
   薬物代謝反応は化合物の電子密度、立体などの有機化学的性質によって決まる。そのため化合物の構造と、代謝反応様式から代謝物を予測することができる。さらに、生体高分子と結合しうる反応性代謝物も構造から予測可能である。予想代謝物を合成し、それを標品とした代謝物解析を行うとともに、代謝物標品を毒性試験等にも用いることができる。実際に肝毒性などが原因で使用が制限されている医薬品の新規反応性代謝物の予想と同定を行った例として高尿酸血症治療薬ベンズブロマロンがある。ベンズブロマロンはフェノール性水酸基を有していることからipso-置換代謝され反応性が高いジブロモヒドロキノン（DBH）が生成することを予想し、DBHを合成し代謝物解析を行い、その生成を明らかにした。さらに、DBHの毒性試験を行いベンズブロマロンの毒性本体である可能性も示した。この他、抗高血圧薬ラベタロールや気管支拡張剤サルブタモール、様々なエストロゲン類について、薬効や毒性を有する可能性がある新規代謝物を見出してきた。


2. 有機化学を基盤とした代謝活性化機構の解析とそれを回避した構造展開
   肝毒性などが原因で市場から撤退したり使用が制限されている医薬品の代謝的特徴や代謝活性化機構を解析し、問題となる代謝を回避したドラッグデザイン、合成及び評価を行っている。これまでに上述のベンズブロマロンの新規代謝活性化機構に基づき、代謝活性化を回避した6種類のベンズブロマロン誘導体を創製し、これらは薬効を維持した上で代謝活性化による毒性が軽減していることを示した。また、抗炎症薬のジクロフェナクについて、肝毒性の原因として知られているカルボキシ基のグルクロン酸抱合や芳香環水酸化を初発とするキノンイミン生成に着目し、これら代謝活性化反応を回避するようにデザインされた誘導体を合成している。
   この他にも、抗HIV薬ネビラピンや抗肥満薬リモナバンについて代謝活性化評価を行いながら構造展開を行っている。こうした知見を蓄積することで、多くの化合物において代謝活性化を回避できるドラッグデザインの一般化を進めている。



新規反応性代謝物解析法の開発
創薬初期段階での反応性代謝物の評価は安全性が高く、成功確率の高い医薬品創製に重要である。しかし、反応性代謝物はその反応性の高さから通常の代謝物解析では検出されにくいため、通常トラッピング剤で捕捉して解析する。現在汎用されるトラッピング剤はグルタチオンあるいはその標識体である。しかし、反応性代謝物にはソフトな求電子的性質を持つもの（マイケル受容体など）とハードな性質を持つもの（アルデヒド、ケテンなど）があり、グルタチオンは前者のみとしか反応しない。そこで、我々は1つのトラッピング剤でソフト及びハードな反応性代謝物を網羅的に捕捉できる新規蛍光標識化トラッピング剤を創製した。このトラッピング剤は、特に、ハードな反応性代謝物について環構造を形成しながら強固に捕捉できるため、感度の良い検出が可能となっている。



CYP発現細胞を用いた細胞毒性評価
鳥取大学との連携で、人工染色体を用いて主要CYP（2C9, 2C19, 2D6, 3A4）を強制発現したHepG2細胞（TC-HepG2）を代謝活性化の評価に使用している。通常のHepG2細胞と細胞毒性を比較することで代謝活性化の有無を評価できる。本系は、よりin vivoに近い肝細胞毒性を安定して評価できるので、化合物の毒性リスク評価系として有用である。


代謝部位同定のための分析法の開発
LC?MSを使用した代謝物解析解析では、例えば分子量が酸素原子分（16）増えた場合でも構造中のどこに酸素が導入されたかを正確に決めるのは困難な場合が多い。当研究室では、代謝物が水酸化体なのかN（あるいはS）オキシド体なのかを簡便に判定する手法を確立した。いくつかの既存薬を用いた検証も終了し、実際の支援プログラムの中でも利用を始めている。