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オレキシン受容体拮抗物質の創製

二村 彩 東北大学

2022.09.07

概要

・本研究の目的と概要

眠症薬の治療目標は、睡眠の質と量を改善することにより日中の眠症関連障害を減らすとともに、ふらつきや翌日への眠気(持ち越し効果)といった副作用を回避することにある. 睡眠の質において、オレキシン受容体拮抗物質は、内因性覚醒系であるオレキシンの作用を抑えるため、より「自然な」睡眠 (生理的睡眠)を惹起することが期待できる.また、 脳全体に存在するGABAA受容体をターゲットとした既存の鎮静型睡眠薬とは作用点が異なることから、既存薬が有する筋弛緩作用などの副作用を回避しうる.オレキシン受容体拮抗薬であれば治療目標を達成し、 不眠症に悩まされている人々の苦しみを和らげQOLを改善できると考え、新規なオレキシン受容体拮抗物質の創出研究を開始した.本研究では、まずOX1 R/ OX2 Rの両受容体に高い活性を有する化合物を目標にした.早い体内吸収と短半減期のPK (pharmacokinetic)プロファイルを有する化合物に導くことにより、用後短時間で入眠効果を示し、翌朝への持ち越し効果が少ない薬剤を目した.

・研究方針

強力な薬効と短半減期のPKプロファイルを有する経口投与可能なDORAを創出するため、以下に示す3つの方針を策定し研究を進めた.

① LBDD (ligand-based drug design)により新規骨格を創出する
研究開始時にはGPCRであるオレキシン受容体のX 線結晶構造は明らかとなっていなかったが、特許や論文では数の拮抗物質が報告されていた.そこで、既知の拮抗物質の構造情報を基にLBDDの手法を用い、新規なリード骨格をデザインする.LBDDとは、様々なリガンドから活性発現に重要な官能基特性を抽出しファーマコフォア情報を引き出す手法である.

②低脂溶性化合物に導き、分布容積 Vd (volume of distribution)を低下させ、ひいては半減期T1 / 2の短縮を目す
T1 / 2とVd、クリアランス(CL: clearance)との間には式(1)の関係が成り立つ.
T1 / 2 = ln2 * Vd/ CL …式(1)
一般的に、脂溶性の高い薬物は組織に移行しやすくVdが大きくなる.したがって、化合物の脂溶性を低減することによりT1 / 2の短縮が期待できる43,44.他方、 高脂溶性化合物であってもCLの上によりT1 / 2が短くなるが、低脂溶性化合物の方が、溶解性(早い体内吸収)45、経口吸収性(高いバイオアベイラビリティ)45および毒性面 44,45で有利であると考え、 Vdの低減による短半減期化を目す.

③ Dual OX1 R/ OX2 R活性と低脂溶性を両立する化合物に最適化する
高い活性と低脂溶性のバランスがとれた化合物へ導くため、化合物構造を最適化する.選抜した化合物について、ラットおよびイヌを用いたPK 試験により化合物の脳内移行性を確認するとともに、ヒト予測半減期を算出する.ヒトにおいて短半減期と予想される化合物についてラット脳波試験を実施し、入眠潜時および睡眠促進作用の薬効を評価する.

・各章の説明
第 1 章では、既知のオレキシン受容体拮抗化合物を基に、LBDDの手法を用いて見出した新規骨格pyrazoylethylbenzamideに関して、 誘導体のSAR (structure-activity relationship)と最もバランスのとれた化合物として選抜した27eの薬物動態、薬効について述べる.化合物 27eは、 PK 試験から短半減期の化合物であることが判り、 in vivo 薬理試験 (ラット脳波)により睡眠促進作用を示すことが明らかとなった(3 mg/kg, ip).

第 2 章では、第 1 章で見出した27eの短半減期のPKプロファイルを維持しながら、OX1 R/ OX2 R活性を向上させるため、母核を再検討した.第 1 章のin vitro 試験において高活性である4aは、脂溶性が高く、イヌPK 試験から⾧いヒト予測半減期が算出された.第 1 章で合成した化合物の多くは、活性と脂溶性がトレードオフの関係にあり、 鎖 状アミドpyrazoylethylbenzamide 骨格は活性と短半減期の動態プロファイルを両立するには十分であると考えられた.第 2 章においては、新規にデザインした骨格のSAR、選抜した(−)-28gのPK試験および薬効について述べる.この探索研究においてはコンピュータシミュレーションを駆使し、活性配座の取りやすさや薬物代謝酵素シトクロムP450 (CYP)による代謝のされやすさを計算することで、環状骨格にヘテロ原子を導入した類例のない新規骨格を創製した.化合物 (−)-28gは、低脂溶性でありながら高い薬理活性を示し、ラットとイヌのPK 試験結果に基づきヒトにおいても短半減期が見込める化合物であった.In vivo 薬理試験 (ラット脳波)において、 (−)-28gは非常に低用量から睡眠促進作用を示した(1 mg/kg, po).

第 3 章では、 第 1 章の鎖状アミドpyrazoylethylbenzamide 誘導体のOX1 R 選択性に着目することで、 鎖状アミド誘導体からOX1 R 選択的拮抗物質の創出に至った一連の誘導体のSARについて述べる.鎖状アミド誘導体に対し、アミドの隣接位に(S)-メチル基を導入すると、化合物が活性配座に局在化するものと予想した.実際に、(S)-メチル置換pyrazoylethylbenzamide 誘導体のOX1 Rの活性は向上した. 高いOX1 R 阻害活性を維持しながらOX2 R 阻害活性が低減する変換を探索し、サブタイプ選択性に関するSARを収集するとともに、OX1 R 選択性の高い化合物を創出した.

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68) Molecular docking simulation is used CDOCKER of Discovery Studio 2016 programa. The input receptor of the molecular docking simulation is OX1 R (PDB: 4zj8.pdb) and OX2 R (PDB: 4s0v.pdb). The OX1 R and OX2 R is added hydrogen atoms using Protenate 3D method of Molecular Operating Environment program (MOE)b. The hydrogens of OX1 R and OX2 R are optimized by molecular mechanics using Amber10 forcefield of MOE. The input site sphere of the molecular docking simulation is region of the suvorexant of the OX1 R and the OX2 R. The electrostatic potential surface is used a charge density obtained by solving the Poisson-Boltzmann equation of MOE. a) Dassault Systèmes BIOVIA, Discovery Studio Modeling Environment, Release 2016, San Diego: Dassault Systèmes, 2016. b) Molecular Operating Environment (MOE), 2015.10; Chemical Computing Group Inc., 1010 Sherbooke St. West, Suite #910, Montreal, QC, Canada, H3A 2R7, 2016.

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