シャーガス病治療薬候補物質、 新規キノン誘導体の既存薬との併用効果

シャーガス病治療薬候補物質、
新規キノン誘導体の既存薬との併用効果
群馬大学大学院保健学研究科
生体情報検査科学領域
教授 嶋田 淳子
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顧みられない熱帯病 （neglected tropical diseases)
・熱帯地域、貧困層を中心に蔓延している寄生虫、細菌感染症
・全世界で１０億人以上がおびやかされている
・WHOは１７の疾患を指定し、この中にトリパノソーマ科原虫による
３疾患（シャーガス病、アフリカ睡眠病、リーシュマニア症）が
含まれている
シャーガス病とは
・寄生原虫の南米型トリパノソーマ(Trypanosoma cruzi ）が病原体
・全世界で約８００万人が感染
・主に中南米に多いが、近年アメリカ合衆国でも流行
・我が国では輸入寄生虫症として重要
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南米型トリパノソーマ (Trypanosoma cruzi ) とは
・シャーガス病をおこす寄生原虫で、複雑な生活環をもつ
・サシガメという吸血昆虫に刺されると感染する
・ヒト血液中を鞭毛を使って泳ぎ、心臓の筋肉や神経細胞内で増殖する
・感染後数年～十数年を経て、心筋炎、心肥大、巨大食道、巨大結腸などの症状をおこし死亡する
血流型トリパノソーマ
細胞内型トリパノソーマ
サシガメ
南米型トリパノソーマの生活環
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シャーガス病の臨床症状
急性期
・ 血液中に多数の血流型虫体が循環して
いる
・ 片側の眼瞼周辺に浮腫が出現する
・ 高熱、リンパ節炎、肝脾腫大がみられる
血液中の血流型虫体
片側の眼瞼浮腫
慢性期
・ 心筋や消化管筋組織に細胞内型虫体が
存在する
・ 心筋炎、心肥大、巨大食道、巨大結腸が
みられる
・ 心不全によって死亡する
心肥大
巨大食道
巨大結腸
写真 : Rassi A Jr. (2010) : Lancet. 375, 1388-1402.
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シャーガス病の既存薬
• ベンズニダゾール(BZL)
• ニフルチモックス(NFX)
NFX
BZL
• 活性酸素を放出することにより、抗原虫作用を示す
• 副作用が強い
• 長期間（60～90日）連続して投与する必要がある
• 細胞内原虫(amastigote)に効かないため、慢性期に効果がない
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天然物コマロビキノン
ウズベキスタンのシソ科ムシャリンドウ属の
植物から抽出された化合物。
キノン型ジテルペン構造を有し、南米型
トリパノソーマに対して殺原虫効果がある。
コマロビキノン
虫体への効果および細胞毒性
（M)
コマロビキノン ニフルチモックス ベンズニダゾール
昆虫体内型（epimastigotes）
1.0
10.0
30.0
血流型虫体（trypomastigotes）
0.009
宿主細胞(HeLa細胞）への感染
0.009
0.3
1.7
HeLa 細胞の増殖
20.0
103.0
>100
KB 3-1 細胞の増殖
17.0
選択毒性
2.222
343
>59
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1. キノン誘導体
コマロビキノン
GTN004
GTN001
GTN005
GTN002
GTN006
GTN003
GTN007
⇒キノン骨格をもつ化合物に抗トリパノソーマ効果が見られた
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２. 新規キノン誘導体
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３.薬剤開発のためのスクリーニング法
• 血流型虫体（trypomastigote）を用いたアッセイ系
• 培養細胞を宿主としたin vitroアッセイ系
宿主細胞への感染率、
細胞内型虫体（amastigote）の増殖を測定できる
• マウスを用いたin vivoアッセイ系
trypomastigote
amastigote
3 days
Host cell (HT1080)
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４. T. cruzi の感染率、細胞内型虫体増殖 に対するキノン誘導体の効果
IC50 (M)
LD50 (M)
血流型虫体
細胞への感染
細胞内型虫体
細胞毒性
BZL
6.8
1.7
1.75
>100
komaroviquinone
0.25
0.28
0.23
91
GTN019
＞10
5.2
3.8
>100
GTN020
9.8
2.3
1.45
>100
GTN022
0.3
0.34
0.55
>100
GTN024
0.54
0.32
0.16
>100
⇒GTN024、GTN022は既存薬ベンズニダゾール（BZL）より
強い抗トリパノソーマ作用を示し、毒性は低かった
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5. マウスに対するキノン誘導体の効果
Day 10
Day 0
BZL, GTN022 or GTN024 (10 mg/kg) , i.p.
Day 13
血液中虫体数測定
⇒既存薬BZLと同等の抗トリパノソー
マ作用をもつ化合物が見つかった
マウス血液中虫体数
( x 103 cells/ml)
T. cruzi
20
16
12
8
4
*
*
０
11
Trypomastigotes ( x 105 cells/ml)
６.血流型トリパノソーマに対するGTN024とBZLの併用効果
40
30
20
10
０
10 1 0.1 10 1 0.1 10 1 0.1 10 1 0.1 M
BZL
GTN024
BZL+
GTN024 (1 M)
BZL+
GTN024 (0.1 M)
⇒GTN024を併用することにより、既存薬BZLは低濃度で抗トリパノ
ソーマ作用を示した
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７. BZLおよびGTN024による活性酸素種産生
T. cruzi血流型虫体
HT1080細胞
Fluorescence intensity
(RFU)
60
50
40
30
20
10
０
50
10
BZL
50
10
50
10
GTN024
100 M
H2O2
⇒既存薬BZL、GTN024は、宿主細胞および血流型虫体で活性酸素
種を産生した
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８. BZLおよびGTN024によるミトコンドリア膜電位変化
⇒既存薬BZL添加ではミトコンドリア膜電位が変化しないが、GTN024
では、宿主細胞および血流型虫体で膜電位が減少した
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９. BZLおよびGTN024の細胞内虫体に対する作用
⇒既存薬BZLを原虫感染24h後に添加した場合は、細胞内原虫の増
殖抑制作用が減弱したが、GTN024では、抑制作用が維持された
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6. 今後の計画
1) GTN024をもとにした構造活性相関
2) Drug‐like 化合物の創製（最適化の継続）
・SARの更なる構築（新規誘導体の合成・抗トリパノソーマ作用の検討）
・候補化合物のセレクション（新規骨格等が見出されれば新規特許の取得）
・薬物動態に関する情報収集及び更なる改善
・毒性試験（急性・慢性毒性について）／安全性試験等に関する情報収集
・投与方法（経口投与の検討）
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従来技術とその問題点
シャーガス病の既存薬は、ベンズニダゾール、
ニフルチモックスの２種類しかなく、
有効性が低い
長期投与が必要である
副作用が強い
慢性期の病態に効果がない
等の問題があり、新規薬剤が望まれている。
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新規化合物の特徴・既存薬との比較
• 新規治療薬候補リード化合物GTN024を見出すこと
に成功した。
• GTN024は南米型トリパノソーマのin vitroおよびin
vivoアッセイで既存薬と同等もしくはそれ以上の効果
が見られた。
• GTN024は、活性酸素種を産生する点は既存薬と同
じであるが、ミトコンドリアの膜電位が減少した。
• GTN024は、細胞内型虫体の増殖抑制効果が強く、
既存薬と作用機構が異なると考え
られ、既存薬との併用が期待される。
GTN024
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想定される用途
• 本リード化合物の化学構造をさらに最適化し、
シャーガス病治療薬開発につなげる。
• 上記以外に、アフリカトリパノソーマ原虫により
引き起こされるアフリカ睡眠病に対する効果
が得られることも期待される。
• また、達成されたリード化合物に着目し、同じ
トリパノソーマ科原虫疾患であるリーシュマニ
ア症の治療薬開発に展開することも可能と思
われる。
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実用化に向けた課題
• 現在、リード化合物のin vitroおよびin vivoに
おける有効性が実証された。しかし、薬物動
態、安全性試験の点が未解決である。
• 今後、さらにキノン誘導体を合成し、有効性に
関する実験データを取得し、シャーガス病治
療薬に適用していく場合の条件設定を行って
いく。
• 実用化に向けて、経口投与の可能性を検討
する必要もあり。
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企業への期待
• 未解決の薬物動態および安全性試験につい
ては、製薬企業の技術により克服できると考
えている。
• 創薬の技術を持つ、企業との共同研究を希望。
• また、感染症に対する薬剤を開発中の企業、
感染症分野のグローバルな展開を考えている
企業には、本技術の導入が有効と思われる。
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本技術に関する知的財産権
• 発明の名称 ：新規キノン誘導体およびそれ
を有効成分とする抗トリパノソーマ剤
• 出願番号 ：特願2015-108983
• 出願人
：群馬大学、高崎健康福祉大
• 発明者
：嶋田淳子、岩崎源司、須藤豊
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産学連携の経歴
・ 2013年-2014年
JST 研究成果展開事業 研究成果最適展開支援プロ
グラム (A-STEP) フィージビリティスタディ・ステージ
探索タイプに採択
・ 2014年-2015年
JST 研究成果展開事業 研究成果最適展開支援プロ
グラム (A-STEP) フィージビリティスタディ・ステージ
探索タイプに採択
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群馬大学
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知的財産コーディネーター 早川 晃一
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