●アルツハイマー病!!［ III ］治療と介護の進歩

3．セクレターゼ阻害剤の開発について
木曽良明＊

アルツハイマー病（AD）は，進行性の老年期痴呆を伴う大脳神経変性疾患の一つであり，脳内にアミロイド β ペプチド（Aβ）を主成分とする老人斑が広く観察される．
この Aβ のプロセシングにおいてセクレターゼという酵素が重要な役割を担っているため，セクレターゼ制御は AD 克服において重要な研究課題となっている．
セクレター
ゼには，Aβ 前駆体蛋白質（APP）の N 末端側を切断する酵素として β-セクレターゼ（BACE1），C 末端側を切断する酵素として γ-セクレターゼがある．また β-セクレター
ゼと異なる部位で APP を切断し，Aβ の産生を抑制する酵素として α-セクレターゼがある．これらセクレターゼのうち，β-セクレターゼは近年新規膜貫通型アスパラギン酸プロテアーゼであることが同定された．われわれは，レニン阻害剤，HIV プロテアー
ゼ阻害剤，プラスメプシン阻害剤等のアスパラギン酸プロテアーゼ阻害剤研究を行って良好な阻害剤を得ているので，β-セクレターゼをターゲットとした阻害剤研究を行った．
アスパラギン酸プロテアーゼ阻害剤の開発では，基質に準じた構造を持つ分子に遷移状態概念誘導体を導入することで阻害剤を得ている．APP の家族性 AD 変異の一つであるスウェーデン変異は，β-セクレターゼに対する親和性が高く，Aβ を産生しやすいため，われわれはスウェーデン変異型 APP 切断部位に基づく β-セクレターゼ阻害剤のデザインと合成を行った． 合成 β-セクレターゼ阻害剤 KMI-008 や KMI-370 は，酵素（BACE1）阻害活性を示した．この阻害剤の COS-7 および BACE1-transfected
HEK 293 細胞における β-セクレターゼ活性を石浦章一研究室（東大）で測定し，sAPPβ 産生阻害を示すことが分かった．これは，β-セクレターゼ阻害剤が β 位切断を阻害することによって，Aβ の産生を抑制する可能性を示唆した興味深い結果である．

Development of Secretase Inhibitors
YOSHIAKI KISO Center for Frontier Research in Medicinal Science, Kyoto Pharmaceutical University
きそ・よしあき：京都薬科大学創薬科学フロンティア研究センター長．昭和48年京都大学大学院薬学研究科修了．昭和49年同大学薬学部薬品製造学助手．昭和52年徳島大学薬学部薬品製造化学助教授．
昭和58年京都薬科大学薬品化学教授．平成11年現職．主研究領域／生物有機化学．医薬品化学．
ペプチド化学．
＊Key words

アルツハイマー病
アミロイド β ペプチドセクレターゼ阻害剤
アスパラギン酸プロテアーゼ

アルツハイマー病 61

込んでアミロイドを形成することから，
Aβ 42はじめにの蓄積が AD の発症に深くかかわっている可アルツハイマー病（AD）は，脳内にアミロ能性がある．また，β-セクレターゼと異なる部

イド β ペプチド（Aβ）からなるアミロイド線位で APP を切断し，Aβ の産生を抑制する酵維が沈着してできる老人斑が広範に認められ素として α-セクレターゼがある．

る神経変性疾患で，進行性の痴呆を特徴とす
る1）．Aβ はアミノ酸残基約 700 個からなる 1回膜貫通型の前駆体蛋白質（APP：AmyloidPrecursor Protein）が 2 種類のプロテアーゼで切断されることにより産生される

2，3）1．β-セクレターゼ
1999 年 に β-セ ク レ タ ー ゼ 活 性 を 有 す る．AβBACE1（β-site APP cleaving enzyme もしくはは APP の細胞外領域から膜貫通領域にかけ

4）
Asp2，memapsin 2 と も 呼 ぶ）がクローニンて含まれ，まず β-セクレターゼにより Aβ のグされ，膜結合型の糖蛋白のアスパラギン酸N 末部分が切断され，次に γ-セクレターゼにプロテアーゼであることが明らかにされ，阻より Aβ の C 末部分が切断される（図 1）．Aβ5）
害剤研究が一気に加速した（図 2）．Aβ の蓄は 40 番 目 の ア ミ ノ 酸 残 基 Val で 終 わ る Aβ積が AD の発症の引き金であるという Aβ 仮40 と，さらに 2 個のアミノ酸残基（Ile-Ala）
が説も，Aβ 産生を阻害する薬物を開発できれば伸びた Aβ 42 があり，Aβ 42 は Aβ 40 より凝真相を明らかにでき，AD 治療薬の開発にも集性が高い．凝集した Aβ 42 は Aβ 40 を巻きつながる可能性がある．

NlumencytosolC

non-amyloidogenic pathway
α-secretaseamyloid precursor protein（APP）

amyloidogenic pathway
β-secretaseγ−secretaseγ-secretase
sAPPα

sAPPβ

amyloid-β peptide（Aβ）

p3

senile plaques

図1

アミロイド前駆体タンパク質のプロセシング経路

62 第 125 回日本医学会シンポジウム

signal peptide
pro-peptide
1 MAQALPWLLL WMGAGVLPAH GTQHGIRLPL RSGLGGAPLG LRLPRETDEE51 PEEPGRRGSF VEMVDNLRGK SGQGYYVEMT VGSPPQTLNI LVDTGSSNFA101 VGAAPHPFLH RYYQRQLSST YRDLRKGVYV PYTQGKWEGE LGTDLVSIPH151 GPNVTVRANI A A I T E S D K F F INGSNWEGIL GLAYAEIARP DDSLEPFFDS201 LVKQTHVPNL FSLQLCGAGF PLNQSEVLAS V G G S M I I G G I DHSLYTGSLW251 YTPIRREWYY E V I I V R V E I N GQDLKMDCKE YNYDKSIVDS GTTNLRLPKK301 VFEAAVKSIK AASSTEKFPD GFWLGEQLVC WQAGTTPWNI FPVISLYLMG
351 EVTNQSFRIT ILPQQYLRPV EDVATSQDDC YKFAISQSST GTVMGAVIME401 GFYVVFDRAR KRIGFAVSAC HVHDEFRTAA VEGPFVTLDM EDCGYNIPQT
451 DESTLMTIAY VMAAICALFM LPLCLMVCQW RCLRCLRQQH DDFADDISLL
501 K

transmembrane domain
Vassar R, et al: Science 1999; 286: 735―741.

図2

BACE1 のアミノ酸配列

H Lys-Thr-Glu-Glu-Ile-Ser-Glu-Val-Asn N
H

Val-Ala-Glu-Phe
OH

OHO

P10-P4'staVO
H Glu-Val-Asp NHO
Ala-Glu-Phe

OHOH

Boc-Val-Met NHOM99-2ValHNOHGT-1017

図3

代表的な β-セクレターゼ阻害剤も活発に開発されているが，未だ正体は不明

2．γ-セクレターゼ
一方，γ-セクレターゼは触媒中心を有するである．
また γ-セクレターゼは，発生・分化に深く関与している Notch など，APP と同じ 1回膜貫通型蛋白のいくつかを基質にすることプレセニリン（PS）と呼ばれるサブユニットが知られている．実際，PS のノックアウトマと，少なくともニカストリン（NCT），APH-1

ウ ス は 体 節 異 常 を き た し，胎 生 致 死 で あおよび PEN-2 などの蛋白性構成因子を含む

る7）．以上のことから，γ-セクレターゼを安易高分子複合体と考えられている6）．アスパラに阻害することは好ましくないとの考え方もギン酸プロテアーゼ活性も認められ，阻害剤ある．ここでは β-セクレターゼのみを取り上
アルツハイマー病 63

βαγNCAPP＊-Glu-Val-Lys-Met-Asp-Ala-Glu-Phe-（Wild type）＊-Glu-Val-Asn-Leu-Asp-Ala-Glu-Phe-（Swedish mutant）

O
H

Glu-Val-Asn

N
H

Asp-Ala-Glu-Phe

OH （KMI-061）

Asp-Ala-Glu-Phe

OH （KMI-062）

Asp-Ala-Glu-Phe

OH （KMI-008）

OH

O
H

Glu-Val-Asn

N
H

OH（-Pns-）O
H

図4

Glu-Val-Leu N
HOH（-Pns-）

ヒドロキシメチルカルボニルイソスターを組み込んだ β-セクレターゼ阻害剤のデザイン

げる．

いだすとともに，他の基質遷移状態アナログでも阻害できることを 示 し た．ま た Ghosh

3．β-セクレターゼ阻害剤

らは，基質遷移状態ミミックとしてハイドロキシエチレン構造を す る ペ プ チ ド OM 99-2

β-セクレターゼがアスパラギン酸プロテが強い阻害活性（Ki=1.6 nM）を有することをアーゼであることから，基質遷移状態概念に見いだした．さらに酵素―OM 99-2 複合体の基づいた阻害剤が報告されている．代表的な結晶構造を基に誘導を進め，同等な活性を持

5）阻害剤を図 3 に示す ．Tung らは，基質切断

ち，より低分子化した GT-1017 を合成した．

部分にスタチン構造を導入した 14 残基のペ

しかしながら，これらの化合物は Cathepsin

プチドに IC50 値 30 nM の活性が あ る の を 見

D との選択性について検討の余地がある．

64 第 125 回日本医学会シンポジウム

P4P3

P2P1

P1'BACE1inhibition
IC50（nM）

X
X
O
H2N

N
H
NH
O

H
N
OOONHOHN
H

OH

KMI-358-H
KMI-370 -COOH

163.4OCOOHStructures and Activities of KMI-358/-370

図5低分子型 BACE 阻害剤

100阻害剤われわれは，レニン阻害剤，HIV プロテアー

74

β-secretaseactivity

4．フェニルノルスタチンを含む BACE

ゼ阻害剤，プラスメプシン阻害剤等のアスパ

8ctrl.

100nM

ラギン酸プロテアーゼ阻害剤研究を行って良好な阻害剤を得ているので，β-セクレターゼ
APP の 家 族 性 AD 変 異 の 一 つ で あ る ス
ウェーデン変異は，β-セクレターゼに対する親和性が高く Aβ を産生しやすいため，われ61µM 10µM 100µM
KMI-358100
β-secretaseactivityをターゲットとした阻害剤研究を行った．

48

われはスウェーデン変異型 APP のアミノ酸554ctrl.

配列を基に，その P1 部位に基質遷移状態概3534100nM

1µM 10µM 100µM
KMI-370

念 誘 導 体 と し て hydroxymethylcarbonyl（HMC）isostere を組み込んだ阻害剤をデザインした（図 4）．残念ながらこの化合物には活図6KMI-358 お よ び KMI-370 の β-セ ク レ
ターゼ阻害．
BACE 1-transfected HEK 293 細胞を使用．

性がみられなかったが，これを基にアミノ酸置換による最適化を行って見いだしたオクタ
ペプチド型阻害剤 KMI-008 は，強い酵素阻害8）活性（IC50=413 nM）を有していた ．次に，活ニンの阻害剤の構造活性相関とも共通する点があり，非常に興味深い．

性発現に必要な最小構造を求めるために，
KMI-008 からアミノ酸を切除して低分子化を行ったところ，P4 から P1 までのリガンドを5．低分子型 BACE 阻害剤有するペンタペプチド誘導体でも確かな活性

そこで，ペンタペプチド誘導体をリードとを有していることが分かった．この結果は，し，生体内での安定性および活性の上昇を目

同じアスパルティックプロテアーゼであるレ指して構造最適化を進めていった．
その結果，アルツハイマー病 65

P4 位に β-オキザリルジアミノプロピオン酸を有し，P1 位に m-アミノ安息香酸誘導体を有する化合 物 KMI-358 お よ び KMI-370 が 極めて高い酵素阻害活性［KMI-358（IC50=16nM），KMI-370（IC50=3.4 nM）］を有していることを見いだした（図 5）．さらに本化合物は，石浦章 一 研 究 室（東 大）に て 実 施 し た BACE1transfected HEK 293 細胞を用 い た ア ッ セ イにて，用量依存的に細胞内 β-セクレターゼ活性を阻害した（図 6）．この結果は，KMI-358および KMI-370 が生体系の酵素で分解を受けにくいであろうことを示唆する．本化合物
は，従来の β-セクレターゼ阻害剤に比べ高いUSA 1999 ; 96 : 11049―11053.
4）Vassar R, Bennett BD, Babu-Khan S, et al : β-Secretase cleavage of Alzheimer s amyloid precursor protein by the transmembrane aspartic protease BACE.
Science 1999 ; 286 : 735―741.
5）林 良雄，木曽良明：プロテアーゼインヒビター．
ファルマシア 2003 ; 39 : 33―37.
6）Takasugi N, Tomita T, Hayashi I, et al : The role ofpresenilin cofactors in the gamma-secretase complex.
Nature 2003 ; 422 : 438―441.
7）工藤 喬，武田雅俊：アルツハイマー病―早期診断と根治療法開発に向けて．Molecular Medicine 2003 ;40 : 326―331.
8）Shuto D, Kasai S, Kimura T, et al : KMI-008, a novel
β-secretase inhibitor containing a hydroxymethylcarbonyl isostere as a transition-state mimic : design andsynthesis of substrate-based octapeptides. Bioorg MedChem Lett 2003 ; 13 : 4273―4276.

活性を有しており，分子量も比較的小さいため，さらなる構造変換によって脳血液関門（BBB）透過性のある阻害剤創製のためのリー質ドとなる物質であると考える．

6．今後の課題と展望
基 質 遷 移 状 態 概 念 に 基 づ い て β-セ ク レ
ターゼ阻害剤を設計し，強い活性を持つ KMI370 を見いだした．しかし，β-セクレターゼの疑

応

答

座長
（朝田） どうもありがとうございました．セクレターゼ阻害薬の着実な研究の発展ぶりがわかりました．ご質問あるいはご意見などございますでしょうか．
岩坪威（東大） ペプチドベースの阻害薬

作用部位を考えると，薬剤は血液脳関門を通について大変素晴らしい展開をお聞かせいた

過する必要があり，分子サイズや親水疎水バだいたのですが，non peptidic な inhibitor で，ランスなど考慮すべき点が多い．また，従来可能性を持つ特定の構造，あるいは化合物がのアスパラギン酸プロテアーゼと基質特異性ございますでしょうか．

が異なり，阻害剤設計も新しいアイデアが必木曽

私どもはアカデミックの立場で，き要になると思われる．阻害剤の開発は，ADちんと一歩ずつ研究していくという考え方で発症機構の解明や治療に役立つ可能性があす．まったく別の考え方の化合物が製薬会社り，今後の発展に期待したい．

からパテントとして出ていますが，それはピペリジンなどの N を持っています．そして構〔文献〕
1）Selkoe DJ : The molecular pathology of Alzheimer sdisease. Neuron 1991 ; 6 : 487―498.
2）Selkoe DJ : Translating cell biology into therapeuticadvances in Alzheimer s disease. Nature 1999 ; 399 : A23―A 31.
3）Sinha S, Lieberburg I : Cellular mechanisms of betaamyloid production and secretion. Proc Natl Acad Sci

66 第 125 回日本医学会シンポジウム

造を見ますと薬には遠いし，活性もまだ低いのです．私どもはペプシン，レニン，HIV，プラスメプシン，HTLV-1 と研究してきた経験
上，これらは構造がやさしくありません．世
界中で研究されている割にはペーパーがないのです．私どものような大学の研究室としては予想外に突然出たのです．

これはやはり多くの人数を投入しました．

院 生 も こ れ は 非 常 に active な compound で最初修士論文の研究をさせたときに，もう一したので全員やるということで，私どもが一つテーマを与えていたのですが，彼が非常に番多人数をかけたかもしれません．製薬会社

優秀だったこともあってか，よい活性が出まの方に聞きますと，まったく活性が出ないそした．それでほとんど全員をこの研究に投入うですから，やはり非常にむずかしいです．

し，それで低分子化合物まできたのです．こ

よくがんばったと学生をほめるのですが，ここで話は違うのですが，HTLV-1 プロテアー

れはまだステップの途中で，先生もご存じのゼはなかなか breakthrough が出ないのです．

ように細胞膜を 2 回ほど通過しなければな

先日，納光弘先生（鹿児島大）の班で研究りません．ただ言えることは，HIV protease会があったのですが，あと二桁は活性を上げinhibitor の場合は 100％ 止めなければならななければならないので，やはり小規模の研究いのですが，この場合は少し止めればよいのではここまで出なかったと思います．私どもではという仮説に基づいていまして，大学とは幸いなことに当時 post doctor が 4〜5 人おして着実に研究しているつもりです．

り，研究補助の方も大勢おりましたし，大学座長ありがとうございました．

アルツハイマー病 67