コモンマーモセット 及びヒト化肝臓 TK-NOG マウスを用いた臨床薬物動態予測Prediction of Clinical Pharmacokinetics Using Common Marmoset and Hu-liver
TK-NOG Chimeric Mice

令和５ 年度 論文博士申請者 松本 渉吾 (Matsumoto, Shogo)

創薬において ヒトにおける薬物動態（ PK）パラメータの予測は、開発化合物の選定、毒性試験 における用量設定なら びに第Ⅰ相臨床試験計画の立案に大きく貢献する。中でも 、クリアランス（CL）及び 分布容積（Vd）は生体にお け る薬物曝露量 を規定する 重要な因子である ため、予測の意義は大き い 。
ヒ ト PK パラメータの予測手法の一つ として は、動物 実験により 得られたPK パラメータ と体重との両対数線形関係（ いわゆるアロメトリー則） から
ヒト PK パラメータ を外挿する手法 が挙げられ る。現在のところ、アロメトリー手法を用いた CL 及び Vd の予測精度は、ラット、イヌ 及びサルの３種を用いた手法の予測精度が最も高く、単独の動物 種を用いたアロメトリー手法である Single-species scaling（SSS）手法の場合は、サルを用いた場合に比較的高い予測精度を 達成できるとされている 。しかしながら、開発化合物選定前の化合物最適化 の段階では、ラット、イヌ 及びサルすべての動物種を用いた評価を実施する ことは化合物合成やスループット 性の課題がある。また 、近年サルは 非常に入手が難しい動物種となって おり、新たな 動物種を用いた予測手法が期待され ている。
そこで本研究では、薬物動態研究への活用が期待されているコモンマーモセット及びヒト化肝臓キメラ マウスを用いて、単独動物種によるヒト PK パラメータの予測を試みるとともに、これら 動物種が化合物最適化段階において有用な動物種である かを検討した 。
第一 章

コ モン マー モセ ット に よる ヒ ト PK パ ラ メー タ 予測 およ び 毒性 試

験動物種として の 有用性 1)
コモンマーモセットは医薬品の有効性や安全性試験に利用される小型の霊 長 類であるが、 薬物動態研究 における 使用 例は限られている。本章で は 、高血圧治療薬バルサルタンの毒性試験においてコモンマーモセットが利用されていることに着目し 、コモンマーモセット が開発化合物 の選定なら びに毒性試験に活用可能である かを検討した 。
はじめに、バルサルタンを含む 4 種類のサルタン系化合物 について、ヒトにおける CL および Vd を予測した 。すなわち、これら 4 種類の化合物をコモンマーモセットに単回 静脈内投与後、得られた血中濃度推移より計算された PK パラメータを元に 、SSS 法によりヒト CL 及び Vd を予測した 。その結果、本法による 予測精度は総じて高く、 全ての化合物で CL 及び Vd の 予測誤差が 2 倍以内であることが示された。
毒性試験は、ヒトと同じ主要代謝物が一定量曝露される動物種を用いて実施することが望ましい。そこで、次の検討として、複数の動物種の肝細胞におけるバルサルタンの代謝物生成を 評価 した 。その結果 、コモンマーモセッ
ト の みがヒトと同様 に主要代謝物とし て 4 位水酸化バルサルタンを生成することが明らかになった（Fig. 1）。さらに、コモン マーモセットにバルサルタン（30 mg/kg）を 単回経口投与し たところ、4 位水酸化バルサルタンの 最高血中濃度 は約 350 ng/mL であった。この値は、バルサルタン の臨床投与量（80~160 mg）をヒトに経口投与した際の 4 位水酸化バルサルタンの血中濃度上限値（380 ng/mL）と同 程度であった ことから、 バルサルタンの申請資料にて報告されている毒性試験での最大無影響量（60 mg/kg）によって、ヒトにおける 4 位水酸化バルサルタンの曝露を担保できると考えられた。

以上より、コモンマーモセット は、バルサルタンを含むサルタン 系化 合物のヒ ト PK パラメータを高い精度で予測できることから 、化合物最適化 に有用な動物種である可能性が示された 。また、バルサルタンについてはコモンマーモセットがヒト と同じ主要代謝物を生成し、かつ 経口投与後にヒトと同じ主要代謝物の一定量の曝露が認められることから 、コモンマーモセット は少なくともバルサルタンの毒性試験に有用な動物であったことが検証され

UV Relative Absorbanceた。

4-OH バルサルタン

4-OH バルサルタン

Time (min)Fig. 1. ラ ット （A）、イヌ（B）、マーモセット（C）、サル （ D）及びヒト（E）肝 細胞を用いてバルサルタンを代謝させた 試料の UV クロマトグラム
第二 章

ヒト化肝臓 TK-NOG マウスを用 いた 新規 PBS 法による ヒト CL 予測 2)
ヒト化肝臓キメラマウス とは免疫不全マウスに 肝障害を誘発させた後 、ヒト肝細胞を移植し、生着させた モデルマウスである。ヒト化肝臓キメラマウ

スを用いた SSS 法によるヒト CL 予測については、良好な予測精度を示す 幾
つかの報告がある 。しかし、ヒト化肝臓キメラマウス の 作製過程においてマウス肝細胞 を完全に除去することは困難であり、残存したマウス肝細胞 内の酵素による薬物 代謝 活性がヒト CL の予測精度 を低下させる ことが課題とされている。そこで本研究ではこの課題を克服するため、補正 PhysiologicallyBased Scaling（PBS）法の開発を試みた 。
はじめに、 ヒト化肝臓キメラマウス の一種であるヒト化肝臓 TK-NOG マウス及び対照動物である野生型 マウス（ ICR 系統）に、ヒトにおいて主に肝代謝により消失する ことが報告されている 24 種の 化合物を 静脈内投与し、血中濃度データより得られた PK パラメータを用いて、SSS 法によるヒト肝クリアランス（CLh）予測を行った 。その結果 、ヒト化肝臓 TK-NOG マウス
から得られた 予測値が 実測値の 2 倍以内 の誤差に収まる割合は 54.2%で あり、Absolute average fold error（AAFE）は 2.0 と良好であった（Fig. 2）。しかし、アンチピリン とプロベネシド につ いては予測値が実測値を大きく上回った。この原因として、アンチピリン及びプロベネシドの in vitro 代謝活性がヒトと比較してマウス肝細胞で 非常に高かったことから、ヒト化肝臓 TKNOG マウスに残存 するマウス肝細胞における 代謝 が CLh 予測精度を低下させた可能性 が示唆された。
そこで、 マウス肝細胞とヒト肝細胞との in vitro 代謝活性比とヒト肝置換率（Replacement Index, RI）を利用する 補正 PBS 法を検討した 。まず、ヒ ト
化肝臓 TK-NOG マウスを用いた検討 により得られた CLh を Well-stirred モデルにより 肝重量単位の肝固有クリアランス （CLh,int ） に変換 した。 得られた
CLh,int に は マ ウ ス 由 来 の 肝 細 胞 に よ る 代 謝 も 含 ま れ て い る た め 、 上 述 の invitro 代謝活性比及び RI で補正 することによりヒト肝置換を達成した成分のみの CLh,int を推定した。得られた CLh,int を CLh に逆変換 した結果 、CLh の予測値が実測値の 2 倍以内 の誤差に収まる割合は 58.3%であり、AAFE は 1.8であった。また、アンチピリン及びプロベネシドの 予測値は、SSS 法では実測値の 3.2 及び 4.5 倍と高かったのに対し、補正 PBS 法ではそれぞれ 2.1 及び 1.2 倍にまで改善 した（Fig. 2）。
以上より、 補正 PBS 法はこれまで課題とされてきた 残存マウス肝細胞による代謝の影響を克服し得る画期的な手法であることが示された 。

Fig. 2. ヒト化肝臓 TK-NOG マウスを用いた SSS 法（左図）または 補正 PBS法（右図） によるヒト CLh 予測結果 （破線は二倍誤差）
第三章

コモンマーモセットおよび ヒト化肝臓 TK-NOG マウス と汎用動物種とのヒト PK パラメータ予測精度の比較
コモンマーモセット及び ヒト化肝臓 TK-NOG マウスの有用性をさらに検討するため、ヒト PK パラメータの予測 精度についてコモンマーモセットを用いた SSS 法、ヒト化肝臓キメラマウスを用いた補正 PBS 法および汎用動物種を用いた SSS 法を比較した。すなわち、第二章にて 用いた 24 化合物をラット、イヌ及びコモンマーモセット に 単回静脈内投与し、得られた PK パラメータよりヒト CLh 及び Vd を予測した（コモンマーモセットの値は既報値 3) を用いた）。 その結果、CLh 予測精度について、AAFE はラット、イ ヌ 、ヒト化肝臓 TK-NOG マウス及びコモンマーモセット でそれぞれ 3.4、2.7、1.8及び 2.1 であった。 また、Vd 予測精度についてはそれぞれ 2.2、1.8、1.6 及び 1.7 であった。これらの結果より 、ラットやイヌと比較して、コモンマーモセット及びヒト化肝臓 TK-NOG マウス で、ヒト CL の予測精度が高いことが明らかになった。 一方、ヒト Vd 予測精度はラットではやや低いものの、その他の動物種ではいずれも比較的良好であった。コモンマーモセット（ 体重約 300 g）及びヒト化肝臓 TK-NOG マウス（約 30 g）は、イヌ（約 10 kg）やサル（約 5 kg）と比較して体重が 10 倍~100 倍以上小さ いため 、薬物動態試験や毒性試験に必要 とする化合物量が少量で良いことに加え 、単独動物種を用いた場合でも高い予測精度を有することから、化合物最適化段階において非常に有用であることが示唆された。
総括
本研究では、 コモンマーモセット 及び ヒト化肝臓 TK-NOG マウスを用いた単独動物種によるヒト PK 予測手法が 、汎用実験動物 種と同等以上の予測精度である ことを明らかにした。また、これら動物種はヒトにおける代謝物推定にも期待できることが示された。本研究の成果は、創薬における化合物最適化を促進するとともに、毒性試験や第Ⅰ相臨床試験計画立案に有用な情報を提供することにより、医薬品開発の効率化に貢献するものと考えられる。

《 参考文献 》
1) Matsumoto S., Uehara S., Kamimura H., Cho N., Ikeda H., Maeda S., KagiyamaK., Miyata A., Suemizu H., Fukasawa K., Xenobiotica, 52, 613–624 (2022).
2) Matsumoto S., Kamimura H., Nishiwaki M., Cho N., Kato K., Yamamoto T.,
Xenobiotica, 51, 983–994 (2021).
3) Matsumoto S., Uehara S., Kamimura H., Ikeda H., Maeda S., Hattori M.,
Nishiwaki M., Kato K., Yamazaki H., Xenobiotica, 51, 479-493 (2021).