皮膚疾患に有効な新規骨格を有するビタミンD 誘導体の創製
お茶の水女子大学基幹研究院自然科学系

棚谷綾

Active vitamin D3 (1) plays important roles in many physiological processes, including calcium and phosphate homeostasis,bone metabolism, and immune regulation, via binding to vitamin D nuclear receptor (VDR). Since VDR is involved in
the pathogenesis of various diseases, many VDR ligands have been developed as candidate therapeutic agents. Structurally,
almost all of the developed VDR ligands with high potency have the same secosteroidal skeleton, while non-secosteroidal
VDR ligands are promising candidates for many clinical applications. In this study, we synthesized several derivatives oflithocholic acid (2) that was identified as the second endogenous VDR agonist. Novel compounds were designed by using alithocholic acid derivative 4 with potent vitamin D activity as the lead compound. Among compounds 3– 7 with a different
3-substituent, the compound 5 was more potent inducer of the HL-60 cell differentiation than the lead compound 4. The SAR
study indicated the size and shape of 2-ethyl-2-hydrozy-1-butyl group as the 3-substituent are proper for potent activity. Then,the replacement of the carboxyl group of compound 4 with other functional group was examined. The compounds 8–10
bearing the amide group in the side chain were as potent as active vitamin D3 (1). Further, compounds 11 and 12 with acyclic
1, 3-diol structure, instead of the carboxyl group of compound 4 also showed potent activity in HL-60 cell assay. Since thesenovel lithocholic acid derivatives are one of the most potent non-secosteroidal VDR agonists reported to date, and would haveunique vitamin D functions and different pharmacological properties, compared with the conventional vitamin D derivatives,
they would be promising lead for development of novel drug candidates.

１．緒

イド構造を持たない、新しい骨格を有するビタミン D 誘導言体の創製が望まれているが、高活性な非セコステロイド型脂溶性ビタミンに属するビタミン D 3 は、生体内で代謝誘導体としては、米国リガンド社が開発したジフェニルメ

α, 25 - ビタミン D 3、を受けて活性型ビタミン D（11、図１a）3タン誘導体 2）と筆者ら（東京医科歯科大学との共同研究）がとなり、特異的核内受容体 VDR（Vitamin D receptor）に開発したホウ素クラスター含有ビタミン D 3 誘導体 3 , 4）など結合することで、カルシウムやリンの代謝調節や恒常性、数種に限られている（図 1 b）。本研究では、以上の背景を

1）骨の形成などを担う生体内分子である 。皮膚疾患の領域

もとに、皮膚疾患に対する新たなビタミン D 療法の開発基

では、ビタミン D 3 誘導体が乾癬の特効薬として用いられ盤の構築を目指し、新規非セコステロイド型ビタミン D 誘ている。乾癬はケラチノサイトの異常な増殖、分化を特徴導体の創製を行った。とする皮膚疾患であり、近年、その理解が深まるにつれ、

２．方法

ビタミン D 3 の細胞分化誘導作用や表皮細胞増殖抑制作用—分子設計—ばかりでなく、炎症や免疫機能に対する役割が注目される

2002 年に Makishima らによって二次胆汁酸であるリトようになり、ビタミン D 3 の持つ抗炎症作用や免疫機能制コール酸（2、図 2）が VDR の第二の内因性リガンドである御に基づく皮膚の健康増進、皮膚疾患治療への応用が期待ことが同定された 5）。しかし、リトコール酸（2）のビタミされている。

ン D 活性は、活性型ビタミン D 3（1）と比べると数千分の一

これまで、皮膚疾患や骨疾患治療薬開発を目的に多くの程度と、非常に弱く、また、高活性なリトコール酸誘導体ビタミン D 3 誘導体が創製されてきたが、臨床応用されたの報告はなかった 6 - 8）。筆者らは、リトコール酸（2）と VDR化合物も含めて高活性誘導体はほとんどすべて、天然の活リガンド結合領域との複合体の結晶構造の解析 9）をもとに、性型ビタミン D 3（1）と同じセコステロイド構造を有してリトコール酸の 3 位水酸基を化学修飾した化合物 3 およびいる。セコステロイド構造は、化学合成が煩雑で、化学的4（図 2）を分子設計、合成したところ、ヒト白血病細胞安定性も低く、取り扱いが難しい。そのため、セコステロ

HL- 60 の分化誘導活性において、化合物 4 がリトコール酸（2）の数千倍で、1 α, 25（OH）2 D 3 よりも高い活性を有することを見いだした 10）。一方で、化合物 4 の血中からの消失が著しく速く、体内動態の改善が必要であることが示唆

D evelopment of Novel Vit a m i n D
Derivatives with Clinical Utilities in theField of Skin Diseases

構造展開を図ることとし、まず、化合物 5 〜 7 を合成してAya Tanatani

3 位置換基の構造活性相関を明らかとし、次いで、側鎖カOchanomizu University

ルボキシ基を化学変換した化合物 8 〜 12 を設計、合成した。

された。そこで、化合物 4 をリード化合物として、更なる− 38 −

皮膚疾患に有効な新規骨格を有するビタミン D 誘導体の創製

図 1（a）活性型ビタミン D3、（b）
高活性非セコステロイド型ビタミン D3 誘導体の構造

図2

リトコール酸および本研究で創製した誘導体の構造

図3

３．結
３．
１．合

化合物 5 の合成（概略図）

化合物 3 の側鎖カルボキシ基は化合物の ADME に大き果く関わると考えられるので、その誘導体として、まずアミ成ド誘導体 8 〜 10 を合成した。化合物 4 をリトコール酸（2）化合物 5 は、リトコール酸（2）を出発原料として、まずより 15 工程で合成した後、メチルエステルとしてからア側鎖カルボキシ基の還元、保護を行った後、3 位の化学変ンモニアもしくはメチルアミンと反応させて、それぞれ化換により合成した（図 3）。鍵化合物である 3 位にアルデヒ合物 8、9 を合成した。また化合物 3 をクロロギ酸エチルド基を有する化合物 13 は 3 位の立体が α 体と β 体の混合物により酸無水物とした後、O -メチルヒドロキシルアミンとして得られ、望みの 3 α 体の比率は約 20 % であった。本と反応させて化合物 10 を得た（図 4）。

混合物をメタノール -THF 中で炭酸カリウム処理することリガンド社のジフェニルメタン誘導体や筆者らのカルで混合比を変えることができ、3 α 体の比率を約 70 ％とす

ボラン誘導体（図 1）では、非環式ジオール構造が活性型ビることができた。これらの異性体はシリカゲルカラムクロ

タミン D（1）の環状ジオール構造に対応すると考えられて3マトグラフィーで分離することができ、生成したアルデヒいる。一方、リトコール酸（2）と VDR リガンド結合領域とド 13 a を用いて化合物 5 へと導いた。化合物 6 および 7 もの複合体の結晶構造では、リトコール酸（2）のカルボキシ同様の方法で合成を達成した。なお、化合物 6 は 3 位置換基は活性型ビタミン D 3（1）の環状ジオール構造の代替と基中に不斉炭素を１つ持っており、異性体の混合物としてなって、VDR のアミノ酸残基と水素結合を形成している。

活性評価に用いた。

そこで、リトコール酸誘導体 4 のカルボキシ基を非環式 1 ,− 39 −

コスメトロジー研究報告 Vol. 28, 2020

図4化合物 8 〜 10 の合成

図５化合物 11、12 の合成

3 - ジオール構造に変換した化合物 11、12 を合成した。リ
トコール酸（2）を出発原料として、5 工程で鍵中間体であるアルコール体 14 へと導いた（図 5）。化合物 14 は 24 位の立体化学の異なる異性体の 1：1 の混合物として得られたため、14 および化合物 11 / 12 合成までの中間体の各ステップで異性体の分離を試みたが、いずれの段階でも分離することはできなかった。そこで、化合物 14 の酵素を利用したアセチル化を種々検討したところ、リパーゼとしてCAL_B を用いることで、選択的に 24 S 体のみがアセチル化されることがわかった。精製した化合物 14 a から 13 工程で化合物 11 を、アセチル化体 15 b から 14 工程で化合物図612 を合成することができた。化合物の 24 位の立体化学に3 位修飾体 4 〜 7 の HL- 60 細胞分化誘導活性

ついては、X 線結晶構造解析により決定し、リパーゼの反応性から予想される立体構造と一致していることがわかっ持っていた。3 位置換基の炭素鎖の長さの違う化合物の比た。

較では、化合物 4 よりも炭素鎖が 1 つ長い化合物 7 では大合成した化合物の構造および純度は、1 H NMR、13 Cきく活性が低下した。合成した化合物の中では、化合物 5が、活性型ビタミン D 3（1）やリード化合物 4 よりも高い活NMR、質量分析により確認した。

性を示した。水酸基の付け根の炭素についているアルキル３．２．活性評価

基としてはエチル基が最適と思われ、化合物 4 の持つ 2 つ合成した化合物のビタミン D 活性は、ヒト急性前骨髄球性白血病細胞 HL- 60 に対する分化誘導能により評価しのメチル基のうち１つを n-ブチル基に変えた化合物 6 は活性が若干低下した（図 6）。

た。リトコール酸（2）は、この試験濃度範囲ではビタミン化合物 4 のカルボキシ基をアミドに変えた化合物 8 〜D 活性を示さなかった。今回合成した誘導体はいずれも細10 は、いずれもリード化合物 4 の活性よりは低いものの、胞分化誘導活性を有していた。リード化合物である化合物活性型ビタミン D 3（1）と同等の活性を有していた（図 7 a）。

4 は活性型ビタミン D （1）よりも強い細胞分化誘導活性を
3

一方、カルボキシ基をジオール構造に変えた化合物 11 〜

− 40 −

皮膚疾患に有効な新規骨格を有するビタミン D 誘導体の創製

12 では若干活性は低下したものの、高い細胞分化誘導活

次に、化合物 4 の血中からの早い消失を考慮し、そのカ性を保持していた。ジオール構造の立体化学に関しては、ルボキシ基を他の官能基に代替した化合物を設計、合成し24 R 体 11 の方が 24 S 体 12 よりも活性が高く、水酸基のた。カルボキシ基をアミドに変えた化合物はいずれも、カ立体化学が細胞分化活性に影響することがわかった。

ルボン酸体 4 よりも活性は低下するものの、活性型ビタミ

４．考ン D 3（1）と同等の高い活性を示した。このことから、リト

察

コール酸誘導体のカルボキシ基は他の生物学的等価性基で本研究では、新規皮膚疾患治療薬開発を念頭に、新規非代替可能であることが示唆された。そこで、カルボキシ基セコステロイド型ビタミン D 3 誘導体としてリトコール酸を 1 , 3 - ジオール構造に置き換えた誘導体を合成したとこ誘導体を設計、合成した。筆者らが既に見いだした高ビタ

ろ、化合物 11 が活性型ビタミン D 3（1）と同等の活性を有ミン D 活性を有する化合物 4 をリード化合物として構造展することがわかった。化合物 11 と 24 位水酸基の立体化学開を図った。まず、リトコール酸（2）の 3 位水酸基をヒドが異なる異性体 12 では活性が若干低下した。このことかロキシアルキル基としたことで活性が向上したことから、ら、ジオール構造の置換位置、立体化学が活性に影響するその構造活性相関を検討した。これまでの研究から 3 位のと考えられ、周辺部位の置換基導入も含め、構造最適化の置換基は α 位に位置する方が、活性が高いことがわかって余地があると考えられる。

いたので、3 α 位にアルキル部分の長さの異なる置換体を今回、合成した化合物については、ヒト急性前骨髄球性持つ誘導体を合成した。その結果、化合物 4 よりも水酸基白血病細胞 HL- 60 の分化誘導活性を指標に活性を評価しの位置を骨格から離した化合物 7 で活性が著しく低下した。

た。現在、VDR への結合親和性、活性化能、結合様式の水酸基が直接ステロイド骨格に結合したリトコール酸（2）解析等を進めている。また、皮膚疾患治療薬開発のために、や炭素１つを挟んで連結した化合物 3 の活性も化合物 4 よ体内動態の解析に加え、抗炎症作用や免疫機能制御といっり低いことから、水酸基の位置はステロイド骨格からメた機能の解明を行うことを計画している。

チレン鎖 2 つ分は離れた位置が最適であることがわかった。

５．総

また、化合物 4 の 3 位の水酸基の付け根の炭素に結合した括

アルキル基を比較すると、ジエチル体 5 の活性がジメチル筆者らが見いだした高活性な非セコステロイド型ビタミ

体 4 よりも高く、さらに長い n- ブチル基を持つ化合物 6ン D 誘導体である化合物 4 をもとに、更に高い細胞分化誘では活性が低下した。以上のことから、3 位の置換基とし導活性を有する化合物 5 を見いだすとともに、3 位におけては、2 -ethyl - 2 -hydroky- 1 -butyl 基が適していると考る構造活性相関を明らかにすることができた。更に、カルえられる。その要因としては、3 位置換基の末端アルキルボキシル基を持たない高活性誘導体の創製へと展開するこ基をメチル基からエチル基に変換したことにより VDR のとができた。これらの化合物の機能を詳細に解析するととリガンド結合ポケットにおける疎水的な相互作用が増加しもに、更なる構造展開により、ビタミン D としての活性プたためと推測している。現在、VDR のリガンド結合領域ロファイルや体内動態で特徴的な性質を持つ新規化合物のとの共結晶の X 線構造解析により、詳細な結合様式の解明創製が期待でき、皮膚疾患等に対するビタミン D 療法へのを進めている。

応用を目指す。

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図7

カルボキシ基を変換した化合物 8 〜 12 の HL-60 細胞分化誘導活性− 41 −コスメトロジー研究報告 Vol. 28, 2020

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JP 2017 / 002902