核酸医薬
RNAを切断する酵素にはRNAのみを特異的に分解するリボヌクレアーゼとDNAとRNAの両方を分解できるヌクレアーゼがある。哺乳類の血清中では核酸を3'末端から分解する3'エキソヌクレアーゼの活性が強く、さらにリボヌクレアーゼも存在するため、体内に入ったRNAは迅速に分解される。特に一本鎖RNAは分解されやすく、一本鎖RNAにウシやヒトの血清を加えると30秒程度でほとんど分解されてしまう。そのため、生体内のヌクレアーゼに耐性を示し、生体内で効果的に作用する人工核酸がアンチセンス法やRNAi法の開発に必須である。
モルフォリノホスホロジアミデートはアンチセンスとしてよく用いられている核酸アナログであり、リボースの代わりにモルフォリン環、リン酸ジエステルの代わりに電荷のないホスホロジアミデート結合をもつ。RNase H活性はないが、天然のDNA、RNAより結合が強くかつ特異性が高い。他に細胞毒性が低い、水溶性が高いという優れた特徴があり、細胞への導入法も確立している。主に翻訳阻害、pre-mRNAのスプライシング阻害、miRNAのノックダウンや成熟化阻害に用いられている。血漿蛋白質との結合性が低いため速やかに体内から消失する。
核酸医薬はアンチセンスオリゴヌクレオチド(antisense oligonucleotide、ASO、アンチセンス核酸と訳することもある)、RNAi(siRNA)、micro RNA(miRNA)、アプタマー、デコイに分類される。
髄腔内投与も血液脳関門を考慮する必要のない方法である。脳室内投与よりも侵襲性が低いが処置が簡便ではない。ASOは一般的に単独投与では血液脳関門を通過しにくいことから髄腔内投与で臨床試験が行われている。化学修飾をしたアンチセンスオリゴヌクレオチドを髄腔内投与すると脊髄の神経細胞とグリア細胞にアンチセンスオリゴヌクレオチドは取り込まれた。髄腔内投与の代表例が脊髄性筋萎縮症の治療薬であるヌシネルセンである。脳室内投与でsiRNAとASOのいずれも神経細胞に送達されるため髄腔内投与でも同様に分布すると考えられる。
エクソンインクルージョン法はスプライシング変更することで遺伝子を発現させる方法である。目的のRNAに強固に結合するが分解しない(steric blocking)機序でpre-mRNAを標的とする。脊髄性筋萎縮症の治療薬であるヌシネルセンはエクソンインクルージョン法を用いている。
本技術はsiRNAを静脈内投与によりRNAiを誘導した世界初の報告例である。脂溶性が高まるにつれ修飾siRNAが結合する血清蛋白質はアルブミン、HDL、VLDLに変化する。脂溶性が低い場合は腎臓に分布するがコレステロール-siRNAコンジュゲートのように脂溶性が高いと肝臓に分布する。コレステロール-siRNAコンジュゲートを血液脳関門を構成する脳微小血管内皮細胞にデリバリーした報告もある。
また東京医科歯科大学の横田らは、Toc(天然型ビタミンE、トコフェロール)を結合させたsiRNAが高い肝臓・脳集積性とRNA抑制効果を示すことを報告している 。
コレステロールやトコフェロールのような脂溶性化合物修飾以外に重要な薬物動態を制御する修飾としてGalNAc修飾が知られている。GalNAc修飾はポルフィリン症に対するsiRNA医薬であるギボシランで応用された技術である。GalNAc修飾siRNAは肝細胞に特異的に発現するアシアロ糖タンパク質レセプターを標的として肝細胞に特異的に取り込まれる。GalNAc修飾したsiRNAはクッパー細胞や類洞内皮細胞よりも肝細胞に分布するように薬物動態が変化する。この薬物動態変化はsiRNAだけではなくASOでも同様に認められる。
ASOは核酸医薬の中で最も適応範囲が広いと考えられている。具体的にはRNAのウイルスに対して使用したり、がん細胞のアポトーシス抑制遺伝子を抑制したりするといった臨床応用が考えられる。ASOは細胞質内、核内のどちらでも効果を発揮することから蛋白質に翻訳される遺伝子だけではなくmiRNAや長鎖非コードRNAの機能を抑制することも可能である。
核酸医薬の分子標的薬内での位置づけを述べる。分子標的薬はある特定の蛋白質や遺伝子に特異的に結合し、その機能を制御する治療薬である。分子量によって低分子医薬品、中分子医薬品、高分子医薬品に分類される。高分子医薬品の代表例はモノクローナル抗体(抗体医薬品)であり中分子医薬品の代表例は核酸医薬である。
高分子医薬品には蛋白質や抗体、PEGなどの高分子を結合させた高分子化した薬などがある。最も代表的な分子標的薬はモノクローナル抗体である。抗体は分子量150kDで高い特異性を示すが、細胞膜を通過できず細胞内蛋白質をターゲットにできないという弱点がある。モノクローナル抗体は1986年にアメリカで腎移植後の急性拒絶反応に対し承認されたムロモナブを契機に様々なモノクローナル抗体が臓器移植後の拒絶反応、悪性腫瘍、自己免疫性疾患に対して承認された。急性輸注反応(infusion reaction)や中和抗体出現などの副作用を克服するために、抗体の種類がマウス抗体から、抗原結合部位に関する部位のみをマウス由来とし、その他の部位をヒト由来の生体材料に置換したモノクローナル抗体(キメラ抗体やヒト化抗体)への改良が進み、全ての材料をヒト由来とするヒト抗体、またIgGの定常領域(Fc)と受容体細胞外領域などの機能性蛋白質のリコンビナント融合蛋白が作成されるに至っている。
2017年現在日米で承認されているモノクローナル抗体は50種類を超えている。当初は悪性腫瘍や自己免疫疾患が対象であったが、その後、感染症や脂質異常症など対象疾患が拡大している。モノクローナル抗体は血液脳関門を通過できないことから神経疾患への応用が遅れていた。経路は不明であるがモノクローナル抗体を全身投与すると髄液内に微量のモノクローナル抗体が検出される。
低分子医薬品または低分子化合物とは一般的に分子量500以下のものと定義される。分子標的薬として低分子化合物は細胞に発現する受容体、増殖因子、シグナル伝達系を標的に結合し、血管新生、細胞周期調節、増殖シグナルを抑制する作用機序を有する。低分子化合物はモノクローナル抗体と異なり、化学合成や経口投与が可能である利点がある。また特異性が低いため副作用が問題になることが多いが化学合成技術の進歩により1990年代後半から低分子化合物による分子標的薬も開発されるようになった。代表例は慢性骨髄性白血病の治療薬であるイマチニブ(商品名 グリベック)である。またアルツハイマー病の治療薬であるドネペジル(商品名 アリセプト)、ガランタミン(商品名 レミニール)、リバスチグミン(商品名 リバスタッチ)は低分子化合物の分子標的薬である。これらは血液脳関門を通過して作用する。