新規の肝臓ヒト化薬物性肝障害モデルマウスによるヒト特異的薬物肝毒性の発現機序解明

2021 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 20K06463
• Research Institution: Central Institute for Experimental Animals
• Principal Investigator: 上原 正太郎 公益財団法人実験動物中央研究所, 実験動物応用研究部, 研究員 (10733123)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: ヒト肝キメラマウス / チトクロムP450 / 薬物代謝 / S-ワルファリン / チトクロムP450酸化還元酵素

Outline of Annual Research Achievements

昨年度にP450酸化還元酵素欠損（Por cKO）ヒト肝キメラマウスにS-ワルファリンを投与したとき、血中および尿中の4’-水酸化ワルファリン（マウス特異的代謝物）の生成が大幅に減少し、7-水酸化ワルファリンを主代謝物としたヒト型の代謝パターンがより鮮明に表現できる特徴を持つことを明らかにした。本年度はPor cKOヒト肝キメラマウスの特性を明らかにする目的で、肝組織におけるヒトP450の発現分布、肝臓における遺伝子発現解析、肝薬物代謝酵素活性測定を実施した。Por cKOヒト肝キメラマウス肝組織におけるヒトP450タンパク質の発現分布を免疫染色により調べた結果、CYP3A4やCYP1A2などが中心静脈周囲に発現しており、ヒト肝臓における解析結果と一致した特徴が認められた。またPor cKOヒト肝キメラマウス肝臓にヒトのP450、UGT、トランスポーター遺伝子を含む複数の薬物動態関連遺伝子の発現が認められた。さらに典型的なヒトP450基質を用いて肝ミクロゾームにおける薬物酸化酵素活性を測定したところ、Por cKOヒト肝キメラマウス肝にヒト肝に特徴的な高いジクロフェナク4’-水酸化酵素活性およびS-ワルファリン7-水酸化酵素活性が認められた。一方、マウス肝に特徴的なS-ワルファリン4’-水酸化酵素活性は現行のヒト肝キメラマウス肝に比べてPor cKOヒト肝キメラマウス肝で明らかに減少した。Por cKOヒト肝キメラマウス肝のS-ワルファリン酸化的代謝は、マウス肝P450の不活化により高度にヒト型化したことが示された。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

チトクロムP450酸化還元酵素欠損（Por cKO）ヒト肝キメラマウスの肝薬物代謝酵素活性および肝臓のヒト薬物動態関連遺伝子の発現量を明らかにした。Por cKOヒト肝キメラマウスは残存マウス肝細胞によるノイズ的な薬物代謝能が低減し、よりヒトに近い薬物代謝能を有する。本動物は化学物質の体内動態および毒性を評価するための基盤となることが示唆された。

Strategy for Future Research Activity

チトクロムP450酸化還元酵素欠損（Por cKO）ヒト肝キメラマウスを作製し、代謝的活性化を受けて毒性を発現する化合物を投与し、その体内動態および毒性評価を進める。ヒト肝キメラマウス由来の肝細胞を用いたin vitro肝毒性評価系の構築も合わせて検討する。

Causes of Carryover

２０２１年度に薬物を投与し、薬物動態および毒性の評価を進める予定であったが、動物の作製が予定通り進まなかったため、計画を変更しin vitro実験による動物の特性解析を進めることにしたため未使用額が生じた。このため、薬物動態および毒性の評価を次年度に行うこととし、未使用額はその経費に充てることとしたい。

Research Products

• [Journal Article] Methyl-hydroxylation and subsequent oxidation to produce carboxylic acid is the major metabolic pathway of tolbutamide in chimeric TK-NOG mice transplanted with human hepatocytes. (2021)
  • Author(s): Uehara S, Yoneda N, Higuchi Y, Yamazaki H, Suemizu H.
  • Journal Title: Xenobiotica Volume: 51 Pages: 582-589
  • DOI: 10.1080/00498254.2021.1875515.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] In vivo drug interactions of itopride and trimethylamine mediated by flavin-containing monooxygenase 3 in humanized-liver mice. (2021)
  • Author(s): Shimizu M, Uehara S, Suemizu H, Yamazaki H.
  • Journal Title: Drug Metab Pharmacokinet. Volume: 37 Pages: 100369
  • DOI: 10.1016/j.dmpk.2020.11.004.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Metabolic Profiles of Tetrabromobisphenol A in Humans Extrapolated from Humanized-Liver Mouse Data Using a Simplified Physiologically Based Pharmacokinetic Model. (2021)
  • Author(s): Miura T, Uehara S, Shigeta K, Yoshizawa M, Kamiya Y, Murayama N, Shimizu M, Suemizu H, Yamazaki H.
  • Journal Title: Chem Res Toxicol. Volume: 34 Pages: 522-528
  • DOI: 10.1021/acs.chemrestox.0c00358.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Plasma and hepatic concentrations of acetaminophen and its primary conjugates after oral administrations determined in experimental animals and humans and extrapolated by pharmacokinetic modeling. (2021)
  • Author(s): Toda A, Shimizu M, Uehara S, Sasaki T, Miura T, Mogi M, Utoh M, Suemizu H, Yamazaki H.
  • Journal Title: Xenobiotica Volume: 51 Pages: 316-323
  • DOI: 10.1080/00498254.2020.1849872.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] An improved TK-NOG mouse as a novel platform for humanized liver that overcomes limitations in both male and female animals. (2021)
  • Author(s): Uehara S, Higuchi Y, Yoneda N, Kawai K, Yamamoto M, Kamimura H, Iida Y, Oshimura M, Kazuki Y, Yamazaki H, Hikita H, Takehara T, Suemizu H.
  • Journal Title: Drug Metab Pharmacokinet. Volume: 42 Pages: 100410
  • DOI: 10.1016/j.dmpk.2021.100410.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] UDP-glucuronosyltransferase 1A4-mediated N2-glucuronidation is the major metabolic pathway of lamotrigine in chimeric NOG-TKm30 mice with humanised-livers. (2021)
  • Author(s): Uehara S, Higuchi Y, Yoneda N, Yamazaki H, Suemizu H.
  • Journal Title: Xenobiotica Volume: 51 Pages: 1146-1154
  • DOI: 10.1080/00498254.2021.1972492.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Oxidative metabolism and pharmacokinetics of the EGFR inhibitor BIBX1382 in chimeric NOG-TKm30 mice transplanted with human hepatocytes. (2021)
  • Author(s): Uehara S, Yoneda N, Higuchi Y, Yamazaki H, Suemizu H.
  • Journal Title: Drug Metab Pharmacokinet. Volume: 41 Pages: 100419
  • DOI: 10.1016/j.dmpk.2021.100419.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Cloning, sequence analysis, and tissue expression of marmoset paraoxonase 1. (2021)
  • Author(s): Uehara S, Uno Y, Shimizu M, Yamazaki H.
  • Journal Title: Drug Metab Pharmacokinet. Volume: 39 Pages: 100398
  • DOI: 10.1016/j.dmpk.2021.100398.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Hepatotoxicological potential of P-toluic acid in humanised-liver mice investigated using simplified physiologically based pharmacokinetic models. (2021)
  • Author(s): Miura T, Kamiya Y, Uehara S, Murayama N, Shimizu M, Suemizu H, Yamazaki H.
  • Journal Title: Xenobiotica Volume: 51 Pages: 636-642
  • DOI: 10.1080/00498254.2021.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Roles of human cytochrome P450 1A2 in coumarin 3,4-epoxidation mediated by untreated hepatocytes and by those metabolically inactivated with furafylline in previously transplanted chimeric mice. (2021)
  • Author(s): Miura T, Uehara S, Shimizu M, Murayama N, Suemizu H, Yamazaki H.
  • Journal Title: J Toxicol Sci. Volume: 46 Pages: 525-530
  • DOI: 10.2131/jts.46.525.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Pharmacokinetics of primary oxidative metabolites of thalidomide in rats and in chimeric mice humanized with different human hepatocytes. (2021)
  • Author(s): Miura T, Uehara S, Shimizu M, Suemizu H, Yamazaki H.
  • Journal Title: J Toxicol Sci. Volume: 46 Pages: 311-317
  • DOI: 10.2131/jts.46.311.
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Evaluation of drug-induced hepatotoxicity using hepatocytes from chimeric TK-NOG mice with humanized liver. (2021)
  • Author(s): Uehara S, Higuchi Y, Yoneda N, Yamazaki H, Suemizu H.
  • Organizer: 36th JSSX Meeting