2021 Fiscal Year Research-status Report
肝OATP内在性基質の体内動態メカニズム解析による生理学的薬物速度論モデルの確立
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20K07209
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| Research Institution | Yokohama College of Pharmacy |
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Principal Investigator |
吉門 崇 横浜薬科大学, 薬学部, 准教授 (70535096)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
杉山 雄一 城西国際大学, 薬学部, 特別栄誉教授 (80090471)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | トランスポーター / 内在性基質 / 薬物相互作用 / 生理学的薬物速度論モデル / バイオマーカー |
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| Outline of Annual Research Achievements |
肝臓に発現するorganic anion transporting polypeptide 1B1/1B3 (OATP1B1/1B3) はアニオン性薬物の肝取り込みを担っており、多くの薬物間相互作用(DDI) に関与することから、創薬および臨床で重要視されている。本研究では、DDIを予測するためのバイオマーカーになり得るOATP1B内在性基質の一つ、ヘム生合成中間代謝物のコプロポルフィリン(CPs)に着目し、精緻な生理学的薬物速度論(PBPK)モデルを構築することで高精度にDDIを予測する方法論を確立する。令和3年度は、複数の臨床データ(CP-I血中濃度推移)を矛盾なく説明可能なPBPKモデルのパラメータセットを得るために、強力なパラメータ推定法である Cluster Gauss-Newton Method (CGNM)(Aoki et al. Optim Eng 2020)を用いた解析を実施した。CGNMは、パラメータ初期値の範囲を設定して多数のパラメータセットを発生させて計算を開始し、候補解を得ることができる。OATP1B阻害薬リファンピシン(RIF)によるCP-Iへの影響を明らかにした2つの臨床試験(Takehara et al. Pharm Res 2018およびMori et al. CPT 2020)における血中濃度データを解析したところ、CP-Iの肝固有クリアランスと生合成速度、RIFによるOATP1B阻害定数(Ki)は狭い範囲で得られたことから、これらはDDIを説明する上で鍵となるパラメータと考えられた。一方、他の未知パラメータは広い範囲で得られたことから、血中濃度データだけでは定まらないと考えられた。CGNMは一意に定まらないパラメータがあっても、DDIを説明可能なrobustなモデルを構築するのに有用である。本成果は論文投稿済みであり、現在査読中である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
CGNMを用いた解析により、2つの臨床データ(CP-I血中濃度推移)を矛盾なく説明可能なパラメータセットを得ることができた。CP-Iの肝固有クリアランスと生合成速度、RIFによるOATP1B阻害定数の収束値は狭い範囲で得られたことから、これらがRIFによるCP-I血中濃度推移の変化を説明するのに鍵となるパラメータであることが示唆された。これまでの研究成果は、CGNMは identifiableなパラメータが何であるのかを明確に示す方法論であることを実証するものである。実際、内因性バイオマーカーの動態パラメータ(クリアランス、生合成速度など)の概略値を実験的に示すことの困難さを考えると、本例のような解析法は今後多くのバイオマーカー解析にとって重要な手法になると期待される。 一方、CP-I体内動態へのMRP2の寄与等は、上記CGNMを用いた血中濃度解析でも明らかにならなかった。肝臓においてMRP2はCP-Iの胆汁排泄を担っていることから、肝臓中濃度にはより直接的に寄与するはずである。また、遺伝的にMRP2の機能が低下する疾患(Dubin-Johnson syndrome)においては、尿中におけるCP- I/(CP-I + CP-III)濃度比が変化することが報告されていることから、mrp2欠損ラット(EHBR)を用いた解析が有用であると考え、動物試験 (CP-IもしくはCP-IIIを投与するマスバランス試験)を実施した。測定した血中および肝臓中濃度、胆汁および尿中排泄量をPBPKモデリング-CGNMで解析し、全てのデータを統一的に説明可能なモデリング方法を見出しつつある。さらに、in vitroでmrp2と肝細胞から血管側へのbackfluxを担うmrp3, mrp4の発現量確認（ウエスタンブロット）、CP-I, CP-IIIの輸送活性測定（ベシクル輸送実験）を進めている。
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| Strategy for Future Research Activity |
CP-IとRIFのDDI解析におけるCGNMの有用性が示唆されたため、OATP1B阻害薬の種類を変えた解析を行うことで、本解析法の有用性を高められると考えている。CP-IおよびCP-IIIの詳細な体内動態を明らかにするためのラットを用いたマスバランス試験結果のPBPKモデル解析においては、血中および肝臓中濃度、胆汁および尿中排泄量を同時に説明可能なパラメータセットを見出す必要があり、CGNMを適用することで全てのデータを統一的に説明可能と考えている。EHBRにおいては肝臓内→血中への backflux(MRP3およびMRP4等による)が亢進している可能性が考えられる。細胞膜ベシクルを用いた輸送実験を行うとともに、ラット肝臓におけるタンパク質発現量の検討も併せて行ったのち、CGNM上でmiddle-out解析（in vitroのパラメータ実験値を、血中濃度データ等と併せて参照値として用いてモデルフィッティングを行う手法）を行うことを予定している。また、CP-I, IIIの生合成に関わる代謝酵素(UROD等)のin vitro試験系を構築する上で、URODの直接的な基質となるuroporphyrinogenが必要となるが、その不安定さのためか市販されていない。Uroporphyrinを還元してuroporphyrinogenを得る手法(Pd/C還元法)については報告されているため、UROD代謝を評価する試験系に最適な形で取り入れて検討を進める。さらに、RIFの反復投与によるOATP1Bの誘導はin vitro実験の結果からは論争の的となっているが、MRP2の誘導はポジティブな報告が複数なされている。今後、 RIFによるOATP1B/MRP2の誘導能を定量的に明らかにし、PBPKモデルに組み込むことで、阻害・誘導の複合的な予測も進めていく。
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| Causes of Carryover |
令和2年度に続いて令和３年度も新型コロナウイルス感染拡大防止により、研究機関(横浜薬科大学)における実験の実施に制限が生じた。そのため、コンピュータを用いた解析(PBPKモデル解析)を重点的に実施したことにより、物品費としての使用が抑えられた。また、学術学会はほとんどオンラインで参加し現地開催は１件のみ（臨床薬理学会）であったため、出張費も抑えられた。次年度は、in vitro実験(UROD代謝実験およびOATP1B/MRP2誘導実験等)を多数実施しデータを取る予定であることから、これらを実施可能な物品費を計上する。また、本研究課題の成果報告を複数の学会（国内および国外）で行う予定であるため、これらの旅費を計上する。併せて論文の英文校閲および投稿費用(オープンアクセス費用を含む)も計上することから、次年度使用分と次年度請求分を併せた金額が必要である。
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[Journal Article] Physiologically-based pharmacokinetic model-based translation of OATP1B-mediated drug-drug interactions from coproporphyrin I to probe drugs2022
Author(s)
Mochizuki T, Aoki Y, Yoshikado T, Yoshida K, Lai Y, Hirabayashi H, Yamaura Y, Rockich K, Taskar K, Takashima T, Chu X, Zamek-Gliszczynski MJ, Mao J, Maeda K, Furihata K, Sugiyama Y, Kusuhara H.
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Journal Title
Clin Transl Sci.
Volume: Online ahead of print
Pages: -
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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