副作用の起きにくいオピオイド受容体シグナルのみを活性化できる化合物の創薬開発

• 研究課題/領域番号: 21K06584
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分47040:薬理学関連
• 研究機関: 東京慈恵会医科大学
• 研究代表者: 上園 保仁 東京慈恵会医科大学, 医学部, 教授 (20213340)
• 研究分担者: 宮野 加奈子 東京慈恵会医科大学, 医学部, 准教授 (50597888)
• 研究期間 (年度): 2021-04-01 – 2024-03-31
• 研究課題ステータス: 交付 (2022年度)
• 配分額: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円); 2023年度: 520千円 (直接経費: 400千円、間接経費: 120千円); 2022年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円); 2021年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
• キーワード: バイアスドリガンド / 二量体化受容体 / GPCR / オピオイド受容体 / 新規オピオイド化合物

研究開始時の研究の概要

オピオイド鎮痛薬は長期使用により副作用および耐性を生じるため、副作用のないオピオイド製剤の開発が喫緊となっている。現在オピオイド耐性、副作用を生じにくいアゴニストの開発として、G蛋白シグナルのみを活性化するバイアスアゴニスト、ならびにオピオイドμ/δ二量体化受容体選択的アゴニストの開発が行われている。
当研究では、北里大学薬学部生命薬化学研究室で合成された新規オピオイド化合物を用いて、アゴニストの特性をさらに上回るμ/δ二量体アゴニスト、およびG蛋白シグナルバイアスアゴニストを同定する。候補化合物を絞り込み、また動物実験を完遂させ、企業への導出および共同研究を行うための基盤を構築する。

研究実績の概要

がん患者の疼痛管理にはゴールデンスタンダードとしてオピオイド鎮痛薬が用いられるが、これらは長期使用により副作用および耐性を生じるため、副作用の少ないオピオイド新規オピオイド鎮痛薬の開発が喫緊の課題となっている。現在オピオイド耐性、副作用を生じにくいアゴニストの開発として、オピオイドμ/δ二量体化受容体に選択的なアゴニスト、ならびに鎮痛を荷うG蛋白シグナルおよび副作用を惹起するとされるβアレスチンシグナルのうち、G蛋白シグナルのみを活性化するバイアスドアゴニストが有力な候補としてその開発が世界中で行われている。
令和4年度は、北里大学薬学部生命薬化学 藤井研究室において合成された化合物群の中で、μ/δ二量体化選択的かつG蛋白シグナルバイアスドシグナル特性を有すると考えられる新規オピオイド化合物の同定に成功し、同化合物を用いた研究を進めた。次に同化合物が鎮痛効果を有するか否かについて、ポジティブコントロールとしてモルヒネを用い動物実験を行った。その結果、私たちの見出した新規化合物はモルヒネと同等の鎮痛効果を示すことが明らかとなった。今後は依存性ならびに副作用に関する動物実験を、モルヒネをコントロールとして比較解析していく予定である。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

これまでに共同研究先の北里大学藤井研究室で見出されたμ/δ二量体高親和性化合物を中心に、藤井研究室と協力して3Dシミュレーション結果に基づいて設計された新たな化合物を複数作製した。これらのμ/δ二量体高親和性候補化合物の活性確認をCellKeyアッセイシステムを用いて行った。その後、G蛋白シグナルを優先的に活性化するバイアス化合物についても、①μ/δ受容体に選択的かつ②G蛋白バイアスの特性を有する化合物に注視し、Flex Stationアッセイシステムを用いてその選択を行うこととした。今年度は、①、②の特長を併せ持った新規化合物の同定に成功し、また動物実験により、新規化合物はモルヒネと同等の鎮痛効果を有することを明らかにした。次年度は新規化合物の副作用についてモルヒネをコントロールとして動物を用いた依存実験ならびに副作用実験を行っていく。

今後の研究の推進方策

本研究において、すでに報告されたμ/δ二量体化受容体特異的アゴニストと考えられているML335を上回る活性を有し、加えて鎮痛効果を有するG蛋白シグナルを選択的に活性化しかつ副作用を惹起するβアレスチンシグナルはほとんど活性化しない新規化合物の同定に成功した。また動物実験により、本新規化合物はモルヒネと同等の鎮痛効果を有することを明らかにした。今後は、この新規化合物がモルヒネ等が有する依存性や副作用惹起作用などを有していないのかについて動物実験で明らかにし、もし依存性や副作用を引き起こしにくい化合物であることが判明すれば、直ちに鎮痛薬製薬企業と臨床開発を行うための共同研究提案を行う。

研究成果

• [雑誌論文] The first structure-activity relationship study of oxytocin as a positive allosteric modulator for the μ opioid receptor (2023)
  • 著者名/発表者名: Mizuguchi Takaaki、Miyano Kanako、Yamauchi Risa、Yoshida Yuki、Takahashi Hideki、Yamazaki Ami、Ono Haruka、Inagaki Miku、Nonaka Miki、Uezono Yasuhito、Fujii Hideaki
  • 雑誌名: Peptides 巻: 159 ページ: 170901-170901
  • DOI: 10.1016/j.peptides.2022.170901
  • 査読あり
• [雑誌論文] Involvement of spinal G-protein inwardly rectifying potassium (GIRK) channels in the enhanced antinociceptive effects of the activation of both μ-opioid and cannabinoid CB1 receptors. (2022)
  • 著者名/発表者名: Takemura, Y., Sudo, Y., Saeki, T., Kurata, S., Suzuki, T., Mori, T., Uezono, Y.
  • 雑誌名: Pharmacol Sci 巻: 149 号: 3 ページ: 85-92
  • DOI: 10.1016/j.jphs.2022.04.002
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] valuation of the intracellular signaling activities of κ opioid receptor agonists, nalfurafine analogs; focusing on the selectivity of G protein- and β-arrestin-mediated pathways. (2022)
  • 著者名/発表者名: Yamaguchi, M., Miyano, K., Hirayama, S., Karasawa, Y., Oshima, K., Uezono, E., Komatsu, A., Nonaka, M., Fujii, H., Yamaguchi, K., Iseki, M., Hayashida, M., Uezono, Y.
  • 雑誌名: Molecules 巻: 27 号: 20 ページ: 7065-7065
  • DOI: 10.3390/molecules27207065
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Intravenous administration of human mesenchymal stem cells derived from adipose tissue and umbilical cord improves neuropathic pain via suppression of neuronal damage and anti-inflammatory actions (2022)
  • 著者名/発表者名: 3.Miyano K, Ikehata M, Ohshima K, Yoshida Y, Nose Y, Yoshihara S, Oki K, Shiraishi S, Uzu M, Nonaka M, Higami Y, Narita M, Uezono Y.
  • 雑誌名: PLoS One 巻: 17 号: 2 ページ: e0262892-e0262892
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0262892
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Ketamine improves desensitization of μ-opioid receptor induced by repeated treatment with fentanyl but not morphine. (2022)
  • 著者名/発表者名: Mizobuchi Y, Miyano K, Manabe S, Uezono E, Komatsu A, Kuroda Y, Nonaka M, Matsuoka Y, Sato T, Uezono Y, Morimatsu, H.
  • 雑誌名: Biomolecules 巻: 12 号: 3 ページ: 426-426
  • DOI: 10.3390/biom12030426
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] A successful case of switching treatment from ketamine to methadone for complex neuropathic pain. (2022)
  • 著者名/発表者名: Murakami Satoshi, Asada Takaaki, Kubota Toru, Kwakami Hiroyuki, Kokubun Hideya, Uezono Yasuhito
  • 雑誌名: Journal of Palliative Medicine 巻: 25 ページ: 586-689
  • 査読あり
• [雑誌論文] Novel opioid analgesics for the development of transdermal opioid patches that possess morphine-like pharmacological profiles rather than fentanyl: possible opioid switching alternatives among patch formula. (2022)
  • 著者名/発表者名: 2.Komatsu A, Miyano K, Nakayama D, Mizobuchi Y, Uezono E, Ohshima K, Karasawa Y, Kuroda Y, Nonaka M, Yamaguchi K, Iseki M, Uezono Y, Hayashida M.
  • 雑誌名: Anesth Analg 巻: 134 号: 5 ページ: 1082-1093
  • DOI: 10.1213/ane.0000000000005954
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Local Anesthetics Inhibit Transient Receptor Potential Vanilloid Subtype 3 Channel Function in Xenopus Oocytes (2021)
  • 著者名/発表者名: Reiko Horishita, Yuichi Ogata, Ryo Fukui, Ryo Yamazaki, Kuniaki Moriwaki, Susumu Ueno, Nobuyuki Yanagihara, Yasuhito Uezono, Yuka Yokoyama, Kouichiro Minami, Takafumi Horishita
  • 雑誌名: Anesth Analg 巻: 1756-1767 ページ: 1756-1767
  • DOI: 10.1213/ane.0000000000005546
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Inhibition of endothelin A receptor by a novel, selective receptor antagonist enhances morphine-induced analgesia: Possible functional interaction of dimerized endothelin A and μ-opioid receptors. Biomed Pharmacother. (2021)
  • 著者名/発表者名: Kuroda Y, Nonaka M, Kamikubo Y, Ogawa H, Murayama T, Kurebayashi N, Sakairi H, Miyano K, Komatsu A, Dodo T, Nakano-Ito K, Yamaguchi K, Sakurai T, Iseki M, Hayashida M, Uezono Y
  • 雑誌名: Biomed Pharmacother. 巻: 141 ページ: 111800-111800
  • DOI: 10.1016/j.biopha.2021.111800
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] The effect or oral methadone on the QTc interval and pain in Japanese patients with cancer pain. (2021)
  • 著者名/発表者名: Kokubun, H., Takigawa, C., Chihara, S., Hara, S., Uezono, Y.
  • 雑誌名: Jpn J Pharm Palliat Care Sci 巻: 14 ページ: 99-104
  • 査読あり
• [雑誌論文] Oxytocin is a positive allosteric modulator of κ-opioid receptors but not δ-opioid receptors in the G-protein signaling pathway. (2021)
  • 著者名/発表者名: Miyano K, Yoshida Y, Hirayama S, Takahashi H, Ono H, Meguro Y, Manabe S, Komatsu A, Nonaka M, Mizuguchi T, Fujii H, Higami Y, Narita M, Uezono Y.
  • 雑誌名: Cells 巻: 10 号: 10 ページ: 2651-2651
  • DOI: 10.3390/cells10102651
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] In Vitro Analyses of Spinach-Derived Opioid Peptides, Rubiscolins: Receptor Selectivity and Intracellular Activities through G Protein- andβ-Arrestin-Mediated Pathways. (2021)
  • 著者名/発表者名: Karasawa Y, Miyano K, Fujii H, Mizuguchi T, Kuroda Y, Nonaka M, Komatsu A, Ohshima K, Yamaguchi M, Yamaguchi K, Iseki1 M, Uezono Y, Hayashida M
  • 雑誌名: Molecules 巻: 26 号: 19 ページ: 6079-6079
  • DOI: 10.3390/molecules26196079
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] オピオイドμ/δヘテロダイマーに対する新規モルヒナン誘導体の活性評価 -副作用及び鎮痛耐性の少ない新規鎮痛薬の開発を目指して- (2022)
  • 著者名/発表者名: 吉田遥香、山田大航、稲垣美紅、野中美希、宮野加奈子、平山重人、浦明日香、相磯沙耶花、室伏美佳、藤井秀明、上園保仁
  • 学会等名: 第146回日本薬理学会関東部会
• [学会発表] Duolink近接ライゲーションアッセイを用いたμ/δ ORヘテロ二量体の可視化法の確立：μ/δ ORヘテロ二量体制御による新規鎮痛薬開発を目指して (2022)
  • 著者名/発表者名: 浦明日香、宮野加奈子、曽友佳、平山重人、唐木文霞、野中美希、相磯沙耶花、室伏美佳、吉田遥香、藤井秀明、上園保仁
  • 学会等名: 第146回日本薬理学会関東部会
• [学会発表] κオピオイド受容体作動薬ナルフラフィン誘導体の細胞内シグナル活性の評価；Gタンパク質およびβアレスチンを介した経路の選択性に着目して (2022)
  • 著者名/発表者名: 山口政広、宮野加奈子、根本徹、原田幸昌、今出慧海、野村俊宗、唐澤佑輔、大島佳織、上園瑛子、小松茜、平山重人、藤井秀明、山口敬介、井関雅子、上園保仁、林田眞和
  • 学会等名: 第41回鎮痛薬・オピオイドペプチドシンポジウム
• [学会発表] 植物由来のG protein-biased δ opioid agonist ルビスコリンの細胞内活性経路解析および経口ペプチド薬開発の可能性 (2022)
  • 著者名/発表者名: 唐澤佑輔、宮野加奈子、山口政広、野中美希、山口敬介、井関雅子、上園保仁
  • 学会等名: 第41回鎮痛薬・オピオイドペプチドシンポジウム
• [学会発表] 支持療法・緩和医療科学分野での創薬進展：どこを工夫すれば目に見えて進むのか？ (2021)
  • 著者名/発表者名: 上園保仁
  • 学会等名: 第14回日本緩和医療薬学会年会
  • 招待講演
• [学会発表] フェンタニルによるオピオイド受容体の脱感作およびケタミン併用による脱感作抑制効果の解析 (2021)
  • 著者名/発表者名: 溝渕有助、上園瑛子、宮野加奈子、佐藤哲文、森松博史、上園保仁
  • 学会等名: 日本麻酔科学会第68回学術集会
• [学会発表] 新規エンドセリンA受容体拮抗薬によるオピオイドの鎮痛増強作用のメカニズムの解析:エンドセリンA受容体とμ-オピオイド受容体の二量体化による機能的相互作用の可能性 (2021)
  • 著者名/発表者名: 黒田唯、小松茜、野中美希、宮野加奈子、林田眞和、上園保仁
  • 学会等名: 日本麻酔科学会第68回学術集会
• [学会発表] 経皮吸収可能なオピオイド製剤開発に向けた新規鎮痛化合物の薬理学的特性評価 (2021)
  • 著者名/発表者名: 小松茜、黒田唯、中山大輔、宮野加奈子、林田眞和、上園保仁
  • 学会等名: 日本麻酔科学会第68回学術集会
• [学会発表] レミフェンタニルおよびフェンタニルによるオピオイド受容体脱感作様式の解析：受容体安定発現細胞を用いて (2021)
  • 著者名/発表者名: 上園瑛子、溝渕有助、宮野加奈子、村田寛明、山口政広、唐澤祐輔、山口敬介、井関雅子、上園保仁
  • 学会等名: 日本ペインクリニック学会第55回学術集会
• [学会発表] ケタミンはオピオイド反復投与によるμオピオイド受容体脱感作を回復させる (2021)
  • 著者名/発表者名: 溝渕有助、上園瑛子、宮野加奈子、黒田唯、佐藤哲文、真鍋星、森松博史、上園保仁
  • 学会等名: 日本ペインクリニック学会第55回学術集会
• [学会発表] 支持・緩和療法研究分野での創薬トランスレーショナルリサーチ：基礎研究のシーズをいかにして患者に届けることができるのか、その工夫は？ (2021)
  • 著者名/発表者名: 上園保仁
  • 学会等名: 第40回鎮痛薬・オピオイドペプチドシンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] δオピオイド受容体作動薬のストレス誘発うつ様症状の治療効果とその副作用発現機序の解明 (2021)
  • 著者名/発表者名: 徳田明久、南雲康行、片山璃沙子、上田壮志、上園保仁、山本直司、斉藤毅、沓村憲樹、長瀬博
  • 学会等名: 第40回鎮痛薬・オピオイドペプチドシンポジウム
• [学会発表] 難治性疼痛に対する基礎研究からのアプローチ～新規鎮痛薬（創薬）、ドラッグリポジショニング（漢方薬）、再生医療（間葉系幹細胞）を用いた対応～ (2021)
  • 著者名/発表者名: 上園保仁、野中美希、宮野加奈子
  • 学会等名: 第30回日本形成外科学会基礎学術集会
  • 招待講演