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 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 20K06463
• 研究機関: 公益財団法人実験動物中央研究所
• 研究代表者: 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)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2023-03-31
• キーワード: 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

研究実績の概要

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。

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

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。

今後の研究の推進方策

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。

次年度使用額が生じた理由

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。

研究成果

• [雑誌論文] 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)
  • 著者名/発表者名: Uehara S, Yoneda N, Higuchi Y, Yamazaki H, Suemizu H.
  • 雑誌名: Xenobiotica 巻: 51 ページ: 582-589
  • DOI: 10.1080/00498254.2021.1875515.
  • 査読あり
• [雑誌論文] In vivo drug interactions of itopride and trimethylamine mediated by flavin-containing monooxygenase 3 in humanized-liver mice. (2021)
  • 著者名/発表者名: Shimizu M, Uehara S, Suemizu H, Yamazaki H.
  • 雑誌名: Drug Metab Pharmacokinet. 巻: 37 ページ: 100369
  • DOI: 10.1016/j.dmpk.2020.11.004.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Metabolic Profiles of Tetrabromobisphenol A in Humans Extrapolated from Humanized-Liver Mouse Data Using a Simplified Physiologically Based Pharmacokinetic Model. (2021)
  • 著者名/発表者名: Miura T, Uehara S, Shigeta K, Yoshizawa M, Kamiya Y, Murayama N, Shimizu M, Suemizu H, Yamazaki H.
  • 雑誌名: Chem Res Toxicol. 巻: 34 ページ: 522-528
  • DOI: 10.1021/acs.chemrestox.0c00358.
  • 査読あり
• [雑誌論文] 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)
  • 著者名/発表者名: Toda A, Shimizu M, Uehara S, Sasaki T, Miura T, Mogi M, Utoh M, Suemizu H, Yamazaki H.
  • 雑誌名: Xenobiotica 巻: 51 ページ: 316-323
  • DOI: 10.1080/00498254.2020.1849872.
  • 査読あり
• [雑誌論文] An improved TK-NOG mouse as a novel platform for humanized liver that overcomes limitations in both male and female animals. (2021)
  • 著者名/発表者名: 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.
  • 雑誌名: Drug Metab Pharmacokinet. 巻: 42 ページ: 100410
  • DOI: 10.1016/j.dmpk.2021.100410.
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] UDP-glucuronosyltransferase 1A4-mediated N2-glucuronidation is the major metabolic pathway of lamotrigine in chimeric NOG-TKm30 mice with humanised-livers. (2021)
  • 著者名/発表者名: Uehara S, Higuchi Y, Yoneda N, Yamazaki H, Suemizu H.
  • 雑誌名: Xenobiotica 巻: 51 ページ: 1146-1154
  • DOI: 10.1080/00498254.2021.1972492.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Oxidative metabolism and pharmacokinetics of the EGFR inhibitor BIBX1382 in chimeric NOG-TKm30 mice transplanted with human hepatocytes. (2021)
  • 著者名/発表者名: Uehara S, Yoneda N, Higuchi Y, Yamazaki H, Suemizu H.
  • 雑誌名: Drug Metab Pharmacokinet. 巻: 41 ページ: 100419
  • DOI: 10.1016/j.dmpk.2021.100419.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Cloning, sequence analysis, and tissue expression of marmoset paraoxonase 1. (2021)
  • 著者名/発表者名: Uehara S, Uno Y, Shimizu M, Yamazaki H.
  • 雑誌名: Drug Metab Pharmacokinet. 巻: 39 ページ: 100398
  • DOI: 10.1016/j.dmpk.2021.100398.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Hepatotoxicological potential of P-toluic acid in humanised-liver mice investigated using simplified physiologically based pharmacokinetic models. (2021)
  • 著者名/発表者名: Miura T, Kamiya Y, Uehara S, Murayama N, Shimizu M, Suemizu H, Yamazaki H.
  • 雑誌名: Xenobiotica 巻: 51 ページ: 636-642
  • DOI: 10.1080/00498254.2021.
  • 査読あり
• [雑誌論文] 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)
  • 著者名/発表者名: Miura T, Uehara S, Shimizu M, Murayama N, Suemizu H, Yamazaki H.
  • 雑誌名: J Toxicol Sci. 巻: 46 ページ: 525-530
  • DOI: 10.2131/jts.46.525.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Pharmacokinetics of primary oxidative metabolites of thalidomide in rats and in chimeric mice humanized with different human hepatocytes. (2021)
  • 著者名/発表者名: Miura T, Uehara S, Shimizu M, Suemizu H, Yamazaki H.
  • 雑誌名: J Toxicol Sci. 巻: 46 ページ: 311-317
  • DOI: 10.2131/jts.46.311.
  • 査読あり
• [学会発表] Evaluation of drug-induced hepatotoxicity using hepatocytes from chimeric TK-NOG mice with humanized liver. (2021)
  • 著者名/発表者名: Uehara S, Higuchi Y, Yoneda N, Yamazaki H, Suemizu H.
  • 学会等名: 36th JSSX Meeting