カルボキシルエスエラーゼの機能解析に基づくエステル型医薬品の分子設計の効率化

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12672154
• Research Institution: KUMAMOTO UNVERSITY
• Principal Investigator: 今井 輝子 熊本大学, 薬学部, 教授 (70176478)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 細川 正清 千葉大学, 薬学部, 助教授 (70181500) ; 武谷 恵 熊本大学, 薬学部, 助手 (10315294)
• Keywords: カルボキシルエステラーゼ / プロドラッグ / 加水分解 / エステル結合 / 分子設計 / 小腸ミクロソーム / 肝臓ミクロソーム / 発現系

Research Abstract

医薬品の開発において、薬物の物理化学的あるいは生物学的特性を改善するために、水解酵素活性を利用した分子修飾が施されることがある。しかしながら、一見単純なエステル結合でも、そのin vivo変換効率は動物種間で大きく異なるため、人における体内動態の予測ができず、医薬品開発の妨げとなっている。本研究では、経口投与後のエステル医薬品の体内動態に大きく関与する小腸および肝臓の加水分解活性の種差を検討し、sらに、ヒトカルボキシルエステラーゼ(CES)の発現系細胞ホモジネートを用いたin vivo加水分解活性の予測の妥当性を評価した。さらに、小腸上皮細胞モデルであるCaco-2細胞にヒト小腸酵素を発現させ、消化管吸収時のバイオアベイラビリティを予測するための培養細胞系を樹立することを目的として検討を行った。
まず、小腸および肝臓の加水分解活性について検討した結果、いずれの動物種においても、小腸の加水分解活性はCES2ファミリー酵素の活性と同様で、アシル基の大きな基質を認識し難く、アイソザイムの活性の相違が種差の要因であることが明らかとなった。また、回腸にくらべ空腸に酵素の発現量が多く、それに伴って活性も増大することが明らかとなった。肝臓には基質認識性の広いCES1ファミリーおよびCES2ファミリーの酵素が存在するが、肝臓の加水分解活性はCES1酵素によって説明でき、CES1発現系細胞の活性から予測可能であると考えられた。さらに、結腸がん細胞であるCaco-2細胞における加水分解活性は高くはないものの、CES2酵素に比べて、CES1ファミリー酵素が多量に発現しており、加水分解を予測できる小腸上皮細胞モデルとしては、CES2発現量を増大させる必要性が示された。現在、発現量調節のための、細胞培養条件について検討中である。

Research Products

• [Publications] 今井輝子, 大津麻紀子, 大橋邦夫, 武谷恵, 森岡雄二朗, 内藤真策: "高脂血症治療薬NO-1886によるカルボキシルエステラーゼの阻害と加水分解酵素としてのP450"薬剤学. 61・Supplement. 137 (2001)
• [Publications] T.Imai, M.Taketani, M.Hosokawa, K.Chiba: "Rational design of prodrugs based on the organ-specific esterase activity"3^<rd> Retrometabolism based drug design and targeting conference. 20 (2001)
• [Publications] 細川正清, 柳沼祐美子, 武谷恵, 今井輝子, 佐々木康綱, 佐藤哲男, 千葉寛: "プロドラッグの代謝活性化に関与するカルボキシルエステラーゼの分子多様性"薬物動態. 16・Supplement. S92-S93 (2001)
• [Publications] 武谷恵, 今井輝子: "プロドラッグの初回代謝における小腸カルボキシルエステラーゼの役割 II"薬物動態. 16・Supplement. S231 (2001)
• [Publications] 中園由巳, 武谷恵, 今井輝子, 森岡雄二朗, 内藤真策: "高脂血症治療薬NO-1886のラットにおける体内動態:血漿エステラーゼの代謝への寄与"第18回日本薬学会九州支部大会講演要旨集. 149 (2001)
• [Publications] 長尾康司, 大橋邦夫, 今井輝子, 森岡雄二朗, 内藤真策: "高脂血漿治療薬NO-1886のヒトにおける加水分解酵素の同定とエステラーゼ阻害作用"第18回日本薬学会九州支部大会講演要旨集. 150 (2001)