要旨抗ヒスタミン薬は日本でも多く使用されている重要な薬の一つである. しかしながら優位性は感覚的なもののため数値化することが困難である. そこで H1 受容体と抗ヒスタミン薬の結合親和性に注目し調査を行った. 野中らの研究により抗ヒスタミン薬の結合に重要な部位は GPCR 受容体における Asp1

Size: px

Start display at page:

Download "要旨抗ヒスタミン薬は日本でも多く使用されている重要な薬の一つである. しかしながら優位性は感覚的なもののため数値化することが困難である. そこで H1 受容体と抗ヒスタミン薬の結合親和性に注目し調査を行った. 野中らの研究により抗ヒスタミン薬の結合に重要な部位は GPCR 受容体における Asp1"

ゆきひろき
5 years ago
Views:

1 平成 25 年度新潟薬科大学薬学部卒業研究 Ⅱ ヒスタミン受容体拮抗薬における受容体の結合能と構造的特徴 Receptor binding capacity and structural characteristics in the histamine receptor antagonist 薬化学研究室 6 年 07P001 浅岡拓馬 ( 指導教員 : 杉原多公通 )

2 要旨抗ヒスタミン薬は日本でも多く使用されている重要な薬の一つである. しかしながら優位性は感覚的なもののため数値化することが困難である. そこで H1 受容体と抗ヒスタミン薬の結合親和性に注目し調査を行った. 野中らの研究により抗ヒスタミン薬の結合に重要な部位は GPCR 受容体における Asp107 とエチレンアミン部位の窒素との水素結合であることが判明した. また島村らは H1 受容体の結晶化により 3 次元構造をつきとめ抗ヒスタミン薬の選択性は Lys191,Lys179 とカルボニル基の水素結合が重要なことが判明した. これらの結果をもとに考察すると基本骨格では三員環構造の結合能が大きく, 選択性を増すためにはカルボキシル基と H1 受容体に特徴的な Lys191,Lys179 との結合が必要であることから受容体のポケットに十分に入り込むためにカルボキシル基の炭素鎖を伸ばすことが重要だと判明した.

3 キーワード 1. 抗ヒスタミン薬 2.H1 受容体 3. 水素結合 4. 結合能

4 目次 1. はじめに 1 2. 結合解離定数 Ki による結合能の比較 3 3.H1 受容体の構造と抗ヒスタミン薬との相互作用 5 4. おわりに 6 謝辞 7 引用文献 8

5 論文 1. はじめに花粉症はアレルギー性疾患の一つでありⅠ 型アレルギーに分類される. その発病機序は花粉などのアレルゲンが肥満細胞に接触することにより肥満細胞表面の IgE 抗体と反応し顆粒が遊離する. これにより放出されたヒスタミン, セロトニンが受容体に結合しヒスタミン H1 受容体やセロトニン 5-HT 受容体を活性化することによりアレルギー症状が現れる. 花粉症による症状は鼻閉やアレルギー性結膜炎などがあり, これらは患者の QOL の低下を引き起こす. また現代の日本において花粉症の羅患率が上昇しており,2005 年の羅漢率は全国平均で 15.6% と厚生労働省によって報告されている 1. この割合は国民病と言っても過言ではなく日本全体 QOL の低下を防ぐためにも効果的な治療は必須である. 花粉症の治療には対症療法と根治療法があるが根治療法の一つである減感作療法は治療に 2 年かかり期間が長く, 通院が必要なため日本で減感作療法を行う人はあまり多くはない. 一方対症療法は抗ヒスタミン薬や噴霧式ステロイドの投与によりアレルギー反応を抑える方法であり手軽に行え, 即効性があることから多くの人が対症療法を行っている. 抗ヒスタミン薬はヒスタミン H1 受容体にアンタゴニスト, インバースアゴニストとして働くことによりアレルギー症状を抑える非常に優れた薬剤である. しかしながら開発された当初の抗ヒスタミン薬は H1 受容体に対しての選択性が低く, 抗コリン作用による口渇, 尿閉, 頻脈などの副作用があった. また血液脳関門を通過しやすいため鎮静作用が起こりやすく眠気の発生頻度が高いなどの問題点があった. これらの薬剤を第一世代抗ヒスタミン薬と呼び第一世代抗ヒスタミン薬にはエタノールアミン系のジフェンヒドラミン, プロピルアミン系のトリプロリジン, フェノチアジン系のプロメタジン, アリメマジン, ピペラジン系であるヒドロキシジン, ピレリジン系のシプロヘプタジン (Fig.1) などの計 12 種類が日本で発売されている. そして第一世代にあった問題点を解決すべく開発されたものが第二世代抗ヒスタミン薬である. 多くの第二世代抗ヒスタミン薬は親水性の官能基を導入しておりこれにより血液脳関門を通過しづらくすることで鎮静作用の低下が計られている 2. 1

6 Fig.1 そこで第二世代抗ヒスタミン薬の構造と結合能に注目し調査を行った. 第二世代抗ヒスタミン薬の構造は共通する部位が少ないため結合能の違いが何に寄るものかは述べられていない. この関係性を明確にすることにより今後の薬剤の発展につながると考え, 本論文ではこれまで行われた研究から考察される薬剤の構造と結合能の関係性を述べていく. 2

7 2. 解離定数 Ki による親和性の比較抗ヒスタミン作用の臨床での効果はフィールド試験や暴露試験などで検討されているが効果には個人でばらつきがあり単純な比較は困難であるとされている 3. この個人差は H1 受容体の発現率の差との報告もあり結合能の比較に臨床での作用は適してないと考えた. そこで常用量を設定することに使用される Ki 値の比較が行われた論文を調査した. 野中らはハムスターの卵巣細胞から H1 受容体のクローンをつくり Asp107 を Ala に変異させた受容体を作り親和性の比較を行った 4 (Table 1). Ki(nM) Wild type Asp107 を Ala107 に変換オロパタジン 1.8± ±1.5 ドキセピン 0.69± ±18 エピナスチン 1.1± ±35 メピラミン 3.6± ±92 ケトチフェン 0.52± ±33 セチリジン 11± ±880 Table1 変異型 H1 受容体との結合解離定数の比較この実験により Asp107 は抗ヒスタミン薬の結合能に大きく関わっていることを証明し, またオロパタジンは Asp107 以外との相互作用をしている可能性が示された. また John らは同様に H1 受容体のクローンをつくり放射性リガンドである [ 3 H]pyrilamine と [ 3 H]desloratadine を用いて解離定数を測定した 5 (Table2). Ki(nM) compound [ 3 H] ピリラミン [ 3 H] デスロラタジンカレバスチン 9.7± ±0.3 セチリジン 47.2±10 73±8 クロロフェニラミン 2.0± ±0.2 デスロラタジン 0.9± ±0.01 ジフェニルヒドラミン 2.5± ±1.1 エバスチン 51.7± ±20 エピナスチン 0.4± ±0.1 ケトチフェン 0.14± ±0.03 ロラタジン 138±23 141±38 Table2 抗ヒスタミン薬における結合解離定数 3

8 この実験では第二世代であるエピナスチン, ケトチフェン, ロラタジンの活性体である Desloratadine の H1 受容体との親和性が非常に強いことが示された. この結果から共通の構造を見ると三員環構造を持つ薬品の結合が強いことがわかる. 共通の構造で第二世代抗ヒスタミン薬を分けるとピペラジン骨格, ピペリジン骨格, その他に分類されるこれらの構造を持つもので比較を行うとピペラジン骨格を持つものは全体的に結合が弱く, ピペリジン骨格を持つものは全体的に強いものが多いことが分かる. また第一世代のクロロフェニラミンはアルキルアミン骨格を持ち, ジフェニルフェニラミンはエタノールアミン骨格を持つ. この二つの結合能は非常に強いため第二世代抗ヒスタミン薬とは極性の違い, カルボキシル基の相互作用などにより結合部位が違っていることが考えられる. 4

9 3.H1 受容体の構造および相互作用 2011 年に島村らによって H1 受容体とドキセピンが結合した構造が発表された 6. 発表されたドキセピンと H1 受容体の相互作用は TM3 上の Asp107 と Thr112 がドキセピンの窒素原子と三員環の酸素原子と水素結合していたことが報告された. また第一世代であるドキセピンは H1 受容体の奥の疎水性ポケットに入り込んでいた. この疎水性ポケットは H1 受容体に特異な部分ではなく他の GPCR 受容体にも共通している存在のため第一世代抗ヒスタミン薬の選択性は低いことが明らかになった 7. また第二世代抗ヒスタミン薬でもドキセピンに最も構造の似ているオロパタジンの結合様式はドキセピンとは異なっていた. これは前述した第一世代抗ヒスタミン薬との相互作用が第二世代抗ヒスタミン薬と違うことと矛盾しない,H1 受容体に特異な Lys191 と親水基であるカルボニルと水素結合を作っている. この影響からオロパタジンは疎水性ポケットの奥まで入り込めずポケットの中の Asp107 のみが水素結合を形成している. しかし多くのアミノ酸が疎水性相互作用を形成しオロパタジンの保持に関与している. また三員環のないレボセチリジンは Lys191 だけではなく Lys179 とのイオン結合を形成しているが前述した Asp107 を Ala に変異させることにより結合能がほとんど失われることから結合能の大部分は Asp107 との水素結合が占めていると結論付けられる. 5

10 4. おわりに今回の調査の結果 H1 受容体と抗ヒスタミン薬の結合能の強さは Asp107 と抗ヒスタミン薬のエチレンアミン骨格の窒素との水素結合が大部分を占め, 疎水性相互作用は重要な相互作用ではなかった. しかし三員環構造のあるものは Asp107 との水素結合に加え疎水性相互作用の影響も受けることができるため三員環構造の方が結合能は強い方向性が見られた. また選択性の増強には Lys191,Lys179 とカルボニル基との水素結合が選択性の増強に重要であった. このことからオロパタジンのカルボキシル基の炭素鎖を 2 つではなく 3 つにすることで疎水性ポケットと H1 受容体に特異な Lys191 との相互作用が望めるのではないか. 近年多くの GPCR 受容体の構造が判明してきた. 抗ヒスタミン薬だけではなく他の種類の医薬品においても受容体との結合能をさらに上昇させ, 選択性が高く副作用の少ない薬剤が開発されることを望む. 6

11 謝辞今回多大な迷惑をおかけしたにもかかわらず最後まで熱心に指導して頂いた杉原多公通教授に心から感謝の気持ちと御礼を申し上げたく, 謝辞にかえさせていただきます. 7

12 引用文献 1. 厚生労働省, 年 7 月 10 日閲覧 2. 谷内一彦, 医薬ジャーナル. 46, 10, (2010) 3. 大久保公裕耳鼻科アレルギー. 29, 1-5(2011) 4. Nonaka, H.; Otaki, S.; Ohshima, E.; Kono, M.; Kase, H.; Ohta, K.; Fukui, H.; Ichimura, M. Eur. J. Pharmacol., 345, (1998) 5. John. C. A.; Helen G.; Christian. R.; Stephen. E.; Dave. H.; Rovert. E. W. Jr.; Shirley. M. W.; Scott. G.; Motasim. B.; William. K.; Robert. W. E. Eur. J. Pharmacol., 449, (2002) 6. Shimamura, T.; Shiroishi M..; Weyand. S.; Tsujimoto, H.; Winter. G.; Katrich. V.; Abagyan. B.; Cherezov. V.; Han. G. W.; Kobayashi, T.; Stevens. R. C.; Iwata, S. Nature, 475, (2011) 7. Andrew C. K.; Jianxin H.;, Albert C. P.: Daniel. H. A.; Daniel. M. R.; Erica R.; Hillary. F. G.;Tong L.; Pil. S. C.; Ron. O. D.; David. E. S.; William. I. W.; Ju rgen W.; Brian. K. K. Nature, 482, (2012) 8

記　者　発　表（予　定）

記　者　発　表（予　定）平成 23 年 6 月 20 日科学技術振興機構 (JST) Tel:03-5214-8404( 広報ポータル部 ) 京都大学 Tel:075-753-2071( 総務部広報課 ) 九州大学 Tel:092-642-2106( 広報室 ) 花粉症アレルギーの発症因子の立体構造を世界で初めて解明 - 副作用