有糸分裂阻害剤

有糸分裂阻害剤、微小管阻害剤、チューブリン阻害剤は、有糸分裂、つまり細胞分裂を阻害する薬剤であり、癌、痛風、爪真菌症の治療に使用されます。これらの薬剤は、細胞分裂時に染色体を引き離す構造である微小管を破壊します。癌細胞は継続的な分裂によって増殖し、最終的には体全体に広がる（転移する）ため、有糸分裂阻害剤は癌治療に使用されます。したがって、癌細胞は正常細胞よりも有糸分裂の阻害に敏感です。有糸分裂阻害剤は細胞遺伝学（染色体の研究）でも使用され、染色体を簡単に検査できる段階で細胞分裂を停止します。^[1]

有糸分裂阻害剤は、植物アルカロイドなどの天然物質に由来し、微小管の重合を阻害することで細胞の有糸分裂を阻害し、がんの増殖を防ぎます。微小管は、細胞全体に伸びて細胞成分を移動させる、長いロープ状のタンパク質です。微小管は、タンパク質チューブリンの小さな単位 (モノマー) でできた長いポリマーです。微小管は、正常な細胞機能の際にチューブリン成分が組み立てられる (重合される) ことで生成され、必要がなくなれば分解されます。微小管の重要な機能の 1 つは、細胞分裂 (有糸分裂) のために染色体や細胞の他の成分を移動させたり分離したりすることです。有糸分裂阻害剤は、チューブリンから微小管ポリマーへの組み立てと分解を阻害します。これにより、通常は細胞周期の有糸分裂 (M) 期に、2 組の完全に形成された染色体が娘細胞に分かれるときに、細胞分裂が中断されます。^{[2] [3]}タキサンが臨床腫瘍学に導入され、ビンカアルカロイドが一般的に使用されるようになってから、チューブリン結合分子は大きな関心を集めるようになりました。

癌の治療によく使用される有糸分裂阻害剤の例としては、パクリタキセル、ドセタキセル、ビンブラスチン、ビンクリスチン、ビノレルビンなどがあります。^[1] コルヒチンとグリセオフルビンは、それぞれ痛風と爪真菌症の治療に使用される有糸分裂阻害剤です。

微小管は真核細胞の細胞骨格の主要構成要素であり、細胞内移動や輸送、細胞形状維持、極性、細胞シグナル伝達、有糸分裂などのさまざまな細胞機能に重要な役割を果たしています。^{[4]微小管は、有糸分裂のさまざまな段階で}染色体の移動と付着に関与することで、細胞分裂に重要な役割を果たしています。そのため、微小管のダイナミクスは抗がん剤の開発における重要なターゲットです。^[5]

微小管は、2 つの球状タンパク質サブユニット、α チューブリンと β チューブリンで構成されています。これら 2 つのサブユニットが結合して α、βヘテロ二量体を形成し、それがフィラメント状のチューブ状構造に集まります。チューブリン ヘテロ二量体は、一方の二量体の α サブユニットがもう一方の二量体の β サブユニットと接触して、頭から尾まで配置されます。この配置により、プロトフィラメントと呼ばれる長いタンパク質繊維が形成されます。

これらのプロトフィラメントは、直径約 25 ナノメートル、長さ 200 ナノメートルから 25 マイクロメートルの中空の円筒形微小管の骨格を形成します。約 12～13 本のプロトフィラメントが平行に並んで C 字型のタンパク質シートを形成し、それが巻き付いて微小管と呼ばれるパイプのような構造を形成します。ヘテロ二量体の頭から尾への配置により、結果として生じる微小管に極性が与えられ、一方の端に α サブユニット、もう一方の端に β サブユニットがあります。α チューブリンの端は負 (–) に帯電し、β チューブリンの端は正 (+) に帯電します。^[4] 微小管は、微小管関連タンパク質 (MAP) のネットワークである微小管組織化中心(MTOC) と呼ばれる細胞内の個別の組み立て部位から成長します。^{[6] [7]}

エネルギーに富むグアノシン三リン酸(GTP) の 2 つの分子も、微小管構造の重要な構成要素です。GTP の 1 つの分子は α-チューブリンにしっかりと結合しており、交換できませんが、もう 1 つの GTP 分子は β-チューブリンに結合しており、グアノシン二リン酸(GDP) と容易に交換できます。微小管の安定性は、β 末端が GTP で占められているか、GDP で占められているかによって異なります。β 末端に GTP 分子がある微小管は安定しており、成長を続けます。一方、β 末端に GDP 分子がある微小管は不安定で、急速に脱重合します。^{[6] [7]}

微小管は静的ではなく、非常に動的なポリマーであり、「動的不安定性」と「トレッドミル」という 2 種類の動的挙動を示します。動的不安定性は、微小管の末端が成長と短縮の期間を切り替えるプロセスです。2 つの末端は同じではなく、α-チューブリンの環状 (-) 末端はそれほど動的ではなく、より動的な β-チューブリンの環状 (+) 末端はより急速に成長し、短縮します。微小管は、長期間の緩やかな伸長、短期間の急速な短縮、および成長も短縮もない休止を経ます。^{[4] [7] [8]} 動的不安定性は、微小管の成長速度、短縮速度、成長または一時停止状態から短縮への移行頻度 (「カタストロフ」と呼ばれる)、短縮から成長または一時停止への移行頻度 (「レスキュー」と呼ばれる) という 4 つの変数によって特徴付けられます。

トレッドミルと呼ばれるもう1つの動的挙動は、一方の端での微小管の正味の成長と、もう一方の端での正味の短縮です。これは、プラス端からマイナス端へのチューブリンサブユニットの固有の流れに関係しています。両方の動的挙動は重要であり、特定の微小管は主に動的不安定性、トレッドミル、またはその両方の混合を示す場合があります。^{[8] [9]}

チューブリンの阻害剤として作用する薬剤は、細胞分裂の阻害剤としても作用します。微小管は、両端の α/β-チューブリンヘテロダイマーの可逆的な結合と解離によって、成長と短縮を繰り返す動的な状態にあります。この動的な動作と、その結果生じる微小管の長さの制御は、有糸分裂、すなわち細胞分裂における有糸分裂紡錘体の適切な機能に不可欠です。

微小管は細胞周期のさまざまな段階に関与している。最初の段階、すなわち前期では、細胞分裂に必要な微小管が形成され始め、新しく形成された染色体に向かって成長し、有糸分裂紡錘体と呼ばれる微小管の束を形成する。前中期および中期では、この紡錘体はキネトコアと呼ばれる特定のポイントで染色体に付着し、染色体の前後の振動に合わせて数回の成長および短縮期間を経る。後期でも、染色体に付着した微小管は、慎重に制御された短縮および伸長プロセスを維持する。したがって、微小管の動態を抑制できる薬剤が存在するだけで、細胞周期をブロックし、アポトーシスによる細胞死をもたらすのに十分である。^{[5] [10] [11]}

チューブリン阻害剤は、微小管のダイナミクス、すなわち成長（重合）と短縮（脱重合）を妨げることによって作用します。阻害剤の1つのクラスは、チューブリンの重合を阻害して微小管を形成することによって作用し、コルヒチン類似体やビンカアルカロイドなどの重合阻害剤と呼ばれます。これらは高濃度で細胞内の微小管ポリマー質量を減少させ、微小管不安定化剤として作用します。もう1つのクラスの阻害剤は、重合チューブリンの脱重合を阻害することによって作用し、細胞内の微小管ポリマー質量を増加させます。これらは微小管安定化剤として作用し、パクリタキセル類似体などの脱重合阻害剤と呼ばれます。^{[4]これら3つのクラスの薬剤は、わずかに異なる}メカニズムで作用するようです。

コルヒチン類似体は、微小管を破壊することで細胞分裂を阻害する。コルヒチンの結合にはチューブリンのβサブユニットが関与していると報告されている。これは可溶性チューブリンに結合してコルヒチン-チューブリン複合体を形成する。この複合体は通常のチューブリンとともに重合して微小管を形成する。しかし、このTC複合体の存在は、微小管のさらなる重合を妨げる。この複合体は構造変化を引き起こし、チューブリン二量体のさらなる追加をブロックし、それによって微小管の成長を防ぐ。TC複合体が新しい二量体の追加を遅らせると、有糸分裂中期中の構造的不均衡または不安定性のために微小管が分解する。 ^[13]

ビンカアルカロイドは、ビンカ結合ドメインと呼ばれる特定の領域でチューブリン二量体のβサブユニットに結合します。ビンカアルカロイドはチューブリンに急速に結合し、この結合は可逆的で温度に依存しません（0℃～37℃）。コルヒチンとは対照的に、ビンカアルカロイドは微小管に直接結合します。ビンカアルカロイドは最初に可溶性チューブリンと複合体を形成することも、共重合して微小管を形成することもありませんが、チューブリンの自己会合に関連してチューブリンの構造変化を引き起こすことができます。^[8]ビンカアルカロイドは、微小管末端で高い親和性でチューブリンに結合しますが、微小管シリンダーの側面にあるチューブリン部位では低い親和性で結合します。これらの薬剤が高親和性部位に結合すると、低濃度の薬剤でもチューブリンの交換が強く抑制されるのに対し、比較的高濃度の薬剤で低親和性部位に結合すると微小管が脱重合される。^[5]

コルヒチンやビンカアルカロイドとは対照的に、パクリタキセルは、重合反応の核形成段階と伸長段階の両方を促進して微小管重合を促進し、臨界チューブリンサブユニット濃度（すなわち、定常状態での可溶性チューブリン濃度）を低下させる。パクリタキセルの存在下で重合した微小管は極めて安定である。^[5]パクリタキセルの結合メカニズムは、いくつかの重要な違いはあるものの、GTPヌクレオチドの結合メカニズムに似ている。GTPは、各プロトフィラメントに沿って次の二量体と接触したままチューブリン二量体の一方の端に結合し、パクリタキセルは次のプロトフィラメントと接触したままβ-チューブリンの一方の側に結合します。GTPは組み立てられていないチューブリン二量体に結合しますが、パクリタキセル結合部位は組み立てられたチューブリンにのみ存在します。GTPの加水分解により、微小管系の分解と調節が可能になります。しかし、パクリタキセルによるチューブリンの活性化は、微小管の永続的な安定化をもたらす。したがって、微小管の動態の抑制は、パクリタキセル処理細胞における細胞分裂の阻害と腫瘍細胞死の主な原因であると説明されている。^[14]

コルヒチンは最も古くから知られている抗有糸分裂薬の 1 つで、過去数年間^{[いつ? ] 、同様の構造を持ちながら活性が高く}毒性の低い化合物を単離または開発するための研究が盛んに行われてきました。その結果、数多くのコルヒチン類似体が発見されました。コルヒチンの構造は、トリメトキシベンゼン環 (環 A)、メトキシトロポン環 (環 C)、および C-7 位にアセトアミド基がある 7 員環 (環 B) の 3 つの環で構成されています。コルヒチンのトリメトキシフェニル基は、チューブリン - コルヒチン複合体の安定化に役立つだけでなく、環 C と相まって抗チューブリン活性にも重要です。3-メトキシ基は結合能力を高め、1-メトキシ基は分子の正しい立体配座の達成に役立ちました。トロポン環の安定性とメトキシ基およびカルボニル基の位置は、化合物の結合能力にとって非常に重要です。 10-メトキシ基は、チューブリン結合親和性に影響を与えることなく、ハロゲン、アルキル、アルコキシ、またはアミノ基で置き換えることができるが、かさ高い置換基は活性を低下させる。環Bは拡張すると活性が低下するが、環とそのC-7側鎖は、チューブリン結合能力ではなく、コルヒチン類似体の立体配座に影響を与えると考えられている。C-5での置換は活性の喪失をもたらしたが、環Bに環化複素環系を結合させると、非常に強力な化合物が得られた。^[13]

パクリタキセルは抗癌剤として大きな成功を収めていますが、その効能を改善し、より活性が高く、バイオアベイラビリティと特異性が高い類似体を開発する努力が続けられています。パクリタキセルの生物活性に対する C-13 置換フェニルイソセリン側鎖の重要性は、以前から知られています。C-3' 置換でのいくつかの置換がテストされています。C-3' フェニル基をアルキルまたはアルキニル基に置き換えると活性が大幅に向上し、その位置の CF ₃基と 10-Ac の他のアシル基による修飾を組み合わせると、活性が数倍に増加しました。シクロプロパンおよびエポキシド部分による C-3' の別の修飾も強力であることがわかりました。環 A のない類似体のほとんどは、パクリタキセル自体よりも活性がはるかに低いことがわかりました。C-13 にアミド側鎖を持つ類似体は、エステル対応物よりも活性が低くなります。また、位置 1 での脱酸素化によっても活性が低下しました。 10-α-スピロエポキシドとその7-MOMエーテルの調製により、パクリタキセルと同等の細胞毒性とチューブリン組み立て活性を有する化合物が得られた。C-6-α-OHとC-6-β-OHで置換すると、チューブリン組み立てアッセイでパクリタキセルと同等の効力を持つ類似体が得られた。最後に、オキセタン環はチューブリンとの相互作用において重要な役割を果たすことがわかった。^[15]

ビンブラスチンは非常に強力な薬物であり、特に神経系に深刻な副作用があります。そのため、より効果的で毒性の少ない薬物を得ることを目標に、新しい合成類似体が開発されました。ベルバナミン部分の C-20'、C-16'、および C-14' の立体化学 配置は重要であり、反転すると活性が失われます。脱炭酸された二量体は不活性であるため、C-16' カルボキシメチル基は活性に重要です。ベルバナミン環の C-15'- C-20' の構造変化は十分に許容されます。ビンブラスチンの上部骨格修飾により、ビンブラスチンに匹敵する活性を示すビノレルビンが得られました。調製された別の類似体は、in vivo 抗腫瘍活性の向上を示したビノレルビンのジフルオロ誘導体でした。ビノレルビンの C-19' 位置のフッ素化により、 in vivo活性が劇的に向上することが発見されました。SAR研究のほとんどは、ビスインドールアルカロイドのビンドリン部分に関するものです。これは、C-16 および C-17 での修飾が新しい類似体の開発に良い機会を提供するためです。C-16 のエステル基をアミド基に置き換えると、ビンデシンが開発されました。同様に、C-16 のアセチル基を L-trp-OC ₂ H ₅、d-Ala(P)-(OC ₂ H ₅ ) ₂、L-Ala(P)-(OC ₂ H ₅ ) ₂および I-Vla(P)-(OC ₂ H ₅ ) ₂に置き換えると、抗チューブリン活性を持つ新しい類似体が生じました。また、ビンドリンのインドールメチル基は、潜在的に官能基化して新しい強力なビンブラスチン誘導体を開発するのに有用な位置であることがわかりました。 17-デアセチルビンブラスチンから調製された新しい一連の半合成C-16-スピロ-オキサゾリジン-1,3-ジオン類は、優れた抗チューブリン活性と低い細胞毒性を示した。ビンブラスチンのC-17-OH基から誘導されたグリシネートプロドラッグであるビングリシネートは、ビンブラスチンと同様の抗腫瘍活性と毒性を示した。^[16]

細胞遺伝学は、 G バンド染色体の分析による染色体物質の研究であり、有糸分裂阻害剤を広く使用します。細胞遺伝学研究用のスライドを作成するために、研究対象の細胞に有糸分裂阻害剤を加えます。これにより、染色体がまだ見える状態で、有糸分裂中の細胞が停止します。細胞を遠心分離し、低張液に入れると、細胞は膨張し、染色体が広がります。準備後、細胞の染色体を顕微鏡で観察し、染色体のバンドパターンを調べることができます。この実験は、多くの種類の癌研究にとって非常に重要です。

チューブリン結合分子は、DNAではなく有糸分裂紡錘体を標的とするため、他の抗癌剤とは作用機序が異なります。チューブリン結合薬は、その作用機序と結合部位に基づいて次のように分類されています^{[6] [17] [18]}。

a)パクリタキセル部位リガンドには、パクリタキセル、エポチロン、ドセタキセル、ディスコデルモリドなどが含まれます。

a) コルヒチン結合部位には、コルヒチン、コンブレスタチン、2-メトキシエストラジオール、メトキシベンゼンスルホンアミド (E7010) などが含まれます。

b) ビンカアルカロイド結合部位^[19]には、ビンブラスチン、ビンクリスチン、ビノレルビン、ビンフルニン、ドラスタチン、ハリコンドリン、ヘミアステリン、クリプトフィシン52などが含まれる。

• チューブリン上のさまざまな薬剤の結合部位
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  チューブリンに結合したタキソール。
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  チューブリンに結合したビンブラスチン。
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  チューブリンに結合したコルヒチン。

タキサンは、イチイ属の植物が生成する複合テルペンです。もともと太平洋イチイの木から抽出されましたが、現在は人工的に合成されています。その主なメカニズムは、微小管形成を安定化させることにより、細胞の微小管機能を破壊することです。微小管は有糸分裂による再生に不可欠であるため、細胞の微小管機能を不活性化することで、タキサンは細胞分裂を阻害します。

• パクリタキセル—肺がん、卵巣がん、乳がん、進行したカポジ肉腫の治療に使用される。^[21]
• ドセタキセル—乳がん、卵巣がん、非小細胞肺がんの治療に使用される。^{[22] [23]}

ビンカアルカロイドは、幻覚作用のある植物であるニチニチソウ（Catharanthus roseus ）によって生成されるアミンです。ビンカアルカロイドは微小管の重合を阻害します。

• ビンブラスチン—白血病、ホジキンリンパ腫、非小細胞肺癌、乳癌、精巣癌の治療に使用されます。また、多数の化学療法レジメンの成分でもあります。ビンブラスチンとビンクリスチンは、マダガスカルニチニチソウCatharanthus roseusから分離されました。マダガスカルでは、伝統的にビンカ ロゼアを糖尿病の治療に使用していました。実際、インドのスズメバチ刺されからカリブ海諸国の眼感染症まで、あらゆる病気の治療に世界中で何世紀にもわたって使用されてきました。1950 年代に研究者がこの植物を分析し始め、70 種類以上のアルカロイドが含まれていることを発見しました。いくつかは血糖値を下げる効果があることがわかり、他のものは止血剤として機能します。最も興味深いのは、ビンブラスチンとビンクリスチンが血液中の白血球の数を減らすことがわかったことです。血液中の白血球数が多いと白血病の兆候となるため、新しい抗がん剤が発見されました。この 2 つのアルカロイドはチューブリンに結合して、細胞が分裂するために必要な紡錘体を作るのを防ぎます。これは、紡錘体の分解を防ぐことで細胞分裂を妨げるタキソールの作用とは異なります。ビンブラスチンは主にホジキンリンパ腫、進行性精巣癌、進行性乳癌の治療に有効です。ビンクリスチンは主に急性白血病やその他のリンパ腫の治療に使用されます。
• ビンクリスチン—リンパ腫、乳がん、肺がん、急性リンパ性白血病の治療に使用される。^[24]
• ビンデシン—白血病、リンパ腫、黒色腫、乳がん、肺がんの治療に使用される。 ^[24]
• ビノレルビン—乳がんおよび非小細胞肺がんの治療に使用されます。^[24]フランスの薬剤師ピエール・ポワターの指導の下で開発され、1989年にナベルビンというブランド名で最初のライセンスを取得しました。ビノレルビンはビノレルビン酒石酸塩としても知られ、別の抗がん剤であるビンブラスチンの半合成類似体です。ビノレルビンはビンカアルカロイドと呼ばれる医薬品のクラスに含まれ、その特性の多くは細胞毒性薬であるビンクリスチンおよびビンブラスチンの化学的および生物学的メカニズムを模倣しています。ビノレルビンは乳がんに対して有望な活性を示し、他の種類の腫瘍の治療に対する臨床試験が行われています。
• ビンフルニンは、現在第2相臨床試験が行われている新規フッ素化ビンカアルカロイドで、前臨床研究ではビノレルビンやビンブラスチンよりも優れた抗腫瘍活性を示した。ビンフルニンは中期/後期移行期の有糸分裂を阻害し、アポトーシスを引き起こす。^[25]ビンフルニンは、進行した移行細胞膀胱がんおよび尿路上皮管がんの治療に使用される化学療法薬である。別名ジャヴラーとも呼ばれる。シスプラチンまたはカルボプラチンによる化学療法をすでに受けた患者に承認されている。

コルヒチンは、秋クロッカス（Colchicum autumnale ）から抽出されたアルカロイドです。微小管の重合を阻害することで有糸分裂を阻害します。コルヒチンは人間の癌の治療には使用されていませんが、痛風の急性発作の治療にはよく使用されます。^[26]

コルヒチンは、3000年以上にわたって継続的に使用されている抗炎症薬です。コルヒチンは経口薬で、急性痛風の治療や家族性地中海熱（FMF）の急性発作の予防に使用されています。しかし、コルヒチンは他の治療法では毒性が高いため、使用が制限されています。コルヒチンは細胞分裂と増殖を阻害することが知られています。初期の研究では、コルヒチンが有糸分裂紡錘体を破壊することが実証されました。その後、微小管の溶解が、コルヒチンが有糸分裂紡錘体と細胞増殖に及ぼす影響の原因であることが示されました。^[27]

メイアップル植物由来のポドフィロトキシンは、ウイルス性皮膚感染症の治療に使用され、この分子の合成類似体は、特定の種類の癌の治療に使用されます。

グリセオフルビンはペニシリウム属に由来し、抗真菌薬として使用される有糸分裂阻害剤である。真菌の 微小管の組み立てを阻害する。

• グラツィオビアニンAは、典型的にはブラジル産の樹木アテレイア・グラツィオビアナ・バイルの葉から単離される。^[28]

• クリプトフィシン52 は、藍藻Nostoc sp. GSV 224 から単離されました。クリプトフィシンは、非常に強力な細胞毒性を示す関連デプシペプチドのファミリーです。クリプトフィシン52はもともと殺菌剤として開発されましたが、臨床使用には毒性が強すぎました。その後、研究はクリプトフィシンを微小管毒として扱い、有糸分裂紡錘体の形成を防ぐことに焦点を当てるようになりました。 ^[12]クリプトフィシン 52 は、紡錘体の微小管の動態に抵抗する強力な抗有糸分裂活性を示しました。^[6]また、クリプトフィシンは多剤耐性ポンプに対する感受性が低下しており、多くの薬剤耐性細胞株で活性が低下しないという発見により、この薬への関心がさらに高まりました。
• ハリコンドリンBは、最初にHalichondria okadaiから単離され、その後、無関係の海綿動物であるAxinella carteriとPhankella carteriからも単離された。ハリコンドリンBは、合成され、ナノモル濃度未満で細胞の成長を止める複合ポリエーテルマクロライドである。^[6]ハリコンドリンBは、ビンクリスチンとビンブラスチンの両方のチューブリンへの結合に対する非競合的阻害剤であり、薬物がビンカ結合部位またはその近くの部位に結合することを示唆している。ハリコンドリンBが2つの無関係な海綿動物の属から単離されたことから、海綿動物は多種多様な微生物を支えているため、ハリコンドリンBは実際には海綿動物の代謝物ではなく微生物であるという推測につながった。これが事実であれば、発酵技術がハリコンドリンBの有用な供給源となる可能性がある。
• ドラスタチンは、小型の海生軟体動物であるアメフラシ Dolabella auriculariaから単離され、紀元後 55 年にローマ皇帝クラウディウスの息子を殺害するために使用された毒の原料であると考えられています。ドラスタチン 10 と 15 は、新しいペンタペプチドであり、強力な抗有糸分裂特性を示します。これらは、ナノモル以下の濃度で、多くの細胞株に対して細胞毒性を示します。ドラスタチン 10 と 15 のペプチドは、ビンクリスチンのチューブリンへの結合を非競合的に阻害します。ドラスタチン 10 はドラスタチン 15 の 9 倍の効力があり、両方ともビンブラスチンよりも効力があります。^[6]ドラスタチンは、コルヒチンのチューブリンへの結合も強化し、安定化します。
• ヘミアステリンは、海綿動物Cymbastela sp . から単離されました。ヘミアステリンは、強力な細胞毒性ペプチドのファミリーです。ヘミアステリン A とヘミアステリン B は、P388細胞株に対して強力な活性を示し、チューブリンのビンカアルカロイド部位に結合して細胞分裂を阻害します。ヘミアステリン A と B は、ビンカアルカロイドとパクリタキセルの両方よりも強力な抗増殖活性を示します。
• コンブレタスタチンは、南アフリカのヤナギ、Combretum afrumから単離されます。コンブレタスタチンは、チューブリンのコルヒチン結合部位との相互作用によって抗有糸分裂効果を示す比較的単純な化合物の1つであり、コルヒチン結合の最も強力な阻害剤の1つでもあります。^[6]コンブレタスタチンは、細胞から異物分子を急速に排出する細胞ポンプである多剤耐性（MDR）ポンプによって認識されません。[ 10 ^]コンブレタスタチンは、腫瘍の成長に不可欠なプロセスである血管新生を阻害できることも報告されています。これらの要因に加えて、コンブレタスタチンの欠点の1つは、水溶性が低いことです。
• E7010は最も活性の高いスルホンアミド系抗有糸分裂剤で、コルヒチン部位に結合して微小管形成を阻害することが示されています。^{[6] [10]}酸塩として水に非常に溶けます。メトキシベンゼンスルホンアミドは、ビンカアルカロイド耐性固形腫瘍を含む広範囲の腫瘍細胞に対して良好な結果を示しました。動物実験の結果は、結腸直腸癌、乳癌、肺癌組織に対する活性を示しました。
• 2-メトキシエストラジオールは、哺乳類ホルモンであるエストラジオールの天然代謝物であり、肝臓で酸化されて生成されます。2-メトキシエストラジオールは、いくつかの腫瘍細胞株に対して細胞毒性があり、チューブリンのコルヒチン部位に結合して異常な微小管の形成を誘導します。2-メトキシエストラジオールは、急速に増殖する腫瘍細胞に対して強力なアポトーシス活性を示します。また、内皮細胞に直接アポトーシス効果を及ぼすことで、抗血管新生活性も持っています。^[29]
• ドセタキセルはパクリタキセルの半合成類似体で、商品名はタキソテールです。ドセタキセルはC13側鎖の構造変更が最小限で、C10置換によりパクリタキセルよりも水溶性が高く、効力も強いことが示されました。臨床試験では、パクリタキセルに対して過敏症を発症した患者は、アレルギー反応なしにドセタキセルを投与される可能性があることが示されています。^[6]
• パクリタキセルは、太平洋イチイ科の樹皮から単離された。後にヘーゼルナッツの木（葉、小枝、実）とこれらの木に生息する菌類からも単離されたが、その濃度はイチイの木の濃度の約 10% に過ぎない。パクリタキセルは抗がん剤としてタキソールやオンキソールとしても知られている。この薬は、卵巣がん、乳がん、肺がん、結腸がんの第一選択薬であり、エイズ関連のカポジ肉腫の第二選択薬である。（カポジ肉腫は、後天性免疫不全症候群（エイズ）の患者によく見られる皮膚および粘膜のがんである。この薬は非常に効果的であるため、一部の腫瘍学者は、1994 年以前の期間を乳がん治療の「タキソール以前」の時代と呼んでいる。^[30]
• エポチロン は発酵土壌細菌Sorangium cellulosumから抽出され、抗真菌剤として使用するには毒性が強すぎることが判明しました。エポチロンは微小管安定化剤であり、タキサンと同様の作用機序を持ち、微小管ダイナミクスの抑制、微小管の安定化、チューブリン重合の促進、高濃度でのポリマー質量の増加などが含まれます。細胞周期の G2-M 期で有糸分裂停止を誘導し、アポトーシスを引き起こします。^[5]エポチロン A とエポチロン B は抗真菌性と細胞毒性の両方の特性を示します。これらのエポチロンはパクリタキセルのチューブリンへの結合に対する競合的阻害剤であり、同様の濃度で活性を示します。この知見から、エポチロンとパクリタキセルは生体内で同様の立体配座をとると考えられます。しかし、エポチロンはパクリタキセルよりも約30倍水溶性が高く、親ミクソバクテリアの発酵によって簡単に得られ、全合成によって調製できるため、より利用しやすい。また、エポチロンは多剤耐性メカニズムによって認識されないことが示されているため、多剤耐性細胞株ではパクリタキセルよりもはるかに高い効力を発揮します。^[10]
• ディスコデルモリドは、当初、免疫抑制および抗真菌作用があることが判明しました。ディスコデルモリドは、バハマの深海海綿動物Discodermia dissoluta_{から単離されたポリヒドロキシアルケテトラエンラクトン海洋産物で、in vitroで細胞有糸分裂を阻害し、安定したチューブリンポリマーの形成を誘導し、EC 50}値が3.0  μM対23  μMでパクリタキセルよりも効果的であると考えられています。 ^[6]この薬剤はマクロライド（ポリヒドロキシラクトン）で、注目すべき化学的作用機序を持つポリケチドと呼ばれる構造的に多様な化合物クラスのメンバーです。標的細胞の微小管を安定化させ、本質的に細胞周期の特定の段階でそれらを停止させ、細胞分裂を停止させます。これは、特定の癌の治療のための有望な海洋由来候補です。

• 化学療法誘発性末梢神経障害は、進行性で持続し、しばしば不可逆的なチクチクする感覚の麻痺、激しい痛み、寒さに対する過敏症で、手足から始まり、時には腕や脚にも影響を及ぼします。^[31]
• 口内炎（唇、舌、口腔の潰瘍）
• 吐き気、嘔吐、下痢、便秘、麻痺性イレウス、尿閉
• 骨髄抑制
• 過敏症反応– 顔面紅潮、局所的な皮膚反応、発疹（かゆみの有無にかかわらず）、胸の圧迫感、背部痛、呼吸困難、薬剤熱、または悪寒
• 筋骨格系への影響 – 関節痛および/または筋肉痛
• 重度の衰弱
• 低血圧
• 脱毛症
• 神経毒性^[32]

抗癌療法の限界は、主に 2 つの理由により生じます。1 つは患者の生体によるもの、もう 1 つは腫瘍細胞の特定の遺伝子変異によるものです。患者の場合、薬物の吸収が悪いために血液中の有効成分の濃度が低くなり、腫瘍に届く量も少なくなるため、治療が制限されます。薬物の血清中濃度が低いのは、腸管または肝臓のシトクロム P450との親和性に伴う急速な代謝と排泄によっても引き起こされます。もう 1 つの理由は、胃腸環境における薬物の不安定性と分解です。患者間でのばらつきも深刻な問題であり、これにより同量の薬物を投与した後でもバイオアベイラビリティが異なり、化学療法剤の効果に対する耐性も異なります。2 つ目の問題は、高齢者の治療で特に重要です。高齢者の体は弱く、投与量を減らす必要があり、多くの場合は治療レベル以下です。抗癌剤のもう 1 つの問題は、水溶性が限られているため薬物の吸収が大幅に低下することです。腫瘍への薬剤送達の問題は、活性薬剤の分子量が高く組織への浸透が制限される場合や、腫瘍の容積が大きく浸透を妨げる場合にも発生する。^{[4] [33]}

多剤耐性は、抗癌治療における最も重要な制約です。これは、化学的に異なる多くの化合物で発生する可能性があります。現在までに、耐性を発生するメカニズムはいくつか知られています。最も一般的なのは、いわゆる「排出ポンプ」の生成です。このポンプは腫瘍細胞から薬剤を除去し、標的における薬剤濃度を治療レベル以下に低下させます。排出は、多剤トランスポーターとも呼ばれるP 糖タンパク質によって引き起こされます。このタンパク質は、多剤耐性遺伝子 MDR1 の産物であり、ATP 依存性トランスポーター ( ATP 結合カセット) ファミリーのメンバーです。P 糖タンパク質はすべての生物に存在し、生体を異物から保護する役割を果たし、栄養素やその他の生物学的に重要な化合物を 1 つの細胞内または細胞間で移動させるのに関与しています。P 糖タンパク質は、基質が細胞膜に入るとそれを検出して結合し、ATP 結合ドメインの 1 つを活性化します。次のステップは ATP の加水分解で、これにより P-gp の形状が変化し、薬物が細胞外に排出されるチャネルが開きます。2 番目の ATP 分子の加水分解によりチャネルが閉じ、サイクルが繰り返されます。P 糖タンパク質は、正電荷または電気的に中性の疎水性薬物に親和性があり、多くのヒトの癌で過剰発現していることがよくあります。肺癌などの一部の腫瘍では、このトランスポーターが過剰発現していませんが、耐性を獲得する可能性があります。別のトランスポーター MRP1 も排出ポンプとして機能することが発見されましたが、この場合の基質は、負に帯電した天然化合物またはグルタチオン、抱合、グリコシル化、硫酸化、およびグルクロン酸化によって修飾された薬物です。薬物は、いくつかの方法で細胞内に入ることができます。主な経路は、細胞膜を介した拡散、受容体またはトランスポーター経由、またはエンドサイトーシスプロセスによるものです。がんは、細胞に突然変異を起こして耐性を獲得する可能性があり、その結果、細胞表面が変化したり、エンドサイトーシスが阻害されたりします。突然変異により、薬剤が腫瘍細胞に侵入できるようにするトランスポーターや受容体が除去または変化します。薬剤耐性の他の原因は、βチューブリンの突然変異で、結合部位が変化し、特定の薬剤がターゲットに結合できなくなります。腫瘍は、抗有糸分裂薬のターゲットではないチューブリンのアイソフォームの発現も変化させます（例えば、βIII-チューブリンの過剰発現）。さらに、腫瘍細胞は他の種類のタンパク質を発現し、抗がん剤の効果を打ち消すために微小管の動態を変化させます。薬剤耐性は、治療の中断によっても発生する可能性があります。^{[4] [7] [8] [33]}

• 限界的な臨床効果 - 多くの場合、化合物は試験管内で活性を示しますが、臨床では抗腫瘍活性を示しません。^[34]
• ポリオキシエチルヒマシ油やポリソルベートに溶解する必要がある薬剤は水溶性が低いため、過敏症反応を引き起こします。この溶媒は標的細胞への薬剤の送達を低下させる可能性もあることが示唆されています。^{[12] [35]}
• 生物学的利用能^[36]
• 用量制限 – 用量を多くすると毒性が高まり、長期使用は神経毒性と造血毒性の蓄積につながります。^[12]
• 重大な副作用である神経障害は治療中にいつでも発現する可能性があり、治療の中断が必要となる。症状が治まったら治療を再開できるが、中断により腫瘍が耐性を発現する可能性がある。^[20]
• 血液脳関門の透過性が低い。^[20]

チューブリンに結合する最初の化合物として知られているのはコルヒチンで、秋クロッカス（Colchicum autumnale）から単離されましたが、がん治療には使用されていません。臨床使用が承認された最初の抗がん剤は、1960年代の ビンカアルカロイド、ビンブラスチン、ビンクリスチンでした。

これらは1958年に西オンタリオ大学でニチニチソウ（Vinca rosea ）植物の葉の抽出物から単離されました。 ^{[5]最初の薬剤は}タキサンとパクリタキセルに属し、1967年にモンロー・ウォールとマンスーク・ワニによってイチイの木（Taxus brevifolia）の樹皮の抽出物から発見されましたが、そのチューブリン阻害活性は1979年まで知られていませんでした。

イチイの木は活性物質の供給源として貧弱であり、合成方法が発見されるまでの20年以上にわたりタキサンの開発は制限されてきた。^[5] 1992年12月、パクリタキセルは化学療法での使用が承認された。^[37]

数多くの副作用や使用上の制限があるため、より優れた特性を持つ新薬が必要とされている。特に、抗腫瘍活性、毒性プロファイル、薬剤処方、薬理学の改善が望まれている。^[35] 現在、より優れた特性を持つ新しい治療薬の開発に向けたアプローチはいくつか提案されている 。

• 排出ポンプの基質ではない薬剤の発見、または輸送タンパク質への親和性が低い薬剤の改変。薬剤よりも輸送体への親和性が高いP糖タンパク質阻害剤の発見が次のアプローチです。経口バイオアベイラビリティを改善するために、P-gpおよびシトクロム阻害剤と抗癌剤の併用が提案されています。^{[20] [35]}
• α-チューブリンに結合部位を持つ阻害剤の開発。現在使用されているすべての薬剤はβ-チューブリンに結合するため、チューブリン二量体のこの部分は未使用のままです。この分野の研究は、治療の新たな機会を開き、新しいクラスの阻害剤を提供する可能性があります。
• 抗癌剤の標的の 1 つとして、腫瘍血管が挙げられます。この場合の利点は、治療薬が標的に比較的簡単にアクセスできることです。一部の化合物は、新しい血管の形成を阻害したり (血管新生のプロセスを阻害したり)、既存の血管を閉鎖したりできることが知られています。腫瘍細胞は酸素供給を遮断すると急速に死滅するため、これらの薬剤は特に興味深いものです。さらに、これらの薬剤は腫瘍血管にのみ作用し、正常組織とは相互作用しないようです。そのメカニズムは不明ですが、腫瘍の若い組織と正常血管の成熟組織の違いが原因であると示唆されています。抗血管剤はコルヒチンに似ており、β-チューブリンのコルヒチン結合部位に結合するため、コルヒチン結合部位 (現在承認されているどの薬剤でも使用されていない) に作用する新しい薬剤の開発は有望なアプローチであると思われます。^[5]
• 様々な結合部位や異なる作用機序を持ちながら、副作用が重複しない2種類以上の薬剤を組み合わせた治療法。これにより、薬剤を低濃度で使用できるようになり、高用量の抗がん剤に伴う副作用の強さが軽減されます。投与する薬剤の量を大幅に変更するのではなく、長期間薬剤の低濃度を維持することで、効率が向上する可能性もあります。^{[8] [12]}
• リポソームとポリマー結合薬剤は、送達システムにおける有望な改善である。リポソームは、正常組織に毒性を与えることなく腫瘍に相当量の薬剤を送達し、薬剤をゆっくりと放出することで薬効を延長させる。同様の特性はポリマーに結合した薬剤にも見られる。さらに、水溶性ポリマーの使用により、親水性抗癌剤が溶解する。ポリマーと薬剤の結合の性質は、正常組織では安定し、より酸性の強い腫瘍環境では分解するように設計することができる。このアプローチにより、活性薬剤を標的に正確に放出することができる。^[36]
• 既存の薬剤とは異なるメカニズムで薬剤耐性癌に有効な新しい化合物を発見します。
• あらゆる耐性メカニズムの解明とそれを回避する薬剤の設計。^[12]

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