TRPV1拮抗薬の発見と開発

慢性疼痛 の緩和は、依然として満たされていない医療ニーズとして認識されています。そのため、製薬業界では新しい鎮痛剤の探索が集中的に研究されています。TRPV1受容体は、 多くの種類の疼痛の媒介に関与していることが示唆されているため、最も広範に研究されているリガンド依存性イオンチャネルです。最初の競合的拮抗薬であるカプサゼピン は1990年に初めて記載されました。それ以来、いくつかの TRPV1 拮抗薬が鎮痛剤として臨床試験に入っています。これらの新しい化学物質が慢性疼痛の症状を緩和するのであれば、このクラスの化合物は長年に渡って疼痛治療の新たなメカニズムの 1 つとなる可能性があります。^{[説明が必要] [1] [2]}

唐辛子の有効成分であるカプサイシンは、1世紀以上前に初めて単離されました。1919年にカプサイシンの正確な化学構造が決定され、その10年後に化合物の完全な合成が達成されました。カプサイシンは数十年にわたって鎮痛剤として使用されてきましたが、カプサイシンの治療効果が初めて認識されたのは1850年でした。^{[3]カプサイシンの}辛味がTRPV1を介して媒介されるという発見は、TRPV1受容体の機能のさらなる研究の土台を築き、前臨床研究では、多くのヒト疾患におけるその重要性の証拠を示しました。^{[1] [4]}これらは、このメカニズムによって作用する最初の薬剤であり、鎮痛剤としての使用を評価するために臨床に導入され、したがって医薬品開発の重要なターゲットとなっています。TRPV1拮抗薬の鎮痛に加えて潜在的な治療用途の範囲に関しても、まだ多くの発見がなされていません。分子メカニズムが完全に理解されたのはここ10年のことです。今後数年間でTRPV1拮抗薬がその潜在能力を発揮できるかどうかはより明らかになるだろう。^{[1] [5] [6]}

バニロイド受容体（TRPV1）は、一過性受容体電位チャネル（TRP）スーパーファミリーに属する6つのサブメンバーの1つです。TRPV1は最初に発見された哺乳類のメンバーであり、カルシウムを透過する非選択的カチオンチャネルです。受容体は4つの同一のサブユニットで構成され、それぞれが6つの膜貫通セグメント（S1-S6）を持ち、5番目と6番目のセグメントの間に水性孔があります。この領域はチャネル伝導孔を形成し、細胞膜の細胞質側にN末端とC末端が含まれます。^[7]カプサイシンとRTXは、感覚神経終末に発現する非選択的カチオンチャネルを活性化することで灼熱痛を引き起こします。前臨床研究でカプサイシンに鎮痛効果があることが判明したとき、カプサイシンが結合して活性化する受容体/チャネルの研究に重点が置かれました。^{[6] [8]} TRPV1はカプサイシンによって活性化されるほか、外因性および内因性の化学リガンドの広範囲、ならびに42℃を超える熱などの物理的刺激や、プロトン（酸、pH<6）などのより多様な活性化因子の変化にも反応する。TRPV1は膜電位の変化による調節も受け、この固有の電圧依存性が、ナトリウムイオンおよびカルシウムイオンの流入につながるこの非選択的陽イオンチャネルのゲーティング機構の根底にあると考えられている。重要なことに、 TRPV1の活性は、 Gタンパク質共役受容体シグナル伝達などの多数の細胞内シグナル伝達カスケードによる調節も受け、これらは鎮痛剤、炎症性メディエーター、および傷害に対する反応に関与している。^[1]

TRPV1は主に、感覚ニューロンが密集している脊髄後根および三叉神経節の小型有髄および中型無髄感覚ニューロンに発現しています。TRPV1 受容体は筋肉、関節、膀胱、腎臓にも見られます。TRPV1 の機能的活性は、中枢神経系、脊髄、および視床下部、小脳、青斑、中脳水道周囲灰白質、皮質などの脳の特定の部位で実証されています。TRPV1 が活性化されると、カルシウムイオンとナトリウムイオンの流入が引き起こされ、これが膜の脱分極、ニューロンの発火、および神経インパルスの伝達につながる一連のイベントを開始します。TRPV1 はいくつかの鎮痛剤への反応としてリン酸化され、チャネル活性化の閾値が低下します。ブラジキニン、神経成長因子、プロトンなどの物質はTRPV1受容体を感作すると報告されている。TRPV1が活性化されると、鎮痛ペプチドが放出されるが、TRPV1拮抗薬を投与するとこのペプチドは減少する。一般に、ほとんどのチャネル拮抗薬は細孔領域に結合し、四量体チャネルの4つのモノマーすべての残基と相互作用する。^{[2] [9] [10]}

TRPV1 受容体のリガンドは細胞内から作用するようです。これは TRPV1 の珍しい特性で、他のほとんどのリガンド依存性チャネルのリガンドは細胞外から結合します。カプサイシンは親油性が高く、細胞膜を容易に通過できます。カプサイシンは活性化前に細胞内から TRPV1 受容体に作用して結合することが一般的に認められています。カプサイシン結合の重要な部位は、受容体の N 末端と C 末端のそれぞれ Arg 114 と Glu 761 です。これら 2 つのアミノ酸は荷電しており、TRPV1 受容体の細胞質部分にあるため、この 2 つの領域は TRPV1 とカプサイシンやRTXなどのバニロイドとの親水性相互作用に関係していると考えられます。 TRPV1 の N 末端と C 末端のこれらの部位に加えて、膜貫通ドメインに位置する細胞内リンカーの領域 (「TM3 領域」と呼ばれる) が、バニロイドとの疎水性相互作用に重要であることが示されています。TM3 領域はバニロイドへの結合に必要であると考えられています。TM3 領域は、細胞膜に配置されているため、疎水性環境に囲まれています。現在、TM3 領域はカプサイシンとの疎水性相互作用における重要なリンクとして認識されています。TRPV1 の結合部位 Arg 114 と Glu 761 および TM3 領域は、一緒にバニロイドへの結合ポケットを構成します。^{[9] [2]}

天然バニロイドであるカプサイシン（図 2）は、最もよく知られている TRPV1 アゴニストです。レシニフェラトキシン（RTX）は、TRPV1 アゴニスト活性を示す別の天然バニロイドです。カプサイシンよりも強力で、現在、感覚ニューロンの脱感作剤として開発中です。^[7] 当初、受容体の脱感作によって鎮痛効果が得られるため、アゴニストがTRPV1 リガンド開発の主な焦点でした 。しかし、カプサイシンを含むすべての天然バニロイド受容体アゴニストは、最初に灼熱感を与えるため、治療が複雑になり、おそらく効果がありません。興奮効果と鎮痛効果をうまく分離した合成アゴニストを作成する試みは成功していません。TRPV1 アゴニストのこの持続的な副作用を回避するために、新しい鎮痛薬として競合的拮抗薬に重点的に検討が行われました。^[8]

競合的および非競合的なTRPV1拮抗薬を設計するために、多大な努力が払われてきた。作動薬結合部位に結合し、チャネルを閉じた非伝導状態にロックする拮抗薬は競合的拮抗薬である。対照的に、受容体構造上の追加の結合部位と相互作用して、作動薬による受容体の開口を妨げたり、受容体の水性孔を塞いだりする拮抗薬は非競合的拮抗薬である。開放チャネル遮断薬として作用する非競合的拮抗薬は、過剰に活性化されたTRPV1チャネルを認識し、望ましくない副作用の可能性を減らすことができるため、治療上魅力的である。^[7]

TRPV1 拮抗薬のファーマコフォアモデルは、水素結合受容体、水素結合供与体、およびリング特性という 3 つの重要な特性から構成されています。さらに、TRPV1 拮抗薬は、 TRPV1 細孔の容積に収まるように重ね合わされています。相同性モデルを考慮すると、受容体細孔に適切な相互作用部位が見つかります。リガンド上の水素結合受容体は、水素結合供与体として受容体上の Tyr 667 (ヘリックス S6) と相互作用することが提案されており、リガンド上の水素結合供与体は、水素結合受容体として受容体上のテトラマーの反対のモノマー上の Tyr 667 と相互作用することが提案されています。ファーマコフォアのリング特性は、 4 つのモノマーの 4 つの Tyr 667 残基の芳香環によって形成される疎水性空間に収まることが提案されています。 TRPV1 拮抗薬ファーマコフォアの主要要素との相互作用において Tyr 667 が果たす重要な役割と一致して、部位特異的変異誘発研究により、ラット TRPV1 受容体でこのチロシンをアラニンに置き換えると TRPV1 の機能活性が失われることが示されています。拮抗薬の親油性末端は、特性と体積が多様で、膜貫通ヘリックスS5 および S6 の下端と相互作用します。これらのヘリックスの細胞内末端は膜を越えて伸びているため、柔軟性があり、チャネルの開閉プロセスの一部である可能性があります。高度に最適化された TRPV1 拮抗薬から組み立てられたファーマコフォア モデルとタンパク質の相同性モデルを組み合わせて使用​​することで、現在の TRPV1 拮抗薬の多くのシリーズで観察された構造と活性の関係についての理解が深まり、新しいクラスの拮抗薬の発見に役立つはずです。^[2]

カプサイシン（図2）には3つの機能領域があります。親ホモバニリル（3-メトキシ4-ヒドロキシベンジル）基が最適な芳香族A領域、エステルまたはアミドリンカーとして知られるB領域、および親油性オクタニル部分が最高の効力と関連する脂肪族C領域です。ホモバニリルモチーフとアミド結合領域には、水素結合相互作用に関与する双極性基が含まれています。^[11]

フェノール水酸化物とアミド部分は、カプサイシン反応の誘発に不可欠であると思われます。カプサイシン類似体中のフェノール水酸化物またはアミド結合の除去は、効力の低下につながります。カプサイシン中のフェノール水酸化物とアミド部分は、TRPV1 受容体と複数の水素結合相互作用を起こす可能性があります。カプサイシノイドとカプシノイドは、アミド (カプサイシノイド) またはエステル (カプシノイド) リンカーを介して親油性アシル基に結合した酸素化芳香族部分が特徴です。バニリルおよびカルボニルリンカーには、活性に不可欠な水素結合を形成できる極性基が含まれていますが、親油性部分は TRPV1 上のバニロイド結合部位の対応する溝と相互作用します。カプサイシンの中鎖脂肪酸をより長い脂肪酸に置き換えると活性が損なわれるが^[12]、不飽和脂肪酸の存在により活性が回復し、増強される。例えばオレオイルバニラミン（オルバニル）（図3a）はTRPV1活性化アッセイにおいてカプサイシンの10倍の活性を示す^{[13] 。}

ノバルティスグループによって報告された最初の競合的バニロイド拮抗薬であるカプサゼピン（図4a）^{[14] [9]}は、カプサイシンの親油性C領域に対する立体配座の制約の影響を評価することを目的としていました。カプサゼピンでは、カプサイシンのアミド結合がチオ尿素部分に置き換えられ、芳香族バニリル2炭素A環とBリンカーアミド窒素の間のプロピリデンリンカーが、チオ尿素結合に対して芳香族環を直交方向に配置します。 ^[15]この制約は、長い間、バニロイド拮抗作用の特徴であると考えられてきました。^{[16]カプサゼピンはTRPV1上のカプサイシン結合部位を競合しますが、代謝安定性が低く、薬物動態特性が悪いため、この化合物は}臨床開発まで至りませんでした。^[17]その後、この構造的特徴を持たない強力な拮抗薬が開発され、1,3-ジ(アリールアルキル)チオ尿素がTRPV1拮抗薬の最も有望な非バニロイドクラスの1つとして登場し、鎮痛に優れた治療効果を示したことから、この鎖は活性にとって重要ではないことが観察されました。これらの化合物の中で、カプサイシノイドのグアイアシル部分を3-フルオロ-4-スルホニルアミド基に置き換えることが活性を回復させるのに重要であることがわかりました。これにより、RTXを模倣したC領域部分が設計され、図4bに示す化合物が生まれ、マウスで優れた鎮痛活性を示しました。^{[18] [19]}親油性C領域の別の最適化により、別の有望な臨床候補であるJYL1421（図4c）が生まれました。^[20]

尿素タイプのカプサイシン類似体は、ホモバニリルアミンおよび関連アミンをさまざまな4-(α-ピリジル)ピペリジン-1-アシルクロリドでアシル化することによっていくつか開発されました。カプサイシンの疎水性C領域に極性アミノ基が存在することは、効力と親水性を結び付けるために重要であり、オルバニル(図3a)からフェニルアセチルリンバニル(図3b)の発見につながった同様の観察を模倣しています。フェニルアセチルリンバニルは、現在までに報告されている中で最も強力なカプサイシノイドであり、カプサイシンの約500倍の効力があります。^[21]他のいくつかの尿素は、著しく活性なTRPV1拮抗薬として現れました。カプサゼピンと比較して、ピペラジニル尿素（図5aおよび5b）は、さまざまな酵素およびチャネルに対して高い選択性プロファイルを示しました^[22]。一方、関連する非常に強力で特異的なTRPV1拮抗薬A-425619（図5c）は、ラットの炎症および組織損傷に関連する痛みを軽減する可能性があります。^{[23]さらなる研究により、尿素}SB-705498 （図5d）、SB-452533（図5e）[16,17]、およびABT-102（図5f）を含むさまざまなTRPV1の小分子拮抗薬が開発され、臨床試験に入っています。^[24]

N-アリールシナミドは、強力かつ重要なTRPV1拮抗薬のクラスとして浮上しており、化合物SB-366791（図6a）は、ヒトおよびラットのTRPV1受容体の両方で競合的かつ特異的な活性を示し、受容体選択性の全体的なプロファイルはカプサゼピンよりもはるかに優れています。^{[25] [ 26]} この一連の化合物の中で、AMG-9810（図6b）は、ラットでの良好な経口バイオアベイラビリティと有望な薬物動態プロファイルを示す高い拮抗薬効を示し、臨床効果の兆しを見せています。^[27]このグループのもう1つの強力な遮断薬はAMG0347（図6c）で、術後疼痛試験でカプサイシン誘発性の熱および機械的痛覚過敏を軽減し、中枢TRPV1受容体を遮断できることが示されました。^[28]

カルボキサミド型の TRPV1 拮抗薬がいくつか発見されている。ニコチンアミド誘導体SB-782443（図 7a）、チアゾリルカルボキサミド（図 7b）、テトラヒドロピリジルカルボキサミド（図 7c）の比較で例示されるように、それらは構造的に非常に異質である。 ^[29] SB-782443（図 7a）は、ヒト、モルモット、ラットの TRPV1 に対して優れた効力を示し、良好なin vitro薬物代謝および薬物動態プロファイルを示し、炎症性疼痛モデルにおいて顕著なin vivo^{活性を示した。 [30] [31]} in vitroプロファイルに基づいて、このクラスのいくつかの化合物は前臨床開発の資格を得た。^[29]

非古典的拮抗薬には、古典的TRPV1リガンドに典型的な尿素、チオ尿素、またはアミド基がありません。非古典的拮抗薬の2つの主要な構造タイプが発見されています。まず、イミダゾール誘導体があります。4,6-二置換ベンズイミダゾールのリード構造から始まり、TRPV1発現チャイニーズハムスター卵巣細胞におけるカプサイシンと酸誘発性カルシウム流入の両方を阻害できる一連の4,5-ビアリールイミダゾールです。イミダゾール（図8a）は、非常に強力で経口で生体利用可能なTRPV1として特定されました。^[32]別のクラスは、ジアリールエーテルとアミンです。キナゾリンシリーズの化合物は、ビアリールアミドシリーズの立体配座が制限された類似体と考えることができます。活性の点では、5-イソキノリンが最も活性が高く、5-イソキノリン > 8-キノリン> 8-キナゾリン > 8-イソキノリン ≥ シノリン > フタラジン > キノキサリン > 5-キノリンの順であった^[33]。例えば、 AMG-517 （図8b）は、認識可能なカルボニルモチーフを欠いているにもかかわらず、 in vitroでTRPV1のカプサイシン、プロトン、熱活性化を強力に阻害し、良好な忍容性プロファイルを示している。^{[34]また、}ヤンセン、アボット、メルク製薬の臨床候補化合物（図8c）は、5-アミノイソキノリン基を共通の特徴として有しており、TRPV1拮抗薬活性の受容体部位でこの基が重要な相互作用をすることを示唆している。^[33]

2009年11月、FDAは帯状疱疹後神経痛の治療薬としてQutenza（カプサイシン8%局所パッチ）を承認した。^[35]

2009 年後半現在、公開されている情報によると、かなりの数の薬剤が臨床試験中である。いくつかのバイオテクノロジー企業と製薬企業が TRPV1 リガンドを開発しており、アゴニストとアンタゴニストの両方に重点が置かれているようだ。アゴニストは臨床開発が進んでいるようだが。^[1]

NeurogesX 社は、Qutenza (NGX-4010) の第 3 相臨床試験を 3 回実施し、主要評価項目を達成しました。Qutenza は合成トランスカプサイシンで、薬剤送達は速効性パッチ塗布システムによって行われます^[36] NeurogesX 社は、2010 年 11 月前半に米国で Qutenza を発売する予定です。^[37] 別のバイオテクノロジー企業である Anesiva 社は、注射用カプサイシンである Adlea (ALGRX 4975) の第 3 相試験を 2 回実施しました。Adlea は鎮痛剤として有望であり^[38]、両方の試験で、試験期間中の Adlea の有害事象、創傷治癒、創傷感覚機能の安全性プロファイルはプラセボと同等であることが示されました^[39]

少なくとも7種類の経口活性TRPV1拮抗物質が臨床開発に進んでおり、さらにいくつかが前臨床開発段階にあります。イーライリリー・アンド・カンパニー-グレンマーク社のリガンドGRC-6211が最も進んでおり、現在第IIb相臨床試験中です。グラクソ・スミスクライン、メルク-ニューロジェン、アムジェン、アストラゼネカはすべてTRPV1拮抗薬を開発しており、いずれも第I相試験を無事に完了した物質を開発中です。^[1]

• カプサイシン
• カプサゼピン
• デヒドロエピアンドロステロン
• レシニフェラトキシン
• 一過性受容器電位チャネル
• バニロイド受容体TRPV
• バニロイド受容体サブタイプ1 TRPV1