抗アンドロゲンの発見と開発

最初の抗アンドロゲンは1960年代に発見されました。抗アンドロゲンはアンドロゲン受容体（AR）に拮抗し、それによってテストステロンとジヒドロテストステロン（DHT）の生物学的効果を阻害します。抗アンドロゲンは、前立腺がん、良性前立腺肥大症（BHP）、ニキビ、脂漏症、多毛症、アンドロゲン性脱毛症などのホルモン反応性疾患の男性にとって重要です。抗アンドロゲンは主に前立腺疾患の治療に使用されます。^{[1] [2] [3] 2010年の研究では、ARが}トリプルネガティブ乳がんと唾液管がんの病気の進行に関連している可能性があり、 ^[4]抗アンドロゲンがそれらの治療に使用できる可能性があることが示唆されています。^{[5] [6]}

2010年現在、^{[アップデート]}抗アンドロゲンは小分子であり、リガンド化学によってステロイド性または非ステロイド性のいずれかになります。ステロイド性抗アンドロゲンは類似のステロイド構造を共有しますが、非ステロイド性抗アンドロゲン（NSAA）は構造的に異なるファーマコフォアを持つ場合があります。非常に多種多様な抗アンドロゲン化合物が発見され研究されているにもかかわらず、臨床使用に利用できる化合物の数は限られています。^[2]

20世紀初頭には、下垂体、精巣、前立腺の関係が確立されていました。アメリカの医師チャールズ・ブレントン・ハギンズは、去勢またはエストロゲン投与が男性の腺萎縮につながるが、アンドロゲンの再投与によって回復できることを発見しました。1941年、ハギンズは去勢またはエストロゲン療法のいずれかによるアンドロゲン除去で前立腺がん患者を治療しました。転移性前立腺がんに対するアンドロゲン除去の有益な効果が実現され、 1966年にノーベル生理学・医学賞を受賞しました。^[1]

アンドロゲン除去だけでは進行性前立腺がん患者を治療するには不十分であることが明らかになりました。1960年代後半に、アンドロゲン受容体（AR）が発見され、特徴付けられました。AR遮断薬の化学ライブラリのスクリーニングにより、最初の抗アンドロゲンであるシプロテロンが発見されました。その後、酢酸基がシプロテロンに追加され、シプロテロン酢酸塩が作成されました。1970年代には、抗アンドロゲンフルタミドが発見されました。1989年に米国食品医薬品局（FDA）は、前立腺がんの治療薬としてフルタミドを承認しました。1995年にビカルタミドが承認され、1年後にニルタミドが続きました。 ^{[1] [7]}

ARは核受容体スーパーファミリーのステロイド受容体サブファミリーに属します。その機能はアンドロゲンの結合によって制御され、受容体の連続的な構造変化を引き起こし、受容体-タンパク質および受容体-DNAの相互作用に影響を及ぼします。内因性アンドロゲンは主にテストステロンとDHTです。^{[8] [9] [10] [11]} ARは一次性器と二次性器を超えて、全身の広範囲の組織の細胞で発現しています。^[12]

AR遺伝子は90kb以上の長さがあり、919個のアミノ酸からなるタンパク質をコードしています。ヒトではX染色体に位置するAR遺伝子が1つだけ特定されています。この遺伝子は4つの主な領域から構成されています（図1を参照）。^{[2] [3] [7] [8]}

1. 調節機能を果たすN 末端ドメイン(NTD)。
2. 標的遺伝子配列内のアンドロゲン応答要素 (ARE) を認識して結合するDNA 結合ドメイン(DBD)。
3. リガンドの認識と結合を担うリガンド結合ドメイン (LBD)。
4. DBD と LBD の間にある小さなヒンジ領域。

ARには標的遺伝子の転写活性化の制御に重要な役割を果たす2つの機能、N末端活性化機能1（AF1）とC末端活性化機能2（AF2）が同定されている。AF1はリガンド非依存的で、標的遺伝子の転写活性化において主要な役割を果たす。AF2はリガンド依存的で、限られた機能しか示さない。^{[8] [10]}

結合していない AR は、典型的なステロイド受容体と同様に、主に細胞質にあり、LBD との相互作用を通じて熱ショックタンパク質(HSP) の複合体と関連しています。アンドロゲンは、アゴニストまたはアンタゴニストのいずれであっても、細胞質ARのリガンド結合ポケット (LBP) に位置し、LBD に結合します (図 2 を参照)。AR は一連の構造変化を経て、HSP は AR から解離します。変化した AR は二量体化、リン酸化を経て、核に移行します。次に、移行した受容体は、アンドロゲン応答遺伝子のプロモーター上のアンドロゲン応答エレメント (ARE) に結合します。これは、AR 標的遺伝子の転写開始部位(TSS)の上流または下流に位置するコンセンサス配列です。その他の転写補因子 (コアクチベーターおよびコリプレッサーを含む) および一般的な転写機構のリクルートメントにより、AR 調節遺伝子発現のトランスアクチベーションがさらに確実になります。これらの複雑なプロセスはすべて、LBD におけるリガンド誘導性構造変化によって開始されます。リガンド特異的な共調節因子のリクルートメントは、AR リガンドのアゴニストまたはアンタゴニスト活性にとって非常に重要である可能性があります。DNA の結合は、AR の古典的なゲノム遺伝子機能としても知られる AR 制御遺伝子発現にも必要です。^{[7] [8] [10]}

シプロテロンはステロイド性抗アンドロゲンであり、テストステロンまたは DHT と AR の結合を競合的に阻害します。シプロテロンは、前立腺癌細胞によって発現される AR だけでなく、視床下部と下垂体で発現される AR にも結合します。そのため、シプロテロンは視床下部-下垂体レベルでのアンドロゲンの負のフィードバックをブロックし、黄体形成ホルモン(LH) 血清レベルの上昇につながります。この LH レベルの上昇は血清テストステロン レベルの上昇を引き起こし、最終的にシプロテロンの AR 結合に対する競合能力とアンドロゲン刺激をブロックする能力を低下させます。^{[1] [7]}

この問題を克服するために開発されたのが、シプロテロン酢酸です。これは、シプロテロンに酢酸基を加えることによって形成されます（図 3 参照）。シプロテロン酢酸には、AR への結合をめぐって DHT と直接競合するだけでなく、ゴナドトロピン分泌も阻害するという二重の作用があります。これにより、アンドロゲン、エストロゲン、LH レベルが低下します。^{[1] [7]}シプロテロン酢酸は、前立腺がん細胞で抗アンドロゲンとして直接作用するだけでなく、血清テストステロン レベルを間接的に低下させる働きもあります。後者は、アンドロゲン分泌に対する中心的な効果であるシプロテロン酢酸の制限を引き起こし、その結果、性欲と性的能力が低下します。また、いくつかの報告では、シプロテロン酢酸が肝臓過形成を引き起こすと述べられています。これらの副作用により、製薬会社は、これらの副作用のない代替の「純粋な」NSAA を探すようになりました。^[1] 純粋な抗アンドロゲンは、アゴニスト活性やその他のホルモン活性を一切発揮することなく、アンドロゲン受容体をブロックします。^[3]

フルタミドは、臨床的にテストされた最初のNSAAとなった。その後、NSAAのビカルタミドとニルタミドが開発された。これらの化合物の利点は、開発中の他の中枢作用化合物、黄体形成ホルモン放出ホルモン（LHRH）アゴニストやシプロテロン酢酸塩のように性欲や性機能に影響を与えないことだと主張されていた。しかし、この理論は真実ではなかった。これらのNSAAは、最終的にシプロテロン酢酸塩のように血液脳関門を通過し、その後血清テストステロンレベルを上昇させた。^[1]

フルタミドは、図4に示すように、純粋な抗アンドロゲン特性を持つアリールプロピオナミド類似体です。経口投与後、消化管から完全に吸収され、活性型の2-ヒドロキシフルタミドと加水分解産物の3-トリフルオロメチル-4-ニトロアニリンに広範な初回通過代謝を受けます。 ^{[7] [9] [10]}ヒドロキシフルタミドは、ARに対する結合親和性が高く、生体内ではフルタミドよりも強力なAR拮抗薬です。ヒドロキシフルタミドのヒトでの消失半減期は約8時間です。アミド結合の加水分解は、この活性代謝物の主な代謝経路です。腹側前立腺重量に対するDHTの刺激効果を逆転させることにより、フルタミドはシプロテロンアセテートよりも約2倍強力です。ヒドロキシフルタミドはARへの結合親和性が比較的低いため、治療においてARを完全に阻害するためには高用量で使用されることが多い。^{[9] [13]}

ニルタミドは、図5に示すように、フルタミドのニトロ芳香族ヒダントイン類似体である。 ^{[9] [10]ニルタミドは、主に}芳香族 ニトロ基の還元によって代謝によってのみ排出される。イミダゾリンジオンのカルボニル基の1つが加水分解されることが特定されているが、ヒドロキフルタミドのアミド結合よりも肝臓代謝の影響を受けにくい。このため、ヒトにおけるニルタミドの半減期は2日間と長くなる。しかし、ニトロ還元中に形成されるニトロアニオンフリーラジカルは、特にアンドロゲン遮断に使用される比較的高用量を使用した場合、ヒトにおいて肝毒性と関連している可能性がある。 ^{[9]ニルタミドは、}肺炎や暗闇への順応遅延など、使用を制限する副作用を引き起こす。 ^[7]

ビカルタミドは、図6に示すようなアリールプロピオナミド類似体である。^{[9] [10]}ビカルタミドは、前立腺がん治療の第一選択抗アンドロゲンとしてフルタミドとニルタミドに取って代わった。ビカルタミドは、フルタミドやニルタミドほど肝毒性がなく、半減期がヒトでは6日と長いため、低用量で1日1回の投与が可能となっている。ビカルタミドは、フルタミドと同じアミド結合構造を持っている。それでも、アミド結合の加水分解はラットで発見されたもので、ヒトでは発見されていないため、ビカルタミドのヒトでの半減期が長い理由を説明できるかもしれない。^[9]

ビカルタミドは、フルタミドやニルタミドのようなニトロ基の代わりに、パラ位にシアノ基を持っています。この基の変化により、ニルタミドで観察されるニトロ還元が回避されます。ビカルタミドは、その構造内にキラル炭素（図6のアスタリスクで表示）を持ち、これがヒドロキシル基とメチル基に結合しています。そのため、ラセミ体として投与されます。^[9]承認後の調査により、その抗アンドロゲン活性はほぼ完全に（R）-エナンチオマーに存在することが明らかになりました。（R）-ビカルタミドは、ヒドロキシフルタミドよりも前立腺ARに対する親和性がほぼ4倍高く、他の抗アンドロゲンと比較して副作用プロファイルが優れています。^{[9] [10]}

シプロテロン酢酸塩は、17α-アセトキシプロゲステロンの6-クロロ-1,2-メチレン誘導体です。アンドロゲン活性とともに、抗アンドロゲン活性も示します。シプロテロン酢酸塩はラットのARに対して高い親和性を示し、化合物から1,2-メチレン基が除去されると親和性は高まります。塩素原子がメチル基に置き換えられると結合はわずかに減少しますが、C6二重結合をさらに除去すると結合速度が変化します（図7を参照^）。[3]

ヒドロキシフルタミドとその類似体であるビカルタミドとニルタミドは、アニリド環構造を共有しています。構造は図 7 に示されており、アニリド環は赤色で示されています。これら 3 つの化合物は、効率的な AR 結合のために電子不足の芳香環を必要とします。アニリドをアルケンに置き換えると、弱い活性の化合物が得られます。これは、分子内水素結合の欠如または水素結合供与能力の低さに起因する可能性があります。 ^{[3]これらの薬剤の}アニリン環における電子吸引置換基のさまざまな組み合わせは、メタ位(R1)にクロロまたはトリフルオロメチル基、パラ位 (R2) にシアノまたは窒素基のいずれかを持つ化合物と比較して、AR 受容体への高い結合を示していません。^{[3] [14]}

ヒドロキシフルタミドの場合、芳香環が異なる化合物群はARに結合しなかった。これは、ヒドロキシフルタミド環の二置換がARへの高い結合親和性に必須であることを示唆している。また、ヒドロキシフルタミドがARに効果的に結合するためには、三級ヒドロキシル基の強力な水素結合供与能と分子内水素結合に関与する固定コンフォーマーが必要であることも実証されている。^{[3] [14]}

ビカルタミドについては、 X結合の硫化物およびスルホン置換体の抗アンドロゲン活性がin vitroで試験された。硫化物はほとんどの場合、対応するスルホンよりも少なくとも2倍高い結合親和性を示した。しかし、R3基がNHSO ₂ CH ₃の場合にはこの関係は逆転し、スルホンの結合親和性は硫化物の3倍高かった。これらの結果は、B環の置換基がAR結合におけるX結合の効果を大きく左右することを示している。研究者らは、アセチル基がそのヒドロキシル部分に導入されると受容体結合親和性が大幅に低下するため、第三級ヒドロキシル基がARとの直接相互作用に関与していると提唱している。^[14]

去勢ラットの前立腺で試験した場合、ニルタミドは AR に対する親和性が非常に低い。N3 原子を酸素に置き換えるなどの変更は、化合物の前立腺 AR に対する親和性にほとんど影響を及ぼさない。イミダゾール環の C2 位置で酸素原子を硫黄原子に置き換え、N3 原子にブチルアルコールを加えると、化合物の受容体結合および生物学的活性は NSAA の 100 倍増加する。また、化合物は他のステロイド受容体には結合しない。メチル基をブチルアルコール基に置き換えると、化合物はビカルタミドおよびニルタミドよりもそれぞれ 3 倍および 10 倍の抗アンドロゲン活性を生体内で示す。^[3]

現在市販されている抗アンドロゲン剤は、前立腺がんの初期段階の治療に特に有効です。しかし、前立腺がんはホルモン不応性状態に進行することが多く、アンドロゲン除去または抗アンドロゲン療法を継続してもがんが進行します。 ^{[9]これは、前立腺がんの期間中にこれらの抗アンドロゲン剤を長期使用すると、アンドロゲン非依存性前立腺がん細胞の発生、または副腎アンドロゲンが}腫瘍の成長を促進する能力につながる可能性があることを示唆しています。 ^[8]この現象は抗アンドロゲン離脱症候群(AWS) と呼ばれ、既存の抗アンドロゲン剤の主な欠点の 1 つです。AWS は、抗アンドロゲン療法の中止時に観察される腫瘍の退縮または症状の緩和と定義されます。このメカニズムは完全には解明されていませんが、現在の理論では、AR 遺伝子、共調節タンパク質、および/またはシグナル伝達経路の変化が原因と考えられています。この抗アンドロゲン耐性は、現在の抗アンドロゲンの相対的な弱さとも関連している可能性があります。なぜなら、抗アンドロゲンはARに対する親和性がDHTの50倍以上低いからです。これは、代償的なAR過剰発現がしばしば観察される理由も説明できるかもしれません。^[7]

LBD にはリガンド特異性や機能活性を変化させるAR 遺伝子変異が存在し、一部の AR 拮抗薬が作動薬に変換される一因となっていると考えられています。このことは、抗アンドロゲン療法を中止した患者に時々見られる逆説的な一時的な改善を説明しています。 ^[15]これらの変異は、現在の小分子抗アンドロゲンの拮抗薬活性に大きな影響を与え、LBP 内部からの間接的な調節を介して AR 機能の阻害効率を低下させる可能性があります。循環腫瘍細胞を用いた最近の研究では、腫瘍生検に基づいて以前に想定されていたよりも変異頻度が高いことが示唆されています。^[16] T877A、^{[17] W741L、および}W741C変異^[18]は、既知の AR LBD 変異の例です。LNCaP前立腺癌細胞株は、抗アンドロゲンであるヒドロキシフルタミドおよびシプロテロン酢酸塩の存在下で増殖を引き起こす T877A 点変異を持つ AR を発現します。この変異は、これらの化合物で治療中の抗アンドロゲン離脱症候群の患者にも発見されています。^[17]別の研究では、LNCaP細胞に対するビカルタミド治療により、2つのLBD変異、W741LとW741Cが発生し、^[18]ビカルタミドは両方の変異ARに対するアゴニスト活性を獲得しました。^[19] W741L変異により、ビカルタミドのスルホニル結合フェニル環がW741の失われたインドール環の位置に収まるように追加のスペースが生成されます。 ^[20]非変異ARでは、W741側鎖の存在により、ビカルタミドが突出し、AR受容体のH12の活性位置が排除されると考えられます。しかし、ヒドロキシフルタミドはW741変異ARの拮抗薬として機能しました。^[18]これは、フルタミドとニルタミドがビカルタミドよりも小さいため、「受動的拮抗」のメカニズムを通じてARに拮抗するという理論と一致しています。^[20]したがって、これらの薬剤は、以前にビカルタミドで治療された難治性前立腺癌の第二選択治療として有効である可能性があります。 ^[18]

ARのN末端ドメイン（NTD）の拮抗薬は、LBPの外側のタンパク質表面からARの機能を直接阻害することにより、変異ARに関する現在の抗アンドロゲンの限界を克服することが提案されている。この直接的な遮断は、AWS中の異常なARの作用を回避または克服するためのより効率的な戦略を提供するとともに、堅固なLBPの空間制限なしに構造修正の柔軟性を高めると考えられている。^[8]

ステロイド受容体は遺伝子配列とタンパク質構造に類似性があり、ステロイド受容体間で機能的なクロストークが生じることが多い。AR NTD拮抗薬の基準の1つは、ARに対する高い特異性を達成することである。しかし、NTD拮抗薬はAR以外のタンパク質標的とも相互作用する可能性があるため、 AR特異性が必ずしも生体内で反映されるわけではないことを認識することが重要である。 ^[8]

ARの活性化には、ARとさまざまな転写補因子との相互作用を媒介するAR LBDの機能的活性化機能2（AF2）領域の形成が必要です。そのため、NTD AR拮抗薬に関する研究のほとんどは、タンパク質表面からAR LBDのAF2を直接ブロックする可能性のあるペプチドに焦点を当てています。結合した変異ARでも、NTD拮抗薬は結合したリガンドに関係なく、直接的な表面相互作用を介してAF2機能をブロックすることができます。^[8]

これらのNTD拮抗薬の研究は、通常、さまざまなシグネチャーモチーフを含むランダムペプチドを発現するファージディスプレイライブラリのアフィニティースクリーニングによって行われます。ARは「FxxLF」タイプの結合モチーフ（F =フェニルアラニン、L =ロイシン、X = 任意のアミノ酸残基）を特に好むようですが、他の核受容体は「LxxLL」タイプの結合モチーフに非常によく似た結合メカニズムを持っています。これは、AR特異的ペプチドの開発にユニークな機会を提供します。^[8]

AF2表面を標的とする小分子拮抗薬とNTD拮抗薬は結合部位が異なりますが、どちらもAF2機能を破壊することでAR機能を阻害します。したがって、メカニズム的には、これらのNTD拮抗薬は「AF2拮抗薬」としても分類される可能性があります。^[8]

機能的には、AR NTD は標的遺伝子の転写活性化を制御し、さまざまな受容体タンパク質および受容体内 N 末端および C 末端相互作用を媒介する主要な役割を果たします。したがって、NTD 機能の調節は、AR 作用を標的とする効率的な戦略であると考えられています。さまざまな核受容体のさまざまな機能ドメインの中で、NTD は最も保存性が低いため、AR 特異性を達成するための NTD アンタゴニストの最適な標的部位になる可能性があります。ただし、NTD の構造的特徴は、そのコンフォメーションの柔軟性が高いため未確定です。生化学分析と円偏光二色性分光法の両方から、 AR NTD は天然の状態では非常に無秩序であることが示唆されており、創薬のターゲットとしては困難です。^[8]

2008年には、海綿動物から単離された塩素化ペプチド、シントカミドAがAR N末端ドメイン活性化レポーター遺伝子の転写を効果的に阻害するという報告がありました（図8を参照） 。 ^[21]提示された証拠は、シントカミドAがAR NTDの機能を直接阻害するという結論を支持するには不十分であり、作用機序についてはさらなる調査が必要です。^[8]

現在入手可能な低分子抗アンドロゲンは、AR 作用の完全かつ非選択的な阻害によって引き起こされる望ましくない副作用があります。これらの副作用を最小限に抑えるために、前立腺がんの治療に対する新しいアプローチとして、新しいクラスの組織選択的アンドロゲン受容体モジュレーター(SARM) が提案されています。これらのリガンドは、前立腺ではアンタゴニストとして作用し、他の標的組織では無活性またはアゴニストとして作用するため、同化組織または中枢神経系(CNS) にはほとんどまたはまったく影響がありません。ただし、AR 作用の分子メカニズムは十分に理解されていないため、この新しいクラスのリガンドを発見することは困難かもしれません。^[8]

ARリガンドの組織選択性を達成するためのメカニズムはいくつか提案されている。最も決定的な証拠は5-α還元酵素の役割に関するものである。5-α還元酵素は特定の組織でのみ発現するため、組織選択性に特有の寄与因子である可能性がある。フィナステリドによる2型酵素の特異的阻害は、前立腺におけるテストステロンからDHTへの変換を阻害する。^[8]

組織特異的な変換の可能性を利用して SARM を開発するアプローチには、次のようなものがあります。

1. 前立腺内のタイプ 2 5​​-α 還元酵素によって活性化され、抗アンドロゲンを形成する不活性な親化合物。
2. 前立腺内の 2 型 5-α 還元酵素によって不活性化される AR 作動薬。
3. 前立腺内の2型5α還元酵素によってのみ抗アンドロゲンに変換されるARアゴニスト。^[22]

2011 年に研究が行われているその他の低分子抗アンドロゲンの開発状況は表 1 に示されています。

アトラル酸とN-ブチルベンゼンスルホンアミドは、アフリカの木ピジウム・アフリカナムの樹皮から精製された抗アンドロゲン特性を持つ天然化合物です（図9と10を参照）。^[31] 試験管内試験では、どちらも選択的ARアゴニストであり、いくつかの前立腺癌細胞株の増殖を阻害することが示されています。アトラル酸は細胞外マトリックスの浸潤も妨げ、両方の化合物はアンドロゲン誘発性のARの核移行を防ぐことができます。現在、これら2つの化合物の薬理学的プロファイルを改善するために、より強力な誘導体が合成されています。^[32]

• 5α還元酵素阻害剤の発見と開発

• アンドロゲン受容体遺伝子変異データベースワールドワイドウェブサーバー