グリフロジンの発見と開発

グリフロジンは、2 型糖尿病(T2D)の治療に使用される薬剤の一種です。ナトリウム/グルコース共輸送体 2 (SGLT-2) を阻害することで作用するため、SGLT-2 阻害剤とも呼ばれます。この薬剤の効能は腎排泄に依存し、糖尿を促進することでグルコースが血液循環に入るのを防ぎます。作用機序はインスリン非依存です。

米国食品医薬品局（FDA）では、ダパグリフロジン、カナグリフロジン、エンパグリフロジンの3つの薬剤が承認されています。カナグリフロジンは、2013年3月に承認され、FDAに承認された最初のSGLT-2阻害剤でした。ダパグリフロジンとエンパグリフロジンは2014年に承認されました。

SLC-5遺伝子ファミリーには、二次活性グルコーストランスポーターであるメンバーが少なくとも4つあります。ナトリウムグルコーストランスポータータンパク質SGLT-1とSGLT-2は、このファミリーの2つの主要なメンバーです。これら2つのメンバーは、他のトランスポーターとともに腎臓に存在し、血糖に関連する主要な共トランスポーターです。これらは、腎臓のグルコース再吸収と腸のグルコース吸収に役割を果たします。^{[1] [2]}

血糖は糸球体で自由に濾過され、SGLT-1とSGLT-2は腎臓でブドウ糖を再吸収し、循環細胞に戻します。SGLT-2は再吸収の90％を担い、SGLT-1は残りの10％を担っています。^{[1] [3]}

ナトリウム/グルコース共輸送体（SGLT ）タンパク質は細胞膜に結合しており、グルコースの濃度勾配に逆らって膜を通して細胞内にグルコースを輸送する役割を担っています。これはナトリウム/カリウムATPaseポンプによって生成されるナトリウム勾配を利用して行われるため、グルコースが細胞内に輸送されると同時にナトリウムも輸送されます。勾配に逆らうため、動作にはエネルギーが必要です。SGLTタンパク質は、インスリンとは無関係に、糸球体濾液からのグルコースの再吸収を引き起こします。^{[1] [3] [4]}

SGLT-2はグルコーストランスポーターファミリーの一員であり、低親和性、高容量のグルコーストランスポーターです。SGLT-2は主に近位腎尿細管のS-1およびS-2セグメントで発現し、濾過されたグルコースの大部分が吸収されます。SGLT-2はグルコースの調節に役割を果たし、腎臓でのグルコースの再吸収の大部分を担っています。^{[1] [5]}

糖尿病では、細胞外グルコース濃度が増加し、この高グルコースレベルがSGLT-2の上方制御につながり、腎臓でのグルコースの吸収が増加します。これらの影響により、高血糖が維持されます。^[6]ナトリウムはSGLT-2を介してグルコースと同時に吸収されるため、SGLT-2の上方制御は高血圧の発症または維持につながる可能性があります。ラットにラミプリルまたはロサルタンを投与した研究では、SGLT-2タンパク質およびmRNAのレベルが大幅に減少しました。糖尿病患者では高血圧がよく見られる問題であるため、これがこの疾患に関連がある可能性があります。^[1]

ナトリウム/グルコース共輸送体2を阻害する薬剤は、腎臓でのグルコース再吸収を阻害し、尿中へのグルコース排泄を促進し、血糖値を低下させます。インスリンとは独立して作用し、低血糖や体重増加を引き起こすことなく血糖値を下げることができます。^{[1] [7]}

中世の医師は日常的に尿を味見し、その観察について論文を書いた。糖尿病は尿中に排出されるブドウ糖による 腎疾患であると最初に考えていた医師は、今では歴史から忘れ去られているようだ。インスリンの発見は、最終的に膵臓に焦点を当てた糖尿病管理につながった。糖尿病の治療戦略の従来の焦点は、内因性インスリン分泌の強化とインスリン感受性の改善にあった。^[要出典]

過去 10 年間^{[いつ? ] 、}高血糖の発生と維持における腎臓の役割が調査されてきました。腎臓の役割は、ナトリウム/グルコーストランスポーター 2 タンパク質を阻害する薬剤の開発につながりました。健康な成人では、毎日約 180 グラムのグルコースが糸球体で濾過され、一次尿中に排出されますが、最初に濾過されたグルコースの 90% 以上は、近位尿細管の初期の湾曲部にある SGLT-2 によって制御される高容量システムによって再吸収されます。残りの濾過されたグルコースのほぼすべてはナトリウム/グルコーストランスポーター 1 によって再吸収されるため、通常の状況では、濾過されたグルコースのほぼすべてが再吸収され、糖尿病でない人の尿中に排出されるグルコースは 100 mg 未満です。 ^{[8] [9]}

フロリジンは、1世紀以上前から知られている化合物です。フロリジンは、腎性糖尿を引き起こし、近位腎尿細管と小腸粘膜にあるナトリウム/グルコース共輸送体を阻害することで腸管グルコース吸収を阻害する天然植物性グルコシドです。フロリジンは1835年に初めて単離され、その後、SGLT-1とSGLT-2タンパク質の両方に対して強力ではあるが非選択的な阻害剤であることが判明しました。^{[10] [11] [12]}

フロリジンは非常に興味深い特性を持っているようで、動物実験の結果は有望で、インスリン感受性を改善し、糖尿病ラットモデルでは尿中のグルコース濃度を上昇させ、低血糖を起こさずに血漿中のグルコース濃度が正常になったようです。残念ながら、これらの特性にもかかわらず、フロリジンはいくつかの理由から臨床開発に十分適していませんでした。フロリジンは消化管で分解されるため経口バイオアベイラビリティが非常に低く、非経口投与する必要があります。フロリジンの活性代謝物であるフロレチンは促進性グルコーストランスポーターの強力な阻害剤であり、フロリジンは下痢や脱水症などの消化管の重篤な有害事象を引き起こすようです。これらの理由から、フロリジンはヒトで追求されることはありませんでした。^{[10] [12] [13]}

フロリジンはさらなる臨床試験には適していませんでしたが、SGLT-2阻害剤の開発において重要な役割を果たしました。フロリジンは、安全性と忍容性プロファイルが改善されたSGLT阻害剤の認識の基礎となりました。例えば、SGLT阻害剤は胃腸の有害事象と関連がなく、生物学的利用能がはるかに高いです。^{[4] [12] [13]}

SGLT-2阻害により、血糖値のコントロールが改善され、インスリン、血圧、尿酸値が低下し、カロリー消費が促進されます。SGLT-2阻害には直接的な腎保護効果があるという仮説を支持するデータもあります。これには、糖尿病に伴う尿細管肥大や過剰濾過を軽減し、尿細管のブドウ糖毒性を軽減する作用が含まれます。ダパグリフロジンによる治療後のSGLT-2阻害により、尿細管ブドウ糖再吸収能力が約30～50%低下します。^[8]

フロリジンは、グルコース部分とアルキルスペーサーで結合した2つの芳香環（アグリコン部分）で構成されています。当初、フロリジンは発熱や感染症、特にマラリアの治療薬として単離されました。マイケル・ナウクと彼のパートナーによると、1950年代にフロリジンに関する研究が行われ、腎臓、小腸、その他のいくつかの組織で糖の輸送を阻害できることが示されました。1990年代初頭、ナトリウム/グルコース共輸送体2が完全に特徴付けられたため、フロリジンのメカニズムが真に興味深いものになりました。その後の研究では、フロリジンの糖阻害効果はナトリウム/グルコース共輸送体タンパク質の阻害によるものだと発表されました^{（誰が発表したのでしょうか？） 。 [1] [4] [9] [11]}

報告されている SGLT-2 阻害剤のほとんどは、自然界に存在する o-アリール グルコシドに由来するグルコシド類似体です。o-グルコシドをSGLT-2 阻害剤として使用する場合の問題は、小腸でのβ-グルコシダーゼによる分解に起因する不安定性です。そのため、経口投与される o-グルコシドはプロドラッグエステルでなければなりません。これらのプロドラッグは体内で変化し、グルコースとアグリコン部分の間に炭素-炭素結合が形成され、 o-グルコシドからc-グルコシドが形成されます。c-グルコシドは o-グルコシドとは異なる薬物動態プロファイル (半減期や作用持続時間など) を持ち、β-グルコシダーゼによって分解されません。最初に発見された c-グルコシドは、ダパグリフロジンという薬でした。^{[1] [14] [15]ダパグリフロジンは、}欧州医薬品庁によって承認された最初の高選択性SGLT-2阻害剤でした。^[16]臨床開発中のすべてのSGLT-2阻害剤は、活性を発揮するために活性「A」型に変換する必要があるプロドラッグです。 ^[9]

フロリジンは非選択的阻害剤であり、経口バイオアベイラビリティが低いため、フロリジン誘導体が合成され、T-1095と呼ばれています。T-1095はメチルカーボネートのプロドラッグで、経口投与されると循環内に吸収され、肝臓で急速に活性代謝物T-1095Aに変換されます。^{[1] [9]} SGLT-1とSGLT-2を阻害することで、糖尿病動物の尿中グルコース排泄量が増加しました。T-1095は、おそらくSGLT-1を阻害するため臨床開発が進みませんでしたが^[1]、非選択的SGLT阻害剤はグルコーストランスポーター1（GLUT-1）も阻害する可能性があります。濾過さ​​れたグルコースの90％はSGLT-2を介して再吸収されるため、研究は特にSGLT-2に焦点が当てられてきました。 SGLT-1の阻害は、重度の下痢を特徴とする遺伝性疾患であるグルコース・ガラクトース吸収不良を引き起こす可能性もある。 ^{[9] [17]}

SGLT-2阻害の新しい方法に関する予備的知見によると、アンチセンス オリゴヌクレオチドISIS 388626を週1回投与すると、げっ歯類とイヌの血漿グルコースが改善し、近位腎尿細管でのmRNA発現が最大80%減少した。SGLT-1には影響しなかった。非ヒト霊長類におけるISIS 388626の長期使用に関する研究結果では、低血糖を伴うことなく、糖尿が1000倍以上増加したことが観察された。この糖尿の増加は、SGLT-2発現の用量依存的な減少に起因する可能性があり、最高用量では75%以上の減少をもたらした。^[9] 2011年、Ionis Pharmaceuticalsは、 12ヌクレオチドのアンチセンスオリゴヌクレオチドであるISIS-SGLT-2RXを使用した臨床第1相研究を開始した。^[18]この研究の結果は2017年に発表され、治療は「予期せぬ腎臓への影響と関連していた」。著者らは「ISIS 388626によるSGLT2のアンチセンス媒介阻害の概念をさらに探求する前に、さらなる調査を正当化するためのより多くの前臨床データが必要である」と結論付けた。^[19]

マイケル・ナウクは、2型糖尿病患者の血糖コントロールにおけるSGLT-2阻害薬の活性に関する研究のメタ分析で、プラセボ、メトホルミン、スルホニル尿素、チアゾリジン、インスリンなどと比較して、血糖コントロールの改善が示されたと述べている。HbA1cは、SGLT -2阻害薬を単独で（単剤療法として）投与した後と、他の糖尿病治療薬への追加療法として投与した後に検査された。使用されたSGLT-2阻害薬は、ダパグリフロジン、カナグリフロジン、および同じ薬物クラスの他のものであった。メタ分析は、数週間から100週間を超える期間の研究からまとめられた。^[4]

結果をまとめると、ダパグリフロジン10mgを24週間投与した場合、血糖コントロールにおいてプラセボよりも効果が高いことが示された。しかし、メトホルミンへの追加療法として使用した場合、 52週間使用後のグリピジドと比較して、ダパグリフロジン10mgの有効性が劣ることは示されなかった。ダパグリフロジン10mgは、両方の薬剤を24週間単独療法として投与した場合、メトホルミンと比較して有効性が劣ることは示されなかった。^[4]

カナグリフロジンを調べたメタ分析の結果では、プラセボと比較してカナグリフロジンはHbA1cに効果があることが示されました。メタ分析研究では、10 mgおよび25 mgのエンパグリフロジンはプラセボと比較してHbA1cを改善することも示されました。^[4]

フロリジンとダパグリフロジンのアグリコンは、SGLT-1とSGLT-2に対して弱い阻害効果を持っています。阻害剤とSGLTの結合には2つの相乗的な力が関係しています。結合に関係する力の1つは糖とグルコース部位の結合であるため、アグリコン上の異なる糖がアクセス前庭でのアグリコンの向きに影響を与え、変化させます。もう1つの力はアグリコンの結合であり、阻害剤全体の結合親和性に影響を与えます。^[14]

T-1095の発見は、グリコシドコアにさまざまな置換基を追加することで、効力、選択性、経口バイオアベイラビリティを高める方法の研究につながりました^{。一例として}、グルコースとアグリコン部分の間に炭素-炭素結合を作成することで、o-グリコシドをc-グリコシドに変更できます。c-グルコシドはo-グルコシドよりも安定しており、半減期と作用持続時間が変わります。これらの変更により、SGLT-2への特異性も高まりました。^{[9]遠位環または近位環に}複素環を持つc-グルコシドは、抗糖尿病効果と物理化学的特徴のすべてにおいて優れています。^{[3] [20]カナグリフロジンの遠位環に}チアゾールを有するC-グルコシドは、臨床開発につながる良好な物理化学的特性を示しているが、表1および2に示すように、ダパグリフロジンと同じ抗糖尿病活性を有する。^{[引用が必要]}

ソン氏とそのパートナーは、カルボキシル酸から始めてチアゾール化合物を調製しました。それを用いて、チアゾール環を持つダパグリフロジンのような化合物を得るのに3つのステップを要しました。化合物のSGLT-2に対する阻害効果は、ソン氏とそのパートナーによってテストされました。表1、2、および3では、IC ₅₀値は、環の位置、近位フェニル環のC-4領域にある化合物、およびチアゾール環の関係に応じて変化します。^[3]

多くの化合物は、 in vitro活性において、環の位置で異なる IC ₅₀値を示しました。例えば、n-ペンチル基 (IC ₅₀ = 13.3 nM)、n-ブチル (IC ₅₀ = 119 nM)、2-フリルを含むフェニル (IC ₅₀ = 0.720)、または 3-チオフェニル (IC ₅₀ = 0.772) がある場合には大きな違いがありました。表 1 に示すように、in vitro活性は遠位環に結合している化合物に応じて増加します (近位フェニル環の C-4 領域に Cl 原子がある場合)。^[3]

表 1:遠位リングに結合する化合物による in vitro活性の違い。

*エチル基との比較（IC ₅₀ = 16,7）

表2では、in vitro活性は近位フェニル環（X）のC-4領域の化合物に応じて変化します。C-4位の小さなメチル基または他のハロゲン原子は、0.72～36.7の範囲のIC _50を与えました（2-フリルを含むフェニルが環位にあることを前提としています）。^[3]

表 2:近位フェニル環の C-4 領域に含まれる化合物による in vitro活性の違い。

表 3:チアゾール環の関係による IC _{50値の違い (構造上の他の部分は変更されていません (X = Cl、R = 2-フリルを含むフェニル))。}

• ナトリウム-グルコース輸送タンパク質
• SLC5A2
• SGLT1
• SGLT2
• ダパグリフロジン
• エンパグリフロジン
• カナグリフロジン
• イプラグリフロジン