要旨

2019年末、重症急性呼吸器症候群を引き起こす新型ウイルスが世界的に広がった。現在、SARS-CoV-2を標的とした有効な薬剤は存在しない。本研究では、多数の文献の解析と計算化学の選択された方法に基づいて、抗ウイルス活性を有する低分子を潜在的な活性複合分子に統合的に構造修飾する戦略を提示した。

提案された分子は、トリテルペンオレイン酸の構造に基づいて設計され、選択された抗COVID治療支援薬の特徴的な構造で補完されている。

これらの分子の薬理学的パラメータと予備的な生理活性を計算し、予測した。以上の解析の結果、設計された複合体の中には、主にSARS-CoV-2を標的とした抗ウイルス剤の可能性があることが示された。

キーワード

抗ウイルス薬COVID-19double hit effectハイブリッド医薬品イソノール酸再利用SARS-CoV-2

本文

約半年前から、SARS-CoV-2として知られているコロナウイルスによるパンデミックが制御不能に広がり、パンデミックに分類されているのを目の当たりにしている[1,2]。SARS-CoV-2によって引き起こされる疾患であるCOVID-19の主な初期症状は、発熱、咳、および息切れである。

時が経つにつれ、国立保健機関（National Health Organisation）は、筋肉痛、全身の脱力感および疲労感、および痙攣につながる悪寒を追加して症状のリストを拡大した [3]。これらの症状に加えて、評判の高い研究センターを代表する様々な科学者グループが、COVID-19に関連した新たな症状を報告し続けている。米国疾病対策予防センター（CDC）は最近、嗅覚と味覚の喪失に関連した非常に特異的な症状が広く観察されていることを強調している[4,5]。

また、COVID-19患者、特に若年者の手足に強い頭痛[6,7]や紫色の病変が出現したとの報告も多数ある[8]。最近、ドイツの研究者らは、尿中のアルブミンおよびアンチトロンビンIII値が正常値の60%以下に低下することも、コロナウイルス感染の重症化リスクが高いことを示す初期症状であると発表している[9]。身体的に呈する症状や生化学的・免疫学的マーカーは非常に数が多いが、それらの有意性を評価するためには適切な統計的検証が必要である。

 

最近の報告によると、SARS-CoV-2に感染しても症状が出ない人が多い。そのため，一般集団における実際の感染率を把握することは困難である．感染が確認された人や過去に感染したことを示す抗体がある人の中には、症状が軽い人が多く存在する。一方、SARS-CoV-2では、呼吸不全を伴う急性肺炎を起こす患者が一定割合で存在する。

極端に重症化した場合、COVID-19は敗血症、敗血症性ショックを引き起こし、最終的には死に至ることがある。COVID-19による死亡率の推定値は、推定値を作成した時期や推定値が関係する地域によって、広範囲にわたっている。死亡率は約2.5%から5%以上と幅があり、特定の基準システムではこれよりもかなり高いことが判明する場合もある。

 

現在、ウイルス性疾患の防除には2つの方法がある。1つは、特定のウイルス株を標的とした適切なワクチンを開発する方法で、SARS-CoV-2の場合、幸いなことに、まだ強い突然変異の傾向は示されていない。しかし、前回、突然変異の可能性についての情報がどんどん発表されている。2020年4月の突然変異率は約30%と推定されており、世界の地域によって変動している[10]。他の著者[11]は、このパラメータを1年間に1部位あたり1.05×10-3～1.26×10-3の置換があると表現している。

第二の方法は、ウイルスの発生のどの段階でも増殖・増殖を抑制する特定の化学物質である薬剤を使用する方法である。ペプチドや抗体を含む高分子の形態に加えて、この病原体の発生に関与する主要な酵素のいずれかと相互作用する能力を特徴とする、いわゆる「低分子化学物質」が考えられている。

COVID-19から回復し、ウイルスを攻撃するための適切な抗体を産生することができる人々の血漿の使用にも大きな期待が寄せられている。これらの抗体は、適切な分離工程を経て、特異的な治療薬として治療に組み入れることができる。

 

本論文の目的は、もともとは根本的な原因を主に標的とすることが期待されていたが、最近になって実験的治療に適した化学物質として選択された化学物質について議論することである。これらの物質のほとんどは、主に抗ウイルス活性を有する薬剤として、多かれ少なかれ治療上の成功を収めており、すでに使用されている。

このグループには、抗菌薬、抗マラリア薬、抗寄生虫薬、その他の薬剤も含まれる。このような背景から、広く使用されている有名な化学分子の新たな応用分野や用途を見出す、いわゆる薬物リパーポージングが重要視されている。しかし、SARS-CoV-2を効果的に制御する物質を少なくとも1つは見つけることを目指して、全く新しい分子を探索することも同様に重要である。

インターネット上で公開されている報告の中には、ウイルス性疾患の治療には使用されていないが、COVID-19の症状に効果的に対抗する分子を発見し、提案するために、様々なデータベースを検索している企業の情報が豊富にある。このようにして既に何十万もの化学物質が解析されているが、再利用された薬剤を除いて、未だに新しい構造は提案されていない。

本論文の目的を達成するために、利用可能な文献や私たちの経験に基づいて、SARS-CoV-2への応用に最大の可能性を持つ化合物を得ることを目指して、選択した化合物の構造改変の方向性を提案したいと思う。

既存薬の再利用

この極めて話題性の高い問題は、多くの学際的な科学チームによって研究対象として選択されてきた。Saber-Ayadら[12]は、COVID-19の治療のための再利用の候補として考えられている、異なる標的および作用機序を有する既存の薬剤の徹底的な最新レビューを行った。さらに、異なる物質の使用に関連する潜在的な副作用、脅威およびリスクについても議論された。

残念ながら、この論文では、化学構造およびその修飾の可能性についての情報は提示されていない。Vanden Eynde [13]は、実施された研究の数、デザイン、主な焦点の両方の点で状況が独特のダイナミクスを持っているため、1ヶ月間隔で発表された2つの補完的な論文で臨床試験の簡単なレビューを行った。

 

おそらく、抗COVID活性を得るための薬物の再利用を目的とした最も先進的な研究は、異なる物質をうまく組み合わせる可能性の分析によって補完され、米国オハイオ州のチームによって実施されている[14]。

彼らの研究では、バイオインフォマティクス解析と機能的な薬物-遺伝子相互作用のネットワークに基づいて、著者らは、異なる主要な適応症が認められ、それぞれのケースで同時に抗ウイルス作用を有する16のよく知られているが、特に有望な物質を特定した。

その中には、イルベサルタン、トレミフェン、カンファー、エクリン、メサラジン、メルカプトプリン、パロキセチン、シロリムス、カルベジロール、コルヒチン、ダクチノマイシン、メラトニン、キナクリン、エプレレノン、エモジン、オキシメトロンなどが含まれていた。

さらに、2つの薬剤を併用投与することで、潜在的に有意な治療効果が得られる可能性があることが示唆された。そのような組み合わせとしては、シロリムスとダクチノマイシン、メルカプトプリンとメラトニン、トレミフェンとエモジンなどが考えられる。

抗ウイルス薬

すでに2020年1月には、Andersenら[15]が、既知の広範な抗ウイルス薬の再利用の可能性についてレビューしている。https://drugvirus.info/ [16]のウェブサイトで紹介されているインタラクティブな図は、現在の臨床試験の段階を考慮に入れて、現在利用可能な抗ウイルス物質を、使用可能なウイルスの異なるグループに関連づけてリストアップしたものである。

この図は、その短縮版[15]と合わせて、SARS-CoV-2に関するデータをすでに含んでいる。リスト（図1）を見ると、現在第IV相試験中のロピナビルとアルビドールの2剤が、COVID-19治療に最も広く使用されていることがわかる。

レムデシビル、リトナビル、ヒドロキシクロロキンは現在第Ⅲ相試験中である。43種類の薬剤のうち、他のコロナウイルス株に対して有効であることが確認されている抗生物質が4種類ある。

これらには、モネンシン、オリタバンシン、ダルババンシン、テイコプラニン、アジスロマイシンが含まれる。他のウイルスに対して作用する薬剤に加えて、ここで議論される再利用プロセスのための他の候補薬剤には、多くの抗菌剤、抗真菌剤、抗原虫剤および抗寄生虫剤（抗マラリア剤も含む）、言い換えれば、抗菌剤および駆虫剤と総称される薬剤が含まれる。

図1. 各種ウイルスに対して使用されている薬剤の研究の進展とSARS-CoV-2治療への再利用の可能性。

原文参照

 

SARS-CoV-2に対抗する可能性のある薬剤としては、古くから抗マラリア薬として使用されてきたヒドロキシクロロキン、クロロキンの2物質が最初に選択された。しかし、COVID-19患者の改善を観察するためには、これらの薬剤を従来の適応症よりも著しく高用量で使用しなければならないことがすぐに判明した。

このような治療は、危険な副作用、主に心電図（ECG）上に見られる心臓異常の重症度を増加させることが示された。初期の多幸感の後、副作用の危険性が治療の利点を上回るという報告を受けて、ほとんどの医療施設では現在、クロロキンの予防的および治療的使用から撤退している。Lentiniら[17]は、治療が成功しなかったことを説明するために、観察された副作用がラセミ体のクロロキンの使用に起因しているという概念を提案した。

この主張に基づいて、彼らは、分解の過程で得られる物質のエナンチオマーの1つが優れた治療特性を示すのではないかという仮説を立てたのである。しかし、現在までにそのような研究結果は報告されていない。クロロキンと構造的にある程度類似した複素環系を持つ物質として、現在、主に鎮咳作用を目的として使用されているノスカピンがある。ノスカピンのSARS-CoV-2の治療への応用がEbrahimiによって提案されている[18]。

循環器系薬剤

再利用のために提案されているもう一つの候補薬のグループには、アンジオテンシン II 受容体拮抗薬のグループから選択された心血管系に作用する薬剤、いわゆるサルタンが含まれている。Gurwitz [19] は、ロサルタンまたはテルミサルタンがこの目的に適しているかもしれないと示唆したが、その後すぐに Rothlin ら [20] は、サルタン薬のうちテルミサルタンのみが治療効果を得るために注意して使用できると主張した。

Rabby [21]は、最新の薬物治療法をレビューし、既知の抗ウイルス薬を様々な組み合わせでグループ化し、いわゆる漢方薬から採用された製品で補完することの可能性を示した。本研究で提示された結論は非常に一般的なものであるが、混合物に配合された物質の分析から、抗炎症物質やJAK阻害剤の使用の可能性が明らかになった。

SARS-CoV-2の複製に重要な役割を果たすタンパク質、例えばMpro（主タンパク質）の構造を特定した後、構造に基づく仮想的かつハイスループットスクリーニングの戦略を適用して、中国の科学者の大規模なチーム[22]は10,000化合物のデータベースを解析し、このタンパク質に対する阻害活性が最も高い可能性のある6物質を選択した。

そのグループには、エブセレン、ジスルフィラム、チデグルシブ、カルモフール、シコニン、およびPX-12として指定されたイミダゾール誘導体が含まれている。同じタンパク質の構造は、in silico法を用いて、アンドログラフィリス・パニキュラータ（Andrographis paniculata）のハーブから単離されたアンドログラフォリドの有望な特性を実証するためにも使用された[23]。

[24]では、SARS-CoV-2と他のSARSやMERSコロナウイルスのタンパク質との間に高い類似性が報告されており、この種のウイルス感染症と闘うために、いわゆる低分子を利用できる可能性が示唆されている。

同じ観察に基づいて、LiとDe Clercq [25]もまた、COVID-19パンデミックの拡大の初期段階で成功裏に使用されたいくつかの抗ウイルス剤（50種類以上の薬剤を含むリストから）を選択した。COVID-19治療における再利用が提案されている最も重要な物質であって、図1には再利用として含まれていないものを表1に示す。

表1. COVID-19の治療薬候補として検討されている既存の治療薬

薬剤名 / 化学物質群 / 既知の適応症 [参考文献]

• オセルタミビル/多置換シクロヘキセン/抗ウイルス剤、選択的ノイラミニダーゼ阻害剤/[26]
• ピラゾフーリン/ヌクレオシドアナログ/抗ウイルス、抗生物質、抗がん剤/[21,25]
• ジスルフィラムジスルフィド/アルコール依存症の治療に/[25]
• イルベサルタン/イミダゾロン誘導体/降圧剤/[14]
• メルカプトプリン誘導体/抗代謝物、抗悪性腫瘍剤/[14]
• メサラジン/アミノサリチル酸/抗炎症作用/[14]
• トレミフェン/スチルベン誘導体/抗悪性腫瘍剤/[14]
• エプレレノン/合成ステロイド利尿剤/[14]
• パロキセチン/ピペリジン誘導体/抗うつ剤/[14]
• ダクチノマイシン/マクロライド系抗生物質/抗悪性腫瘍剤、抗生物質/[14]
• メラトニン/インドール誘導体/ホルモン/[14]
• エクリン/ステロイド、エストロン誘導体/エストロゲン/[14]
• キナクリン・アクリジン誘導体抗マラリア薬[14]
• カルベジロール/カルバゾール誘導体/アミノ-2-プロパノール/非選択的β遮断薬/[14]
• コルヒチンアルカロイド/抗炎症作用/[14]
• カンファーモノテルペン/抗鎮痒、抗感染/[14]
• オキシメトロンステロイドアナボリック[14]
• Ebselen/(PZ51)/Selenazolon/抗炎症作用、細胞保護作用/[22]
• チデグルシブ/ティアジアゾロディオン/抗アルツハイマー病薬/[22]
• カルモフール/（HCFU）5-フルオロウラシル誘導体/抗がん剤[22
• シコニン（アルカンニン）/ナフトキノン誘導体/天然赤褐色染料[22
• PX-12/イミダゾジスルフィドチオレドキシン阻害剤、抗がん剤/[22]
• アモキシシリン/ベータラクタム系抗生物質/抗生物質[27]
• アジスロマイシン/マクロライド系抗生物質/抗生物質/[27]
• グリチルリチン/トリテルペンサポニン/甘味料、抗潰瘍性/[27-29]
• オレアノール酸/トリテルペン/[29]
• ウルソール酸/トリテルペン/[29]
• ヘデラゲニントリテルペン[29]
• クルクミン/ジアリルヘプタノイド[29]
• コリアンドリン/フロイソクマリン[29]
• アピゲニン/フラボノイド[29]
• ロスマリン酸/フェノール酸エステル[29]

 

さらに、現在、COVID-19療法では、ウイルスに直接作用しないが、人体への作用の影響を緩和する多数の薬剤が導入されている。これらには、いわゆるサイトカインストーム活性化因子Nrf2に対抗するα-ブロッカー群（前立腺疾患および高血圧症の治療に使用される）からの多数の薬剤が含まれる。強力な抗酸化活性を持つ天然由来の物質の組み合わせも、この目的のために使用されている[27]。

伝統的な漢方薬の薬物候補

最近の多くの出版物では、SARS-CoV-2感染の予防およびCOVID-19の治療のための漢方薬の応用も取り上げられている[26,28,30,31]。この種の治療法は、非常に多様な植物由来の物質に基づいており、多くの場合、この地域特有の植物に由来するものである。これらの天然原料は、多くの場合、トリテルペン物質を含む植物の全部分、またはそれらから分離されたトリテルペン化合物からなる（表1）[26,30]。

この種の最も報告されている生成物は、様々な種の甘草（Glycyrrhiza sp.）の根、およびこの原料から単離されたグリチルレチン酸、およびその配糖体である[26,30]。これらの化合物の他の種類のコロナウイルスに対する活性は2003年にすでに報告されている[32]。

この分野の研究は、多くのグリチルリチン酸誘導体を合成して研究したTolstikovら[33]によって精力的に行われた。これらの研究は、SARS、HIVおよびインフルエンザを含む様々なタイプのウイルスに対する異なる修飾トリテルペン化合物の活性を示したKazakovaら[34,35]によって大幅に拡大された。

オレアノール酸、ウルソール酸、ヘデラゲニンなどの自然界で一般的に見られる他のトリテルペン化合物については、SARS-CoV-2 Mproタンパク質との分子ドッキングの結果が報告されており[29]、将来の応用、特に最初の2つの化合物については、ウイルスに対する新薬の設計における広範な可能性を示唆する非常に有望な結果となっている。

これらのタンパク質に対する結合親和性は、ポジティブコントロールとして使用されたサキナビルに匹敵するものであった。同様に、アスコルビン酸、クルクミン、グリチルリチン酸の混合物、および単一のクルクミン、コリアンドリン、アピゲニン、ロスマリン酸（表1）[29]についても、同様に高い薬物類似性が認められている。

インドネシアの研究者チーム[37]はまた、COVID-19の治療における潜在的な主要プロテアーゼ阻害剤として天然由来の物質を使用する可能性を探った。Lipinskiの5の法則を最初のステップとして適用し、次に選択された天然物質をタンパク質にドッキングさせたところ、クルクミンと同様に自然界に広く存在するいくつかのフラボノイドが、既存の抗ウイルス薬であるネルフィナビルやロピナビルと同様のパラメータで特徴付けられることが判明した。

これらの知見は、上記の天然物質、およびカエンフェロール、ケルセチン、ルテオリン、ナリンゲニンおよびクマリンのような物質が、新しい有効な抗ウイルス剤の探索を刺激すべきであることを示している。

同様の結論は、植物由来の32,000以上の物質のデータベースを分析した後、プロテアーゼ3CLproと特によく相互作用する9つの化合物を選択した[38]の著者によって提示されたが、これもまた、人体に影響を与える以前に研究されたコロナウイルスの品種 ・SARS-CoVおよびMERS-CoVの特徴である。

この化合物には、ロスマリン酸誘導体、複合フラボノイド化合物、インドール誘導体であるアマンチンも含まれてた。すべての化合物は、比較対象として使用された古典的な抗ウイルス薬と同様の方法で、同様の強度で上記のタンパク質に結合することが判明した。

その後、様々な科学雑誌でほぼ毎日のように発表されている論文[39,40]では、SARS-CoV-2に特徴的な受容体タンパク質に天然由来の個々の物質をドッキングさせた結果についても議論されている。これまでにコロナウイルスの特徴として確認されている様々な受容体タンパク質に最も高い結合能を持ち、SARS-CoV-2に対して潜在的な活性を持つ化合物として、ポリフェノール系物質が挙げられている。食品中に含まれるPPAR-γアゴニスト物質をサイトカインストームの潜在的なモジュレーターとして評価した研究[40]では、他の化合物の中でも特にクルクミンとカプサイシンの重要性が強調されている。

本論文の残りの部分については、文献で体系的に報告されたトリテルペン化合物[41]、主にオレアノール酸[42]の抗ウイルス活性（コロナウイルスに対しても）を考慮することが非常に重要である。

SARS-CoV-2分子に存在する主要な病原性Mproタンパク質に結合するウルソール酸およびオレノール酸の能力、および2つのトリテルペンが例外的に良好なADMEパラメータを示し、Lipinskiの5の法則を満たすという事実は、Kumarらによる研究で広範囲に検証されている[43]。これは、基本骨格としてのオレノール酸の構造に基づき、抗COVID薬に特徴的な要素で補完された新しい分子を設計するための大前提である。

現在、SARS-CoV-2に存在する多くの新規タンパク質が日々知られている。そのような主要なタンパク質分子標的のレビューは、[44]に記載されている。それらのそれぞれは、将来的には、本論文で設計・提案された分子の個別の分子標的となる可能性がある。

展望

ここで引用した論文の多くは、SARS-CoV-2に対しても有効な抗ウイルス特性を持つ物質として、ペンタシクロトリテルペンの高い可能性を指摘している。このような化合物の修飾の経験から、得られた組み合わせの構造と活性の間にはいくつかの関係があることがわかっている。

私たちはトリテルペン化合物に基づいて「分子コンソーシアム」[45]の理論を提案していたが、これは、単一の細胞または細胞集合体の中で、そのような新しい存在に期待される効果を達成するために共同で作用するように設計された様々な活性要素の組み合わせである。

私たちが報告したこのタイプの最初の化合物は、オレアノール酸とアスピリンの組み合わせ [46] であり、個々の構成要素よりもはるかに強力な抗炎症効果を示した。同時に、新たに形成された化合物は、それぞれの成分とは全く異なる抗炎症作用のメカニズムを持っていることが判明した。

この観察は、トリテルペンと非ステロイド性抗炎症薬（NSAIDs）[47,48]や抗がん剤[49,50]を組み合わせた多くの新規誘導体の設計・合成の出発点となった。上記で概説した活動および観察は、COVID-19治療における再利用のための適合性を決定するために現在集中的な研究が行われている既知の抗ウイルス薬（および類似薬）の追加要素を備えた潜在的なトリテルペン誘導体を設計するための基礎となっている。

 

このプロセスで採用された第一の前提は、基本骨格としてオレアノール酸のトリテルペン構造を選択することであった。この骨格は、広く研究されているグリチルレチン酸に比べて、11-β-デヒドロキシステロイド脱水素酵素の阻害を含む様々な副作用の原因となるC-11位置のケトン基を欠いており、その結果、偽アルドステロン症につながるミネラルコルチコステロイド活性を有することから、ある種の利点がある。

さらに、オレイン酸分子は、化学的に活性な部位を3つだけ有しており、そのうちの2つは計画された修飾に使用され、第3の部位であるΔ-（12，13）位置の二重結合は、化学的に十分に耐性があり、従って、適切な3，28-誘導体の形成を妨げず、さらに分子の生物学的特性を決定することはない。

 

オレアノール酸の構造において修飾の対象となる部位の第一は、C-28位のカルボキシル基である。カルボキシル基は自然に糖と結合することができるが、化学的修飾により、実質的に2種類の誘導体が形成される。これら2種類の誘導体の生物学的活性を比較すると、特に抗がん剤、抗炎症活性、アルツハイマー病に対するアミドの優位性について明確な証拠が得られる[51-53]。

様々なトリテルペン酸のアミド類が文献で議論されている。生物学的分析の対象となったものの中では、特定の実験で優れた特性を示した誘導体としてモルフォライドが最もよく同定されている[54]が、研究対象となった化合物群にはジアルキルアミノアルキル置換基を有するアミドも含まれている[52,53]。しかし、クロロキンやヒドロキシクロロキンに特徴的な置換基を持つトリテルペン酸アミドについての文献報告はまだない。

 

この観察は、クロロキンが主に心血管系に関与する様々な副作用をもたらすという事実と相まって（これらの分子中にキノリンフラグメントが存在することに関連して）、クロロキンまたはヒドロキシクロロキンに存在するジアルキルアミノアルキル鎖で置換されたアミド基をオレノール酸分子に組み込むという概念の基本的な前提となった。

これは、おそらく抗ウイルス活性の原因となるアルキルアミンの配列を維持し、観察された副作用の原因となるフラグメントを除去するためのものである。この概念を開発する一方で、オレノール酸のC-28位に1-モルホリン-4-ペンチル基で一置換されたアミドを加えることも提案した。

このような置換基は、クロロキンの抗ウイルス活性の特徴を兼ね備え、配列末端に酸素原子を導入することで副作用を軽減し、その酸素原子を環状モルホリン構造に組み込むことで生物学的特性を向上させるものであると考えられる（図2）。

図2. C-3および/またはC-28の位置で修飾されたオレアノール酸の選択された誘導体で、高いレベルの生物学的活性（抗ウイルス効果を含む）を示す。

原文参照

オレノール酸分子内のもう一つの反応性部位は、C-3位の水酸基である。我々の先行研究では、最も有益な細胞毒性効果は、この基をヒドロキシイミン基に変換した後に得られることが示されている[55]。このような基はまた、高い抗炎症特性の担体でもある。文献[56]から知られている別の基は、HIV-1に対するオレノール酸誘導体の活性を担うものであり、ヘミスコハク酸エステル、最も有利には3，3-ジメチルヘミスコハク酸エステルの形の置換基である（図2）。

我々は、既知の薬剤の再利用の過程で同定されたCOVID-19療法での使用に最大の可能性を提供する抗ウイルス剤とオレノール酸の足場構造を連結するリンカーとして、上記の基を使用することにした。この目的のために、我々は、[15,16]に含まれるデータ、および現在進行形でオンラインで公開されている多数の科学報告に基づいて、4つの薬剤の任意の選択を行った。

ファビピラビル、レムデシビル、ガリデシビル、ティロロンの4剤を使用することにした（図3）。他の代表的な抗ウイルス薬は構造が複雑であるため、オレアンヌ部位との共役は効果が低い可能性がある。

図3. SARS-CoV-2に対して高い活性を示す可能性のあるオレアン酸誘導体を有する「分子コンソーシアム」の合成に提案されている抗ウイルス薬の構造。

原文参照

上記の要素を組み合わせることで、ブロック図（図4）に示す一般的な基準を満たす構造が提案され、表2に示す詳細な構造が得られる。

図4. 新規に選択された抗SARS-CoV-2物質の一般的なブロック図と構造。

原文参照

表2. コロナウイルスSARS-CoV-2を指向した新規抗ウイルス剤の提案の簡略化された構造。

原文参照

主な分子パラメータと予備的な生理活性

表2に記載されているすべての化合物について、これらの分子を潜在的な医薬品として特徴づけるLipinskiの5の法則に記載されているいくつかのパラメータを計算した。これらのパラメータは、設計された分子の概念的な前駆体として機能する構成物質の関連パラメータと比較された。計算は、Osiris Property Explorer [57] および Molinspiration Cheminformatics [58] ソフトウェアを使用して行った。

両方のソフトウェアパッケージを使用して得られた異なる分子を特徴づける値は、ほぼ同じであった。そのため、どちらか一方のソフトで得られた値のみをリストに含め、どちらのソフトが具体的な数値データの出典となっているかを示した。このようにして得られた設計された分子を記述するパラメータは一般的すぎて、その分子が治療に利用できるかどうかの決定的な基準にはならないと考えられていることが多い。

しかし、効果が確立されている既存の物質を含むデータベースと設計された構造を補足的に比較すること、つまり物質の活性スペクトル予測法（PASS）[59]を適用することで、設計された構造で特定の所望の効果が達成される確率についての結論に妥当性が追加される。後者の方法を適用すると、複数の可能性のある作用方向の中から、ある分子の抗ウイルス活性を示すものだけが選択される。0.7を超えるPa値は特定の作用の発生確率が高いことを意味し、このパラメータの値が0.5を超える場合には、そのような作用が可能であるとみなされ、さらなる検討を行うべきであることが広く認識されている。

 

古典的な薬剤（抗ウイルス剤でもある）、抗SARS-CoV-2剤として再利用された薬剤、および新たに設計された分子を含む、両成分を特徴づけるすべての計算されたパラメータを表3に示す。表3のデータに基づいて、低分子抗ウイルス薬の要素をハイブリッド化して分子コンソーシアムと呼ばれるものに結合させることについての仮定の妥当性についての結論を導き出すことができる。この概念は、抗炎症物質などの分野ですでに成功を収めており、抗ウイルス剤の分野でもその有用性が証明されている。

表3. Osiris Property Explorer†とMolinspiration Cheminformatics‡によってLipinskiの5の法則によって記述された主要な分子パラメータと、提案された化合物の物質法のための活性スペクトルの予測による予測活性。

原文参照

構造と潜在的な生理活性の解析

分析対象となる新規設計化合物のうち、2つの構造的特徴を評価する必要がある。その一つは、トリテルペン骨格のC-28位にアミド結合を介して結合したアルキルアミン置換基（クロロキン分子またはその類縁体に由来する）の種類である。もう一つの特徴は、オレイン酸構造のC-3位置にリンカーを介して連結された再利用抗ウイルス剤のタイプである。

前者の構造的特徴の評価は、アミノアルキル鎖を末端とする置換基の種類が、分子の2つの重要なパラメータ、すなわち薬物類似性および抗ウイルス因子Paに有意な影響を及ぼさないことを示している。ジエチルアミン基を有する化合物では，ドラッグライクネスは10.46～-27.19，Pa値は0.555～0.329の範囲であった。N-エタノール-N-エチル（アミン）基を有する化合物では、それぞれ10.71〜-27.56、0.391〜0.324の範囲であった。一方，モルホリン置換基を有する化合物では，それぞれ9.22～-29.52，0.336～0.317であった。上記の範囲内での異なる値の分布から、N-エタノール-N-エチル(アミン)基は他の2つの基よりもわずかに有利であると考えられる。

もう一つの構造特性、すなわち、SARS-CoV-2に再利用される抗ウイルス薬の種類、すなわち、オレアノール酸のC-3位に結合した抗ウイルス薬の種類を評価することは、計画されている合成の方向性について、はるかに正確な洞察を提供している。

PASS法に基づいて、0.555から0.317のPaレベルでの潜在的な抗ウイルス活性がすべての提案された構造について実証された。この組み合わせでは、レムデシビルを抗ウイルス剤フラグメントとして含む誘導体が特に有利であると考えられる。しかし，活性予測法を用いて，ファビピラビルと適切に置換されたオレイン酸アミドとの組み合わせは，分子コンソーシアム型構造の設計に用いた抗ウイルス親化合物の平均1.5倍の確率でインフルエンザウイルスに対して活性を示す可能性があることがわかった。設計した化合物1a-3a、1b-3bについては、インフルエンザウイルスに対する活性を規定するPa値が0.668～0.582となっており、この値は、分子コンソーシアム型構造の設計に用いた抗ウイルス親化合物の平均値の1.5倍の確率である。この範囲は、平均-3.39から5.63という非常に良好な薬物類似性と相まって、これらの化合物のウイルス性疾患の治療への高い適合性を予測する良い指標となっている。後者の値の分析から得られた興味深い結論は、トリテルペンと抗ウイルス剤を連結するリンカーのタイプに依存してそれらの値が変化することであり、したがって、この組み合わせで異なるファビピラビル官能基を使用することも可能である。ヒドロキシイミンリンカーを含む化合物1a〜3aについては、薬物類似性のパラメータは-3.39〜2.90であった。比較のために、コハク酸ジメチル基の形でリンカーを含む化合物1b〜3bでは、ドラッグライクネスのスコアは3.16〜5.63であった。これらの結果は、設計された分子の後者の成分が、ここに記載された他の成分よりも有利であることを示している。この結論は、抗ウイルス活性を示すフラグメントとしてチロロンを含有する化合物10a-12aおよび10b-12bについても同様の関係が認められたという事実によっても裏付けられる。また、コハク酸ジメチルリンカーの存在により、このリンカーを介して結合した薬物分子にかかわらず同様の効果が認められることは、薬物の類似性向上に寄与するのはリンカーの構造であり、薬物の結合の仕方ではないことを示している。

以上の解析の結果、主にSARS-CoV-2を標的とした抗ウイルス活性を有する分子コンソーシアム型の複合構造を設計した化合物の中で、オレイン酸のN-アルキルアミノアルキルアミドフラグメントにフラビピラビル分子を付加した化合物が最も治療効果が高いことが明らかになった。レムデシビルフラグメントを付加した分子に関しては、結果は有望であるが、生成物の分子量が大きすぎるため、そのような結果は不確実であり、より一般的な結論を導き出すには不十分である可能性がある。

提案された組み合わせ1b-3b、およびクロロキンに特徴的な元素を含みながらもその望ましくない副作用を伴わない1a-3aと、オレイン酸構造を介して連結されたファビピラビルのフラグメントを含む1a-3aは、「ダブルヒット」効果の概念に合致したマルチターゲット医薬品となる[60]。重要な抗ウイルス特性を持つ3つの薬物の断片が1つの分子に組み込まれているため、[61]の図に示されているように、その分子はコロナウイルスのライフサイクルの少なくとも2つの異なる段階で活性化されることになる。ジアルキルアミノアルキルアミドフラグメントは、タンパク質シェルからのRNA放出の段階でウイルスの複製を阻害する役割を果たし、一方、ファビピラビルフラグメントは、ウイルス遺伝物質の複製を阻害する効果を誘導するであろう。

結論

最近、抗ウイルス薬の再利用や、SARS-CoV-2に対する新しい治療薬や治療法の開発の可能性について、多くの報告が発表されている[62,63]。これらの論文や他の多くの論文に示されているコンセプトはすべて、リパーポージングとマルチターゲット薬の設計という2つのアイデアを組み合わせることが有効なアプローチであることを示している。

これらの概念と提示された計算を実用化することは、COVID-19パンデミックとの戦いにおいて有用である可能性の高い新しい化学物質を得る機会を提供するだろう。

今後の展望

まだ有効な薬剤がないSARS-CoV-2に対して効果的な戦いを開始するためには、2つのコースが考えられる。1つは、適切なワクチンを開発すること、もう1つは、感染を防ぎ、ウイルスと闘う化学分子を見つけることである。

2つ目の方法として、COVID-19との戦いにおいて、既知の薬剤、特にインフルエンザウイルスに対する活性が確立されている薬剤や、微生物や原虫によって引き起こされる他の疾患の制御に使用されている薬剤を再利用する方法が重要視されていることに注目してほしい。

薬剤の再利用は、まだまだ利用されていない大きな可能性を秘めた方法であり、将来的に出現する病気に対して非常に有効な方法であることが明らかになるかもしれない。現代医学化学のもう一つの有望な手段は、いわゆる低分子医薬品の分野で全く新しい物質を探索することである。さらに、有効な医薬品を探索するためには、天然由来の物質の薬理学的可能性を利用することが、新しいものではないが、現在パンデミックの方向性となっている。

上記のようなSARS-CoV-2に対する低分子化学薬剤群に属する新規非生物学的薬剤の探索については、Akhtar [64]、Amin and Jha [65]などの最近の出版物で個別の視点から議論されている。

本論文では、上記の個々の傾向を結びつけ、適切な特性（再利用の対象、天然由来、生物学的活性を示す、SARS-CoV-2タンパク質に対する自然親和性）を持つ2-3の要素を1つの複合化学分子（分子コンソーシアム）に結合させるというコンセプトを提案している。この戦略は、近い将来、新しい医薬品（特にマルチターゲット医薬品）の探索の分野において、大きな利益をもたらす有望な方向性であると考えられる。

要旨

• SARS-CoV-2を標的とした有効な薬剤は現在のところ存在しない。
• 新規のウイルス性疾患を制御するために使用される局所的な方法は、既存の薬を再利用したり、全く新しいタイトルを設計したりしている。
• 抗ウイルス剤とは別に、検索領域には、他のグループ、例えば、心血管系、抗菌剤、抗マラリア剤、抗寄生虫剤、伝統的な漢方薬からの薬剤候補などの薬剤も含まれている。
• トリテルペン誘導体、例えばオレアノール酸は、確認された抗ウイルス特性を有する薬剤であり、SARS-CoV-2に対しても有効である。
• トリテルペン化合物は、基本骨格として、既知の抗ウイルス薬（および類似薬）の付加的な要素を備えており、COVID-19治療における再利用のためのそれらの適合性を決定するために、現在、集中的な研究が行われている。
• 抗ウイルス剤としてのファビピラビル、レムデシビル、ガリデシビルおよびチロロンは、リンカーとしてのヒドロキシイミノ基、アセテート基またはジメチルコハク酸基によるトリテルペン骨格のC-3位のオレイン酸構造への導入が提案されている。
• また、トリテルペン骨格のC-28位にアミド結合を介して結合するアルキルアミン置換基（クロロキン分子またはその類縁体に由来するもの）も提案されている。
• 上述の3つの要素の組み合わせにより、COVID-19治療への使用に最大の可能性を提供する有意な抗ウイルス特性を有する18の設計された複合体構造が得られた。
• 選択された計算化学の方法に基づいて、分子パラメータと潜在的な薬剤として設計された分子を特徴づける予備的な活性が計算され、予測された。
• その結果、主にSARS-CoV-2を標的とした抗ウイルス活性を有する複合構造体の中で、オレイン酸に結合したN-アルキルアミノアルキルアミドフラグメントに加え、ファビピラビルを1分子含む化合物が最も高い治療効果が期待できることがわかった。
• 重要な抗ウイルス特性を持つ3つの薬物の断片が1分子に組み込まれているため、この分子は、マルチターゲット薬として、コロナウイルスのライフサイクルの少なくとも2つの異なるフェーズで活性化されることになる。

参考　オレアノール酸を多く含む食品

• ビルベリー
• オリーブオイル
• にんにく
• 梨
• 柿