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広く利用可能なリソソーム標的化剤は、COVID-19の潜在的な治療法として検討されるべきである

広く利用可能なリソソーム標的化剤は、COVID-19の潜在的な治療法として検討されるべきである

www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0924857920302144

ハイライト

リソソームを標的とした薬剤は、エンドリソソームの成熟を阻害し、ウイルスの複製を阻害することができる。
SARS-CoV-2の抗ウイルス薬として、リソソソームターゲティング剤やリソモトロピック剤の開発が望まれている。
リソソーム作用剤の中には、一般的に使用されている薬理学的製剤もある。
マクロライド系抗生物質（アジスロマイシン）、非ステロイド系抗生物質（インドメタシン）、その他のリソソーム作用薬剤には特に注意が必要である。

要旨

COVID-19のパンデミックが進展する一方で、科学界は治療法の模索に苦慮している。COVID-19患者におけるクロロキン（クロロキン）の臨床的有効性の発見など、いくつかの改善がなされてきたが、効果的な治療法はまだ見つかっていない。

新しい治療法を見つけるために、多くの科学者がインシリコアプローチを利用して、SARS-CoV-2の侵入、複製、または拡散に関与する主要な分子を阻害する可能性のある化合物を同定している。しかし、同定された分子のほとんどは現在のところ薬理学的に利用できず、その安全性と有効性を評価するには何ヶ月もかかる可能性がある。

ここでは、提案されたCOVID-19におけるクロロキンの薬力学モデルに基づいて、異なるアプローチをとった。クロロキンの投与によりCOVID-19患者の良好な転帰が得られた主な作用機序は、pH調節を介したエンドリソソームトラフィッキングへの作用に関連していると考えられる。

本レビューでは、既に臨床で使用されており、安全性が高く、低コストであり、幅広い入手が可能であることを特徴とするリソソーム作用剤とリソソーム標的薬について論じる。これらの薬剤、特にアジスロマイシンなどのマクロライド系抗生物質、インドメタシンなどの非ステロイド系抗炎症薬、プロトンポンプ阻害薬、フルオキセチンなどは、十分に管理された臨床試験で確認されなければならない潜在的な抗ウイルス効果に加えて、さらなる治療上の利益をもたらす可能性があることを強調している。

これらの薬剤のいくつかは、ほとんどが抗生物質であり、COVID-19の治療にはすでに経験的に使用されているので、我々は世界中の同僚が患者データを発表し、これらの薬剤の潜在的な有効性を臨床的に評価し、臨床転帰に有益な効果が観察された場合には迅速に治療プロトコルに導入できるようにすることを奨励する。

1. 序論

すべてのウイルスの主な目的は、ゲノムの複製と組み立てのために宿主細胞の細胞内機械をハイジャックすることである。これを達成するために、ウイルスはまず細胞膜のバリアを迂回しなければならない。

一部のウイルスの構造は、結合部位を認識した後、細胞膜での直接融合を可能にしている[1]。しかし、エンベロープされたウイルスのほとんどは、宿主細胞との融合に先立って、エンドサイトーシス経路に依存している[2]。エンドサイトーシスが開始されると、ウイルスの生存と複製は、異なるウイルスファミリーが一次複製部位として異なるコンパートメントを標的としているため、ウイルス核カプシドが右の細胞内部門にうまく送達されるかどうかに依存する[3]。

さらに、ウイルスが生き残るためには、細胞防御機構を誘発することなく、ウイルスはエンドソームコンパートメントから静かに脱出しなければならない[4]。その結果、ウイルスの進化は、エンドソームの成熟と輸送の異なる合図に依存した非常に複雑な脱出戦略を生み出した[5]。酸性のエンドソーム内腔の確立は、エンドソーム経路が正常に機能するための重要な要件である [6] ので、pHセンシングは、ウイルスがエンドソームの成熟を監視するために使用する基本的な戦略の一つとして進化した [7]。エンベロープ糖タンパク質の構造変化を媒介とした直接的なpHセンシングと、エンドソームプロテアーゼを媒介としたタンパク質分解的開裂である[7]。

薬理学的な観点からは、このことがエンドソームのpHを魅力的なドラッグターゲットにしている。エンドソームpHの中和は、エンドソームのトラフィッキングを阻害し、ソート機構を阻害し、エンドソームプロテアーゼの活性を阻害する[6]。その結果、エンドリゾソームのpHを薬理学的に調節することで、ウイルスの融合を阻害し、ウイルス複製複合体の形成を阻害する可能性がある。

さらに、pHの調節はエキソサイトーシスの調節に重要であるため、小胞体pHの調節はウイルスの拡散にも影響を与える可能性がある[8]。エンドソームトラフィッキングは正常な細胞機能に必要であるため、エンドソーム機能の長期的な障害は、かなりの病態生理学的な結果をもたらす可能性がある[9]。

さらに、細胞内に侵入するための代替戦略を用いるいくつかのウイルスの感染性は、pHを介したエンドソーム経路の阻害によっても増加する可能性がある[10]。このため、抗ウイルス薬の開発戦略のほとんどは、エンドサイトーシス経路の一般的な阻害よりも、より特異的な融合機構に焦点を当てていた。しかし、エンドサイトーシスの短期的な阻害は、COVID-19のような代替治療の選択肢がないウイルス感染症の管理のための実行可能な戦略である可能性がある。

最近のエビデンスは、クロロキンおよびヒドロキシクロロキンがCOVID-19の有効な治療戦略でありうることを示唆している[11], [12], [13], [14]。クロロキンとヒドロキシクロロキンの両方の抗ウイルス活性の正確な作用機序はまだ完全には解明されていないが、リソソームpHの上昇が重要な役割を果たしているようである[14]。

これは、リソソソームプロテアーゼによる糖タンパク質Sのタンパク質分解処理が、コロナウイルスの宿主細胞との融合に必要であると考えられることから、これまでの知見と一致している[2]。さらに、SARS-CoV と SARS-CoV-2 のウイルス融合に関与する主要なタンパク質である糖タンパク質 S で細胞を処理すると、ウイルスの主要な受容体であるアンジオテンシン変換酵素 2 (ACE-2) がエンドソーム小胞に移動することが示された[15]。

さらに、スパイクを持つ偽ウイルスでも同様の効果が示され、ウイルス融合における糖タンパク質Sの重要性が強調された[15]。多くのグループが、SARS-CoVが受容体を介したpH感受性エンドサイトーシスによって細胞内に侵入することを示している[15]が、一部のグループは、pHに依存しない形質膜との直接融合によってもウイルスの融合が起こる可能性があることを報告している[16]ことは重要である。

SARS-CoV-2が宿主細胞に侵入する正確なメカニズムはまだ解明されていないが、クロロキンおよびヒドロキシクロロキンの臨床試験から得られたデータは、pH依存性エンドサイトーシスの重要性を物語っており、また、リソ運動性を有する他の広く利用可能な薬理学的薬剤もCOVID-19の治療において臨床的有効性を示す可能性があると考えられる。

本レビューでは、一般的に使用されている薬理学的薬剤について、そのリソソモーターロピー作用と細胞質小胞輸送とのpH調節を介した相互作用の観点から考察する（図1）。

5月20日現在、COVID-19と診断された患者数は約500万人に達しているが、以下に述べる薬剤の潜在的なSARS-CoV-2抗ウイルス効果を評価するための体系的な臨床データは現時点では得られていない。この機会に、このようなデータを持っている仲間に、これらの薬剤の有用性を評価することを強く訴えたいと思う。

図1

図1. 細胞内でのSARS-CoV2の複製サイクルとリソソームターゲティング剤およびリソソームターゲティング剤の相互作用の可能性。

リソソソームターゲティング薬やクロロキンなどのリソソモトロピー薬は、エンドソームの輸送を阻害し、エンドソームの成熟とエキソサイトーシスの両方の経路に影響を与える能力を持っている。

COVID-19の治療法としては、ウイルス複製がエンドソームトラフィッキングの正常な機能に依存していることを考慮すると、リゾソモトロピー性を示す一般的に使用されている薬理学的薬剤が検討されるべきである。

2. 薬理学におけるリソソーム作用の概念の簡単な紹介

リソモトロピズム（lysosomotropism ）

リソモトロピズムの概念は、1974年にDe Duveらによって初めて導入された[17]。この用語はもともと、化学構造や作用機序にかかわらず、リソソームに取り込まれるすべての物質を対象に提案されたものである。

興味深いことに、リソソーム作用物質の潜在的な抗ウイルス特性の重要性は、当初の出版物でも強調されていた[17]。さらに、適切な化学担体との適切な結合により、実質的にあらゆる物質をリソソーム作用にすることが可能であるなど、リソソーム作用の当初の概念のいくつかは、現在ではドラッグデザインにおける共通の原則と考えられている。

一般に、弱塩基性で親油性の物質の多くは、ある程度のリソソーム作用を示すと考えられている。これらの性質により、リソソーム作用を有する薬物は、エンドソーム膜を介して受動的に拡散し、酸性小胞の内腔でプロトン化に基づく捕捉を受けることが可能となる。

化学的な観点から見ると、リソソーム作用を示す薬物の多くは、通常、第一級アミン、第二級アミン、第三級アミンのグループに属するカチオン性物質であり、薬理学的な観点からは、これらの化合物の分布量が非常に多く、残存効果が長いことで記述されることが多い[18]。

さらに、リゾソモトロピック剤は、エンドソームの成熟を阻害し、エンドリゾソームのトラフィッキングを混乱させ、これらの効果は、上述したように、ウイルス感染の文脈で特に関心を持たれている。これらの作用は、上述したようにウイルス感染症において特に注目されているが、異なるリソソーム作用薬剤がどのようにしてこれらの変化を引き起こすのか、その正確なメカニズムはまだよくわかってわない。

リソモトロピズムの現在の概念をより深く理解するために、Marceauらによる有益なレビュー[18]を参照されたい。最近、COVID-19 [11]の治療において臨床効果を示したクロロキンなどの抗マラリア薬は、その主要な作用機序がリソソーム作用に依存しているため、しばしば古典的なリソソーム作用薬剤と呼ばれている。クロロキンは、エンドリゾソームのコンパートメントに似た消化液胞の中に封じ込められ、そのpHを上昇させて栄養の供給を停止させることで作用する[18]。

リソソーム作用医薬品のもう一つの興味深い例は、結核の治療に使用される薬剤であり、薬剤は、間質コンパートメントとケースムの細胞外細菌、および免疫細胞のファゴリゾソームに存在する細胞内病原体の両方に到達しなければならない[18,19]。そのため、抗結核薬の効率を最大化するためには、感染したファゴリソソソームに抗結核薬が保持されることが重要な因子と考えられており[19]、この性質は新規抗結核薬の開発の過程で積極的に研究されてきた[20]。

しかし、リソソーム運動性物質として知られている薬剤とは別に、他の治療クラスの薬理学的薬剤の多くは、その物理化学的性質と試験管内試験（in vitro）および生体内試験（in vivo）でのエンドリゾソーム機能への影響の両方から、このグループに属している。

我々は、これらの薬剤のほとんどが、ウイルスの複製および拡散の両方を標的にして、疾患の症状に使用される可能性があるので、これらの薬剤は、COVID-19治療プロトコルにおけるそれらの潜在的な使用の文脈で検討されるべきであることを示唆している。

さらに、いくつかの薬剤は、V-ATPaseの阻害のような異なるメカニズムを介してエンドソームコンパートメントpHを標的とすることにより、エンドリゾソーム経路に対して同様の効果をもたらし得る。

本文中では、これらの化合物を抗ウイルス効果を有する潜在的な候補薬としても検討する

図2.ここでは、エンドリゾソームpH調節の既存の証拠、薬剤の安全性プロファイルが良好であること、入手可能性が広く、低コストであること、および潜在的な予防および治療的抗ウイルス効果とは別に、追加的な治療上の利点があることなど、この文脈で重要と考えられるいくつかの基準を満たす薬剤のみに焦点を当てた　表1.

図2

エンドリゾソームのpH調節がエンドリゾソーム小胞の構造と機能の両方に及ぼす影響の可能性のあるメカニズムと、ウイルスの融合、トラフィッキング、およびシェッディングへの潜在的な影響。

A) 小胞酸性化機構の活性に影響を与える薬剤は、エンドリゾソームコンパートメントを中和する。図は、Vacuolar型H+-ATPase（V-ATPase）の阻害を通じてエンドリゾソームコンパートメントを中和する可能性のある一般的に使用される薬剤であるプロトンポンプ阻害剤の一般的な構造を示している。

B) リソソーム作用化合物の弱塩基性および親油性の特性は、それらがエンドソーム膜を介して受動的に拡散し、プロトン化に基づくトラップおよびそれに続く酸性小胞の中和を受けることを可能にする。

C)酸性環境は、ウイルス融合タンパク質を活性化するコンフォメーション変化を可能にする。さらに、H+はウイルスマトリックスと相互作用し、ウイルス融合および/またはコーティング解除の後の段階で関与するメカニズムを活性化する。

D) エンドリゾソームコンパートメントの酸性pHは、ウイルス融合プロセスに関与するプロテアーゼを活性化する。

E)酸性の腔内環境は、エンドリゾソームのトラフィッキング調節タンパク質を活性化する[56]。

表1.　原文参照

SARS-CoV-2に対するエンドリゾソームpH介在作用を有する可能性のあるCOVID-19臨床試験中の薬剤のリスト。Clinicaltrials.govでCOVID-19を検索し、2020年5月20日に薬剤介入データを解析した。観察試験と介入試験の両方が表に含まれていた。

3. 抗生物質

マクロライド系抗生物質

初期の報告ではCOVID-19患者の90％以上が抗生物質を投与されていることが示されているが[24]、抗生物質の使い分けが患者の転帰にどのように影響するかについての報告は少ない。いくつかの抗生物質群がリソソーム作用を示すことが知られているが、その効果はマクロライド系抗生物質に最も一貫して見られる。

マクロライドは抗炎症性、抗菌性および抗ウイルス性を有することが多くの研究で示されているので、ここではCOVID-19の症例に有効な抗生物質群としてマクロライドに注目したい。抗炎症作用[25]は、死亡した患者の血液中に高濃度のプロ炎症性インターロイキンが測定された後、サイトカインストームがARDSの発症に中心的な役割を果たしていることが示唆されているため、特に注目されている[26]。

マクロライドを考慮するもう一つの理由は、抗ウイルス効果であり、特にクラリスロマイシン、バフィロマイシン、エリスロマイシン、アジスロマイシンについて記載されているが、これらに限定されない[27,28]。サイトカインおよび膜受容体の発現に対するマクロライドの効果は抗ウイルス効果に寄与するが、正確なメカニズムはまだ不明である[27,28]。

マクロライドはリソソソームのトラフィッキングやリソソソームのpHに影響を与えることが複数の著者によって報告されているので[29,30]、ここでは、これがマクロライドの抗ウイルス活性のいくつかのメカニズムの一つであり、特にCOVID-19では興味深いものであるという仮説を立てた。

マクロライドの抗ウイルス効果は古くから知られているが、患者への使用は画期的な結果をもたらしていない[27,31]。初期の臨床所見ではアジスロマイシンとヒドロキシクロロキンの併用の有効性が示唆されていたにもかかわらず [32] 、最近の観察では当初の結論に疑問を呈するものもある [33,34]。したがって、COVID-19に対するアジスロマイシンの使用に関する結論を出すには、十分に対照されたランダム化された大規模臨床試験がまだ必要である [34,35]。

願わくば、clinicaltrials.govに掲載されている現在進行中の60件の臨床試験では、アジスロマイシンが介入デザインに含まれており、アジスロマイシンの潜在的な有効性に関する現在進行中の議論に決着をつけるのに十分な証拠を提供してくれるであろう[23]。

潜在的な抗ウイルス性および抗炎症性の可能性とは別に、マクロライドのもう一つの非常に重要な特性に言及すべきであり、それは、線維芽細胞の増殖、コラーゲンの産生、マトリックスプロテアーゼおよび炎症性サイトカインの放出を阻害するマクロライドの能力である[36]。これは、COVID-19が肺線維症を引き起こしているかもしれないという議論がなされているように、長期的な影響の文脈において、マクロライドの特に興味深い重要な特性である[37]。

前述のすべてのこと、およびクラリスロマイシンおよびエリスロマイシンがCOVID-19プロテアーゼ[38]を阻害することによって直接的な抗ウイルス効果を有することが最近のin silicoでの知見を考慮すると、マクロライドは、投与経路を含む治療の選択肢としてさらに調査されるべきであり、吸入性マクロライドは特に興味深いものである。

残念ながら、吸入性マクロライドは現在のところ臨床使用には利用できないが、これらの薬剤の物理化学的特性はエアロゾル化に適していることを示唆しており、アジスロマイシンの場合には吸入により肺胞マクロファージおよび気道上皮細胞内の濃度が急速に上昇することを生体内試験（in vivo）実験で実証している[36]。

4. 非ステロイド性抗炎症薬（NSAID）

COVID-19患者におけるNSAIDsの安全性は、ACE-2がSARS-CoV-2の侵入受容体であることが発見されて以来、ずっと議論されてきた[39]。Fangらは、イブプロフェンがACE-2受容体の発現を増加させることが知られているため、イブプロフェンは重症で致死的なCOVID-19を発症するリスクを増加させるという仮説を立てている[40]。しかし、これはいまだにどのような臨床研究でも裏付けられておらず、生の患者データを公開していない現在の一般的な慣習では、ポストホックで確認することはできない。

それにもかかわらず、上述のエンドソームトラフィッキングとウイルス複製の関連性を考慮すると、NSAIDsは、オートファジーフラックスに対する阻害効果の結果として、COVID-19の治療において追加の利益を提供し得る[41]。インドメタシンは、この文脈では特に興味深い。

いくつかの研究は、インドメタシンがリソソームのpHを上昇させ得ることを示している[41,42]。さらに、いくつかの結果は、インドメタシンがシクロオキシゲナーゼ阻害作用とは無関係にウイルスRNA合成を阻害することができることを示唆しており、この効果は、犬コロナウイルス感染犬において試験管内試験（in vitro）および生体内試験（in vivo）の両方で確認されている[43,44]。

さらに、インドメタシンがオートファジーに対するクロロキンの抑制効果を増強することが示されており、NSAIDsとクロロキンの相乗効果でウイルス複製にも効果がある可能性が示唆されている[42]。

結論として、現時点では、COVID-19におけるNSAIDsの潜在的な役割を解明するのに十分な研究はないが、標準的な抗炎症性および抗解熱性に加えて、ACE-2の発現への影響、オートファジーフラックスへの干渉、および直接的な抗ウイルス活性の可能性など、他の要因を考慮に入れるべきである。

私たちは、これらの潜在的な効果にもっと注意を向けるべきであり、この適応症に対していくつかのNSAIDsが他のものよりも優れていると考えるべきかどうかを検討するために、構造化された臨床データを収集すべきであると考えている。

5. プロトンポンプ阻害剤（PPI）

NSAIDsの副作用を緩和するために、プロトンポンプ阻害薬（PPI）が併用されることが多い。PPIは、エンドソームのpHを維持する酵素であるV-ATP-aseを阻害する可能性があることに注意することが重要である。その結果、PPIは、細胞質の酸性化およびリソソームおよびエンドソームのアルカリ化を誘導し得る[45,46]。上述したように、この効果は、COVID-19に罹患している患者において有益であり得る。

前述したインドメタシンの直接的および間接的な抗ウイルス効果、およびそのよく知られた消化器系の副作用との関連で、インドメタシンとPPIの組み合わせは、COVID-19の潜在的な治療戦略としてさらに研究されるべきである。

さらに、SARS-CoV-2の宿主細胞侵入の一次受容体として作用するACE-2は、ヒト小腸全体のアミノ酸吸収に関与するよく知られた腸管トランスポーターであり[47]、消化管症状はCOVID-19の臨床症状の一部であると報告されている[48,49]ことから、消化管系を標的とすることは、リゾソモトロピー薬が症状を緩和し、ウイルスの拡散を減少させることができるため、二重の利益をもたらす可能性がある。

ウイルスの拡散には糞便-口腔感染経路が関与している可能性と、呼吸器系でウイルスRNAが陰性化した後も糞便中でウイルスRNAが陽性であったという最近の知見が相まって、COVID-19の治療の一環として、主に消化器系を標的としたリゾソモトロピー薬を検討すべきであるという考えをさらに支持するものである[48]。

6. 選択的セロトニン再取り込み阻害薬（SSRI）

多くの中枢神経系薬剤は、リソソーム作用を示す。エンドリゾソームのトラフィッキングと機能に関する実験研究でよく使用されているいくつかのリソソーム作用化合物には、三環系抗うつ薬のイミプラミンとアミトリプチリン、抗精神病薬のクロルプロマジン、SSRIのフルオキセチンなどがある[50]。さらなる研究によりフルオキセチンの抗ウイルス効果の臨床的証拠が得られれば、検疫誘発性不安に対する仮想心理療法に加えて、解決策の一部として検討される可能性がある。

これは、SARSの前回の流行後に発表された知見が、検疫の心理的影響が過小評価されていることを示唆しており [51]、[52]、[53]、現在進行中の流行中の心理学者や精神科医の迅速な対応が、早期の介入が重要であることを確認していることから、見かけ以上に重要であるかもしれない [54,55]。

さらに、検疫と社会的隔離対策を成功させるためには、最大限のコンプライアンスが必要であり、世界的なメディアの情報を考慮すると、ウイルスの拡散を止めたいならば、抗不安療法はこれまで以上に重要である。

7. おわりに

結論として，臨床で広く使用されている多くの薬理学的薬剤は，試験管内試験（in vitro）および生体内試験（in vivo）でエンドリソソームpH調節作用を示しており，クロロキンの臨床的有効性に関する最近の知見を考慮すると，COVID-19の治療薬としての可能性を検討すべきである。

本文中で議論されている薬剤のほとんどは、安全性が高く、低コストであり、広く入手可能であるため、我々が目の当たりにしているパンデミックが急速に進行している状況下では興味深いものである。

これらの薬剤の中には、COVID-19の治療にすでに経験的に使用されているものもあると思われるので、この機会を利用して、世界中の同僚に患者データを発表し、本文中で取り上げられている薬剤の潜在的な効果を評価することを奨励したいと思う。

COVID-19の有効な治療法がまだ確立されていないため、リソソーム作用やエンドリソソームのpH調節作用に基づく薬剤の再利用は、我々が切実に必要としている新たな予防・治療法の選択肢を提供してくれる可能性がある。