COVID-19感染症に対する天然物の鉄キレート作用とプロテアーゼ阻害作用の役割
...ケルセチンはフェノール基の数が多く、非常に特殊な構造をしており、Glu3429,His3426,Leu3404と水素結合を生成することができ、ドッキングスコア（-8.0）でも証明されている（表3）。トリヒドロキシクロミウム-4-イオン部分は、その広範な正電荷のためか、ダイナミクスの間中、常に水にさらされている。 7.カフェー酸 カフェ酸（CA）は，植物の二次代謝によって生成されるフェノール化合物で，人間の食生活に含まれる主要なヒドロキシ桂皮酸である（図3）。CAとその代謝物は，金属イオン，特に鉄と結合し，フェントン反応など，これらの金属が媒介する酸化還元反応に影響を与えることが，いくつかの研究で明らかにされている[69,70,71]。さらに，CAやロスマリン酸などのカフェオイル部位を持つ関連化合物の抗ウイルス活性も報告されている。作用機序はまだ解明されていないが，鉄キレート剤は，ウイルスの糖タンパク質Bと細胞表面のヘパラン硫酸プロテオグリカンとの間の細胞外付着を標的にしている可能性を示唆する証拠がある。ヘパラン硫酸プロテオグリカンを細胞付着に利用できるCA-鉄錯体の影響を最も受けるウイルスは、単純ヘルペスウイルス（HSV1およびHVS2)A型インフルエンザおよびヒト免疫不全ウイルス（HIV）である[72]。HIVに対するCAの活性は，鉄錯体の形成だけではないことが示されている。Wangらは，HIVインテグラーゼに対する既知の阻害活性に加えて，CA誘導体がHIVプロテアーゼに対する阻害活性を有することを示し，CAを新しい抗HIV薬候補のリード化合物として利用することを示唆している[73]。CAのフェネチルエステル誘導体のウイルスプロテアーゼに対する阻害効果は，HCVでも研究されており，CA化合物はNS3プロテアーゼの発現を低下させる能力を示し，ウイルスの複製を減少させた[74]。最近の論文では，CA誘導体がSARS-CoV-2の主要プロテアーゼであるMproを顕著に阻害することが報告されている。いずれの研究でも，CA誘導体はSARS-CoV-2 Mproの基質結合ポケットに結合し，すでに主張されているN3プロテアーゼ阻害剤であるネルフィナビルよりも高い効力と結合エネルギーを持つことが示されている[75,76]。 図3 SARS-CoV-2ウイルスの主プロテアーゼの結合部位におけるカフェ酸（暗赤色）のドッキング位置 水と水素はわかりやすくするために省略した。 ケルセチンと一部似ているが、構造が単純化されているカフェ酸は、結合ポケットに最も深く入り込む可能性を維持しているが、前の分子とは対照的に、多くの水素結合を確立する能力を失っている（dG = -6.3）（表3）。実際、唯一の水素結合は、カルボキシル基の部分のHis3427に向かって発生している。また、カフェ酸は他の化合物に比べて、ダイナミクスシミュレーション時のレイアウトが変化しやすい。 8. フィチン酸 フィチン酸（ミオイノシトール六リン酸，IP6）は，試験管内試験および生体内試験の条件下で，強力な抗酸化剤および鉄触媒によるヒドロキシルラジカル生成の阻害剤として認められている（図4）。穀物や豆類によく含まれるIP6は、2価のミネラルをキレートしてその吸収を低下させるため、一般的には抗栄養物質と考えられてきたが、同じ性質を持つため有益な物質とも考えられている[77,78]。フィチン酸は、ヒト赤血球において、ラジカルのOH形成を抑制し、鉄とアスコルビン酸によって触媒される脂質過酸化を減少させることが示された[79]。Xuらは、パーキンソン病の細胞モデルにおいて、IP6が、鉄過剰の状態で、1-メチル-4-フェニルピリジニウム（MPP+）によるアポトーシスからドーパミン神経細胞を保護することを報告した[80]。また，IP6は，アスベストをラットに気管内投与した後に生じた肺の炎症と線維化を改善することが試された。プロリルヒドロキシラーゼやリジンヒドロキシラーゼなど，コラーゲンの分泌には鉄依存性の酵素が必要であることから，IP6は鉄キレーターとして，肺の毒性で生じた線維化を抑制する重要な能力を示したのである。さらに、IP6は肺線維症の原因となるリンパ球の機能を制限することが示唆された[81]。他の研究では、脂質過酸化の抑制における鉄キレーターとしてのIP6の抗酸化活性が示された。IP6は，Caco-2細胞において，リノール酸の自己酸化およびFe2+/アスコルビン酸誘発の過酸化を抑制することができた[82]。さらに，宮本らは，IP6とその加水分解物（IP2，IP3，IP4，IP5）の両方に強い鉄イオンキレート作用があり，鉄イオンによる脂質過酸化を防ぐことができることを明らかにした。その結果、3つ以上のリン酸基を持つIP6の副生成物は、脱リン酸によってその効果が低下するものの、脂質過酸化を抑制する能力を維持していた[83]。 図4. SARS-CoV-2ウイルスの主プロテアーゼの結合部位におけるフィチン酸（暗赤色）のドッキング位置 水と水素はわかりやすくするために省略した。 多くのリン酸基を持ち、その結果として高い総結合容量を持つにもかかわらず、フィチン酸の立体的に複雑な構造は、受容体ポケットへの容易な挿入を妨げ、低いドッキングスコア（-1.5）で証明された（Table 3）。この結果は、分子の過剰な水分露出によって正当化される。実際、Phytic Acidは、単一のアミノ酸結合部位（Glu3429）および他の外部部位（His3435,Tyr3398,Asp3460,Ser3402）と水素結合を形成することができるが、周囲の水に邪魔されて、得られた結合は不安定な結果となった。 9. クルクミン クルクミン(diferuloylmethane, (E, E)-1,7-bis (4-hydroxy-3-methoxyphenyl)-1,6-heptadiene-3,5-dione)は，インドのハーブであるウコンから抽出された黄色の天然物である(図5) [84]。クルクミンには，抗炎症作用，抗酸化作用，抗ウイルス作用，抗腫瘍作用など，さまざまな有益な薬理作用が証明されている[85,86]。クルクミンは、細胞や組織内の鉄代謝のタンパク質を調節することが報告されており、鉄キレート剤としての特性が確認されている。クルクミンは、そのポリフェノール構造のため、多くの異なる金属イオン、特に鉄と複合体を形成する[87]。フェントン反応やその他の鉄触媒による酸化ストレス経路を阻害することで，クルクミンは化学予防剤として作用し，DNA，脂質，タンパク質などの重要な細胞標的に対する酸化的傷害を軽減することができる[88]。Jiaoらは、体内の鉄分レベルが低いマウスの生体内試験モデルを用いて、鉄分の枯渇を引き起こすさまざまな方法を説明しながら、クルクミンが鉄分のホメオスタシスにどのように影響するかを示した。クルクミンは、ヘモグロビン、ヘマトクリット、血清鉄、トランスフェリン飽和度などの鉄代謝の血液学的パラメータを劇的に減少させた。クルクミンは、ヘモグロビン、ヘマトクリット、血清鉄、トランスフェリン飽和度などの血液学的パラメータを劇的に減少させた。さらに、クルクミンは鉄調節タンパク質（IRP）の活性にも影響を与えた。逆に、鉄過剰状態では、IRPが不活性化され、フェリチンmRNAの翻訳が促進される[89]。高濃度の食餌性鉄とクルクミンを併用したマウスでは、IRPsの活性が有意に上昇したことが報告されている[90]。鉄過剰症を伴う再生不良性貧血のモデルマウスにおいて、高用量のクルクミンを投与すると、ヘプシジンとその調節因子である骨形成タンパク質（BMP-6）Sekelsky Mothers Against DPP（SMAD）およびトランスフェリン受容体2（TfR2）がアップレギュレートされることが報告されている。クルクミンを投与すると、免疫および鉄過剰症によるアポトーシスから造血を保護し、デフェロキサミンよりも有効な鉄キレート効果を生体内で発揮した[91]。1990年代以降、多くの研究がクルクミンの抗ウイルス特性に焦点を当て、プロテアーゼ阻害剤としての活性を調査し、その後、HIVプロテアーゼの阻害とHIV複製の付随的減少という注目すべき結果を得た[92,93,94]。フラビウイルス（デングウイルスおよびジカウイルス）を対象とした他の研究では、NS2B-NS3プロテアーゼのアロステリック阻害が発見され、クルクミンが活性部位と重ならない空洞に結合することでその効果を発揮したことから、クルクミンをリード化合物として使用し、新しい低分子アロステリック阻害剤を設計することが示唆された[95]。幅広い植物性化合物の抗SARS-CoV活性について行われた研究によると、Wenらは、ウイルスの複製に必須であるSARS-CoV 3CLプロテアーゼ活性に対するクルクミンの有意な阻害効果を示し、クルクミンが抗SARS-CoV剤として有望であることを示した[96,97]。この目的のために、近年、いくつかの分子ドッキング研究が行われ、クルクミンが主要なウイルスプロテアーゼの阻害を含む様々な方法でSARS-CoV-2の複製を阻害するのに有効であることが示唆された[98,99,100,101]。得られたデータは、クルクミンの化学誘導体が、SARS...
