第20章 ウイルス (11頁)

1 化学構造

 ウイルスは自身の細胞をもたず,宿主細胞に寄牛し.その細胞の代謝系を利Jljして増殖するため.ウイルスのみを特咒的に阻害する薬の開発は佃しい.抗ウイルス薬で治療できるのはヘルペスウイルス,インフルエンザウイルス,VV{AIDS I・ノイルスj,HBV(B咄)卜炎ウイルスJ.HCV(C堅肝炎ウイルス).SARS-CoV-2(新型コロナウイルス). CMV <サイトメガロウイルス)である風邪の原囚は一般にウイルスで,治療法はすべて対症療法十栄養補給である.抗ウイルス薬のステムは「−ビル(-vir)」である.

1−1 核酸合成阻害薬

 核酸合成阻害薬は,ほぽすべて核酸山来の化介物であり,糖部分が環構造ではなく.開環構造になっているのが特徴的である.核酸塩基部分はプリン塩J,リ)みでグアノシン誘導体がほとんどである.抗ヘルペスウイルス薬,抗HCV薬.抗インフルエンザ薬.抗SARS-CoV-2薬.抗CMV薬として川いられる.

1−2 逆転写酵素阻害薬

 逆転写酵素阻害薬は,核酸系と非核酸系に分けられる.核酸系は核酸由来の化合物で,核酸塩基部分の修飾は少なく糖部分に修飾が施されているものが多い.非核酸系は複素環からなる疎水性の高い構造をしているが,構造の共通性はない.抗HIV薬,抗HBV薬として用いられる.

1−3 プロテアーゼ阻害薬

 プロテアーゼ阻害薬は抗HIV薬,抗HCV薬および抗SARS-CoV-2薬が開発されている. HIVのプロテアーゼはチロシンまたはフェニルアラニンと,プロリンの間を切断する酵素である.そのため. HIVのプロテアーゼ阻害薬には共通構造としてフェニルアラニン由来の構造(特にベンジル基)が含まれている.分子全体としてはペプチドに似た構造となっている. HIV. HCV.SARS-CoV-2の各プロテアーゼ阻害薬の間で構造の共通性はみられない.

1−4 インテグラーゼ阻害薬

 インテグラーゼ阻害薬は抗HIV薬として用いられており,全く同じ共通構造はないが類似する複素環を有している.

1−5 CCケモカイン受容体(CCR5)阻害薬(侵入阻害薬)

 CCR5阻害薬として,マラビロクが開発されている.抗HIV薬として用いられており,トロパン骨格をもつのが特徴的である.

1−6 ノイラミニダーゼ阻害薬

 ノイラミニダーゼ阻害薬はインフルエンザウイルスに対する薬として用いられており,代表的なものはオセルタミビル,ザナミビルである.ノイラミニダーゼは,シアル酸を認識して切断する酵素であるため,ノイラミニダーゼ阻害薬はシアル酸の骨格と類似している.

1−7 ウイルス脱殻阻害薬(M2タンパク質阻害薬)

 ウイルス脱殻阻害薬としてアマンタジンがあり,抗インフルエンザ薬として用いられる.アマンタジンはアダマンタン骨格という特徴的な構造を母核とする.

1−8 NS5A複製複合体阻害薬

 NS5A複製複合体阻害薬は抗HCV薬で,中心に疎水性官能基を有し,両サイドにペプチド様の置換基を有しているのが特徴である.

1−9 ヘリガーゼ・プライマーゼ複合体阻害薬

 ヘリガーゼ・プライマーゼ複合体阻害薬は抗ヘルペスウイルス薬でアメナメビルが開発されている.非核酸型の構造である.

1−10 キャップ依存哇エンドヌクレアーゼ活性阻害薬

 キャップ依存性エンドヌクレアーゼ活性阻害薬は抗インフルエンザ薬でバロキサビルマルボキシルが開発されている.非核酸型の構造である.

1−11 DNAターミナーゼ複合体阻害薬

 DNAターミナーゼ複合体阻害薬は抗CMV薬でレテルモビルが開発されている.従来の抗CMV薬とは異なる構造を有している.

2 ウイルス感染症

2−1 ウイルスとは

 ウイルスは核酸とその外皮で構成され,核酸の種類からDNAウイルスとRNAウイルスに分類される.ウイルスは宿主細胞に吸着し,細胞内に侵入した後,ウイルスのDNAもしくはRNAを放出し,自分自身のゲノムを複製して遺伝子を発現する.その遺伝子からタンパク質が合成
れ,新しいウイルス粒子を形成して出芽していく.ウイルスは感染することで宿主の恒常性に影響を及ぼし,病原体として振る舞う.
 ウイルスは宿主細胞の代謝系に依存して増殖すること,ウイルスの多様性が著しく高く,それぞれのライフサイクルや転写因子が異なることから,広域スペクトルをもつ抗ウイルス薬の開発は困難である.

2−2 病 状

 感染するウイルスの種類によって様々だが,水痘や帯状疱疹(単純ヘルペスウイルス),HCMV網膜炎(サイトメガロウイルス),B型およびC型肝炎(肝炎ウイルス),感染初期の感冒様症状と発症時の免疫不全による日和見感染に付随した症状(HIV),高熱や関節の痛み(インフルエンザウイルス),のどの痛み,高熱,味覚障害や倦怠感(新型コロナウイルス感染症)などがあげられる.

3 抗ウイルス薬

3−1 抗ウイルス薬とは

 抗ウイルス薬は,ヒトの代謝系を利用して複製するため選択毒性が高くて副作用の少ない医薬品の開発は容易ではない.ほかの医薬品に比べても数は決して多くないが,ウイルス特有の増殖過程をターゲットとした医薬品の開発が行われており,ウイルスの種類は限定されるものの,
様々な医薬品が開発されている.

3−2 抗ウイルス薬の作用機序

 抗ウイルス薬のターゲットは,ウイルスの種類によって異なるが,特異的な阻害ポイントが見出されている(図20-1).ただし,ウイルスによっての差異が大きいため,同じメカニズムをもっていても,すべてのウイルスに効くわけではない.

 図20-1の各阻害薬について以下にまとめた.
(1)核酸合成阻害薬:DNA(RNA)ポリメラーゼを阻害する.
(2)逆転写酵素阻害薬(核酸系,非核酸系):ウイルスのRNAからDNAへの逆転写酵素を阻害する.
(3)プロテアーゼ阻害薬:ウイルス前駆体タンパク質を切断してウイルスタンパク質へと変換する酵素を阻害する.
(4)インテグラーゼ阻害薬:宿主DNAにウイルスDNAを組み込むインテグラーゼを阻害する.
(5) CCケモカイン受容体(CCR5)阻害薬(侵入阻害薬):ウイルスが接着と侵入に利用する宿主のケモカイン受容体CCR5を阻害する.
(6)ノイラミニダーゼ阻害薬:インフルエンザウイルスが宿主細胞から遊離していく際に必要なノイラミニダーゼを阻害する.
(7)ウイルス脱殻阻害薬(M2タンパク質阻害薬):ウイルスの脱殻の過程を阻害する.
(8) NS5A複製複合体阻害薬:HCVウイルスの複製およびHCV粒子の形成に必須である非構造タンパク質(NS) 5Aを標的とする.
(9)ヘリガーゼ・プライマーゼ複合体阻害薬:ヘルペスウイルスDNAの複製に必須の酵素であるヘリガーゼ・プライマーゼ複合体を阻害する.
(10)キャップ依存性エンドヌクレアーゼ活性阻害薬:A型およびB型インフルエンザウイルスのキャップ依存性エンドヌクレアーゼ活性を選択的に阻害し,ウイルスのmRNA合成を阻害する.
(11)DNAターミナーゼ複合体阻害薬:人には存在しないDNAターミナーゼ複合体を阻害することで,サイトメガロウイルスの増殖を抑制する.

4 核酸合成阻害薬(DNA(RNA)ポリメラーゼ阻害薬)

4−1 核酸合成阻害薬とは

 核酸合成阻害薬はDNA(RNA)複製に関する各ポリメラーゼを阻害する医薬品である. DNA複製に関しては,ヒトのチミジンキナーゼが2’−デオキシグアノシンや2’−デオキシアデノシンとDNA合成阻害薬を厳密に区別できるのに対し,ウイルスのチミジンキナーゼが認識できず取り込んでしまうことを利用して,DNA合成を阻害する(抗ヘルペスウイルス薬,抗CMV薬).また,RNA複製に関しては,HCV,インフルエンザウイルス,SARS-COV-2のRNAポリメラーゼ阻害薬が開発されている.

4−2 核酸合成阻害薬の構造

 いずれも核酸構造がベースで,特にDNAポリメラーゼ阻害薬に関しては,糖部分が環構造ではなく,核酸塩基としてはプリン塩基のグアニン誘導体が多いのが特徴である(図20-2).抗ウイルス薬のなかでプリン骨格を有する核酸合成阻害薬のステムとして「−シクロビル(-cyclovir)」が付けられている.
 バラシクロビル,ファムシクロビル,バルガンシクロビルはそれぞれアシクロビル,ペンシクロビル,ガンシクロビルのプロドラッグであり,生体内利用率の向上を目的としてエステル基が導入されている.特にバラシクロビルとバルガンシクロビルは,アミノ酸のバリンをエステル結合により導入している.これはペプチドトランスポーターによる吸収率向上を目的としたもので,脂溶性の向上が目的でない点に注意が必要である.
 また,DNAポリメラーゼ阻害薬ではアデノシン誘導体であるビダラビンのみ糖部分が環状構造を保っており,その他のDNAポリメラーゼ阻害薬はすべて糖部分が開環した構造である. ホスカルネットは核酸合成阻害薬のなかで,唯一核酸構造をもたない医薬品である.DNAポリメラーゼは原料のデオキシヌクレオチドの三リン酸からニリン酸を認識して切断するが,ホスカルネットがカルボン酸とリン酸が結合したニリン酸構造に類似した構造であるため,DNAポリメラーゼに結合して阻害作用を示す.また構造的に2価の陽イオンとキレートを形成しやすい(腎障害や電解質異常の原因となる。
 RNAポリメラーゼ阻害薬のリハビリンは核酸塩基部分がトリアゾール環に変換されたタイプの薬である.モルヌピラビルは核酸塩基部分のウラシルのカルボニル基がオキシムに変換された構造を有するプロドラッグである.ソホスブビルは,糖部分が環構造を保ったウリジン誘導体で,2位にフッ素原子を有している.5位水酸基がリン酸エステル化されたプロドラッグとなっていて,生体内で代謝を受けて一リン酸型となり,さらに三リン酸型に変換されて活性を示す.レムデシビルは核酸塩基部分がプリン骨格に似ているが,糖部分と炭素原子で結合した珍しいタイプの構造になっている.また,ソホスブビルと類似のプロドラッグであり,最終的に三リン酸型の活性代謝物となり,SARS-COV-2RNA依存性RNAポリメラーゼを阻害する.ファビピラビルは細胞内でリボシル三リン酸体に代謝され,インフルエンザウイルスの複製に関与するRNAポリメラーゼを選択的に阻害すると考えられている.

4−3 核酸合成阻害薬の作用機序

 DNAポリメラーゼ阻害薬の作用機序について,アシクロビルが取り込まれる機序を例に説明する.まず,アシクロビルがウイルスのチミジンキナーゼによってリン酸化される.ヒトのチミジンキナーゼは厳密に構造を認識するため,アシクロビルをリン酸化しない.ここでリン酸化されたアシクロビルーリン酸は,宿主のキナーゼによって三リン酸化され,それがDNAポリメラーゼにおいて,本来の基質であるデオキシグアノシン三リン酸と競合することで阻害する。
 また,アシクロビルの場合は,取り込まれたあと,3'位の水酸基がないためにDNAの伸長ができず,DNA伸長阻害も引き起こす。
 一方,RNAポリメラーゼ阻害薬は,本来の基質の取り込みを阻害したり,生体内で代謝を受けて三リン酸型の活性代謝物となり, RNAポリメラーゼを阻害する.またRNA鎖に取り込まれることでRNA鎖の伸長を停止したり,ウイルスゲノムのエラーを引き起こしてウイルスの増殖を抑制する.

5 逆転写酵素阻害薬

5−1 : 逆転写酵素阻害薬とは

 逆転写酵素阻害薬は,ウイルスのRNAからDNAを合成する逆転写酵素を阻害して,ウイルスの増殖を抑える.構造によって,核酸系(NRTI : nucleoside reverse transcriptase inhibitor)と非核酸系(NNRTI : non-NRTI)の2種類に分類される.

5−2 逆転写酵素阻害薬の構造


核酸系は前述の核酸合成阻害薬と同様,核酸がベースとなった構造である。
 様々な種類のものが開発されており,構造も核酸ということ以外の共通性は少ないが,糖部分のほうが大きく修飾されており,核酸塩基部分に関してはあまり修飾されていない.ラミブジンは糖構造に硫黄原子が入っているほか,糖に結合した核酸塩基の立体配置がほかのものと反対になっている.エムトリシタビンはラミブジンの核酸塩基部分にフッ素が導入されたものである.また,テノホビルジソプロキシル,テノホビルアラフェナミドやアデホビルピボキシルは,リン酸部分がプロドラッグ化されている.
 非核酸系は,逆転写酵素の疎水性ポケット部分に結合して逆転写酵素の触媒活性を阻害する.そのため,構造中に極性官能基は少なく,疎水性の高い芳香環などが多く含まれている。エトラビリン,リルピビリン,ドラビリンはある程度の構造共通性がみられる.エファビレンツは不斉炭素を有しており,光学活性体で市販されている.

6 プロテアーゼ阻害薬

6−1 プロテアーゼ阻害薬とは

 プロテアーゼ阻害薬はウイルスの成熟・増殖に必須のプロテアーゼを阻害する医薬品で, HIV(AIDSウイルス),HCV(C型肝炎ウイルス),SARS-COV-2(新型コロナウイルス)に対するものが開発されている. HIVのプロテアーゼは. HIVタンパク質前駆物質のチロシンまたはフェニルアラニンとプロリンの間を切断して. HIVに必要な機能性タンパク質に仕上げる. HIVのプロテアーゼ阻害薬はプロテアーゼの性質,構造をもとに開発された医薬品である.また,HCVのプロテアーゼ阻害薬はグレカプレビル. SARS-CoV-2のプロテアーゼ阻害薬はニルマトレルビルとエンシトレルビルの2種類がある.各プロテアーゼ阻害薬の間で構造類似性はみられない.

6−2 HIVプロテアーゼ阻害薬の構造

 HIVのプロテアーゼは,チロシンまたはフェニルアラニンとプロリンの間を切断することから,プロテアーゼ阻害薬は,構造中にフェニルアラニン類似の構造,特にベンジル基が導入されている.また,全体の構造はペプチド様になっている(図20-8).抗ウイルス薬のなかでHIVプロテアーゼ阻害薬のステムとして「−ナビル(-navir)」が付けられている。

6−3  HCVプロテアーゼ阻害薬の構造

 HCVプロテアーゼ阻害薬はC型肝炎ウイルス(HCV)の非構造タンパク質3/4A(NS3/4A)プロテアーゼを阻害する.いくつかの阻害剤が開発されたが,現在使用されているのはグレカプレビルのみである. HCVプロテアーゼ阻害薬のステムとして「−プレビル(-previr)」が付けられている.

6−4 SARS-CoV-2プロテアーゼ阻害薬の構造

 SARS-CoV-2プロテアーゼ阻害薬はSARS-COV-2のプロテアーゼを阻害する医薬品で,SARS-CoV-2メインプロテアーゼを阻害するニルマトレルビルと, SARS-CoV-2 3CL プロテアーゼを阻害するエンシトレルビルが開発されている.これらはターゲットとするプロテアーゼが異なるため,構造の類似性はみられない.ニルマトレルビルはリトナビルとの混合剤として用いられている.

7 インテグラーゼ阻害薬

7−1 インテグラーゼ阻害薬とは

 インテグラーゼは,ウイルスのゲノムの組み込みを行う酵素で,ウイルスのゲノム複製に必須であり,インテグラーゼ阻害薬はその酵素を阻害する.5種類のインテグラーゼ阻害薬が開発されているが,類似の共通構造として中央にピリミジノン環もしくはピリジノン環を有している。ドルテグラビル,ビクテグラビル,カボテグラピルは左端の複素環の構造が異なるだけで,ほぽ同じ骨格を有している.インテグラーゼ阻害薬のステムとして「−テグラピル(-tegravir)」が付けられている.

8 CCケモカイン受容体(CCR5)阻害薬

8−1 CCケモカイン受容体(CCR5)阻害薬とは

 CCR5阻害薬は,ウイルス感染の初期段階である接着と侵入を阻害する医薬品である.マラビロクは,接着と侵入にケモカイン受容体であるCCR5を利用するHIVに対し, CCR5に結合するのを防ぐことで作用を発揮する.分子内にトロパン骨格を有する。

9 ノイラミニダーゼ阻害薬

9−1 ノイラミニダーゼ阻害薬とは

 ノイラミニダーゼは,インフルエンザウイルスが宿主細胞から遊離していく際に必要な酵素である.ノイラミニダーゼを阻害することで,ノイラミニダーゼにより切断される宿主細胞あるいはウイルス粒子表面の糖鎖末端のシアル酸の結合を維持し,ウイルスの遊離を防ぐ.ノイラミニダーゼとシアル酸複合体のX線結晶構造解析から,遷移状態を解析し,オセルタミビルとザナミビルが開発された.ノイラミニダーゼ阻害薬のステムとして「−アミビル(-amivir)」が付けられている.

9−2 ノイラミニダーゼ阻害薬の構造

 これまでにオセルタミビルやザナミビルをはじめとして,いくつかの医薬品が抗インフルエンザ薬として開発されている。これらはシアル酸に結合するノイラミニダーゼを阻害する医薬品であるため,構造中にシアル酸に類似した構造が含まれているのが特徴である.ラニナミビルオクタン酸エステルはプロドラックであり,3位アシル体と2位アシル体の混合物で市販されている(図には3位アシル体を示している)。

9−3 ノイラミニダーゼ阻害薬の作用機序

 ノイラミニダーゼ阻害薬は,ノイラミニダーゼがシアル酸を切断していくときの遷移状態である図20-14のオキソニウム中間体の構造を模倣してつくられている.ノイラミニダーゼ阻害薬は不安定なオキソニウム中間体の安定類縁体として,ノイラミニダーゼの活性部位に結合することで,競合的にシアル酸切断を阻害する.

10 ウイルス脱殻阻害薬(M2タンパク質阻害薬)

10−1 ウイルス脱殻阻害薬(M2タンパク質阻害薬)とは

 ウイルス脱殻阻害薬は,ウイルスがエンドソームによって取り込まれた後,ウイルスのリボ核タンパク質が放出される段階に関与するM2タンパク質を阻害する.ウイルス脱殻阻害薬はアマンタジンのみであり,アダマンタン骨格を有するのが大きな特徴である。 A型インフルエンザウイルスにしか効かないが耐性菌が多くほとんど使用されない.

11 NS5A複製複合体阻害薬

11−1 NS5A複製複合体阻害薬とは

 NS5A複製複合体阻害薬は,HCVの複製および細胞内シグナル伝達経路の調節に関与する多機能タンパクである, NS5A複製複合体の機能を阻害する抗HCV薬である.共通する構造としては,中心に疎水性官能基を有し,両サイドに相同性の高いペプチド様の置換基を有しているのが特徴である。

12 ヘリガーゼ・プライマーゼ複合体阻害薬

12−1 ヘリガーゼ・プライマーゼ複合体阻害薬とは

 ヘリガーゼ・プライマーゼ複合体阻害薬は,ヘルペスウイルスDNAの複製に必須の酵素であるヘリガーゼ・プライマーゼ複合体を阻害することで,抗ウイルス作用を示す.従来の抗ヘルペスウイルス薬が核酸類似の構造しか開発されていなかったが,アメナメビルは非核酸型の構造となっている。

13  キャップ依存性エンドヌクレアーゼ活性阻害薬

13−1 キャップ依存性エンドヌクレアーゼ活性阻害薬とは

 2018年に製造販売承認されたバロキサビルマルボキシルは,キャップ依存性エンドヌクレアーゼ活性阻害薬であり,A型およびB型インフルエンザウイルスのキャップ依存性エンドヌクレアーゼ活性を選択的に阻害することで,インフルエンザウイルスの増殖を抑制する.キャップ依存性エンドヌクレアーゼは,ウイルスのmRNA合成にかかわっており,その活性を阻害することでウイルスのmRNA合成を阻害する.バロキサビルマルボキシルはプロドラッグであり,生体内で加水分解を受け,活性体へと変換される。

14 DNAターミナーゼ複合体阻害薬

14−1 DNAターミナーゼ複合体阻害薬とは

 DNAターミナーゼ複合体阻害薬であるレテルモビルは,ヒトには存在しないDNAターミナーゼ複合体を阻害することで,CMVの増殖を抑制する.従来の抗CMV薬との構造類似性はみられず新規構造を有している。

第20章 ウイルス