大阪大学先導的学際研究機構の大久保敬教授、板橋勇輝特任助教（常勤）、九州大学大学院薬学研究院の山田健一主幹教授、森亮太さん（研究当時：大学院生）、阿部真紗美さん（研究当時：大学院生）、斎元祐真さん（大学院生）、森本和志助教らの研究グループは、量子科学技術研究開発機構の中西郁夫チームリーダー、島根大学医学部眼科学講座の谷戸正樹教授、海津幸子助教らと共同で、脂質の酸化を抑える薬の効率的な探索法を開発しました。

脂質は細胞膜を始めとした生体膜を構成する主要な成分ですが、活性酸素種等によって容易に酸化され酸化脂質を生成します。この酸化脂質は、炎症や細胞死などを引き起こし、様々な疾患の発症・進展に関与することが知られています。そのため脂質の酸化を抑えることは、疾患治療の有効な戦略と考えられていますが、脂質過酸化反応抑制薬を効率よく探索する手法は存在しませんでした。

今回、研究グループは、脂質由来ラジカルとのみ反応する試薬を開発し、これを利用した新たなハイスループットスクリーニング系を構築しました。また、構築した探索法を元に、アメリカ食品医薬品局（FDA）により承認済みの766化合物を対象に脂質過酸化反応抑制薬を探索し、高血圧治療薬のメチルドパを含む29種類の化合物が高い抑制作用を持つことを見出しました。これら化合物は、臨床上それぞれ異なる疾患に対して用いられていますが、そのうち23種の化合物は過去に酸化ストレスが関与する疾患モデルでの有効性が報告されていました。また今回、メチルドパが加齢黄斑変性や血管性認知症の動物モデルに対しても有効であることを明らかにしました。今回の成果から、広範な疾患に対する脂質過酸化反応抑制薬の有用性が示され、さらにその効率的な探索が可能になったことから、様々な疾患に対する治療薬開発に役立つことが期待されます。

本研究成果は、オランダの国際科学誌「Redox Biology」オンライン版に5月8日に掲載されました。

図1. 成果の概要
新たに開発した脂質ラジカル検出試薬（NBD-TEEPO）をリポソームの脂質過酸化反応に用いることで、高効率なスクリーニング系を構築しました。これをFDA既承認化合物ライブラリに適用した結果、メチルドパを始めとした多数の化合物が見出され、さらにメチルドパは網膜障害モデルや血管性認知症モデルに有効であることが示されました。

脂質は細胞膜を始めとした生体内の膜成分を構成する主要な成分です。このうちグリセロリン脂質は分子内に多価不飽和脂肪酸を含んでおり、活性酸素種等によって容易に酸化されます。これら活性酸素種が原因となり生成する酸化脂質は、炎症の惹起などを介して心筋梗塞や脳梗塞の治療時（再灌流）など、様々な疾患に関わることが知られています。特に近年、脂質の酸化を原因とした新たな細胞死（フェロトーシス）が発見され、大きな注目を集めています。フェロトーシスは再灌流障害の他にも、アルツハイマー病などの神経変性疾患や肺障害、肝障害など様々な疾患に関わることが明らかになりつつあり、脂質の酸化を抑制する薬が強く望まれています。しかしながら現在、ヒトに適用可能な脂質酸化の抑制剤は多くはなく、また強い活性を持った抑制剤の効率的な探索方法も存在しませんでした。

脂質が酸化される際には、中間体として脂質のラジカル（図1のL•）が生じます。私たちはこの脂質ラジカルと高選択的に反応する検出試薬（NBD-TEEPO）を開発しました。さらに脂質としてリポソームを利用することで、細胞膜など脂溶性の環境中で起きる脂質過酸化反応を模倣しました。ここで、AAPHや鉄イオンなどで脂質を酸化させると、生じた脂質ラジカルとNBD-TEEPOが反応し蛍光が上昇しますが、適切な抗酸化剤が存在すると蛍光上昇は抑制されます。NBD-TEEPOと脂質ラジカルとの反応性は非常に高いため、これを抑制できる化合物は抗酸化作用が強いことを意味します。

そこで、私たちはまず、構築したスクリーニング系をアメリカ食品医薬品局（FDA）により承認済みの766化合物に適用しました。その結果、29種類の化合物が高い抑制活性を示し、驚くべきことに、そのうち23種の化合物については過去に酸化ストレスが関与する疾患モデルでの有効性が報告されていました。これらの化合物は、臨床上はそれぞれ異なる疾患に対して異なる目的で用いられていますが、従来の作用とは別に脂質過酸化反応の抑制剤としても有望であることを示唆しています。また、これらの結果は、本スクリーニング系の有効性を示しているとも言えます。

続いて私たちは、安全域の広さや副作用の少なさ、中枢移行性などを考慮して、ヒット化合物の中からメチルドパを選択し、加齢黄斑変性と血管性認知症の動物モデルに対する有効性を検証しました。網膜や脳は多価不飽和脂肪酸が豊富に存在し、酸素消費量も多いことから脂質過酸化反応が生じやすい環境と言えます。そこで、加齢黄斑変性のモデルとしても用いられる光誘導性網膜障害モデルマウスにメチルドパを投与したところ、光照射による網膜障害が顕著に抑制されました（図2A）。また血管性認知症モデルである、両側総頸動脈狭窄モデルマウスに対してもメチルドパは認知機能の低下を有意に抑制しました（図2B）。以上より、これらの疾患には脂質過酸化反応が関与しており、その抑制は有効な治療ターゲットとなることが示唆されました。

図2. 病態モデルマウスにおけるメチルドパの有効性
(A) 強い光を受けたマウスでは網膜中の視細胞が死滅し、視細胞の核である外顆粒層（矢印）が薄くなる。メチルドパの投与は、厚さの減少を顕著に抑制した。
(B) 総頸動脈にマイクロコイルを装着させることで慢性的な脳血流量の減少を引き起こす、血管性認知症のモデルを作成した。マウスは新奇物質を優先して探索するが、病態群では認知機能の低下により、新奇物体の判別率が低下する。メチルドパの投与は、判別率の低下を有意に抑制した。

これまで、脂質過酸化反応抑制剤の効率的なスクリーニング方法は存在しませんでしたが、今回開発した手法を用いることで、迅速かつ定量的な抑制剤の探索が可能となり、今後、活性や有効性がより高い抑制剤の探索が可能となることが期待されます。さらに今回、加齢黄斑変性や血管性認知症に対して脂質過酸化反応の抑制が有効であることが示されました。今後、新たな治療戦略として研究開発が進むことが期待されます。