前臨床モデル選定における遺伝子設計の重要性 ― GLP-1Rに関する事例研究

代謝性疾患の非臨床モデルに焦点を当てる — GLP-1Rに関する事例研究

前臨床モデルの選択は、意図した臨床試験デザインを支える上で極めて重要です。過去20年間、化合物が第I相試験に進む成功率は10％をわずかに下回っており、これは臨床試験に到達した20の化合物のうち、臨床使用の承認を得たのはわずか2つに過ぎないことを意味します。 特に注目すべきは、こうした失敗の75～80％が、動物モデルで有効性が確認された薬剤が臨床試験でその効果を再現できないことに起因しているように見える点であり、一部の研究者はこのトランスレーショナル・ギャップを「死の谷（Valley of Death）」と呼んでいる。^{1,2 多くの場合}、こうした失敗は、標的遺伝子の生物学的特性に関する徹底的な解析が欠如していることに起因している。 そのため、前臨床モデルを構築する前に、標的遺伝子の生物学的特性を研究し、科学プロジェクトの最終目標を把握することが不可欠である。 例えば、ターゲットの検証に最適なモデルは、化合物の毒性を評価するために設計されたモデルとは異なる場合がある。これは、両者ともターゲットの発現を不活性化することを目的としているにもかかわらずである。その結果、そのようなモデルを構築するための遺伝学的戦略も異なる可能性がある。³ヒト化グルカゴン様ペプチド-1受容体（GLP-1R）を発現する2つのマウスモデルの例は、この点を如実に示している。

GLP-1Rは、セクレチンファミリーのクラスB Gタンパク質共役受容体（GPCR）に属しており、これは多くの細胞プロセスの制御に関与する大規模な細胞表面タンパク質群である。⁴より具体的には、 GLP-1Rは、インスリン分泌につながる細胞内シグナル伝達カスケードを微調整することで血糖恒常性の維持に関与し、中枢神経系における胃の満腹感シグナルを媒介することで、食物摂取の制御に寄与している。^5,6したがって、GLP-1Rアゴニスト（GLP-1RAs）は、肥満や2型糖尿病を含む多くの代謝性疾患を治療するための有用な治療戦略となっている。⁷

つい最近まで、科学者がGLP-1RAの有効性と毒性を検証する唯一の方法は、マウス型GLP-1Rを発現する、あるいは発現しない齧歯類を用いて前臨床試験を行うことでした。^8–11しかし、これらのマウスは、例えば高脂肪食による肥満から保護されるなど、ヒトで観察される現象を再現できていません。¹²実験室での研究成果を臨床現場へ応用する成功率を高めるため、2014年にルーシー・ジュンらは、ヒト化GLP-1Rを発現するマウス（genO-hGLP-1R）を発現するマウスを作出しました。¹²数年後、サクセナらは、まさにこのモデルを用いて、新規GLP-1RAであるin vivo 研究することにしました^。13しかし、長時間作用型GLP-1RAであるリラグルチドの投与時に通常観察される結果とは対照的に、 このマウスでは、耐糖能や摂食量に何らの影響も認められず、このマウスの脳内ではhGLP-1Rが発現していないか、あるいは機能していないのではないかという仮説が立てられた。¹⁴そこで、脳内でのGLP-1R発現を維持するという制約を具体的に盛り込んだ新たな遺伝子戦略を用いて、別のgenO-hGLP-1Rモデルを作出することが決定された。 この最適化されたモデルを用いて、Saxenaらは対象組織において適切なhGLP-1Rの発現と活性を得ることができた。特に注目すべきは、このモデルにより、ダヌグリプロンの有効性と毒性を評価できただけでなく、2型糖尿病患者98名を対象とした第I相臨床試験を実施することも可能になった点である。¹⁴この事例は、前臨床モデルで得られた結果の生理学的妥当性と臨床応用可能性を確保するための、遺伝子設計の重要性を浮き彫りにしている。

実際、創薬プロジェクトの初期段階において臨床への展望を持つことは重要です。そうすることで、研究上の制約の中で、研究目的を最も適切に満たすモデル、すなわち最適なモデルを選択するのに役立つからです。この観点から、遺伝子戦略を設計する際には、「最終目標を念頭に置いて始める」という古くからの格言が特に当てはまります。なぜなら、前臨床リスク評価に不適切なモデルを使用すると、データの解釈が歪められる可能性があるからです。 なお、Saxena氏らによる 研究で使用された 最適化された ヒト化マウス前臨床モデルは 、免疫腫瘍学、代謝、心血管疾患、神経科学など、複数の研究分野において数多くの前臨床モデルを設計・提供しているgenOway社によって作製されたものである。

参考文献：

1. Dowden, H. & Munro, J. 「臨床的成功率と治療的焦点の動向」。Nat Rev Drug Discov18, 495–496 (2019).
2. Butler, D. 「トランスレーショナル・リサーチ：『死の谷』を越えて」。『Nature』 453, 840–842 (2008)。
3. Theurey, P., Thiam, K., Chérify, Y., Fraichard, A. & Rezza, A. 「細胞疾患モデルにおけるゲノム編集」。『Genome Editing in Drug Discovery』（2022年）。
4. Poyner, D. R. & Hay, D. L. セクレチンファミリー（クラスB）Gタンパク質共役受容体 ― 分子レベルから臨床的観点まで。British Journal of Pharmacology166, 1–3 (2012).
5. Hayes, M. R., Bradley, L. & Grill, H. J. 「内因性の後脳グルカゴン様ペプチド-1受容体の活性化は、胃の満腹感シグナルを媒介することで食物摂取の制御に寄与する」。『Endocrinology』 150, 2654–2659 (2009)。
6. Manchanda, Y., Bitsi, S., Kang, Y., Jones, B. & Tomas, A. 「GLP-1受容体活性の時空間的制御」。『Current Opinion in Endocrine and Metabolic Research』16, 19–27 (2021).
7. Andersen, A., Lund, A., Knop, F. K. & Vilsbøll, T. 「健康と疾患におけるグルカゴン様ペプチド1」.Nat Rev Endocrinol14, 390–403 (2018).
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10. Panjwani, N. ほか. GLP-1受容体の活性化は、糖尿病を患う雄のApoE−/−マウスにおいて、肝臓への脂質蓄積を間接的に減少させるが、アテローム性動脈硬化の発症を抑制しない。Endocrinology154, 127–139 (2013).
11. Turton, M. D. ほか. 摂食の中枢調節におけるグルカゴン様ペプチド-1の役割.Nature379, 69–72 (1996).
12. Jun, L. S. ほか. 新規ヒト化GLP-1受容体モデルにより、親和性精製とCre-LoxPによる受容体の欠失の両方が可能となる。PLoS ONE9, e93746 (2014).
13. Griffith, D. A. et al. ヒトグルカゴン様ペプチド-1受容体の低分子経口アゴニスト。 http://biorxiv.org/lookup/doi/10.1101/2020.09.29.319483 (2020) doi:10.1101/2020.09.29.319483.
14. Saxena, A. R. ほか. 2型糖尿病におけるダヌグリプロン（PF-06882961）：無作為化、プラセボ対照、多段階用量漸増第1相試験.Nat Med27, 1079–1087 (2021).