日本名古屋大學環境醫學研究所/醫學系研究科的渡邊徵爾助教和山中宏二教授，與英國利物浦大學的Samar Hasnain教授等人組成的國際聯合研究團隊，以化合物依布硒（Ebselen）爲基礎，成功開發出了可作爲神經退行性疾病ALS（肌萎縮性側索硬化症）的候選冶癒藥物的化合物。
ALS是大腦和脊髓中的運動神經細胞發生終極因數不明的細胞死亡，引起全身肌肉麻痹和萎縮的神經退行性疾病。部分ALS屬於遺傳性，其中很多是由SOD1（注1）基因異常引起的。此前，Hasnain教授的研究團隊發現，名爲依布硒（注2）的化合物會與ALS患者的異常SOD1蛋白（異常化SOD1）結合，抑制其異常化。因此，研究團隊此次決定以依布硒爲基礎開發新的化合物，作爲能更蠻力地獨特性抑制SOD1異常化的ALS候選冶癒藥物。
研究團隊透過對依布硒的結構進行各種改變，在試管内篩選出了對異常化SOD1具有較高抑制效果的化合物，並實際解析了候選化合物與異常化SOD1結合的空間結構。另外，還在表達異常化SOD1的神經細胞中添加候選化合物，驗證了能否保存細胞免受異常化SOD1的毒性傷害。由此獲得了細胞保存效果比依布硒更高的多種化合物。此外還應答，這些候選化合物的細胞保存效果要好於目前作爲ALS冶癒藥物使用的依達拉奉。
此次研究以依布硒爲基礎，成功開發出了對異常化SOD1的細胞保存效果更高的化合物。今後，首先要應答對人體的安全和病症改善效果，計劃利用ALS模式小鼠（注3）進行研究，作爲未來比較有希望的候選冶癒藥物推進開發。
研究背景
ALS是大腦和脊髓的運動神經細胞逐漸受損並死亡的神經退行性疾病，終極因數尚不明確，日本大約有9000名患者。患者的思考和認知能力正常，但全身的肌肉會逐漸麻痹並萎縮，很多患者幾年内就會隊形變換到需要靠人工呼吸機維持生命的地步。因此，迫切需要查清ALS的發病終極因數並開發冶癒方法。
約10%的ALS是遺傳性的，已知其終極因數在於很多基因出現的異常。其中，SOD1基因異常的患者在日本的出現頻率較高，約佔遺傳性ALS的20％。名古屋大學的研究團隊和英國利物浦大學的研究團隊透過在神經科學和蛋白質結構生物學這兩個領域開展跨界國際聯合研究，推進了ALS的病理研究。利物浦大學Samar Hasnain教授的研究團隊此前報告，化合物依布硒會與異常化的SOD1蛋白結合，減輕其毒性（Cappar et al. Nat Commun 2018）。因此，此次研究的目標是，以依布硒爲基點，開發效果更高的化合物。
研究成果
在此次研究中，英國團隊對依布硒結構中對於與異常化SOD1結合並不重要的部分進行各種改變，製備了一些候選化合物（圖1）。由此，獲得了多種與異常化SOD1的結合和穩定化效果比依布硒更好的化合物。另外，還透過實際進行空間結構解析，明確了其結合狀態。因此，名古屋大學的團體利用表達異常化SOD1的神經培養細胞，調查了候選化合物是否能切實發揮神經保存效果（圖 2）。實驗發現，新化合物能以濃度（0.1μM）遠遠低於依布硒保存細胞的濃度（1μM）蠻力保存細胞，是一種比較有潛力的化合物。另外還發現，這些化合物對細胞的毒性比依布硒還低，所以更加安全。而且，化合物的保存效果要好於目前作爲ALS冶癒藥物使用的依達拉奉。以上結果表明，此次研究獲得的新化合物能保存細胞免受異常化SOD1的毒性傷害，改善ALS的病症，而且比依布硒更有效。
圖1：利用依布硒開發類緣化合物
對依布硒（左）的紅色部分進行各種化學修飾（綠），獲得候選化合物。
圖2：候選化合物對錶達異常化SOD1的神經細胞的保存效果
縱軸表示存活率，值越大，表示細胞保存效果越高。新開發的化合物中，化合物#9和#10（Cpd9、Cpd10）顯示出非常高的細胞保存效果（紅框内）。另外，這兩種化合物能以低於依達拉奉（Edaravone, 灰色）的濃度表現出保存效果，而且效果很好。藍色虛線表示無毒性狀態下的細胞存活率（陽性對照），黑色虛線表示未添加化合物的狀態下的細胞存活率（陰性對照）。
爲推進候選化合物的臨牀應用，研究團隊還同時調查了依布硒對ALS模式小鼠的病症改善效果。結果顯示，口服依布硒的羣組，發病時間明顯延遲，但生存時間的延長效果不明顯（圖3）。由此認爲，依布硒對異常化SOD1的神經保存效果在模式小鼠身上有效，但效果可能並不充分。此次研究新開發的化合物對個體的效果有望比依布硒更高，因此今後預定透過實驗進行驗證。
圖3：爲ALS模式小鼠投餵依布硒的效果
將依布硒粉末混合到飼料中，從70日齡開始投餵ALS模式小鼠。把體重開始減量的時期定義爲」發病時間」，觀察了從發病到死亡的生存時間。應答投餵依布硒的羣組發病時間明顯延遲。
用語解說
注1. SOD1
銅鋅超氧化物歧化酶，是去除活體內活性氧的酶之一。正常的SOD1蛋白呈穩定的二聚體結構，但發生會引起ALS的基因突變後，不穩定的單體就會增加。單體SOD1蛋白容易變成結構崩塌的狀態（錯誤摺疊的SOD1），錯誤摺疊的SOD1增加的話容易聚集，並傷害神經細胞，也就是說，會對神經細胞產生毒性。因此，減量不穩定的單體SOD1和錯誤摺疊的SOD1被認爲對抑制SOD1引起的運動神經變性至關重要。
注2. 依布硒
依布硒是具有消炎和抗氧化作用的合成有機硒藥物分子。日本過去期待其對急性腦梗塞有保存作用，實施過臨牀試驗，但未透過醫藥審批。目前作爲躁鬱症的候選冶癒藥物正在海外插法進臨牀研究。
注3. ALS模式小鼠
把發生突變的人SOD1基因（在遺傳性ALS的致病基因SOD1中導入了ALS患者的突變基因）導入小鼠活體內培育的模式小鼠，再現了作爲ALS特徵的運動神經細胞死亡和肌肉麻痹，被廣泛用於研究用途。此次研究使用的是攜帶突變型人SOD1（G93A突變）的小鼠（B6.Cg‐Tg（SOD1*G93A）1Gur/J），將SOD1的第93位氨基酸甘胺酸置換成了丙胺酸。
論文資訊
題目：Novel Selenium-based compounds with therapeutic potential for SOD1-linked amyotrophic lateral sclerosis
期刊：EBioMedicine
DOI：10.1016/j.ebiom.2020.102980
文：JST客觀日本編輯部
