分子ハイブリッド化による新規キナゾリン-2-インドリノン誘導体の強力かつ選択的PI3Kα阻害剤としての発見

2025-02-10 Mon
新型PI3Kα阻害剤の研究と開発：分子ハイブリダイゼーション技術が肺癌治療に新たなブレークスルーをもたらす学術的背景がん、特に非小細胞肺癌（NSCLC）は、世界的に見て2番目に死亡率の高い疾患です。現在、化学療法が主要な治療手段ですが、そのターゲティングの欠如により、重篤な副作用が伴うことが多くあります。そのため、効率的で毒性の低い新たな抗がん剤の開発が切実に求められています。ホスファチジルイノシトール3-キナーゼ（PI3K）は、細胞の成長、増殖、生存に重要な役割を果たしており、特にそのαサブタイプ（PI3Kα）の異常な活性化は、様々ながんの進行と密接に関連しています。PI3Kαの選択的阻害は、近年の研究の焦点となっていますが、現在臨床で使用されているPI3Kα阻害剤（例：Alpelisib）は選択性が低く、副作用も大きいという問題があります。
分子ハイブリダイゼーション技術（Molecular Hybridization）は、2つ以上の薬剤の薬効団を同じ分子に結合させる薬物設計手法であり、薬物動態を簡素化し、薬物間相互作用を減少させ、薬剤と標的の親和性を高めることができます。キナゾリン（Quinazoline）と2-インドリノン（2-Indolinone）は、ともに顕著な抗腫瘍活性を持つ複素環化合物として、抗がん剤の開発において大きな可能性を示しています。近年、分子ハイブリダイゼーション技術を用いて新たなPI3Kα阻害剤を構築することが、効率的で毒性の低い抗がん剤の開発における重要なアプローチとなっています。
論文の出典本論文は、Changqun Liu、Yuening Cao、Yi Zuoらによって共同執筆され、著者チームは成都中医薬大学（State Key Laboratory of Southwestern Chinese Medicine Resources, School of Pharmacy, Chengdu University of Traditional Chinese Medicine）、西部戦区総合病院（The General Hospital of the Western Theater Command PLA）、および深圳大学第一附属医院（The First Affiliated Hospital of Shenzhen University）に所属しています。論文は2024年3月2日に『Journal of Advanced Research』誌にオンライン掲載されました。
研究の流れ分子ハイブリダイゼーションと化合物の合成

研究チームは、分子ハイブリダイゼーション技術を用いて、キナゾリンと2-インドリノンを結合させ、26種類の新規ハイブリッド化合物（QHIDs）を設計・合成しました。合成プロセスは、ニトロ基の還元、縮合反応、アルキル化など複数のステップを含み、最終的に目標化合物を得ました。すべての化合物の構造は、核磁気共鳴（NMR）と質量分析（LCMS）により確認されました。
体外抗腫瘍活性の評価

MTT法を用いて、PI3Kを高発現する6種類の癌細胞株（B16、MCF-7、HCT116、H22、PC-3、A549）に対する26種のQHIDsの細胞毒性を測定し、IC50値を算出しました。その結果、化合物8（Compound 8）は、特にA549細胞（IC50値：0.64 μM）に対して顕著な増殖抑制作用を示し、その活性は既に上市されているGefitinib（IC50値：49.94 μM）を大きく上回りました。
PI3Kαキナーゼ阻害活性の検出

ADP-Glo™リピッドキナーゼシステムを用いて、QHIDsのPI3Kα、PI3Kβ、PI3KγおよびPI3Kδに対する阻害活性を測定しました。その結果、化合物8はPI3Kαに対して最も強力な阻害活性を示し（IC50値：9.11 nM）、またPI3Kαに対する選択性は他のサブタイプ（PI3Kβ、PI3Kγ、PI3Kδ）に対してそれぞれ10.41倍、16.99倍、37.53倍と著しく高くなりました。
分子ドッキングシミュレーション

分子ドッキング技術を用いて、化合物3および化合物8とPI3Kαの結合モードを調査しました。その結果、化合物8は複数の相互作用部位を通じてPI3Kαと強く結合しており、特に2-インドリノン構造がPI3Kαの重要な残基（例：Arg852）と水素結合を形成することが、その高選択性の重要な理由である可能性が示されました。
体内抗腫瘍実験

マウスに非小細胞肺癌（NSCLC）モデルを確立し、PBS、Gefitinib、および化合物8（15 mg/kg、30 mg/kg）を投与しました。その結果、化合物8は腫瘍の成長を顕著に抑制し、治療中に明確な毒性は観察されませんでした。
主な結果化合物8は、複数の癌細胞に対して顕著な増殖抑制作用を示す：A549細胞に対するIC50値は0.64 μMであり、その活性はGefitinibを大きく上回りました。
化合物8はPI3Kαに対して高い選択性と強力な阻害活性を持つ：そのIC50値は9.11 nMであり、他のPI3Kサブタイプに対して著しく高い選択性を示しました。
化合物8はPI3K/AKT/mTORシグナル経路の阻害を通じて細胞死を誘導する：PI3K、AKT、およびmTORのリン酸化レベルを著しく低下させ、ミトコンドリアアポトーシス経路を活性化させることが確認されました。
化合物8は体内で顕著な抗腫瘍効果を示し、毒性は認められなかった：マウス実験において、化合物8は腫瘍の成長を顕著に抑制し、明確な毒性は観察されませんでした。
結論と意義本研究では、分子ハイブリダイゼーション技術を用いて、顕著な抗腫瘍活性と高い選択性を持つ一連のPI3Kα阻害剤の構築に成功しました。中でも、化合物8は、新規のキナゾリン-2-インドリノンハイブリッド化合物として、PI3Kαに対する高い選択性と強力な阻害活性を示すだけでなく、非小細胞肺癌の進行を著しく抑制することが明らかとなりました。化合物8は、PI3K/AKT/mTORシグナル経路を阻害し、ミトコンドリアの機能障害と細胞死を誘導することで、その抗腫瘍作用を発揮します。さらに、化合物8は体内実験においても顕著な抗腫瘍効果を示し、毒性は認められなかったことから、今後の臨床研究の基盤を提供しています。
研究のハイライト分子ハイブリダイゼーション技術の革新的な応用：初めてキナゾリンと2-インドリノンを結合させ、一連の新規ハイブリッド化合物を構築し、PI3Kα阻害剤の開発に新たなアプローチを提供しました。
化合物8の高い選択性と強力な阻害活性：PI3Kαに対する選択性は他のPI3Kサブタイプに比べて著しく高く、その阻害活性は既に上市されているAlpelisibを上回りました。
体内外実験による抗腫瘍効果の検証：化合物8は、体外実験において顕著な抗腫瘍活性を示しただけでなく、マウス体内実験においても腫瘍の成長を抑制し、毒性は認められませんでした。
本研究は、PI3Kα阻害剤の開発に新たな道を切り開き、将来の非小細胞肺癌治療の臨床研究に重要な理論的基盤を提供するものです。