中枢神経系（CNS）薬の薬物動態（PK）に関する考慮事項

近年、アルツハイマー病、うつ病、統合失調症、パーキンソン病などの神経疾患の有病率の増加に伴い、中枢神経系治療薬の開発が大きな注目を集めています。しかし、不明瞭な疾患メカニズムや血液脳関門（BBB）などの課題により、CNS 医薬品開発の成功率は依然として低いままです。-この記事では、薬物動態 (PK) の観点から、中枢神経系治療薬に関連する理論的知識と研究方法の概要を説明します。

以下に示すように、BBB は密集した脳毛細管内皮細胞と神経膠細胞で構成されており、化合物が傍細胞経路やエンドサイトーシスを介して通過するのをほぼ完全にブロックします。 BBB は、P- 糖タンパク質 (P- gp) や乳がん抵抗性タンパク質 (BCRP) などの排出トランスポーターも発現しており、ほとんどの基質を血流に送り返します。したがって、ほとんどの小分子は、主に脂質膜を横切る受動的拡散を通じて脳に浸透します。さらに、血液脳脊髄液関門 (BCSFB) も別の重要な関門です。血液中の化合物は、BCSFB を直接通過することも、BBB を通過した後に脳脊髄液 (CSF) に拡散または運ばれることもあります。しかし、BCSFBで発現したP-gpは化合物を血中に送り返し、脳への曝露を制限する可能性があります。

BBB を通過することが困難であることを考慮すると、in vitro または動物研究で良好な CNS 浸透を示す化合物をスクリーニングすることが重要になります。評価基準となる適切なパラメータを選択することが重要です。一般的に使用されるパラメータには、脳内の非結合薬物濃度 (Cbu)、脳-対-の血漿非結合薬物比 (Kpuu または Cbu/Cpu)、脳-対-の血漿総薬物濃度比 (B/P 比)、非結合薬物画分 (fu)、BBB 透過性 (Papp)、および流出比 (ER) が含まれます。

遊離薬物仮説に基づくと、脳内の非結合薬物濃度が有効薬物濃度を最もよく反映します。しかし、実際の条件下では、脳細胞内の未結合薬物濃度を直接測定することは困難です。顕著なトランスポーター効果がない場合、血漿、CSF、または脳間質液中の非結合薬物濃度が代替パラメータとして使用されることがよくあります。

Kpuu は、血液と脳の間の化合物の分布平衡を反映する重要なパラメーターであり、受動的拡散とトランスポーター活性を統合しています。 Kpuu が 1 に近づくと、良好な透過性や非輸送体基質など、望ましい化合物の特性を示します。この場合、血漿未結合薬物濃度が代替指標として機能します。 Kpuu が 1 より大幅に小さい場合、化合物は輸送基質であるか、透過性が低い可能性があり、構造の変更が必要になります。 1 より大きい Kpuu は、膜貫通輸送プロセスにおける能動輸送体の関与を示している可能性があります。

B/P 比は簡単に取得できますが、化合物の脳への浸透について誤解を招く可能性があります。血漿と脳の非結合画分の違いにより、高い B/P 比は必ずしも脳内の非結合薬物濃度が高いことを意味するわけではなく、またその逆も同様です。 B/P 比は、総脳濃度が極端に低い化合物を排除する大まかな層別化にのみ役立ちますが、優れた CNS 化合物の選択には役立ちません。

血漿および脳組織中の非結合画分は、標準的な PK パラメーターを非結合薬物パラメーターに変換するために使用されます。非結合画分が高いほど有効薬物濃度が高いことを示している可能性がありますが、血漿非結合画分が増加すると代謝率または排泄率が高くなる可能性もあります。同様に、脳組織内の非結合画分が多いと、脳への受動的拡散が妨げられる可能性があります。したがって、fu は通常、主要な最適化パラメーターとして機能することができず、その値は有効性に直接リンクされません。

Papp は、BBB を通過する化合物の受動拡散速度を表します。ただし、このパラメータだけでは脳への浸透度を決定することはできません。これは、血漿と脳の間の平衡が達成される速度を反映するだけであり、脳内の非結合薬物の絶対濃度が高いことを意味するものではありません。したがって、Papp は、BBB 透過性が極めて低い化合物を除去する目的でのみ使用できます。

ER は、BBB 透過時の排出トランスポーター活性の強さを反映します。これは脳組織内の化合物の濃度を直接示すものではありませんが、除外基準として機能します。理想的には、CNS 薬剤は、標的部位への薬剤送達を妨げ、臨床 PK 変動を増大させるため、P- や BCRP などの排出トランスポーターの基質となるべきではありません。これは、治療範囲が狭い化合物にとって特に問題であり、リスクが生じ、開発が複雑になります。

動物実験は、脳組織、CSF、血漿中の in vivo 濃度を得る最も直接的かつ効果的な手段です。一般に、PK スクリーニングに使用される種は、有効性および毒性の研究に使用される種と一致する必要があります。投与経路は開発目標によって決定されます。この手順は従来の PK 研究に似ていますが、脳組織または CSF の収集にさらに注意が必要です。 CSF はタンパク質含量が低く、補正の必要がないため、結果は血漿および脳組織の in vitro で測定された fu 値を使用して補正する必要があります。 AUCbu/AUCpu 比は Kpuu を表し、化合物の BBB 通過能力を評価します。 AUCcsf と AUCpu を比較すると、BCSFB 全体にわたる化合物の分布が評価されます。一方、AUCbu/AUCcsf の比較は、CSF が脳組織内の非結合薬物濃度の代用として機能できるかどうかを示し、研究プロセスを最適化します。脳PK研究の欠点は、動物の使用量が比較的多く、スクリーニングスループットが低いことです。

P- などの排出トランスポーターの幅広い基質特異性により、脳への浸透が大幅に制限されるため、他の薬物と比較して、トランスポーターの研究は CNS 薬物研究においてより重要な役割を果たします。インビトロ研究では、多くの場合、化合物数とスクリーニング戦略に基づいた合理的なカットオフ値を使用したハイスループットスクリーニングのために、P-gp または BCRP の発現が高いトランスフェクト細胞株（例、MDCK-MDR1 または MDCK-BCRP）を使用します。-ただし、トランスポーターの種の違いにより、in vitro ヒトトランスポーターデータと in vivo 動物研究の間に不一致が生じる可能性があり、場合によってはノックアウト動物モデル（MDR1a/1b または BCRP KO マウスなど）の使用が必要になりますが、このアプローチはコストが高く、ヒトトランスポーター活性の予測性が低くなります。

BBB 透過性を研究するためのゴールドスタンダードは in situ 脳灌流ですが、技術的要件とスクリーニング スループットが低いため、この方法は化合物のスクリーニングにはほとんど使用されません。一般的に使用される方法には、PAMPA-BBB や単層細胞輸送研究などの in vitro アッセイが含まれます。これらは従来の吸収透過性研究に似ていますが、BBB の特性をより反映しています。初期段階の研究では、物理化学的特性に基づく計算モデルを使用して BBB の透過性を予測し、化合物の最適化を支援することもできます。-

タンパク質の結合を測定する最も一般的な方法は、血漿および脳組織ホモジネートの平衡透析です。強力な非特異的結合を持つ化合物の場合、真のバランスを実現し、偏りを避けるために実験の平衡時間を調整する必要があります。-代替方法には、Transil および漸進的平衡透析が含まれます。研究により、脳組織の結合は種や脳の領域に依存しないことが示されています。これは、人間の脳組織の結合データが単一種のデータから推定できることを意味します。-特定のニーズに応じて、超遠心分離、微量透析、脳組織スライス法などの他の方法も利用できます。

CNS治療薬の脳への曝露に影響を与える要因を理解し、適切な研究方法を適用することは、その開発にとって重要です。スクリーニングと最適化のための重要なパラメータを特定することは、脳への曝露を増やし、排出トランスポーター基質を回避し、全身クリアランスを減少させ、治療効果を発揮するために十分な薬剤が標的部位に到達することを保証するのに役立ちます。しかし、CNS薬PKの臨床応用は依然として困難であり、将来の進歩は、CNS薬の開発を支援するBBBトランスポーターと生理学的構造に基づくより機構的なモデルに依存する可能性があります。

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