新型コロナウイルスの増殖に必須な酵素を阻害するペプチド様ではない新規化合物群を発見 既存薬と骨格の異なる構造新規性の高い薬剤開発への活用を期待

東京工業大学 情報理工学院 情報工学系の関嶋政和准教授、山本一樹研究員、物質・情報卓越教育院の安尾信明特任講師による研究グループは、新型コロナウイルス（SARS-CoV-2）感染症（COVID-19）の治療薬探索において重要な、ウイルス複製に必要な酵素の一つである3CLプロテアーゼの阻害化合物を新規に6個発見した。

現在、経口投与可能な3CLプロテアーゼ阻害薬として、ニルマトレルビル（PF-07321332）がFDAにより緊急使用許可されている。ニルマトレルビルは3CLプロテアーゼの活性部位のCys145残基と反応する共有結合性阻害剤^[用語1]であるが、ペプチド結合を含むことや、体内での代謝安定性を高めるためにリトナビルを併用する必要があり、併用注意薬剤の多い新薬である。一方、今回発見したヒット化合物は非共有結合性相互作用^[用語2]で3CLプロテアーゼを阻害し、化合物空間^[用語3]上でも既知の阻害剤とは異なる空間に属し構造新規性が高い。また、ペプチド様の2級アミド化合物^[用語4]を除外し、極性を抑えたライブラリからの選抜を行ったため、得られた化合物は物性予測上、一定程度の膜透過性と安定性が期待されるものとなっている。

本研究成果は2022年1月11日に、国際科学誌「Journal of Chemical Information and Modeling」にオンライン掲載された。

新型コロナウイルス感染症がパンデミックとなった2020年以来、ワクチンの普及が奏功してはいるものの、いまだ流行制圧には程遠い状況であり、集団免疫の獲得に加えて、特効薬の開発も喫緊の課題となっている。低分子創薬の主要な標的分子としては、RNA依存性RNAポリメラーゼ（RdRp）やメインプロテアーゼ（3CLプロテアーゼ）が挙げられ、前者を標的とするレムデシビルやモルヌピラビルは既に実用化に至っている。しかし後者を標的とする薬剤は、ニルマトレルビル･リトナビル合剤であるパキロビッドパックが最近本邦でも特例承認されたばかりである。

3CLプロテアーゼ阻害剤の探索は20年前のSARS発生の時点から始まっていたものの、そのファーマコフォアはペプチド様にならざるを得ず、極性が高くなる傾向にあり経口薬としての開発に難があった。その課題を解決し、経口薬化にいち早く成功したのがニルマトレルビルである。しかし、体内の代謝酵素CYP3A4により酸化を受けるため、代謝安定性を高めるためにリトナビル併用によってCYP3A4を阻害する必要があり、併用注意薬剤が多い。加えて、将来的な耐性ウイルスの出現も想定すると、薬剤候補となり得る新規骨格を増やしておくことは有用である。

本研究では、ペプチド様化合物とは異なる化合物空間からヒット化合物を取得するために、まず化合物ライブラリからペプチド結合を有する2級アミド化合物を取り除いてから、ドッキングシミュレーションによるSBVS（立体構造に基づくバーチャルスクリーニング）を実施した。SBVSによって抽出した180化合物を対象に酵素阻害アッセイ実験^[用語5]を実施したところ、6化合物でIC50^[用語6]の測定に成功した（図1）。

活性は10^-4 Mオーダーと比較的微弱であるものの、多くがペプチド様である既知の阻害化合物群とは異なる新規骨格が得られた（図2）。これらの化合物には、物性予測上も一定程度の膜透過性や安定性が期待される。最適化によって活性改善を進める価値のある結果と考えられる。

図2.

3CLプロテアーゼ阻害剤の結合様式。左：ニルマトレルビル 右：本研究で発見した6つのヒット化合物のドッキングによる予測結合様式の重ね合わせ

本研究グループでは、得られたヒット化合物から、より薬らしい化合物を生成するAI創薬手法を開発している。今回獲得したヒット化合物に対しても当該手法を適用することで、COVID-19治療薬開発の指針となるような薬候補化合物の創出を目指していく。