博 士 論 文 概 要

早稲田大学大学院 先進理工学研究科

博 士 論 文 概 要

論 文 題 目

EP4 受容体選択的作動薬

8- アザプロスタグランジン誘導体 の設計と合成

Design and Synthesis of

8-Azaprostaglandin Analogs as EP4 Receptor-Selective Agonists

申 請 者

神戸 透 Tohru KAMBE

2012 年 03 月

1

プ ロ ス タ グ ラ ン ジ ン 類( P G : PG E2, PG D2, PG F2, PG I2, T X A2)は ，ア ラ キ ド ン 酸 か ら シ ク ロ オ キ シ ゲ ナ ー ゼ に よ り 産 生 さ れ る 酸 化 代 謝 物 で あ る ．C o l e m a n ら は ， 細 胞 膜 上 に 存 在 す る 特 異 的 な G タ ン パ ク 共 役 型 受 容 体 に P G が 結 合 す る こ と で 多 彩 な 生 理 活 性 を 発 現 す る こ と を 提 唱 し た ． 現 在 ， プ ロ ス タ グ ラ ン ジ ン 受 容 体 は E P, F P, T P, I P, D P の ５ つ に 分 類 さ れ ， さ ら に E P 受 容 体 は E P 1 , E P 2, E P 3 , E P 4 の ４ つ の サ ブ タ イ プ に 分 類 さ れ て い る ．P G E² の 有 す る 薬 理 作 用 は こ れ ら の 受 容 体 を 介 し た 作 用 で あ る と 考 え ら れ て い る ．E P 4 受 容 体 は ， 胸 腺 ， 肺 ， 心 臓 ， 腎 臓 な ど の 臓 器 に 発 現 し て お り ， 細 胞 内 の c A M P 濃 度 を 上 昇 さ せ る ． 細 胞 保 護 作 用 ， 血 流 改 善 ， 炎 症 性 サ イ ト カ イ ン の 制 御 ， 骨 形 成 お よ び 骨 吸 収 等 ，P G E² が 有 す る 幾 つ か の 薬 理 作 用 は E P 4 受 容 体 を 介 し て い る と 考 え ら れ て い る ． そ こ で E P 4 受 容 体 サ ブ タ イ プ に 選 択 的 な 作 動 薬 を 見 出 す こ と に よ り ， 薬 理 学 的 研 究 や そ れ を 用 い た 応 用 及 び 新 薬 と し て の 開 発 の 可 能 性 を 追 求 し た ．

本 論 文 は ８ 章 よ り 構 成 さ れ て い る ． 各 章 の 概 要 は 以 下 の 通 り で あ る ． 第 １ 章 は 序 論 で あ り ， 本 研 究 の 背 景 お よ び 目 的 に つ い て 述 べ る ．

第 ２ 章 で は ，E P 4 受 容 体 の 高 選 択 的 か つ 強 力 な 作 動 薬 で あ る 8 - a z a- 5 - t h i a P G E1

誘 導 体 の 合 成 と 構 造 活 性 相 関 に つ い て 述 べ る ． 我 々 は 以 前 に ， 3, 7 - d i t h i a - 1 6 - p h e n y l PG E1 誘 導 体 や 5 - t h i a - 1 6 - p h e n y l PG E1 誘 導 体 が E P 4 受 容 体 選 択 的 か つ 強 力 な 作 動 活 性 を 有 す る こ と を 報 告 し て い る ． し か し こ れ ら の 誘 導 体 は 化 学 的 安 定 性 に 難 点 が あ っ た ．す な わ ち 容 易 に 脱 水 し て し ま う β -ヒ ド ロ キ シ シ ク ロ ペ ン タ ノ ン 構 造 や ，エ ノ ー ル 化 し や す い α -ア ル キ ル チ オ シ ク ロ ペ ン タ ノ ン 構 造 を 有 し て い た ． そ こ で 活 性 や 選 択 性 を 損 な う こ と な く ， こ れ ら の 構 造 を 変 換 す る こ と が で き る か ど う か を 研 究 の 出 発 点 と し た ．

3, 7 - d i t h i a - 1 6 - p h e n y l PG E1 誘 導 体 は 5 - t h i a - 1 6 - p h e n y l PG E1 誘 導 体 に 比 較 し て E P 3 に 対 す る 選 択 性 が 高 か っ た ．3 , 7 - d i t h i a 体 は そ の ¹H - N M R か ら ，8 位 異 性 体 と の 平 衡 混 合 物 で あ る と 考 え ら れ た ． す な わ ち ， ７ 位 の 硫 黄 原 子 が C - 8 , C - 9 , C - 10 か ら な る 平 面 上 を 占 め る こ と で ，5 - t h i a 体 よ り 優 れ た E P 4 選 択 性 を 発 現 し て い る こ と が 推 測 さ れ た ． そ こ で 7 , 8 -不 飽 和 体 や 8 , 9 -不 飽 和 体 を 合 成 し そ の 受 容 体 選 択 性 を 比 較 し た と こ ろ ， 高 い E P 4 選 択 性 を 示 す こ と が 明 ら か と な っ た ． さ ら に 11 位 の 脱 水 酸 化 体 を 合 成 し 評 価 し た と こ ろ ，E P 4 選 択 性 は 変 化 し な い こ と が 分 か っ た ． 以 上 の 知 見 か ら ，8 位 の 炭 素 を 窒 素 原 子 に 変 換 し た 8 - a z a 体 を 合 成 す る こ と と し た ． 推 測 通 り 8- a z a - 1 6 - p h e n y l PG E1 誘 導 体 は 優 れ た E P 4 選 択 性 と 作 動 活 性 を 示 し た ． 他 に-ラ ク タ ム 環 を 開 環 し た 誘 導 体 の 結 合 活 性 は 大 き く 低 下 し た ． さ ら に α 側 鎖 の 変 換 を 行 っ た 結 果 ，5 - t hi a 体 が E P 4 選 択 性 お よ び 作 動 活 性 が 高 か っ た ． す な わ ち 活 性 を 減 弱 さ せ る こ と な く ， 化 学 的 に 不 安 定 で あ っ た 構 造 を 変 換 す る こ と に 成 功 し た ．

第 ３ 章 で は ， 経 口 吸 収 性 の 高 い E P 4 選 択 的 な 作 動 薬 の 創 出 を 目 標 と し た 8- a z a - 1 6 - p h e n y l PG E1 誘 導 体 や 8 - a z a - 5- t h i a - 1 6- p he n y l P G E1 誘 導 体 の 合 成 と 構

造 活 性 相 関 に つ い て 述 べ る ．ω 側 鎖 末 端 の ベ ン ゼ ン 環 上 の 置 換 基 が 活 性 ， 選 択 性 に 及 ぼ す 影 響 に つ い て 評 価 す る た め ， 誘 導 体 を 合 成 し 評 価 し た ． 8- a z a - 1 6 - p h e n y l PG E¹ 誘 導 体 に お い て 1 6 位 ベ ン ゼ ン 環 上 に メ チ ル 基 を 導 入 し た 誘 導 体 を 合 成 し た 結 果 ， メ タ 置 換 体 が オ ル ト 置 換 体 や パ ラ 置 換 体 に 比 較 し て 活 性 及 び 選 択 性 に 優 れ て い た ． そ こ で メ タ 位 に ア ル キ ル 基 を 導 入 し た 誘 導 体 を 合 成 し た 結 果 ，E P 4 受 容 体 に 対 し て い ず れ も 強 力 な 結 合 活 性 を 示 し た ．5 - m e t h y l e n e 体 に お い て 作 動 活 性 の 大 き な 減 弱 が 認 め ら れ た の に 対 し ，5 - t hi a 体 で は そ の 度 合 い が 小 さ か っ た ．5 位 に 硫 黄 原 子 を 導 入 す る こ と に よ り E P 4 活 性 が 発 現 す る の に 有 利 な 効 果 が 表 れ て い る と 考 え て い る ． 一 方 で ， ハ ロ ゲ ン 原 子 を 導 入 し た 場 合 に は 5- m e t h y l e ne 体 の 作 動 活 性 は 保 持 す る の に 対 し ，5 - t h i a 体 で は 減 弱 す る 傾 向 が あ っ た ． 置 換 基 効 果 が 対 照 的 な 構 造 活 性 相 関 が 得 ら れ た 点 は 興 味 深 い ． ま た 末 端 ベ ン ゼ ン 環 を メ チ ル フ ラ ン に 変 換 し た 場 合 に 最 も 高 い E P 4 作 動 活 性 を 示 し た ．

代 表 的 な 化 合 物 の 経 口 吸 収 性 と ラ ッ ト に お け る 作 動 活 性 ， 及 び L P S 惹 起 に よ る

i n v i v o ラ ッ ト T N F - α の 産 生 抑 制 作 用 を 評 価 し た ． そ の 結 果 ， 生 物 学 的 利 用 率 が

1 0%以 上 を 示 し ， か つ i n v i v o に お い て 有 効 性 を 示 す 化 合 物 を 見 出 す こ と が で き た ． 以 上 の こ と か ら ，T N F - α が 関 与 す る 病 態 に お い て 有 効 な 薬 剤 と な る 可 能 性 を 示 す こ と が 出 来 た ．

第 ４ 章 で は ，8 - a z a PG 骨 格 を 2 - o x o - 1 , 3 - o x a z o l i d i n e，2 - o x o - 1, 3 - t h i a z o l i d i n e お よ び 5 - t h i o x o p y r r o l i d i n e へ と 変 換 し た 誘 導 体 の 合 成 ，お よ び そ の 構 造 活 性 相 関 に つ い て 述 べ る ．上 記 の 母 骨 格 を 有 す る 誘 導 体 は E P 4 選 択 的 な 結 合 活 性 と 作 動 活 性 を 示 し た ． 各 骨 格 の 特 徴 と し て ， 比 較 的 サ ブ タ イ プ 選 択 性 に 優 れ た 2- o x o - 1 , 3 - o x a zo l i d i n e タ イ プ ，E P 4 受 容 体 に 対 す る 親 和 性 が 高 く ア ゴ ニ ス ト 活 性 が 強 力 な 2 - o x o - 1, 3 - t h i a zo l i d i n e タ イ プ ，E P 4 に 対 す る 結 合 親 和 性 は 非 常 に 高 い が ア ゴ ニ ス ト 活 性 は そ れ に 比 し て 若 干 の 低 下 傾 向 が あ っ た 5 - t h i o xo p y r r o l i d i ne と 多 様 な 構 造 活 性 相 関 を 示 し た ．こ れ ら の 化 合 物 の ，経 口 投 与 に お け る L P S 惹 起 ラ ッ ト T N F - α産 生 抑 制 作 用 お よ び 血 中 動 態 を 評 価 し た 結 果 ，i n v i v o活 性 と 構 造 ， 薬 物 動 態 パ ラ メ ー タ ー と の 明 確 な 相 関 は 認 め ら れ な か っ た も の の ， 有 効 性 を 示 す 複 数 の 骨 格 を 見 出 す こ と が 出 来 た ．

第 ５ 章 で は ，2 -メ ル カ プ ト チ ア ゾ ー ル- 4-カ ル ボ ン 酸 構 造 を 有 す る 8 - a z a P G 誘 導 体 の 合 成 と 構 造 活 性 相 関 に つ い て 述 べ る ．E P 4 受 容 体 を 介 し た シ グ ナ ル が 骨 形 成 に 関 与 す る 知 見 が あ り ，E P 2 受 容 体 を 介 し た シ グ ナ ル も ま た ， 骨 形 成 に 関 す る 情 報 が 他 社 よ り 発 表 さ れ た ． そ こ で E P 4 作 動 活 性 と E P 2 作 動 活 性 を 併 せ 持 っ た 化 合 物 が 創 製 で き れ ば 有 用 な 骨 折 治 療 剤 と な る 可 能 性 が 示 唆 さ れ た ．

こ れ ま で に 見 出 し て き た E P 4 選 択 的 な 作 動 活 性 を 示 す 8- a z a - 5 - t h i a - 1 6 p he n y l PG E1誘 導 体 に E P 2 作 動 活 性 を 併 せ 持 た せ る こ と が で き る か を 検 討 し た ．α 側 鎖 に 安 息 香 酸 を 有 す る 8 - a z a - PG E1 誘 導 体 が ，E P 4 の み な ら

ず E P 2 受 容 体 に 対 す る 結 合 親 和 性 を 示 す 報 告 が あ っ た ．そ こ で こ れ ら の 知 見 に 基

3

づ き α 側 鎖 へ ベ ン ゼ ン 環 を 導 入 し た 誘 導 体 を 合 成 し 評 価 し た 結 果 ，E P 2 及 び E P 4 に 対 し て 選 択 的 な 活 性 を 示 し た ． 続 い て ， こ の 化 合 物 の α 側 鎖 の 安 息 香 酸 部 分 を 変 換 す る こ と に よ り 活 性 向 上 が 可 能 か を 検 討 し た ． ベ ン ゼ ン 環 を ヘ テ ロ 芳 香 環 へ 変 換 し ， さ ら に 硫 黄 原 子 の 導 入 を 行 う こ と に よ り ， 極 め て 高 い E P 4 活 性 お よ び

E P 2 活 性 を 示 す ，2 -メ ル カ プ ト チ ア ゾ ー ル- 4 -カ ル ボ ン 酸 構 造 を 有 す る 誘 導 体 を 見

出 し た ．こ れ に 対 し 2-メ ル カ プ ト チ ア ゾ ー ル- 5 -カ ル ボ ン 酸 構 造 を 有 す る 誘 導 体 は ， 4-カ ル ボ ン 酸 体 に 比 較 し て 大 き く 活 性 が 減 弱 し て い た ．4-カ ル ボ ン 酸 の 場 合 に は カ ル ボ ン 酸 と 受 容 体 と の イ オ ン 的 な 相 互 作 用 の 他 ， チ ア ゾ ー ル 環 上 の 窒 素 原 子 が

E P 2/ E P 4 受 容 体 と 効 果 的 に 相 互 作 用 で き る 配 置 に あ る の に 対 し ，5 -カ ル ボ ン 酸 の

場 合 に は こ の 効 果 が 得 ら れ な い た め で あ ろ う と 推 測 し て い る ． ま た E P 2 お よ び

E P 4 活 性 発 現 に は カ ル ボ ン 酸 部 位 の 平 面 性 が 重 要 で あ る こ と を 見 出 し た ．

第 ６ 章 で は ，５ 章 ま で に 見 出 し た E P 4 作 動 薬 で あ る 8 - a z a - 5 - t h i a - 1 6 p he n y l P G E¹ 誘 導 体 と 2 - m e r c ap t o t h i a z o l e - 4 - c a r b o x y l i c a c i d 誘 導 体 の ， P L G A （ p o l y l ac t i d e - c o - g l y c o l i d e） 製 剤 化 を 指 向 し た 化 合 物 の 合 成 と 構 造 活 性 相 関 に つ い て 述 べ る ． 骨 折 患 者 へ の 利 便 性 を 考 慮 す る と ， 単 回 の 局 所 投 与 に よ り 治 療 効 果 を 発 揮 す る 投 与 形 態 が 望 ま し い と 考 え ら れ た ． そ こ で 持 続 的 な 化 合 物 の 放 出 が 期 待 で き る 生 分 解 性 の ポ リ マ ー で あ る P L G A マ イ ク ロ ス フ ェ ア 製 剤 を 用 い る こ と が 可 能 か を 検 討 す る こ と に し た ． 最 初 に ， 初 期 に 見 出 し て い た E P 4 作 動 薬 で あ る 5- t h i a - 1 6- p he n y l P G E1 誘 導 体 の P L G A 製 剤 へ の 封 入 を 検 討 し た 結 果 ， 製 剤 化 に お け る 化 合 物 の 封 入 率 が 低 か っ た ． こ れ は 化 合 物 の 脂 溶 性 が 低 い た め に 製 剤 化 の 際 に 水 系 の 溶 媒 へ 溶 解 し て し ま う こ と が 原 因 で あ ろ う と 考 え ら れ た ． そ こ で ，

E P 4 活 性 あ る い は E P 2/ E P 4 活 性 を 維 持 し た ま ま 脂 溶 性 の 高 い 化 合 物 へ 変 換 で き

る か を 検 討 し た ．

2 系 統 の 化 合 物 に つ い て ，ω 側 鎖 末 端 の ベ ン ゼ ン 環 の メ タ 位 へ 脂 溶 性 の 高 い 置 換 基 を 導 入 し た ． 種 々 の 置 換 基 を 導 入 し た 化 合 物 に つ い て 合 成 し 評 価 し た 結 果 ， 脂 溶 性 が 高 く E P 4 選 択 的 な 結 合 活 性 及 び 作 動 活 性 を 示 す 化 合 物 を 見 出 し た ．ま た

E P 2/ E P 4 に 対 し て 高 い 結 合 活 性 を 示 す 化 合 物 を 見 出 す こ と が で き た ．代 表 的 な 化

合 物 の P L G A 製 剤 化 を 行 っ た 結 果 ，脂 溶 性 が 低 か っ た 初 期 の 化 合 物 に 比 較 し て 封 入 率 が 向 上 し た ．ま た 製 剤 か ら の 化 合 物 の 放 出 を 評 価 し た 結 果 ，2 8 日 ま で 持 続 的 に 化 合 物 が 放 出 さ れ て い る こ と が 確 認 で き た ． こ の 製 剤 を 用 い て ， ラ ッ ト の 骨 折 モ デ ル に お け る 有 効 性 を 評 価 し た ．化 合 物 を 封 入 し た P L G A 製 剤 を 単 回 投 与 し て 評 価 し た 結 果 ，骨 強 度 の 改 善 作 用 が 確 認 で き た ． 以 上 ， こ こ で 見 出 し た E P 4 及 び

E P 2/ E P 4 作 動 薬 は 有 用 な 骨 折 治 療 剤 と な る 可 能 性 が あ る ．

第 ７ 章 は 総 括 で あ り ， 本 研 究 を 通 じ て 明 ら か に な っ た 結 果 に つ い て 総 括 す る ． 第 ８ 章 は 実 験 項 で あ り ， 本 研 究 で 合 成 し た 化 合 物 の 実 験 方 法 に つ い て 述 べ る ．

Ｎｏ.1

早稲田大学 博士（理学） 学位申請 研究業績書

氏名 神戸 透 印

（２０１２年０６月現在）

種 類 別 題名、 発表・発行掲載誌名、 発表・発行年月、 連名者（申請者含む）

論文

その他

（論文）

○ “Synthesis and evaluation of γ-lactam analogs of PGE₂ as EP4 and EP2/EP4 agonists.”

Bioorg. Med. Chem. 2012, 20, 3502–3522.

Tohru Kambe, Toru Maruyama, Yoshihiko Nakai, Hiroji Oida, Takayuki Maruyama, Nobutaka Abe, Akio Nishiura, Hisao Nakai, Masaaki Toda

○ “Discovery of novel prostaglandin analogs as potent and selective EP2/EP4 dual agonists.”

Bioorg. Med. Chem. 2012, 20, 2235–2251.

Tohru Kambe, Toru Maruyama, Yoshihiko Nakai, Hideyuki Yoshida, Hiroji Oida, Takayuki Maruyama, Nobutaka Abe, Akio Nishiura, Hisao Nakai, Masaaki Toda

○ “Synthesis and evaluation of novel modified γ-lactam prostanoids as EP4 subtype-selective agonists.”

Bioorg. Med. Chem. 2012, 20, 702-713.

Tohru Kambe, Toru Maruyama, Toshihiko Nagase, Seiji Ogawa, Chiaki Minamoto, Kiyoto Sakata, Takayuki Maruyama, Hisao Nakai, Masaaki Toda

○ “Discovery of a novel EP2/EP4 dual agonist with high subtype-selectivity.”

Bioorg. Med. Chem. Lett. 2012, 22, 396-401.

Tohru Kambe, Toru Maruyama, Masayuki Nakano, Yoshihiko Nakai, Tadahiro Yoshida, Naoki Matsunaga, Hiroji Oida, Akira Konaka, Takayuki Maruyama, Hisao Nakai, Masaaki Toda

○ “Discovery of orally available 8-aza-5-thiaprostaglandin E1 analogs as highly selective EP4 agonists.”

Chem. Pharm. Bull. 2011, 59, 1523-1534.

Tohru Kambe, Toru Maruyama, Masayuki Nakano, Yoshiyuki Yamaura, Tomoyuki Shono, Akiteru Seki, Kiyoto Sakata, Takayuki Maruyama, Hisao Nakai, Masaaki Toda

○ “Discovery of an 8-aza-5-thiaprostaglandin E1 analog as a highly selective EP4 receptor agonist.”

Chem. Pharm. Bull. 2011, 59, 1494-1508.

Tohru Kambe, Toru Maruyama, Atsushi Naganawa, Masaki Asada, Akiteru Seki, Takayuki Maruyama, Hisao Nakai, Masaaki Toda

“Discovery of new chemical leads for selective EP1 receptor antagonists.”

Bioorg. Med. Chem. 2006, 14, 5562-5577.

Atsushi Naganawa, Tetsuji Saito, Yuki Nakao, Hiromu Egashira, Maki Iwahashi, Tohru Kambe, Masatoshi Koketsu, Hiroshi Yamamoto, Michiyoshi Kobayashi, Takayuki Maruyama, Syuichi Ohuchida, Hisao Nakai, Kigen Kondo, Masaaki Toda

“Biomimetic methyl transfer from amine to thiol.”

Chem. Commun., 1998, 41-42.

Masaru Tada, Tohru Kambe, Yoshinobu Inouye

“Syntheses of folic acid models, 6-(N-acylarylamino)methyllumazines.”

J. Heterocycl. Chem. 1996, 33, 341-345.

Mamoru Igarashi, Tohru Kambe, Masaru Tada

Ｎｏ.2

早稲田大学 博士（理学） 学位申請 研究業績書

種 類 別 題名、 発表・発行掲載誌名、 発表・発行年月、 連名者（申請者含む）

その他

（特許）

その他

（講演）

“Bicyclic compound and use thereof for medical purposes.”

WO2011/013651, 2011 Feb 3.

Tohru Kambe, Toru Maruyama, Shinsaku Yamane, Satoshi Nakayama, Kousuke Tani

“N-type calcium channel inhibitor.”

WO2006/038594, 2004 Apr 13.

Tazumi Ohtani, Tohru Kambe, Kaoru Kobayashi, Hideyuki Takimizu, Yoko Ito

“8-Azaprostaglandin derivatives and medicinal uses thereof.”

WO2004/065365, 2004 Aug 5.

Tohru Kambe, Toru Maruyama, Kaoru Kobayashi, Kousuke Tani, Yoshihiko Nakai, Toshihiko Nagase, Takayuki Maruyama, Kiyoto Sakata, Hideyuki Yoshida, Shinsei Fujimura, Akio Nishiura, Nobutaka Abe.

“8-Azaprostaglandin derivative compounds and drugs containing the compounds as the active ingredient.”

WO2003/074483, 2003 Sep 12.

Kousuke Tani, Kaoru Kobayashi, Toru Maruyama, Tohru Kambe, Mikio Ogawa, Tsutomu Shiroya.

“Remedies for diseases with bone mass loss having EP4 agonist as the active ingredient.”

WO2003/009872, 2003 Feb 6.

Toru Maruyama, Kaoru Kobayashi, Tohru Kambe, Takayuki Maruyama, Hideyuki Yoshida, Akio Nishiura, Nobutaka Abe

“A model reaction of the methyl transfer from 5-methyltetrahydrofolate to homocysteine.”

Poster presentation at Chemical Society of Japan annual meeting; Oct 7th, 1996, Kyusyu university, Japan (Abstract vol.71, page 200).

Tohru Kambe, Masaru Tada