1. コロナ感染治療のために何が必要か?

コロナウイルスについての報道の多くを占めるワクチンは、多くの国で接種が進み、現在は開発途上国などの自力でワクチンを調達できない国、地域への支援が始まっています。

ワクチンは、基本的に感染の「予防」に使われるもので、接種した人が感染した場合に比較的軽症で済むということはありますが、コロナウイルス感染症を「治療」するものではありません。

重症化した場合、呼吸器に大きな障害が残る可能性があるため、どうしても「治療」のための方法は必要とされます。

京都大学iPS細胞研究所の研究グループは、新型コロナ感染症の新しい治療方法につながる化合物の組み合わせを発見し、アメリカの科学誌に論文を発表しました。

この研究は、人工多能性幹細胞(iPS細胞)使って行われた研究で、iPS細胞研究所の高山和雄博士らが中心となって行われました。

2. コロナウイルス感染の仕組み

コロナウイルスの細胞表面には、スパイクと呼ばれているタンパク質があります。

感染する時には、スパイクタンパク質がヒトの細胞表面にあるアンジオテンシン変換酵素2(ACE2)に結合します。

結合したスパイクタンパク質は、ヒトの細胞が持つ膜貫通型セリンプロテアーゼ2(TMPRSS2)によって切断され、S1ドメイン、S2ドメインの2つになります。

このうち、S2ドメインを使って、コロナウイルスは自分の膜と、ヒトの細胞膜を融合させ、ヒト細胞内に侵入します。

このメカニズムから、コロナウイルスの感染には、ヒトが持っているACE2とTMPRSS2が必須であると考えられています。

しかし、最近になってACE2とTMPRSS2以外にも重要な分子がある事が明らかになってきました。

例を挙げると、ニューロピリン-1(NRP-1)というタンパク質、CD147として知られるバシジン(BSG)をいうタンパク質です。

ニューロピリンとバシジンは、コロナウイルスが神経細胞と免疫関連細胞であるT細胞に感染する時に必要なタンパク質であることがわかっています。

この研究では、ニューロピリン-1、バシジン、TMPRSSの役割を中心に解析しています。

その際に、iPS細胞をCROSPRシステムを使ってゲノム編集を行い、解析に使っています。

3. ゲノム編集とは?

ゲノム編集とは、生物が持つ遺伝子、DNA上にある特定の塩基配列をターゲットを絞り込んで変化させることができる技術です。

狙う場所が決まったら、ハサミの役割を持つツールでDNAを切断します。

切断されたDNAは、生物が元々持っているゲノム修復機構によって修復されますが、時々修復ミスによって変異が起きます。

この変異を利用して生物の形質を変化、転換し、目的に合った性質を持つ生物を作り出すのがこのゲノム編集の目的です。

その中で、よく使われるツール、ハサミの役割をするツールが、CRISPRです。

CRISPR/Cas9と呼ばれることの多いこのシステムは、元々細菌が持っている外来DNAの排除に関わるシステムをゲノム編集に応用したものです。

ウイルスが細菌に感染すると、ウイルスは菌の中で自己複製します。

しかし、細菌はウイルス由来の遺伝子を切断するという手段を用いながらウイルスから自分を守ります。

この守る役割をしているのが、Cas9という酵素です。

Cas9という酵素が、DNA上にたどりつくと、ある配列をターゲットにして切断反応を行います。

そのため、ゲノム編集をする時には、DNAのどこでもできるというわけではありません。

Cas9は、DNAの2本鎖を一気に切断します。

そのため、細胞内ではすぐに2本鎖の修復に入ります。

細胞周期に依存するDNA修復機能ではないため、切断されたDNAの末端同士をつなぐという少々荒っぽい方法が採られます。

その結果、遺伝子の枠がズレるなどによって変異が入ってしまう確率が増大します。

編集を受けた遺伝子は、目的のタンパク質を作ることができないので、そのタンパク質を持たない細胞が出現します。

通常の細胞と、そのタンパク質をもたない細胞を比較して、異なる部分があれば、それはそのタンパク質の存在が重要であったと考えることができます。

今回の場合、iPS細胞内のDNA上で、コロナウイルス感染に重要と思われるヒトの遺伝子を切断し、変異を起こさせて機能不全にして解析を行うという方法を採っています。

4. コロナ感染に重要なタンパク質を阻害する

ゲノム編集の解析により、コロナウイルスが感染する時に手助けをしてしまうヒトのタンパク質は、カテプシンBと以前から言われていたTMPRSS2である事が明らかになりました。

ゲノム編集によってこの2つのタンパク質を同時に機能不全にすると、ACE2が存在しているにも関わらず、コロナウイルスの感染効率が大きく低下しています。

となると、カテプシンBとTMPRSS2の機能を抑制、または阻害する薬剤、化合物は、コロナウイルスの感染防止に効果があると考えられます。

この予想を確認するために、研究チームは、カテプシンBの阻害剤であるCA-074メチルエステル、TMPRSS2阻害剤であるカモスタットを使って解析を行いました。

その結果、カテプシンBとTMPRSS2を同時にゲノム編集によって機能不全にした時と同様に、コロナウイルスの感染を抑止することに成功しました。

CA-074メチルエステル、カモスタットの2つが効果のあることが証明されたわけですが、それは同時にカテプシンB、TMPRSS2それぞれの機能を、阻害、抑制する化合物であれば、コロナウイルス感染防止の薬になり得ると言うことを示しています。

製薬会社が中心となって行っている創薬は、イメージとして薬を一から作るという印象がありますが、今回のようなケースも細菌増えています。

iPS細胞などを使って、コロナウイルスの感染に必要なタンパク質などの機能を明らかにし、新しい化合物ではなく、現在までに見つかっている、または合成されている化合物の中から効果のあるものを探し出し、薬の候補にするという創薬方法です。

もし、すでに薬剤として使われているものが効果があるとすれば、一から薬を作るよりも少ないステップで、臨床の現場に供給することが可能です。

すでに生産ラインは製薬会社にあるため、いくつかの認可が下り次第、臨床現場に薬剤として供給することができます。

ヒトへの安全性も、すでに使われている薬であれば確認されているので、新しく使うシチュエーションでの安全性の確認のみで薬品として臨床で使うことができます。

iPS細胞に代表される幹細胞は、こういった新しいタイプの創薬において大きな役割を果たしており、すでにいくつもの薬剤が、新しい効果を期待されて他の疾患の薬として使われています。

ただし、今回特定されたコロナウイルス感染抑止に効果のある2つの化合物、CA-074メチルエステル、カモスタットのうち、カモスタットはすでに慢性膵炎における急性症状、また術後逆流性食道炎に使われています。

しかし、カモスタットは、妊婦、または妊娠している可能性のある婦人には大量投与を避ける必要があります。

さらに、低出生体重児、新生児、乳児、幼児または小児に対する安全性は確立していないと発表されています。

この「安全性は確立されていない」は、そく危険ということではなく、「使用経験がない」ということですので、安全性が確認される可能性もあります。

一方で、CA-074メチルエステルは、薬剤として使っている実績がないため、コロナウイルス感染に対する薬剤として使うには、いくつかのハードルがあります。

とはいえ、コロナウイルスが感染した場合、ヒトの細胞内に侵入する時に重要な分子がはっきり特定できたことによって、有効な化合物、治療方法のターゲットが絞られたことは、コロナウイルス制圧に大きな一歩、ということができます。