siRNAのGalNAc肝臓送達とは？ ASGPRを介した仕組みを解説

この二つを肝臓向けに解いたのが、GalNAc核酸医薬を肝臓の細胞へ届けるために結合させる糖のリガンドです。肝細胞表面の受容体に結びつき、薬物の取り込みを高めます。詳しく →(N-アセチルガラクトサミン＝糖の一種)を結合させたsiRNA二本鎖の短いRNAで、RISC（Ago2）を介して標的mRNAを分解する核酸医薬。ASOと製造基盤を共有する。です。肝細胞の表面にたくさん出ている受容体をGalNAcが鍵のように使い、皮下注皮膚の下に注射する投与経路。一度に入れられる液量が小さく、抗体の高濃度化が求められる。射という手軽な投与で肝臓へ届ける。承認済みのsiRNA医薬の多くがこの方式を採っているのは、その実績があるからです。

ではなぜ、GalNAcを付けるだけで肝臓に狙い澄まして届くのか。鍵を握るのはASGPR(アシアロ糖タンパク受容体)を介した取り込みで、そこには三分岐GalNAcの形状、安定化のための化学修飾との組み合わせ、脂質ナノ粒子mRNAなどの核酸を封入して細胞へ送達する脂質の微粒子。mRNAワクチンで大規模に実用化された非ウイルス系。(LNPmRNAなどを包んで細胞へ届ける脂質の微粒子。全身投与では肝細胞に取り込まれやすい。)との使い分けといったプロセス・品質の勘所も絡んできます。siRNAの製造の流れはsiRNA原薬の製造工程も参考になります。

ASGPRを鍵穴に使う：なぜ肝細胞に集まるのか

GalNAc送達の中心にあるのが、ASGPR(Asialoglycoprotein Receptor＝アシアロ糖タンパク受容体)です。C型レクチン糖を特異的に認識して結合するタンパク質の一群。ASGPRもこの仲間で、肝臓送達に関わる。と呼ばれる糖認識タンパク質で、肝細胞(肝実質細胞)の血液側の表面に細胞あたり数十万コピーとも言われる密度で発現しています。ほかの臓器にはほとんど出ていない——この偏りこそが、肝臓への選択性目的物と不純物を、溶出位置をどれだけ離して分けられるかの度合い。分離の分解能を左右する。の源です。

ASGPR肝細胞表面に多く発現する受容体。GalNAcが結合し、核酸を肝細胞へ取り込ませる入口になる。のもう一つの特徴は、取り込みが速く受容体がすぐ表面へ戻って再利用される点です。結合した相手を細胞内へ引き込み、また表面に戻るという回転が速いため、少ない受容体数で多くの分子を運び込めます。GalNAcはこの受容体が本来認識する糖の構造をまねており、いわば肝細胞専用の鍵として働きます。

GalNAcの肝臓選択性は、ASGPRが肝細胞にほぼ限定して高密度で出ていることに由来します⁠。

三分岐GalNAc：一つより三つがよく効く理由

GalNAcは一つ結合させるだけでは、ASGPRとの結合力が十分ではありません。実務で使われるのは、枝分かれした足場に三つのGalNAcを並べた三分岐(トリアンテナリー)型です。

ASGPRが複数の糖を同時に掴む構造をしているためです。三つのGalNAcを受容体の掴みやすい間隔(結晶構造の報告では糖どうしの中心間で概ね15オングストローム程度とされます)で配置すると、結合力が跳ね上がります。報告では、一分岐に比べて三分岐で結合親和性抗体と抗原の結合の強さのことで、解離定数KDが小さいほど強く結合する。が大きく高まり、肝細胞への取り込みも増えるとされます。

数値の細部は文献や設計で幅がありますが、方向性は一貫しています。三つを適切な間隔で並べることが、GalNAc送達ゲノム編集ツールや核酸医薬などを標的細胞・組織まで安全かつ効率よく運ぶための技術・方法論の総称。の効きどころです。⁠受容体が複数点で掴む構造に合わせて三分岐にすることで、結合力と取り込みが実用水準に達します⁠。

皮下投与から細胞内まで：取り込みの流れ

GalNAc結合siRNAは皮下注射で投与できます。皮下から血中に入り、肝臓を通るときにASGPRに掴まれる——その流れです。IV(点滴静注)を要する製剤製剤。原薬を処方・充填して、最終的な投与形態に仕上げた製品。と比べると、投与の負担が小さい点は外来や在宅投与を見据えた実務上の大きな利点になります。

細胞内までの道のりは、おおむね次のように理解されています。

• 結合⁠：GalNAcがASGPRに結合します。
• 取り込み⁠：受容体ごと細胞内へ引き込まれ、小胞(エンドソーム細胞が外部から取り込んだ物質を包む小胞。内部が酸性化し、抗体はここでFcRnに結合する。)に包まれます。
• 解離薬分子が水溶液中で電荷を帯びたイオン型と電荷を持たない非イオン型に分かれる現象で、体内のpH環境によって割合が変化する。と再利用⁠：エンドソーム内が弱酸性になるとsiRNAが受容体から外れ、受容体は表面へ戻って再び使われます。
• エンドソーム脱出取り込まれたsiRNAがエンドソームの膜を越えて細胞質へ出る過程。効率が低く、送達の課題とされる。⁠：一部のsiRNAがエンドソームの膜を越えて細胞質に出て、そこで初めてRNAi二本鎖RNAが配列特異的に標的mRNAを分解する仕組み。siRNAの作用機構の基盤。の機構に載ります。

最後のエンドソーム脱出は効率が低く、細胞質細胞内部の区画。大腸菌では還元的で、そのままではジスルフィド結合ができにくい。まで届くのはごくわずか(1パーセント未満と見積もる報告もあります)です。それでも効くのは、siRNAがRNAiで触媒的に働き、少量でも標的mRNAを繰り返し切れるからです。エンドソーム脱出の効率は送達技術全体の課題として、今も改良が続いています。

化学修飾との組み合わせ：守りがあって初めて届く

GalNAcは「運ぶ」役割ですが、それだけでは足りません。運んでいる間に分解されては意味がないので、siRNA本体を壊れにくくする化学修飾核酸の糖・骨格・末端に施し、安定性・結合力・免疫原性を整える改変。がセットになります。GalNAc送達は、この安定化とワンセットで初めて成立します。

代表的な修飾には次のようなものがあります。

• 2'-O-メチル核酸の糖2'位に施す化学修飾。安定性や免疫原性の調整に用いる。(2'-OMe核酸の糖の2'位に施す化学修飾。標的との結合親和性とヌクレアーゼ耐性を高める。)修飾⁠：糖の一部を置き換え、分解酵素(ヌクレアーゼ核酸を分解する酵素です。製造では培養由来の残存DNA/RNAを分解・除去して製品の純度を高める目的で使い、ベンゾナーゼが代表例です。詳しく →)に対する耐性を上げます。
• 2'-フルオロ(2'-F核酸の糖の2'位に施す化学修飾。標的との結合親和性とヌクレアーゼ耐性を高める。)修飾⁠：同じく2'位を置き換える修飾で、安定性とRNAi活性のバランス調整に使われます。
• ホスホロチオエート骨格の酸素をイオウに置き換えた結合で、ヌクレアーゼ耐性を高める狙いがある。(PS)結合⁠：骨格の一部を硫黄で置き換え、末端付近を中心に分解を防ぎます。

Alnylam社が示したESC2'-OMeと2'-Fで糖の2'位をほぼ全面修飾し、末端近くにPS結合を配する安定化設計。(Enhanced Stabilization Chemistry＝強化安定化化学)では、2'-OMeと2'-Fで糖の2'位をほぼ全面的に修飾し、末端近くに限られた数のPS結合を置く設計が知られます。修飾の位置と割合を最適化することで、RNAi活性を保ったまま体内での安定性と作用の持続を高められると報告されています。

こうした安定化があるからこそ、投与回数を減らせます。標的や設計によりますが、承認された肝臓向けsiRNAには、初回・数か月後・その後は半年ごと、といった間隔で使われるものもあります。⁠GalNAc送達は化学修飾による安定化と一体で成り立ち、その組み合わせが少ない投与回数を可能にします⁠。核酸医薬siRNAやASOなど核酸を用い、標的mRNAを分解・抑制して効かせる医薬。の設計思想はアンチセンス核酸(ASO)とはとも通じるところがあります。

LNPとの使い分け：肝臓ならGalNAc、その先はLNP

siRNAの送達手段としては、脂質ナノ粒子(LNP＝Lipid Nanoparticle、siRNAを脂質の粒に包む方式)もあります。両者は競合というより、狙う臓器と投与法で使い分ける関係です。

GalNAcは肝臓への選択性が高く、皮下で投与でき、化学構造が明確で品質管理遺伝子治療製品の品質・安全性・有効性を保証するために製造・出荷の各段階で実施する試験・管理の総体。の説明もしやすい利点があります。半面、ASGPRに依存するため、肝細胞以外の臓器を狙うのは苦手です。

LNPは、肝臓ではアポリポタンパクEを介した経路で肝細胞に運ばれる一方、粒子側の設計次第で肝臓以外を狙う応用の余地が残ります。IV投与の製剤では、注入に伴う反応を抑えるために前投薬(ステロイドや抗ヒスタミン薬など)が必要になる場合があります。⁠肝細胞を狙うならGalNAcが第一候補、肝臓の外へ広げたいならLNP、という住み分けが基本です⁠。

まとめ

GalNAc結合siRNAは、肝細胞にほぼ限定して高密度に出ているASGPRを鍵穴として使い、皮下投与で肝臓へ届ける技術です。三つのGalNAcを受容体の掴みやすい間隔で並べる三分岐型が結合力を確保し、取り込みから細胞内までを効率化します。ただし運ぶだけでは足りず、2'-OMe・2'-F・PSといった化学修飾でsiRNA本体を安定化させて初めて、少ない投与回数で効く医薬になります。

肝臓を狙うならGalNAc、肝外まで広げたいならLNP——この使い分けを押さえておくと、送達方式の議論が整理しやすくなります。仕組みを理解しておくことは、原薬原薬。精製を終えた有効成分そのもので、製剤化する前の段階を指す。の製造・品質設計や規制当局への説明を組み立てるうえでも土台になります。

参考文献

• FDA, Drugs — 承認済み核酸医薬の添付文書・審査情報
• EMA, Medicines — 欧州における核酸医薬の評価情報
• ICH Q6B生物薬品の規格・試験方法の設定の考え方を示すICHガイドライン。力価などの規格を扱う。, Specifications: Test Procedures and Acceptance Criteria for Biotechnological/Biological Products
• USP米国で医薬品・原料・試験法の公式基準を定める公定書で、製薬用水に関する規格も収載されている。, General Chapters — 品質試験の一般的な枠組み
• Nair et al., Multivalent N-Acetylgalactosamine-Conjugated siRNA Localizes in Hepatocytes and Elicits Robust RNAi-Mediated Gene Silencing (J. Am. Chem. Soc., 2014)
• Springer AD & Dowdy SF, GalNAc-siRNA Conjugates: Leading the Way for the Delivery of RNAi Therapeutics (Nucleic Acid Ther., 2018)
• Zhang et al., The therapeutic prospects of N-acetylgalactosamine-siRNA conjugates (Front. Pharmacol., 2022)