核酸医薬（ASO・siRNA）のADMEとは？分布・代謝・排泄の特徴

その独特さの根っこは、核酸が「大きく、水になじみ、強く負に帯電した分子」である点にあります。裸のままでは細胞膜を受動拡散で通れず、血中では酵素にすぐ壊され、腎臓から抜けていきます。だからこそ核酸医薬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ADMEは、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。と送達技術で「後から設計する」性格が強く、この点が低分子・抗体との最大の違いになります。

本稿は、核酸医薬のADMEが他モダリティとどう違うのかを起点に、血漿からの速い消失と肝・腎への集積、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 →による代謝と化学修飾・送達技術による安定化と標的化、腎排泄、そして組織内の半減期薬の血中濃度が半分に下がるまでの時間。抗体フラグメントでは短く、延長の工夫が要る。が血漿と大きく乖離する理由までを、順に整理します。標的組織への移行シリコーンなどが容器側から薬液側へ移り出ること。の難しさと、それを測るバイオアナリシスの考え方にも触れます。

核酸医薬のADMEはなぜ低分子・抗体と違うのですか

一言でいえば、分布も代謝も「分子の性質だけでは決まらない」からです。低分子は、脂溶性や分子量といった物性で膜透過性がおおむね決まり、肝臓の代謝酵素で変換されて消えていきます。抗体は、大きさとFcRnIgGを細胞内でリサイクルして血中半減期を延ばす受容体。サイレンシング設計でも結合を残すことが多い。リサイクル、標的抗原への結合が動態を左右します。核酸医薬はそのどちらとも違い、化学修飾と送達技術で分布と安定性を能動的に作り込む点に特徴があります。

代謝の担い手も異なります。低分子の多くはシトクロムP450肝臓に多く存在する代表的な薬物代謝酵素群。多くの低分子医薬の代謝を担う。などによる第I相反応と、抱合による第II相反応で代謝されます。この枠組みは薬物代謝（第I相・第II相）で扱っています。一方、核酸医薬は基本的にP450の主要な基質ではなく、体内に広く存在するヌクレアーゼ（核酸分解酵素）によって鎖が短く切り縮められる形で代謝されます。したがって、P450を介した薬物相互作用ある薬がトランスポーターや酵素を阻害・誘導し、併用薬の濃度を変える薬物相互作用。の懸念は、低分子ほど大きくありません。

分布の面でも、核酸は大きく負に帯電しているため単純拡散で細胞に入りにくく、そのままでは狙った細胞の中まで届きません。裸の核酸が血中で速く分解され、腎臓から排出されやすいという弱点も相まって、「安定性を上げる」「標的組織へ運ぶ」という二つの工夫が、核酸医薬の設計と動態の中心に据えられます。

血漿からの速い消失と肝・腎への集積

静脈内に投与された核酸医薬は、血漿からきわめて速く消えます。血中濃度は投与後の短時間で大きく下がりますが、これは主に薬が壊れて無くなるからではなく、組織へ速やかに分布していくためです。血漿から抜けた核酸は全身の組織に広がり、とくに肝臓と腎臓に高く集まります。

腎臓に集まりやすいのは、核酸が比較的小さく水になじむ分子で糸球体でろ過されやすいこと、そしてろ過されたのち近位尿細管で再吸収され皮質に蓄積することが関わります。肝臓は、取り込み機構に富み、多くの巨大分子や粒子の集積先になりやすい臓器です。この「血漿からは速く消えるのに、肝・腎には濃く集まる」という食い違いが、核酸医薬の分布を理解する出発点になります。モダリティ抗体・低分子・核酸・細胞治療など、医薬品の種類・創薬手法の区分。横断での分布評価の考え方は組織分布（biodistribution）で整理しています。

ヌクレアーゼによる代謝と化学修飾による安定化

核酸医薬の代謝と安定性は、表裏一体の関係にあります。何が壊すのかを押さえると、なぜ修飾が要るのかが見えてきます。

ヌクレアーゼによる分解

体内には、核酸を分解するヌクレアーゼが血漿にも組織にも広く存在します。鎖の末端から一塩基ずつ削るエキソヌクレアーゼDNAを端から削る分解酵素。閉端DNAは耐性を持つため、開放端の不純物を選択的に除くのに使える。と、鎖の内部を切るエンドヌクレアーゼがあり、これらが核酸医薬を少しずつ短く切り縮めていきます。代謝物は、親分子より鎖長の短い分解産物として現れるのが特徴で、低分子のように酸化や抱合を受けて別構造になる代謝物とは様相が異なります。無修飾の核酸は、この分解を受けて速く壊れてしまいます。

化学修飾による安定化

そこで核酸医薬では、ヌクレアーゼに切られにくくする化学修飾が施されます。代表的なのが、骨格のリン酸をホスホロチオエート結合核酸をヌクレアーゼによる分解から守る化学修飾のひとつ。修飾sgRNAの末端などに用いる。に置き換える修飾で、ヌクレアーゼ抵抗性を高めると同時に、血漿タンパクとの結合を強めて速い腎排泄を抑える働きもあります。加えて、糖部の2'位を修飾する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。や2'-O-メトキシエチル、2'-フルオロなどの修飾が、分解耐性と標的への結合力を高めます。こうした修飾を組み合わせることで、無修飾では成り立たない体内滞留時間抗体が標的に結合し続ける時間。解離の遅さ（小さいkd）で長くなり、効き続けやすさに関わる。と組織半減期が得られます。

送達技術による標的化：GalNAc抱合とLNP

安定化だけでは、狙った細胞の中まで核酸を届けられません。負に帯電した核酸は細胞膜を自力で通りにくいため、標的細胞へ運び込む送達技術が要ります。肝臓を狙う場合に広く使われるのが、次の二つです。

一つはGalNAc（N-アセチルガラクトサミン）肝細胞の受容体ASGPRが認識する糖。siRNAに付けると皮下投与で肝臓へ選択的に届く。抱合です。GalNAcは肝細胞表面に多く発現するアシアロ糖タンパク質受容体（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。に結合し、受容体を介したエンドサイトーシス細胞が膜を陥入させて外部の物質を包み込み、内部へ取り込む仕組み。で核酸を肝細胞内へ運び込みます。皮下投与でも肝細胞へ効率よく届くため、全身への広がりを抑えつつ肝臓を狙う分布設計が可能になります。

もう一つが脂質ナノ粒子（LNP、lipid nanoparticleイオン化脂質などでRNAを封入し細胞へ届ける脂質ナノ粒子。in vivo型の投与分子として使われる。）です。核酸を脂質の粒子で包んで静脈投与すると、血中でアポリポタンパクなどを吸着し、肝細胞に取り込まれやすくなります。いずれの技術も、肝臓という「もともと集まりやすい臓器」への到達をさらに確実にし、細胞内までの取り込みを助ける点に意味があります。

腎排泄と、組織内半減期が血漿と乖離する理由

核酸医薬とその代謝物の主要な排泄経路は、腎臓からの尿中排泄です。とくに鎖が短くなった分解産物は、腎臓を経て尿に出ていきます。無修飾に近い核酸ほど速くろ過・排泄され、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。化などでタンパク結合を高めた核酸は、速い腎排泄を免れて体内に長く留まります。

ここで押さえたいのが、血漿と組織で半減期が大きく食い違う点です。血漿中濃度は分布と排泄によって速く下がる一方、肝臓などの組織に取り込まれた核酸は、そこでゆっくり分解・消失するため、組織内の半減期は血漿よりはるかに長く、日から週の単位になり得ます。この組織内滞留の長さが、投与間隔を空けても薬効が続く核酸医薬の持続性を支えています。血漿の消失半減期だけを見て作用の持続を論じると見誤る、という点は、半減期とクリアランスの考え方とあわせて押さえておきたいところです。

標的組織への移行の難しさとバイオアナリシス

核酸医薬が得意とするのは、集まりやすい肝臓や腎臓を標的にする場合です。裏を返せば、それ以外の組織へ届けるのは容易ではありません。筋肉・心臓・肺・中枢神経系といった肝外組織への効率的な送達は、核酸医薬の大きな課題であり続けています。中枢神経系を狙うASOでは、血液脳関門血液と脳組織の間で物質の移行を厳しく制限する仕組み。抗体など大きな分子は通りにくい。を全身投与で越えるのが難しいため、髄腔内投与薬を脳脊髄液に直接投与する経路。血液脳関門を回避して中枢神経系へ核酸などを届ける。など投与経路の工夫で直接届ける方法がとられます。中枢移行の難しさそのものは血液脳関門（BBB）と中枢移行で扱っています。

こうした分布や代謝を正しく捉えるには、核酸医薬に合ったバイオアナリシスが要ります。ここでも血漿だけでなく、実際に薬が集まる組織中の濃度を測ることが重要です。測定手法としては、配列に相補的なプローブで捕えるハイブリダイゼーションを用いたアッセイが高い感度をもち、質量分析（LC-MS）分子の質量を精密に測る分析。液体クロマトと組み合わせ、ポリAテール長などを詳しく解析します。は親分子と鎖長の短い代謝物を区別して定量できます。目的に応じて、これらを使い分ける、あるいは組み合わせるのが実務の考え方です。親分子だけでなく鎖が削れた代謝物まで見て初めて、体内での安定性と分布の全体像がつかめます。

参考文献

• FDA, Search FDA Guidance Documents
• EMA, Scientific guidelines
• ICH医薬品規制の国際調和を目的として、日米欧の規制当局と製薬業界が参加する国際的なガイドライン策定機関。, Multidisciplinary Guidelines