オボトランスフェリンを標的分子とした新規抗生物質デリバリーシステム

A novel antibiotic-delivery system by using ovotransferrin as targeting molecule.

抄録

スルホンアミドやトリクロサン（TCS）などの合成抗生物質や抗菌剤は、細胞内の致死的な経路を標的とするため、細菌感染症の治療に新たな道を提供してきた。スルホンアミド系抗生物質はジヒドロ葉酸還元酵素（DHFR）を阻害することで葉酸の合成を阻害し、TCSはエノイル-ACP還元酵素（FabI）を阻害することで脂肪酸の合成を阻害する。これらは水に溶けない薬剤であり、大量に投与すると毒性を示すため、治療効果が制限される。本研究では、オボトランスフェリン（OTf）をキャリアとして利用することで、トランスフェリン受容体（TfR）を介して微生物や哺乳類の細胞に特異的に薬剤をターゲティングすることを可能にする抗生物質の薬剤ターゲティング戦略を検討し、不溶性と毒性の問題を軽減できる可能性を示した。OTfとの非共有結合による錯体形成により，サルファ系抗生物質やTCSは水溶液に完全に溶解するようになった。OTf錯体は，いくつかの細菌株に対して，遊離の抗生物質に比べて優れた殺菌活性を示した。また，多剤耐性のサルモネラ菌は抗生物質-OTf複合体に感受性を示したが，tolCノックアウト変異株はOTfに感受性を示し，複合体にも感受性を示した。OTfに結合した抗生物質は、野生型のサルモネラ株では多剤排出ポンプであるTolCを介して排出された。さらに、抗生物質とOTFの複合体は、ヒト大腸がん細胞（HCT-116）に感染した後、細胞内の病原体を効率的に殺すことができた。今回の結果は、TfRを介したOTfのエンドサイトーシスを利用して、病原体や細胞内に感染した細胞に薬剤を直接作用させることが可能であることを初めて示しており、抗生物質-OTf複合体の感染症治療への応用が期待される。

Synthetic antibiotics and antimicrobial agents, such as sulfonamide and triclosan (TCS), have provided new avenues in the treatment of bacterial infections, as they target lethal intracellular pathways. Sulfonamide antibiotics block synthesis of folic acid by inhibiting dihydrofolate reductase (DHFR) while TCS block fatty acid synthesis through inhibition of enoyl-ACP reductase (FabI). They are water-insoluble agents and high doses are toxic, limiting their therapeutic efficiency. In this study, an antibiotic drug-targeting strategy based on utilizing ovotransferrin (OTf) as a carrier to allow specific targeting of the drug to microbial or mammalian cells via the transferrin receptor (TfR) is explored, with potential to alleviate insolubility and toxicity problems. Complexation, through non-covalent interaction, with OTf turned sulfa antibiotics or TCS into completely soluble in aqueous solution. OTf complexes showed superior bactericidal activity against several bacterial strains compared to the activity of free agents. Strikingly, a multi-drug resistant Salmonella strain become susceptible to antibiotics-OTf complexes while a tolC-knockout mutant strain become susceptible to OTf and more sensitive to the complexes. The antibiotic bound to OTf was, thus exported through the multi-drug efflux pump TolC in Salmonella wild-type strain. Further, antibiotics-OTf complexes were able to efficiently kill intracellular pathogens after infecting human colon carcinoma cells (HCT-116). The results demonstrate, for the first time, that the TfR mediated endocytosis of OTf can be utilized to specifically target drugs directly to pathogens or intracellularly infected cells and highlights the potency of the antibiotic-OTf complex for the treatment of infectious diseases.