化学反応性代謝物の形成と薬剤誘発性肝障害の可能性を示唆する薬剤開発初期段階でのラット肝薬剤生活性化転写応答アッセイの適用

Application of a Rat Liver Drug Bioactivation Transcriptional Response Assay Early in Drug Development that informs Chemically Reactive Metabolite formation and Potential for Drug Induced Liver Injury.

• James J Monroe
• Keith Q Tanis
• Alexei A Podtelezhnikov
• Truyen Nguyen
• Sam Mahotka
• Donna Lynch
• Raymond Evers
• Jairam Palamanda
• Randy Miller
• Todd Pippert
• Tammie Cabalu
• Timothy E Johnson
• Amy G Aslamkhan
• Wen Kang
• Alex M Tamburino
• Kaushik Mitra
• Nancy G B Agrawal
• Frank D Sistare

抄録

薬物誘導性肝障害（DILI）は、医薬品候補の開発からの離脱、商業化の拒否、市場からの撤退、医薬品の処方制限などの主な原因となっています。薬物の化学反応性代謝物（CRM）への代謝的生物活性化は、従来の動物毒性試験では検出されないことが多い肝関連副作用（ADR）の一因となっています。これまでの創薬の課題は、安全な医薬品の開発を阻害することなく、予測される治療用量でCRMを形成する可能性が低く、かつDILIの可能性が低い医薬品候補を確実に選択することでした。我々は、薬物の生物活性化に対する細胞応答を反映したin vivoラット肝転写シグネチャーバイオマーカーを開発した。核エリスロイド2関連因子2(NRF2)/ケルヒ様ECH関連タンパク質1(Keap1)の求電子的ストレス応答と核エリスロイド2関連因子1(NRF1)のプロテアソーム小胞体(ER)ストレス応答の転写活性化を測定することで、バイオ活性化を介した肝毒性の可能性のある薬剤の推定臨床用量を識別することができます。このアプローチは、当社のCRM形成試験薬をよくベンチマークしたものを用いて確立された。このアプローチはその後、ヒトの肝毒性の臨床経験に基づいた市販薬と内部化合物の厳選されたリストを用いて試験されたが、そのメカニズムは不明であった。ラットを用いた短期試験での116化合物の結果に基づき、1日の推奨用量を考慮した結果、CRMのメカニズムに基づいたこのアプローチは、肝毒性のある薬剤と安全な薬剤を識別するための感度32％、特異度92％の結果を得ました。このアプローチは、早期の候補の選択を導くための新たな情報を追加し、構造活性関係（SAR）を示唆することで、リードの最適化とメカニズム論的な問題解決を可能にしています。モデルのさらなる改良は現在進行中である。このアプローチの強みと限界を説明する事例が提供されています。

Drug induced liver injury (DILI) is a major reason for drug candidate attrition from development, denied commercialization, market withdrawal, and restricted prescribing of pharmaceuticals. The metabolic bioactivation of drugs to chemically reactive metabolites (CRM) contribute to liver-associated adverse drug reactions (ADR) in humans that often goes undetected in conventional animal toxicology studies. A challenge for pharmaceutical drug discovery has been reliably selecting drug candidates with a low liability of forming CRM and reduced DILI potential, at projected therapeutic doses, without falsely restricting the development of safe drugs. We have developed an in vivo rat liver transcriptional signature biomarker reflecting the cellular response to drug bioactivation. Measurement of transcriptional activation of integrated Nuclear factor erythroid 2-related factor 2 (NRF2)/Kelch-like ECH-associated protein 1 (Keap1) electrophilic stress, and Nuclear factor erythroid 2-related factor 1 (NRF1) proteasomal endoplasmic reticulum (ER) stress responses, is described for discerning estimated clinical doses of drugs with potential for bioactivation-mediated hepatotoxicity. The approach was established using well benchmarked CRM forming test agents from our company. This was subsequently tested using curated lists of commercial drugs and internal compounds, anchored in the clinical experience with human hepatotoxicity, while agnostic to mechanism. Based on results with 116 compounds in short-term rat studies, with consideration of the maximum recommended daily clinical dose, this CRM mechanism-based approach yielded 32% sensitivity and 92% specificity for discriminating safe from hepatotoxic drugs. The approach adds new information for guiding early candidate selection and informs structure activity relationships (SAR) thus enabling lead optimization and mechanistic problem solving. Additional refinement of the model is ongoing. Case examples are provided describing the strengths and limitations of the approach.

© The Author(s) 2020. Published by Oxford University Press on behalf of the Society of Toxicology.