脱髄PETトレーサーF3-フルオロ-4-アミノピリジンの代謝安定性と代謝産物の同定

Metabolic Stability of the Demyelination Positron Emission Tomography Tracer [F]3-Fluoro-4-Aminopyridine and Identification of Its Metabolites.

抄録

[F]3-フルオロ-4-アミノピリジン([F]3F4AP)は、多発性硬化症治療薬の4-アミノピリジン(4AP, dalfampridine)に基づく脱髄イメージング用ポジトロン断層撮影(PET)トレーサーである。この放射性トレーサーは、イソフルラン麻酔下で撮像されたげっ歯類および非ヒト霊長類において安定であることが判明した。しかし、最近の知見によると、覚醒したヒトやマウスでは安定性が大きく低下している。4APもイソフルランも主にチトクロームP450酵素、特にチトクロームP450ファミリー2サブファミリーEメンバー1（CYP2E1）によって代謝されることから、この酵素が3F4APの代謝に関与している可能性が考えられた。ここでは、CYP2E1による[F]3F4APの代謝を調べ、その代謝物を同定した。また、薬剤の安定性を向上させるための一般的なアプローチである重水素化が、3F4APの安定性を向上させるかどうかについても検討した。その結果、CYP2E1は3F4APとその重水素化アナログを容易に代謝し、一次代謝物は5-ヒドロキシ-3F4APと3F4AP N-オキシドであることが示された。重水素化はCYP2E1を介する酸化の速度を低下させなかったが、この知見は4APと比較して3F4APのin vivo安定性が低下していることを説明し、重水素化が薬物やPETリガンドの代謝安定性を改善する場合についての理解を深めるものである。意義脱髄トレーサーである[F]3F4APはヒトにおいて急速な代謝を受けることが判明し、その有用性が損なわれる可能性がある。代謝に関与する酵素と代謝産物を理解することで、代謝を抑制する戦略が得られる可能性がある。本報告では、in vitroアッセイと化学合成を組み合わせて、チトクロームP450酵素CYP2E1が[F]3F4APの代謝に関与している可能性が高いこと、4-アミノ-5-フルオロプリジン-3-オール（5-ヒドロキシ-3F4AP、5OH3F4AP)および4-アミノ-3-フルオロピリジン-1-オキシド(3F4AP N-オキシド)が主な代謝物であり、重水素化はin vivoでのトレーサーの安定性を改善する可能性は低い。

[F]3-fluoro-4-aminopyridine ([F]3F4AP) is a positron emission tomography (PET) tracer for imaging demyelination based on the multiple sclerosis drug 4-aminopyridine (4AP, dalfampridine). This radiotracer was found to be stable in rodents and nonhuman primates imaged under isoflurane anesthesia. However, recent findings indicate that its stability is greatly decreased in awake humans and mice. Since both 4AP and isoflurane are metabolized primarily by cytochrome P450 enzymes, particularly cytochrome P450 family 2 subfamily E member 1 (CYP2E1), we postulated that this enzyme may be responsible for the metabolism of 3F4AP. Here, we investigated the metabolism of [F]3F4AP by CYP2E1 and identified its metabolites. We also investigated whether deuteration, a common approach to increase the stability of drugs, could improve its stability. Our results demonstrate that CYP2E1 readily metabolizes 3F4AP and its deuterated analogs and that the primary metabolites are 5-hydroxy-3F4AP and 3F4AP N-oxide. Although deuteration did not decrease the rate of the CYP2E1-mediated oxidation, our findings explain the diminished in vivo stability of 3F4AP compared with 4AP and further our understanding of when deuteration may improve the metabolic stability of drugs and PET ligands. SIGNIFICANCE STATEMENT: The demyelination tracer [F]3F4AP was found to undergo rapid metabolism in humans, which could compromise its utility. Understanding the enzymes and metabolic products involved may offer strategies to reduce metabolism. Using a combination of in vitro assays and chemical syntheses, this report shows that cytochrome P450 enzyme CYP2E1 is likely responsible for [F]3F4AP metabolism, that 4-amino-5-fluoroprydin-3-ol (5-hydroxy-3F4AP, 5OH3F4AP) and 4-amino-3-fluoropyridine 1-oxide (3F4AP N-oxide) are the main metabolites, and that deuteration is unlikely to improve the stability of the tracer in vivo.