雄性生殖発生毒性評価の現状と将来

加齢や喫煙、化学物質曝露等は、雄性生殖細胞への直接影響又はそれを支持するセルトリ細胞の障害を介した間接影響により精巣毒性を誘発することがあります。その結果もたらされる精子ゲノムに生じた（エピ）変異は、継世代影響の危険因子となることが報告されています^1-4)。化学物質の雄性生殖発生毒性については、様々なガイドラインにおいて参照すべき評価手法が示されており、ヒトの安全性確保に役立っておりますが、将来的に取り組むべき課題もあると思われます。
OECD の化学物質の試験に関するガイドラインのOECD TG478（遺伝毒性試験）において示されているげっ歯類を用いる優性致死試験は、シクロフォスファミド等を雄マウスに投与し無処置の雌マウスと交配させると、優性致死突然変異を誘発し胚胎児致死作用を示すことから⁵⁾、雄性生殖能の評価に利用されています。しかし、げっ歯類を用いた優性致死試験は、胚胎児致死のハザード検出力が低いという評価上の限界があること、また、試験実施上多くの動物を要することもあり⁶⁾、OECD TG478においては補助的な位置づけの試験として評価に用いることとされています。
また、医薬品の生殖発生毒性評価に係るガイドラインICH S5 (R3) においては、受胎能及び初期胚発生（FEED）試験においてHE染色を用いた精巣の病理組織学的評価や精子の性状評価、受胎能評価により、次世代影響までを考慮した雄性生殖毒性評価を行うこととされています⁷⁾。一方で、動物実験で精子性状に悪影響を及ぼすため注意喚起されているFDA承認薬235剤を対象に、ヒトでの精子毒性のエビデンスとげっ歯類の精子性状評価と受胎能評価との一致率を調査した研究論文において、その一致率は30%に満たず、現状のげっ歯類の精子性状評価と受胎能評価のみでは、ヒトへの外挿性に課題が残ることも報告されています⁸⁾。げっ歯類の雄受胎能をベースとした雄性生殖発生毒性評価のヒトへの外挿性には少なからず課題があり、精子の供給元である精子幹細胞への感受性、精子形成サイクル、回復性等の動物種差を考慮したより詳細な評価を行う必要性があるのではないかと考えられます。さらに、近年、創薬モダリティ*は多様化しており、核酸医薬品やヒト特異的抗体・多重抗体など適当な動物種を用いた毒性評価を行うことに限界がある医薬品や、数ヶ月以上にわたって影響が持続するような核酸医薬品や抗体薬等の医薬品で雄性生殖毒性評価をどのように行うべきかの課題にも今後向き合っていく必要があると思われます。抗がん剤の開発においては、患者に医薬品を早く届けることが優先されており、動物を用いた雄性生殖発生毒性に関する安全性情報は他の医薬品と比べ乏しい状況にあり、抗がん剤をより適正に使用する上で、動物試験に代わる迅速な代替評価手法の開発も今後必要な視点と思われます。
これらの課題に対応するため、より詳細な雄性生殖毒性評価として、例えば、従来の精巣の病理解析では診断が難しい免疫組織化学を用いたセルトリ細胞の形態や精子形成サイクルに着目した生殖細胞の時空間的分布変化を指標とした組織細胞生物学的評価^9-11)、同一個体から非侵襲的に経時的評価を行い動物数削減に資する磁気共鳴画像（Magnetic Resonance Imaging）を用いた精巣毒性評価¹²⁾、精子の濃度・運動性等の一般の精子性状評価では検出が困難な発生能を制御する精子残存ヒストン修飾に着目した精子エピゲノム解析の改良¹³⁾ 等、新たな評価基盤の構築が期待されます。また、動物実験の代替手法として、ヒト多能性幹細胞（ヒトES細胞、iPS細胞）を用いた精巣オルガノイドの再構築に向けた基礎研究が行われています¹⁴⁾。現状、精原細胞までの分化誘導にとどまっていますが、将来的に成熟精子までの分化誘導が確立されれば、化学物質曝露による造精機能低下から回復までを一つのin vitro試験系で予測できる可能性があります。
このように動物を用いた非侵襲的試験やin vitro試験による生殖毒性評価及び回復性の評価の基盤が整備され、既存の評価にこれらを組み合わせることにより、これまで以上に迅速かつ高精度に雄性生殖発生毒性評価を行うことが期待されます。

*創薬モダリティ：近年、低分子医薬に加え、新たな医薬品の種類として、抗体医薬、核酸医薬、遺伝子治療薬のような様々な基盤技術を利用した医薬品が開発・承認されており、医薬品開発の多様化がトレンドとなっている

引用文献：

2023年　国立医薬品食品衛生研究所　安全性生物試験研究センター毒性部
　横田　理

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医薬品の生殖発生毒性試験と動物実験代替法の活用に向けた取り組み

妊娠中の母体における化学物質の影響は母体にとどまらず、子宮の中で胎盤を介して母体と密接にリンクしている胎児の個体発生にも大きく及ぶことがあります。1950年代末から60年代初めに睡眠薬やつわり薬として用いられたサリドマイドは、服用した妊婦の出生児において四肢等に奇形を示し、「サリドマイド事件」として大きな社会問題となりました¹⁾。サリドマイド事件を契機に1963年に国内初の生殖発生毒性試験のガイドラインが発足され、1994年にはICH^*1において医薬品生殖発生毒性試験ガイドライン（ICH S5）が施行されました。本ガイドラインでは、医薬品の生殖発生毒性リスクを評価するため、胚・胎児発生に関する試験（EFD^*2試験）が必要とされています（一部例外を除く）。本ガイドラインは種々の修正や新規評価法などが加えられ、2021年に全面改訂されました²⁾。
EFD試験では、胎児の器官が形成される時期（器官形成期）に化合物を投与した後、妊娠末期に胎児を摘出し、胚・胎児の生存性、発育遅延、形態異常等について調べます。胎児の形態については、外表、内臓、骨格について検査を行います¹⁾。ICH S5(R3)ガイドラインでは、EFD試験では動物種差の影響を考慮し、げっ歯類1種、非げっ歯類1種を用いることが求められており、一般的にラットとウサギの2種が用いられます。しかしながら、ヒト、サル、ウサギで発生毒性が認められているサリドマイドは、マウスやラットでは発生毒性に対する感受性が低く種差があることが知られており³⁾、毒性発現に種差が存在する場合、in vivo試験のみではヒト毒性リスク予測が困難である点が大きな課題として挙げられます。また、1群あたり約20例の妊娠動物を使用するため、多くの動物を使用すること、時間やリソースがかかることも課題の１つです。
そこで、ヒトにおける発生毒性ハザードの検出及び実験動物使用数の削減を目指して現在精力的に進められているのがEFD試験に対する「動物実験代替法」の研究です。これまでに、ラットの全胚培養、マウスES細胞^*3、ゼブラフィッシュなどを用いた試験法が報告されており⁴⁾、いずれも生体における発生・分化過程における化合物の影響を模した試験法となっています。また、近年ではヒトES/iPS細胞^*4を用いた動物実験代替法の開発も進められ、マウスES細胞などげっ歯類の細胞を用いた試験法では検出困難であったサリドマイドのハザードが、ヒトES/iPS細胞を用いた試験法において検出可能であることが報告されており^5-8)、種差の観点からヒトリスク評価を補助する位置づけとしても期待されます。そして、ICH S5(R3)では代替法を組み入れた評価戦略が新たに明示され、代替法活用への期待はますます高まっています。これまでに様々な分化過程及び形態形成の一端に着目した代替法が報告されており、in vivo試験結果との一致率も向上しつつあります。しかしながら、代替法は化合物の希釈液や培養液への溶解性あるいは発生毒性発現機序によっては適用困難であるなどの汎用性面での課題も抱えています。今後、これらin vitro試験系研究の更なる発展によって、ヒトリスク評価、毒性機序解明、3Rs^*5に貢献できる動物実験代替法としての開発と応用が期待されます。

引用文献：

2023年　中外製薬株式会社　トランスレーショナルリサーチ本部　安全性バイオサイエンス研究部
　石田　萌、片桐 龍一、清川　順平

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甲状腺機能かく乱を誘導する化学物質の安全性評価について

甲状腺ホルモン（TH）は、甲状腺の濾胞上皮細胞で作られて循環血液中に分泌されるアミノ酸誘導体のホルモンで、核内受容体であるTH受容体蛋白を介して細胞の代謝を亢進させます。TH受容体蛋白は全身の細胞に存在することから、全身の細胞が標的細胞と考えられます。脊椎動物では広くTHの存在が確認されており、ホルモンの化学構造に種差はなく、また分泌腺の形状や分泌様式はよく保存されていることから¹⁾、脊椎動物の生存に非常に重要なホルモンであると考えられています。具体的なTHとしては、4個のヨード（ヨウ素）が付加したサイロキシン（テトラヨードサイロニン、T4）、T4からヨードがひとつ取れたトリヨードサイロニン（T3）が知られています。両者は実質的には同様の生理機能を発揮しますがその生理活性はT3の方が数倍強いといわれており、血中を循環するTHのほとんどはT4ですが、標的組織ではT4がT3に変換されて作用します²⁾。

TH産生に促進的に作用する因子として、下垂体から分泌される甲状腺刺激ホルモン（TSH）があります。このTSHのさらに上位の制御因子であるTSH放出ホルモン（TRH）は視床下部で産生されます。これらは、視床下部―下垂体―甲状腺軸と称するフィードバック機構（図1参照）を通じて血中TH濃度を巧みに調整し、生体の恒常性を保っています^{1, 2)}。

化学物質の安全性評価の観点からは、上記の恒常性を逸脱したTHかく乱が内分泌かく乱作用のひとつとして注目されています³⁾。過度なTHかく乱の結果として生じる主な有害性としては発がん性⁴⁾と発達神経毒性（DNT）²⁾があります。従来から毒性試験では甲状腺の病理検査がおこなわれてきており、TH合成の場である甲状腺濾胞細胞の肥大や過形成さらには腫瘍を誘発する化学物質が主としてラットで検出されてきました。当該所見は、血中TH濃度の低下に起因したTSH上昇が長期間継続した場合に発現します。しかし、THの血中動態（半減期やそれに影響する結合蛋白）にはヒトとラットで明確な種差があり、ラットでは血中TH濃度が変動しやすいことから、一般的に化学物質誘発性の甲状腺腫瘍は、ヒトに比べてラットの方が発現しやすいと考えられています⁴⁾。

一方、DNTに関しては、脳の発達時期には充分なTHが不可欠であることが実験動物で確認されており²⁾、また、血中THがかなり低下した妊婦から生まれた児で知能指数の低下などの脳発達障害の事例が報告されたことから⁵⁾、近年、THかく乱を生じる化学物質による脳発達障害誘発の可能性が注目されています。しかしながら、THかく乱の程度と脳発達障害誘発の定量的な関係の詳細は明らかではありません^{2, 6, 7)}。そこで、2018年にOECDは血中TH濃度の測定を各種毒性試験で必須項目と定めました^{3, 7)}。病理検査や血中TH濃度に影響が認められた化学物質に関しては、さらにDNT試験等を実施して甲状腺かく乱による有害性の有無を精査することが欧米の規制当局から要求されます^{1, 2, 8)}。また、近年実施された基礎研究から上記の定量的な関係性を示唆する情報も集積しつつあり、一部の結果は総説としても報告されています⁹⁾。

現在、安全性評価は使用動物数の削減と評価精度の向上を意図した新規の評価体系（New Approach Methodologies; NAMs）の構築を目指し、パラダイムシフトの渦中にあります。既存のDNT試験の実施には多大な資源（動物・時間・費用）を要し、多数の化学物質の評価には適しません⁸⁾。そこで、DNT試験に代わる評価体系の確立を目指して、産官学の専門家によって研究がおこなわれ、TH合成阻害作用や肝臓のTH代謝酵素誘導作用を検出するインビトロ試験、実験動物の胎児や新生児の血中や脳中のTH濃度を評価するインビボ試験、インシリコ評価など、発症メカニズム（すなわち作用点：図1参照）に着目した迅速で合目的な評価法の開発が進められています^{2, 6, 8, 10)}。これらの評価法は国際的な標準化やガイドライン化は未了であるものの、欧米の規制当局からの当該データの追加要求の事例も既に散見されており、化学物質の安全性評価の実場面では「甲状腺かく乱とDNT評価」に関しては待ったなしの状況になりつつあります。上記の各種インビトロ試験法やインシリコ評価は簡便性や機動性の観点から望ましいものですが、試験結果が生体（インビボ）での影響を正しく反映できるかどうかが最大の関心事でもあります。母動物のみならず児動物においてもTHかく乱作用を検証できるインビボ試験の開発も望まれ、現在、血中TH濃度が比較的鋭敏に変動するラットを用いて種々検討されています^{2, 7, 10)}。今後、グローバルな研究・規制動向を踏まえつつ、産官学ならびにインビボ・インビトロ・インシリコ等の研究者の密な協働により、評価体制の迅速な構築が期待されます。

引用文献：

図１. 母親と胎児の甲状腺システムにおける化学物質の干渉の可能性のある部位は、図中の黄色丸の① から ⑩で示されています：①血中TH濃度制御系（視床下部 - 下垂体 - 甲状腺軸）、②TH合成、③TH分布（結合蛋白など）、④~⑥TH代謝・排泄、④および⑦~⑨TH組織濃度、および⑩THの神経細胞への作用です。化学物質は、母親、胎児および子供のこれらの部位のいくつかをかく乱させる可能性があります。尚、図１はGilbert et al. (2020): Endocrinology, 161, 1-17におけるFigure 1を著者Dr. Mary E. Gilbert (United State Environmental Protection Agency) の許可を得て掲載しています。

2023年　住友化学株式会社 生物環境科学研究所
　山田　智也

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動物試験における環境エンリッチメント

動物試験を実施する上で動物福祉に配慮すること、すなわち実験動物を適正に取り扱いウェルビーイングを向上させることが求められています。ウェルビーイングの向上により動物のストレス反応を抑制して信頼性、再現性の高い試験データを得ることが期待されます。そのためには、動物試験が3Rs（Reduction, Replacement, Refinement）や動物の5つの自由（5 freedoms; Freedom from Hunger and Thirst, Freedom from Discomfort, Freedom from Pain, Injury or Disease, Freedom to Express Normal Behavior, Freedom from Fear and Distress）に基づいて実施されることが必要です。3Rsの中のRefinementの向上として、飼育環境を富化する環境エンリッチメント（以下エンリッチメント）が幅広く利用されるようになりました。
エンリッチメントは、動物福祉の観点から飼育動物の生活環境を改善して本来の生態環境に近づける具体的な方策で、実験動物飼養保管等基準解説書に「実験目的の達成に支障のない範囲で提供した条件で飼育することが望ましい」と記載されています¹⁾。ILAR guide 8th eds.の中でも動物のウェルビーイングを向上させるためにエンリッチメントの利用が推奨され、米国においてエンリッチメントプログラムを有する施設は2007年の報告では20-40%でしたが、2013年には75-90%まで高まっていました^2-4)。 エンリッチメントには様々なアプローチがあり（図１）、Physical（動物種に配慮した飼養空間提供等）、Social（動物間で交流できるグループ飼育等）、Occupational/Cognitive（運動機会の提供等）、Sensory（巣材、映像等の提供）及びFood-related（餌探索行動時間の延長等）に分類できます。近年エンリッチメントの動物への影響に関する研究成果（認知機能向上、探索行動増加、不安行動抑制、糖質コルチコイド濃度減少等）が多く報告されています^5-10)。
動物試験におけるエンリッチメント利用にあたっては、動物の行動や生理への影響等を確認して、動物種や実験目的に沿った種類や利用法を評価・検討すること、科学・福祉・実務のバランスのとれたエンリッチメントを選択・使用することが重要と考えられます。

引用文献：

2023年　株式会社ケー・エー・シー　技術推進部
　小山　公成

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エクスポソーム

西ヨーロッパの一卵性双子のコホート研究において慢性疾患の人口寄与率が算出された結果、ヒトの各種疾患には宿主因子より環境因子の影響が大きいという事実が明らかとなりました^1）。ヒトは日々、生活環境、ライフスタイルや食生活を通じて様々な環境ストレスに晒されます。環境ストレスという言葉からは、大気、水および土壌中の汚染物質、産業化学物質、農薬や放射線等を連想しますが、医薬品、食品や嗜好品中の成分も含まれます。疾病はヒトがこのような莫大な環境因子に複合かつ慢性的に曝露されることで、健康な状態から未病を経て、病気へと進展することが示唆されています。
非遺伝的要因が疾病の発症に中心的な役割を果たすとの認識が深まり、国際がん研究機関の所長だったChristopher Wildは2005年に「エクスポソーム」という用語とその概念を提供しました^2）。エクスポソーム（exposome）とはエクスポジャー（exposure）とオーム（ome）の混成語であり、出生前からのライフスタイル要因を含む生涯環境曝露を包括することを意味します。2012年にWildは、環境要因を一般的外的要因、内的要因および特殊外的要因に分類（図）しましたが^3）、現在では物理的および化学的要因、生態系、ライフスタイルおよび社会的要因に分類するケースも見られます^4）。エクスポソームは魅力ある概念である一方で遠大であり、研究対象としての捉えにくさが研究の進展を阻んできました。
しかし、エクスポソームの前に血液（Blood）、唾液（Saliva）、食物（Food）、大気汚染（Air pollution）、生態（Eco）、ヒト（Human）、内部（Internal）、外部（External）や化学物質（Chemical）等を付けた限定エクスポソーム研究による状況の打開が図られ、当該分野の研究は急速に進むとともに、2021年にはOxford Pressから「エクスポソーム」という学術雑誌も刊行されました。なお、エクスポソームに関する優れた総説が刊行されているのでご参照ください^5,6）。
このような潮流の中、環境中に遍在する親電子物質の単独曝露に関する研究成果をもとに^7,8）、非細胞、細胞および個体レベルにおいてその複合曝露（環境中親電子物質エクスポソーム）を実施した結果、タンパク質の化学修飾、細胞内レドックスシグナル系の変動、親電子物質の組織中蓄積、細胞毒性およびマウスの中毒症状等を指標にした場合、環境中親電子物質の単独曝露に比べて複合曝露はそれぞれの閾値を低くすることが示されています^9-11）。

引用文献：

2023年　筑波大学　医学医療系 環境生物学分野
　熊谷　嘉人

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一日曝露許容量（Permitted Daily Exposure：PDE）設定における毒性研究者の役割

医薬品製造現場においては、次に製造される医薬品への混入（交叉汚染）防止や製造物質の曝露から作業者を保護する観点から、医薬品ごとに残留あるいは作業者曝露の限度値を設定することが必要です。2021年に国内GMP省令が改正され、その公布通知において毒性学的根拠に基づいてPDE等の限度値を設定することが要求されています¹⁾。そのため、今後、医薬品製造現場における限度値設定にあたって毒性研究者が関与する機会が増えることが想定されます。毒性学的根拠に基づくPDE設定の方法としては、2018年にPIC/S（医薬品査察協定・医薬品査察協同スキーム）から発効されたHBEL（健康に基づいた曝露限度値）設定ガイドラインやICH Q3C医薬品の残留溶媒ガイドライン等が参考となります^{2, 3, 4）}。対象は異なるものの、WHOや食品安全委員会で行われる食品添加物、農薬や環境汚染物質等のADI（一日許容摂取量）やTDI（一日耐容摂取量）の設定方法とも毒性学的根拠に基づく点で共通しています。
PDE設定の流れの1例を図に示します³⁾。PDEを設定するためには、まず、非臨床及び臨床試験を含む全ての関連データから有害性を特定し、ヒトの健康に重大な影響を及ぼす所見を見極め、起点（POD）となるNOAEL（無毒性量）あるいはNOEL（無影響量）等を選択します。次に、様々な不確実性（種差、個体差、試験期間、作用の重篤性、NOELの外挿）に対応する調整係数（F1～F5）を毒性学的判断に基づいて設定します。基本的なPDE設定の流れは図の通りですが、医薬品ごとに有する試験の種類やデータは異なります。そのため、広範囲のデータを基にケースバイケースでPODや調整係数を選定するためには、薬理学や毒性学の知識とともにPDE設定の経験が重要です。
PDE設定が医薬品開発における毒性評価と異なる点として、薬理作用も有害作用とみなされる点が挙げられます。その理由は、交叉汚染でも作業者曝露でも、他疾患の患者や作業者が当該医薬品を意図せずに摂取してしまう可能性を考慮しなければならないためです。
以上、医薬品製造現場において適切な交叉汚染防止及び作業者保護を実施するためには、PDE設定は必要不可欠であり、毒性研究者の役割が非常に重要です。各社においてPDEが適切に設定されるためには、設定者である毒性研究者の知識や経験の向上が必要不可欠であり、PDE設定に関する教育環境の整備と情報共有の場が求められます。

引用文献：

2023年　キッセイ薬品工業株式会社 安全性研究所
　黒岡　貴生

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マイクロサンプリングのGLP試験における活用

医薬品等の非臨床安全性試験において、曝露評価は毒性評価との関連性検討のために重要です。このためICH S3A「トキシコキネティクス（毒性試験における全身的暴露の評価）に関するガイダンス」¹⁾が発出されています。一方、これまで薬物濃度評価のためには1時点当たり多くの血液量が必要であったため、主試験群の他にサテライト群という別の動物群設定が必要でした。しかし近年、薬物濃度測定系の高感度化により、50µL以下の血液量で評価が可能となってきました。このような微量サンプリング（マイクロサンプリング）の利用に関するICH S3AガイドラインのQ&Aが2017年に最終化され、本邦でも2019年3月に発出されています^２)。

マイクロサンプリングは本邦より欧州の方が取り組みの歴史が長く、既にGLP試験でマイクロサンプリング手法が採用されたケースも報告されています。欧米を中心とする39社を対象にした2017年の調査では、半数以上の企業が治験申請時にGLP試験についてげっ歯類のマイクロサンプリングデータを使用し、約1/4の企業が製造販売承認申請時にマイクロサンプリングを利用したげっ歯類及び非げっ歯類のGLP試験データを含めたとの報告があります³⁾。

マイクロサンプリング部位として、欧米では尾静脈が良く用いられますが、本邦では鎖骨下静脈が汎用されています。ラットを対象とした28日間反復投与毒性試験を想定し、1日目と27日目に24時間で各6-7時点において各50 µLを鎖骨下静脈よりマイクロサンプリング法で採血した時、採血した動物に認められる所見は軽微で各評価項目における背景値の範囲内であり、それらを勘案した上で毒性評価に用いることは可能と報告されました⁴⁾。また、毒性が認められる被験物質3種（血液毒性：フェナセチン⁵⁾、メチレンブルー⁶⁾、免疫毒性：アザチオプリン⁶⁾）に関し、ラットにおける毒性評価へのマイクロサンプリングの影響について検討が行われ、毒性プロファイルに大きな影響はないと考えられる結果が報告されています。本邦において、医薬品開発時のGLP試験におけるマイクロサンプリングの利用はまだ少ないものの、導入のための検討結果の報告数は増加しており、エビデンスは蓄積されつつあります。マイクロサンプリングは、主試験群動物でなされた場合に毒性評価値と薬物濃度との1:1での関連性解析が可能であること、また動物の苦痛軽減及び使用数の減少の点から動物福祉に貢献するため、その積極的な利用が期待されています。

引用文献：

2022年
国際医療福祉大学　薬学部　小林章男
国立医薬品食品衛生研究所　医薬安全科学部　斎藤嘉朗

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MPSを用いた安全性評価の現状

Microphysiological System（MPS；生体模倣システム）とは、Organ on a Chipなどとも呼ばれ、MEMS（micro electro mechanical systems）技術を用いてプラスチックなどの素材からなる微小空間を持つチップ内に細胞あるいはオルガノイドなどを播種し、培地を灌流することで、従来の平面静置培養では得ることができない、より生体に近い機能や反応を各臓器（中枢、心臓、腎臓、肝臓、膵臓、小腸、微小血管など）で模倣できるシステムと一般的に言われています。

医薬品モダリティ^*1の多様化やヒトに特異的な医薬品の開発に伴い、ますます種差を考慮した評価が求められる中、MPSは臨床予測性がより高い安全性や薬物動態の評価系として期待が寄せられています。すなわち、MPSは培地を灌流することにより起きるシェアストレス^*2などにより、ヒトに近い生体機能を持つことが知られており、例えば既存のヒトの小腸細胞を用いた平面静置培養では認められない蠕動運動や微絨毛の形成などが報告されています¹⁾。その他、欧米を中心とした種々のコンソーシアム活動などを通じて、安全性への利用事例や薬物動態評価にMPSを用いる際に求められる推奨事項が報告されています^{2, 3)}。

MPSを用いた評価系の課題としては、MPSは生物学と工学の両要素を持つツールであることから生理的環境を再現するための条件設定の難しさが挙げられます。その他にも微量な細胞や培地を経時的かつ非侵襲に評価するための検出装置の充実なども必要です。規制科学の観点では、MPSの性能基準や評価法の標準化に向けた国際調和が行われており、MPS World Summit ⁴⁾などで産官学が一体となっての議論が進められ、今後の進展が注目されています。

*1　モダリティ：低分子、中分子（ペプチド）、抗体、核酸、細胞、等の様々な治療手段。近年製薬業界で使用されている用語。

*2　シェアストレス：せん断応力とも言われ、物質内部にある面と平行方向に、その面にすべらせるように作用する応力のこと。

引用文献：

2022年　アステラス製薬株式会社　開発研究部門
奈良岡　準

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化学物質の皮膚感作性リスク評価

アレルギー性接触皮膚炎には感作が成立する誘導過程とアレルギー反応が惹起される誘発過程があります。そのうち感作の誘導は、一定の曝露条件下（頻度・期間など）で用量依存的な現象であり、感作性物質ごとに固有の閾値を持つことが知られています¹⁾。そのため、定量的リスク評価を実施して、個々の感作性物質の「安全な曝露量」を決定することが可能です^{2, 3)}。

定量的リスク評価は3つのステップで構成されています。第1に、感作性物質に対して、感作性の誘導における最大無作用量である予測無感作誘導濃度（No Expected Sensitization Induction Level；NESIL）を決定します。NESILの決定は、HRIPT 法（Human Repeated Insult Patch Test；ヒト反復パッチテスト）やマウス LLNA 法（Local Lymph Node Assay；局所リンパ節試験）、また動物を用いないin vitro/in silico評価法の結果など、さまざまな感作性情報を考慮した証拠の重み付けに基づいています³⁾。NESILについては、かつて皮膚パッチテストなどの臨床データ（感作性の発生率）は濃度（％）表記で比較しても相関性がよくありませんでしたが、単位面積当たりの投与量の考え方を導入することで相関良く議論することが可能になりました⁴⁾。これは、曝露された物質によって感作性が誘導されるためには、皮膚に存在する一定数の抗原提示細胞（樹状細胞など）が活性化される必要があるという免疫学的なメカニズムで説明できます。第2に、感作性評価係数^*1を適用して実験環境から実際のヒトの曝露シナリオへ外挿することにより、許容曝露量を決定します^{3, 5)}。第3に、製品の使用頻度や期間、使用習慣、使用量などを考慮して、消費者曝露量を算出します。その上で、感作性物質の消費者曝露量が許容曝露量を超えない場合には、感作性の誘導リスクは許容されると考えることができます。尚、この許容曝露量は、アレルギー性接触皮膚炎の誘導過程のリスク評価には有用である一方で誘発過程へは適用できないことに注意が必要です。

現在この定量的リスク評価は香料素材の感作リスク評価や感作閾値の考え方に応用されていますが^{3, 6)}、今後、長期的な臨床研究などを通して、アレルギー性接触皮膚炎の防止に対する科学的有効性をさらに検証していくことが必要と考えられています。

*1　感作性評価係数：個人間変動、製品効果、曝露頻度、皮膚状態の要素を掛け合わせることで設定^{3, 5)}。

引用文献：

2022年　花王株式会社　安全性科学研究所
西條　拓

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メチル水銀の中枢毒性

メチル水銀は水俣病の原因物質であり、高濃度含む工業廃水で汚染された海域に生息する魚介類の摂取により発症しました。メチル水銀の急性毒性症状として痺れ、視覚・聴覚異常など、慢性毒性症状として運動失調、歩行困難など、いずれも中枢神経の障害がもっぱら生じます。現在では厳しい法律や世界的な条約が定められ、水俣病のような高濃度メチル水銀曝露による健康被害は今後発生する可能性は低いと考えられています。現在、国民が摂取している水銀は、主に海水中の無機水銀が微生物によりメチル化され、大型魚類に生物濃縮により蓄積されたメチル水銀に由来しています。胎児の神経発達にとってはメチル水銀は比較的低濃度でもリスク因子となるため、2003年から妊娠中の魚介類摂取量について注意喚起がなされています¹⁾。環境中の水銀の量は、1850年頃からの工業化によって2000頃まで直線的に増加しています（図）。近年、減少傾向に転じたという報告があります（※）。

さて、親電子性をもつメチル水銀は、求核性アミノ酸のシステイン (Cys) と非酵素的に共有結合し、中性アミノ酸であるメチオニンと類似した化学構造物となることが知られており、小腸においては中性アミノ酸トランスポーター（B(0)AT1）を介して吸収されます。毒性物質への感受性が高い脳は血液脳関門により保護されていますが、ここでも中性アミノ酸トランスポーターLAT1、LAT2を介して血液脳関門を通過することで²⁾、脳を傷害します。胎盤関門も同様の機構により通過するため、胎児の脳はメチル水銀の標的となりやすいと考えられています。メチル水銀は、タンパク質の活性中心となっているCys残基へ結合し活性を低下させる機構により毒性を発揮することが知られています。古典的には、チューブリン³⁾やアミノアシルtRNA合成酵素^4),5)などのCys残基への結合を介した活性阻害が報告されています。最近では、血漿中においてセレン含有タンパク質であるセレノプロテインP (SeP) との結合が報告され⁶⁾、セレノシステインとメチル水銀の結合も、毒性発現に関与が示唆されています。他方、水銀蓄積に伴いセレンも蓄積することが知られ⁷⁾、セレンはメチル水銀毒性に対して保護的に作用するとも考えられています。

図　UNEP Global Mercury Assessment 2013より ※　Atmos. Chem. Phys., 17, 5393–5406, 2017 doi.org/10.5194/acp-17-5393-2017 ※　UNEP Global Mercury Assessment 2018参照 https://www.unep.org/resources/publication/global-mercury-assessment-2018

引用文献：

2022年　東北大学　薬学部薬学研究科　代謝制御薬学分野
工藤　琉那、斎藤　芳郎

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毒性発現における腸内細菌叢の関与

腸内細菌は実に多種多様であり、これらはある一定のバランスが保たれた「腸内細菌叢」という生態系を構築しています。そして、腸内細菌叢は、D-アミノ酸、ビタミン、短鎖脂肪酸などの合成に関わることで、宿主の代謝や生理機能に多大な影響をもたらしています¹⁾。

細菌叢の異常と様々な疾患病態の関連性が示唆されるようになってきました。さらに近年においては、細菌叢が腸管神経系を介して、脳と双方向的なネットワークを形成（脳腸相関）していることが報告されており、神経発達症や精神疾患の多くでは、細菌叢の多様性が低下（細菌種や細菌数の減少）した「Dysbiosis（腸内毒素症）」と呼ばれる状態にあることが指摘されています²⁾。

それでは、なぜDysbiosisが病態へつながる可能性があるのでしょうか。現在考えられている主なメカニズムとしては、菌叢バランスの変動が特定の生理活性物質レベルを増減させることが提唱されています³⁾。あるいは、腸管のバリア機能が低下するLeaky gut（腸管壁浸漏症候群）を発端に、有害な毒素や炎症誘発成分が血液中に流入し、全身へ広がるというメカニズムも提唱されています⁴⁾。一方で、病態に関わる菌種の特定が容易ではないこと、神経系・免疫系・内分泌系のシグナルと複雑に絡み合っていることから、未だ不明な点も多く存在しています。

古くから母子継承が知られるデーデルライン杆菌が有名ですが、興味深いことに、新生児の腸内細菌叢は母子伝播によって形成されることが分かっています⁵⁾。さらに、周産期の環境要因（分娩および授乳形態、化学物質によるばく露影響など）によって幼少期の菌叢バランスが変動し、将来的な疾患発症の要因となる可能性が指摘されています。成長後も、細菌叢の構成は、宿主を取り巻く環境（ライフステージ、食事、化学物質、ストレスなど）によって変動することが知られ、そのため、種々の疾患発症において腸内細菌叢はこれら環境要因の標的となる可能性があります。その一方で、病態に対する予防・改善のための介入対象としても注目されています。特に、プロバイオティクス（生きた有用菌の摂取）・プレバイオティクス（腸内の有用菌を増殖させる食品成分の摂取）やFMT（Fecal Microbiota Transplantation、糞便微生物移植）のような、腸内環境を正常化するアプローチの重要性が一層高まっていくと考えられます。

引用文献：

2022年　東北大学大学院農学研究科　動物生殖科学分野
佐々木 貴煕、種村 健太郎

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薬物アレルギー

薬物による有害反応は、薬物自体の薬理作用によって説明可能な副作用としての「中毒性」と、それでは説明できない5,000～10,000人に一人或いはそれ以下に稀におこる毒性、即ち、患者の体質に起因すると考えられる「特異体質性毒性（idiosyncratic toxicity）」に分類されます。この「特異体質性」の中に、免疫学的機序に基づいた「薬物アレルギー」が存在します。薬物アレルギーは、他のアレルギー疾患と同様に、大きく即時型と遅延型に分けられ、更にCoombsとGellの分類に基づき、Ⅰ型からⅣ型に分けられます。Ⅰ型～Ⅲ型は血清抗体が関与した体液性免疫による即時型、Ⅳ型は感作リンパ球による細胞性免疫による遅延型のアレルギー反応です。

薬物アレルギーの症状としては、アナフィラキシー（Ⅰ型）、溶血性貧血などの血液障害（Ⅱ・Ⅲ型）や、スティーブンスジョンソン症候群（SJS）/中毒性表皮壊死症（TEN）に代表される皮膚粘膜障害（Ⅳ型）が挙げられます。アナフィラキシーは、原因薬物がIgEに結合してそれを架橋することによって好塩基球や肥満細胞からヒスタミンやロイコトリエンが脱顆粒することで起こり、その原因薬物として抗がん剤、造影剤、血液製剤や抗菌薬が知られています。溶血性貧血を起こす薬物としてはペニシリン系抗菌薬が著名で、薬物が赤血球膜上のタンパク質に結合し免疫原性のあるハプテンを形成することで発症すると考えられています。その他に、赤血球に対する自己抗体（IgGやIgM）の形成を誘導することで赤血球に傷害をもたらす薬物（αメチルドパ、レボフロキサシンなど）や、薬物が抗原となりそれに対する抗体との複合体形成を介して赤血球の破壊を起こす薬物（テイコプラニンやオメプラゾールなど）も、溶血性貧血を起こす可能性があります。

近年のゲノムワイド関連解析から、遅延型のアレルギーであるSJS/TENなどのアレルギー反応には、ヒト白血球抗原（HLA）の特定の多型が関与する報告が相次いでいます¹⁾。例えば、カルバマゼピンはHLA-B*15:02遺伝子、アロプリノールはHLA-B*58:01遺伝子と強く関連することが知られています。それらの発症機序として、薬物がHLA上のペプチドと結合してハプテンを形成することや、薬物がHLAと直接結合することなどが可能性として考えられています²⁾。これらの毒性は生命を脅かす危険性もあることから予測バイオマーカーの探索が進められており、最近ではHLA遺伝子を導入したマウスを用いたメカニズム探求も行われています³⁾。そこから、原因となるHLA遺伝子のみならず、免疫の暴走を抑える機構の個人差などの患者の状態も発症を決める重要な要因となることが見出されています。

引用文献：

2022年　千葉大学大学院　薬学研究院　生物薬剤学研究室
青木　重樹

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微小粒子状物質（PM2.5）による中枢神経系への影響

大気汚染による健康被害は世界的な懸案事項であり、現在、世界人口の92%は汚染された大気中で生活していると言われています¹⁾。大気中を浮遊する有害物質の中でも特に、微小粒子状物質（particle matter 2.5; PM2.5）が問題視されています。PM2.5は「粒径が2.5 μmの粒子を50％の割合で分離できる分粒装置を用いて、より粒径の大きい粒子を除去した後に採取される微小粒子」と定義されるものであり²⁾、体内深部へ侵入しやすいため毒性が高いと考えられます。本邦では、PM2.5が呼吸器や循環器へ悪影響を及ぼすとの国内外の疫学知見をもとに、環境基準濃度を「1年平均 15 μg/m³ 以下 かつ 1日平均 35 μg/m³ 以下」に定めています。

口や鼻から体内に取り込まれたPM2.5は、気道や肺へ沈着します。そのためPM2.5による健康影響については、呼吸器や循環器に焦点が当てられてきました。しかし、鼻腔上皮の嗅粘膜に付着したPM2.5が嗅神経の軸索輸送（図）を介して脳内移行する可能性が示されるなど^3,4)、新たな標的器官として“中枢神経系”が示唆されています。PM2.5が中枢神経系疾患のリスクを高めるとの疫学報告が増加しており、例えば、PM2.5高濃度環境下では脳梗塞発症後の死亡率が上昇、入院期間が延長することが複数の研究グループから報告されました^5–7)。さらに、認知症^8–10)、うつ病¹¹⁾などのリスクを高めることも示唆されています。

このようにPM2.5は中枢神経系疾患を増悪することが明らかになりつつありますが、そのメカニズムはほとんど解明されておりません。その一つの理由として、研究する為に必要な量が確保できていない事が挙げられます。しかし、近年、大気中のPM2.5を微粒子として収集するサイクロン型捕集機が新たに開発されたことにより¹²⁾、PM2.5を細胞や動物に曝露することができるようになりました。今後はヒトを対象にした疫学研究に加えて毒性学研究を遂行することによって、PM2.5による中枢神経系への影響について分子レベルでの理解が進むことが期待されます。

引用文献：

図　嗅覚神経系の概略図

2022年　広島大学　大学院統合生命科学研究科　生体機能化学研究室
田中美樹、石原康宏

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QT延長作用評価

医薬品開発において、心室再分極遅延（QT間隔延長）及び催不整脈のリスク評価は重要な課題です。1980年後半から1990年代に複数の医薬品による致死的な薬物誘発性多形性心室性頻脈（torsade's de pointes: TdP）が報告され、2000年前半にかけて、それらの薬剤は市場から撤退しました。その後の研究により、医薬品によって誘発されたTdPは、心筋細胞に発現しているhERG（human ether-a-go-go related gene、ヒト遅延整流性カリウムイオンチャネル遺伝子）チャネルを阻害したことが原因であること、また、QT間隔延長がTdPのサロゲートマーカーになることが明らかになり、「ヒト用医薬品の心室再分極遅延（QT間隔延長）の潜在的可能性に関する非臨床的評価」（ICH S7Bガイドライン）¹⁾及び「非抗不整脈薬におけるQT/QTc間隔の延長と催不整脈作用の潜在的可能性に関する臨床的評価」（ICH E14ガイドライン）²⁾が厚生労働省より通知されました。ICH S7Bのガイドラインでは非臨床試験法及び統合的リスク評価について述べられており、コアバッテリー試験としてin vitro Ikr（hERG）測定とin vivo QT測定が提示されています。また、近年議論されている「QT/QTc間隔の延長と催不整脈作用の潜在的可能性に関する臨床的及び非臨床的評価に関するQ&A」（ICH E14/S7B Q&A）³⁾にin vivo QT試験のベストプラクティスの考慮すべき事項として、下記のものが挙げられています：

・最適な動物種を用い、その選択の正当性を示すこと。

・安全性薬理試験及び非げっ歯類の毒性試験は同一の動物種を使用し、心血管系の薬力学的な作用による有害性と心臓への構造的作用との関係性をより理解を深めること。

・血中濃度を測定することが望ましく、臨床試験における最高投与量の最大血中濃度（Cmax）を網羅する十分に高い曝露で試験を実施すること。

・一般的に覚醒自由行動下のテレメトリー機器を装着した動物が使用されるが、十分な血中曝露を得るため又は化合物特有の問題点（心拍数の変化、覚醒下動物の忍容性^*1又はバイオアベイラビリティの限界^*2等）に対応するために、代替モデル（例えば麻酔下又はペーシング動物^*3）を用いることもありえること。

・QT間隔は心拍変動の影響を受けるため、その時点における心拍数で補正したBazett、Fridericia又はVan de Water等の補正式が用いられてきたが、近年は、精度及び感度が高いとされる個別補正式も用いられていること。

薬物によるQT間隔延長作用評価に関する臨床研究として、5つのQT延長薬物と1つの陰性対象薬物を用いたIQ-CSRC prospective early phase 1 study⁴⁾が実施され、小規模な試験でも入念なECG評価を実施することでQT間隔延長評価が可能であることが示唆されました。この臨床研究を参考に、日本安全性薬理研究会（Japanese Safety Pharmacology Society: JSPS）のワーキンググループ（Japan activity for Improvement of Cardiovascular Evaluation by Telemetry system: J-ICET）はカニクイザルを用いて試験を実施し、上記臨床試験とほぼ同様の結果を得、非臨床試験でもベストプラクティスに基づき試験を実施することで、適切なQT評価が可能であることを示しました⁵⁾。

引用文献：

2022年　エーザイ株式会社　高度バイオシグナル安全性評価部
吉永　貴志

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薬剤のイオンチャネル阻害などによるQT延長作用機序

心電図においてQT間隔は、心室筋の脱分極により興奮が開始してから再分極して興奮が収束するまでの時間（心室筋再分極時間）を表す指標となっています。このQT間隔が延長した状態が「QT延長」であり、心室頻拍や心室細動などの致死性不整脈の発症につながり突然死の原因となります。

心室筋の活動電位は細胞膜の脱分極と再分極により生じ、その特性は細胞膜を介してのNa⁺、Ca²⁺、K⁺などを通過させる各種イオンチャネルやトランスポーター等により制御されています。そして、イオンチャネルの遺伝子変異による機能異常は先天性のQT延長（表 1）をもたらし、薬剤等によるイオンチャネル阻害や電解質バランスの変化は二次性のQT延長の原因となります（表 2）。

心室筋が再分極する過程においては、急速に活性化するK⁺電流（I_Kr）と緩徐に活性化するK⁺電流（I_Ks）が大きく寄与しています。I_Krチャネルのαサブユニットは膜６回貫通型のタンパク質でありhuman ether-a-go-go related gene（hERG）によってコードされています。このhERGチャネルのポア部分に存在するアミノ酸残基（Y652やF656など）に多くの薬剤が結合してK⁺の通過を阻害する結果、QT延長を誘発する事が知られています¹⁾。そのため、創薬初期における候補薬物によるQT延長作用のin vitro評価では、I_KrまたはhERGチャネル電流に対する阻害作用を検出する試験が多く実施されます。直接的なチャネル阻害作用の他にも、チャネルタンパクの細胞膜への輸送（trafficking）等に対する間接的な阻害作用や、QT延長に関わるhERGチャネル以外の心筋イオンチャネルへの阻害作用等の評価も、多様な薬物のQT延長作用を評価するためには重要となります。さらに、心筋の活動電位持続時間を測定する試験、ランゲンドルフ試験、ヒトiPS細胞由来心筋細胞を用いた試験などによってもQT延長リスク評価が行われています。In vivoでは、モルモット・イヌ・サルを用いて麻酔下および覚醒下での心電図QT間隔を測定する試験が行われています。

引用文献：

IKs：緩徐に活性化するK+電流、IKr：急速に活性化するK+電流、INa：Na+電流、INa-K ATPase：Na+/K+ ポンプ電流、INCX：Na+-Ca2+交換機構を介する電流、IK1：内向き整流性K+電流、ICaL：L型Ca2+電流、IKACh：アセチルコリン感受性K+電流 （遺伝性不整脈の診療に関するガイドライン(2017年改訂版）より改変）

（2020年改訂版　不整脈薬物治療ガイドラインより改変）

2022年　エーザイ株式会社　高度バイオシグナル安全性評価部
谷口　智彦

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化学物質の全身毒性評価におけるin silicoの活用法

2013年にEUにおいて動物実験により評価された原料を含む化粧品の販売が禁止されたこと等を背景に、世界中で動物を用いない毒性評価法（以下，非動物評価法）が議論されています。中でも全身毒性はその応答が複雑であり、標準化された非動物評価法は確立しておりません。非動物評価法の有望な手法の一つとして、類似物質の毒性情報から評価物質の毒性を推定する“read-across”がありますが、“類似性”の定義の難しさ等の課題があります¹⁾。一方、近年開発が続くハイスループットスクリーニング（HTS）やオミクス解析の膨大なデータの公開、またそれらを解析するin silico技術の発展により、非動物試験とin silico技術を活用した新たな非動物評価法が大きな期待を集めています。

非動物試験とin silico技術を組み合わせた非動物評価法には大きく二つの方向性が見られます。一つは、生物学的応答性を考慮したread-acrossの精度向上です。米国EPAのToxCast（最大約4,500物質×数百種のHTSデータ^2））等のデータから生物学的な類似性を解析することで、化学構造から類似性を解析するよりも、read-acrossの精度が高まることが報告されています^3-5）。また、米国EPAのHPにはToxCastデータから類似物質を探索する機能が公開されており⁶⁾、実際の評価への活用が期待されます（2021年11月時点はbeta版）。

もう一つは、様々なin silico予測モデルの構築です。HTSやオミクスデータは化学物質に対する生体応答のキーイベントを反映するため、定量的構造活性相関（QSAR）などの化学構造を基にした予測の課題である“化学構造と毒性予測結果の間にある生体反応に基づく毒性発現メカニズム”を考慮することができます。すなわち，ToxCast等のHTSデータを用いた臓器毒性の予測や、遺伝子発現データ、薬剤-分子相互作用情報を用いた副作用予測等により、毒性発現機序を含めた予測が可能となります^7,8)。

その他にも、体内動態^9,10)やPoint of Departure（POD）の算出^11,12)等、全身毒性評価の様々な場面においてin silico技術は活躍しています。本解説で取り上げた様々な新技術はNew Approach Methodologies（NAMs）と総称され、適切に組み合わせて使用することで非動物評価の実現が期待されます。そして、in silico技術は、その中でも大きな役割を担っています。

引用文献：

2022年　花王株式会社　安全性科学研究所
天野　雄斗

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Read-acrossを活用した安全性評価

Read-acrossとは、評価対象物質（ターゲット）の毒性を、類似の化学物質（アナログ）の既存の毒性情報から推定する手法です。動物実験における3Rs^*1の広まり、EUでの化粧品指令7次改正（2003/15/EC）の公布、REACH^*2など多くの規制当局での受け入れ等を背景に欧米を中心に普及は加速し、今では動物実験代替法の標準的なツールのひとつとなりました。

Read-acrossはターゲットと化学構造式が類しているアナログを収集することから始まります。化学構造の類似性に加え、物理化学的及び毒性学的性質の類似性（カテゴリーアプローチ）や、MOA（Mode of Action）や代謝経路の類似性（アナログアプローチ）等の様々な指標により、ターゲットと類した毒性をもつと考えられた物質群がアナログの候補となります¹⁾。OECD QSAR Toolbox²⁾、有害性評価支援システム統合プラットフォーム（HESS）³⁾、COSMOS Next Generation⁴⁾など様々なread-across支援ツールの利用も可能です。十分な数のアナログと既知の毒性試験などの情報が集まれば、ターゲットが標的とする臓器など定性的な毒性ポテンシャルが推定可能となります。最近では無毒性量など定量的リスク評価の検討も報告されています^5,6)。

OECD¹⁾やECHA⁷⁾からは、信頼性の高いread-acrossを実施するためのガイダンスが示されています。しかし実際にはread-acrossはケースバイケースで判断するものであり、選出したアナログが毒性学的に妥当であるか、また、そこから推定したターゲットの毒性が妥当であるかを客観的に示すことが難しい場合が多くあります。特に選出されたアナログに、明確な標的臓器や生理活性が確認されなかった場合に、それを以てターゲットが“安全”であるという結論を導き出すというread-acrossの作業には多くの課題があります。

これら課題を解決するため、例えばOECDではIntegrated Approaches to Testing and Assessment (IATA) Case Studies Project⁸⁾が進められ、read-acrossを用いたケーススタディが次々に報告されています。また、「in silico手法」に分類されるread-acrossですが、最近では化学物質を細胞に適用した際の応答性やトランスクリプトームデータを、アナログ収集や妥当性の説明に活用する報告もされています^9,10,11)。これらの検討によりread-acrossの受け入れがさらに進み、日本や世界各国での行政利用も含めた普及に繋がることが期待されています。

*1　3Rs：Replacement（できる限り動物を供する方法に変わりうるものを利用すること）、Reduction（できる限りその利用に供される動物の数を少なくすること）、Refinement（できる限りその動物に苦痛を与えない方法によること）の頭文字の3つのRであり、動物実験の基本理念（「動物の愛護及び管理に関する法律の一部を改正する法律」（平成17年法律第68号、改正法第5章第41条）。

*2　REACH（Registration（登録）、Evaluation（評価）、Authorisation（認可） and Restriction（制限） of Chemicals（化学品））：2007年6月1日に発効したEU（欧州連合）における化学品の登録、評価、認可及び制限に関する規則。

引用文献：

2022年　株式会社資生堂　ブランド価値開発研究所
久木　友花

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毒性学的観点から見た生体必須微量元素セレンの代謝

セレンは、元素の周期表で第16族に含まれ、酸素の2つ下、硫黄の1つ下、テルルの１つ上に位置する元素です。そのため、物理化学的性質は硫黄に類似しています。セレンの生物学的特徴としては、動物にとって健康を維持する上で欠くことのできない元素ですが、体内での存在量は極めて微量です。日本人の食事摂取基準（2020年版）によりますと、成人男性の推奨量（ほとんどの人が必要量を満たすと推定される1日あたりの摂取量）は、わずか30 µgです¹⁾。

セレンを体内に貯蔵するプールはほとんどないとされていますので、必要な量を摂取しないと、すぐに欠乏症を起こしてしまいます²⁾。セレンの欠乏症状として、爪変形や脱毛、そして重篤な場合は心筋症を起こし、死に至ることもあります。しかし、平均的な食生活を送る日本人では、食事中から十分なセレンを摂取していますので、セレン欠乏症になることはありません。なお、植物ではセレンの必須性は確かめられていませんが、ニンニクのようなユリ科ネギ属、アブラナ科のブロッコリーなどは、硫黄の代謝経路を活用し、セレンに対する高い代謝能を持った植物として知られています³⁾。

セレンは遷移金属と思われがちですが、典型元素（非金属元素）の性質を併せ持つ半金属元素とも言われ、生体内では共有結合性の化合物を形成して、代謝されます。セレンを必須としない植物では、例外はありますが、セレンは硫黄の代謝経路に乗って代謝されることが知られています。一方、セレンを必須元素とする動物では、硫黄とセレンを見分けて代謝することが知られています。セレンに最も特徴的な代謝経路は尿中排泄に至る過程です。セレンの生理的な摂取量の範囲では、動物はセレンを1β-methylseleno-N-acetyl-D-galactosamineという糖の誘導体（一般的にセレン糖と呼ばれています）として尿中に排泄します⁴⁾（図）。この代謝物はセレンに特徴的で、硫黄や非必須元素であるテルルでは、同じように糖の形をした尿中代謝物を生成することはありません。なぜセレンの尿中代謝物が糖の誘導体なのか、そして糖の中でもN－アセチルガラクトサミンが使われるのかは、未だに明らかになっていません。

セレンの摂取量が過剰になり、栄養所要量を上回るとtrimethylselenonium ionとして尿中へ排泄されることが知られており⁵⁾、実際にこのような摂取条件下で尿を測定すると図のようになります⁶⁾（図）。この単純メチル化代謝物は、テルルを摂取した時にも尿中に見出されます。すなわち、必須元素とは言え、所要量を上回る曝露があった場合は、非必須元素と同じ経路で代謝されます。毒性学の父と言われるパラケルススの言に倣うと“ミネラルが必須であるか非必須であるかは、摂取量が決める”と代謝の観点から言えるのではないでしょうか。

引用文献：

図．栄養所要量を上回るセレンを摂取したラットの尿中セレン代謝物のLC-ICP-MS（HPLCの検出器として誘導結合プラズマ質量分析計を用いた分析法）による溶出図．

主に2つのセレン代謝物が観察され、早く溶出する代謝物がセレン糖で、遅い方がトリメチルセレノニウムイオンであることが同定されています。

2021年　千葉大学大学院薬学研究院
小椋　康光

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