BCHE

ヒトブチリルコリンエステラーゼ（BChE、EC 3.1.1.8）は、肝臓で合成され血中へ分泌される、可溶性の糖鎖修飾を受けた球状分子である。ほぼ全ての組織にブチリルコリンエステラーゼが存在するが、血漿中酵素が最も研究されている。ブチリルコリンエステラーゼはセリンエステラーゼであり、有機リン系農薬および神経剤による阻害に極めて高感受性である。有機リン系毒物を捕捉（スカベンジ）するブチリルコリンエステラーゼの能力により、神経剤毒性からの防護を目的とした新規治療薬としてブチリルコリンエステラーゼが注目されている。米国国防総省は、神経剤防護用途に供するため、高純度ヒトブチリルコリンエステラーゼを大量生産する目的で数百万ドル規模の投資を行っている。

命名法

ブチリルコリンエステラーゼという名称は、1989年にヒト遺伝子命名委員会により付与された。遺伝子の略号はBCHE、タンパク質の略号はBChEである。旧来の文献では、シュードコリンエステラーゼ、血漿コリンエステラーゼ、血清コリンエステラーゼ、非特異的コリンエステラーゼ、ブチリルコリンエステラーゼ、アシルコリンアシルヒドロラーゼ等の名称が用いられている。酵素委員会番号はEC 3.1.1.8である。

構造

ヒトブチリルコリンエステラーゼのモノマーは602アミノ酸からなり、シグナルペプチドの28残基と、成熟した分泌タンパク質の574残基を含む。BChEはセリン加水分解酵素ファミリーに属し、活性部位にセリンを含む酵素として定義される。BChEによる触媒反応には、機能的な触媒三残基（Ser198、Glu325、His438）が必要である。BChE活性は有機リン化合物により不可逆的に阻害される。活性部位セリンは有機リン酸エステルとの反応により共有結合的に修飾され、この反応はBChEを同時に不活化するとともに、有機リン系毒物を分解する。

図1．四量体ヒトBChE。（A）BChE四量体の上面図。（B）BChE四量体の側面図。
（Lockridge O. 2015）

BChE四量体は、4つの同一サブユニット（各85 kDa）からなり、C末端における4本ヘリックス束を介して相互作用している。4本ヘリックス束の中心にはポリプロリンリッチペプチドが存在する。4本ヘリックス束は四量体化ドメインである。4本ヘリックス束中心のポリプロリンリッチペプチドは、Trp543、Trp550、Trp557および同一の両親媒性ヘリックスの同じ側に位置する他の3つの疎水性残基と水素結合している。BChEを希釈しても、ポリプロリンリッチペプチドは四量体から遊離しない。

安定性

健常成人では、血漿中BChE活性は一定の水準を示す。しかし、肥満者では血漿BChE活性が上昇し、またBCHE遺伝子のCynthiana変異体およびC5+変異体でも上昇が認められる。低BChE活性は、妊娠時の血漿ならびに肝疾患、栄養不良、癌腫、その他の病態を有する被験者、さらにBCHE遺伝子の遺伝性ミスセンス変異を有する被験者の血漿で認められる。

保存したヒト血漿または血清中のBChE活性は、4°C、22°C、または−20°Cで保存した場合、少なくとも8日間安定であった。室温（23°C）で21日間の長期保存では、BChE活性は初期活性の40%まで低下した。一方、冷蔵（4°C）または凍結（−20°C）保存した血漿では、50日間にわたりBChE活性の90%以上が保持された。

機能

ブチリルコリンエステラーゼは、薬理遺伝学という新しい分野における初期の代表例の一つであった。ブチリルコリンエステラーゼの自然遺伝子多型の研究により、一部の人ではブチリルコリンエステラーゼ活性が全く存在しないことが明らかになった。ブチリルコリンエステラーゼ活性が完全に欠如していても、サイレント型ブチリルコリンエステラーゼを有する人は健康である。このことから、ブチリルコリンエステラーゼには、他の酵素により代償できない必須機能はないと結論づけられた。ブチリルコリンエステラーゼの機能が明確に認められたのは、静脈内投与される薬剤に対する応答においてのみであった。ブチリルコリンエステラーゼのエステラーゼ活性は、薬剤が作用部位に到達する前にその相当割合を分解することに関与していた。サイレント型または非定型ブチリルコリンエステラーゼを有する人では薬剤を加水分解できず、その結果、過量投与となった。

ブチリルコリンエステラーゼの生理学的機能を解明するため、ブチリルコリンエステラーゼノックアウトマウスおよびアセチルコリンエステラーゼノックアウトマウスが作製された。ブチリルコリンエステラーゼは神経伝達において補助的役割を担い、神経シナプス外へ拡散したアセチルコリンを加水分解することが証明されている。この役割は、アセチルコリンエステラーゼが阻害された場合にのみ顕在化する。現在、アルツハイマー病の進行抑制を目的として承認されている薬剤は、アセチルコリンエステラーゼ阻害薬である。

応用

BChEは、神経剤および有機リン系農薬への曝露を示す優れたバイオマーカーである。米国国防総省は、神経剤毒性からの防護に用いるため、凍結乾燥ヒトBChEの備蓄を計画している。動物試験によりBChEが有機リン（OP）毒性から防護することが示されているため、本適応にヒトBChEが選択された。BChEの防護効果を説明する機序は、BChEが高反応性のスカベンジャーとして、毒物が標的であるAChEに到達する前にこれを捕捉し分解する点にある。血漿由来ヒトBChEを神経剤防護に用いる際の欠点は、OPとの反応が化学量論的であることである。すなわち、BChE 1分子が神経剤1分子を分解し、その過程でBChEは以後のバイオスカベンジング活性を失って不活化される。多数分子の神経剤を分解できる触媒型スカベンジャーが得られれば、防護に必要な投与量を低減できるため有利である。

参考文献