カルボキシペプチダーゼG

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はじめに

カルボキシペプチダーゼG2（Carboxypeptidase G2：CPG2）は、組換え遺伝子技術によりPseudomonas aeruginosaから得られる42 kDaの亜鉛依存性メタロ酵素であり、葉酸およびその類縁体をグルタミン酸と別の化合物へ分解（異化）することができます。CPG2はメトトレキサート（MTX）に対する高い親和性を有し、MTX誘発性腎毒性を迅速に軽減できることから、MTX解毒剤として広く使用されてきました。一方で、CPG2は抗体指向性または遺伝子指向性の技術と組み合わせることで、無毒性プロドラッグと併用した標的腫瘍治療の実現にも応用可能です。

由来と分布

由来による分類では、カルボキシペプチダーゼは動物由来、植物由来、微生物由来に大別されます。哺乳類のさまざまな組織・区画には一連のメタロカルボキシペプチダーゼが存在し、それぞれの生理機能を担っています。例えば、膵臓カルボキシペプチダーゼAおよびBは主として食物の消化を補助し、カルボキシペプチダーゼEは生理活性ペプチドを選択的にプロセシングします。カルボキシペプチダーゼMはペプチドホルモンのプロセシングに選択的に関与し、カルボキシペプチダーゼD（ゴルジ体）およびカルボキシペプチダーゼN（血漿）はペプチドおよびタンパク質のプロセシングに関与します。動物由来カルボキシペプチダーゼに関する研究は、主にヒト、ブタ、ウシ、およびマウスを対象として進められています。

CPG2の作用機序

葉酸はDNA合成および細胞複製において重要な役割を担います。MTXは葉酸の1,000倍の親和性で細胞内へ取り込まれ、ジヒドロ葉酸還元酵素（DHFR）に先行して結合することで、テトラヒドロ葉酸（THF）への変換を競合的に阻害し、細胞の分裂能およびタンパク質産生能を低下させます。MTXは増殖の速い細胞に対して最も強い影響を示します。葉酸およびその類縁体を異化するカルボキシペプチダーゼファミリーは、体内の過剰なMTXを分解する目的で利用可能であることが示されており、このファミリーに属するCPG2はMTXに対して特異的な親和性を有し、循環系においてMTXを速やかにグルタミン酸および2,4-ジアミノ-N10-メチルプテロイン酸へ代謝します。

標的プロドラッグ療法におけるCPG2

• 抗体指向性酵素プロドラッグ療法

抗体指向性酵素プロドラッグ療法（Antibody-Directed Enzyme Prodrug Therapy：ADEPT）は、抗原抗体反応による認識・結合の原理を利用し、腫瘍特異的抗体にCPG2を化学的に結合させて腫瘍部位へ送達し、無毒性のナイトロジェンマスタード系プロドラッグを細胞傷害性薬剤へ変換することで、腫瘍細胞を選択的に殺傷するシステムです。現在、本システムは臨床試験段階にあります。

• 遺伝子指向性酵素プロドラッグ療法

遺伝子指向性酵素プロドラッグ療法（Gene-Directed Enzyme Prodrug Therapy：GDEPT）は、「自殺酵素」をコードする遺伝子を腫瘍組織へ導入してCPG2酵素を発現させ、正常組織ではなく腫瘍組織において選択的に無毒性プロドラッグを細胞傷害性薬剤へ変換する手法です（図2）。本手法では、腫瘍組織にCPG2遺伝子を導入し、無毒性のナイトロジェンマスタード系プロドラッグを強力なDNA架橋形成剤へ変換することで、腫瘍細胞の殺傷を目的とします。本システムは現在、臨床段階にあります。

• リガンド指向性酵素プロドラッグ療法

リガンド指向性酵素プロドラッグ療法（Ligand-Directed Enzyme Prodrug Therapy：LDEPT）では、タンパク質またはペプチドリガンドを介してCPG2を腫瘍部位へ送達し、無毒性のナイトロジェンマスタード系プロドラッグを細胞傷害性薬剤へ変換することで、がん細胞死を誘導します。