文献詳細
特集 分子イメージング
文献概要
はじめに
生体内における遺伝子や蛋白質などの分子を,生物が生きたままの状態で画像化する「分子イメージング」は,さまざまな病態に関与する分子を画像化することで,疾患の高度な診断を可能にすると考えられている。分子イメージングによる診断が期待される疾病の1つにアルツハイマー病があり,アルツハイマー病の原因物質であるアミロイドβ蛋白を体外から画像化する,いわゆる「アミロイドイメージング」と呼ばれる分子イメージング技術が注目されている。
現在,アルツハイマー病の生物学的診断マーカーはなく,一般的に問診,脳波測定,CTスキャンなどの方法がその診断に用いられている。しかし,これらの診断方法ではアルツハイマー病を診断するのは困難であり,確定診断には患者剖検脳の病理学的所見が必要である。また,多くの研究から,最初の臨床症状が現れる数十年前には,すでにアルツハイマー病に特徴的な神経変性が始まっていることが明らかとなっており,患者に臨床症状が現れたときには,脳内の病理学的変化はかなり進行した状態になっていると考えられている。このような状況下,アルツハイマー病の早期診断に対する社会的要求は高く,その早急な開発が強く望まれている。
アルツハイマー病の特徴的病理学的変化として,脳内における老人斑の沈着と神経原線維変化の出現が知られている1)。前者の主構成成分はβシート構造をとったアミロイドβ蛋白であり,後者は過剰リン酸化されたタウ蛋白である。アルツハイマー病の確定診断は,患者死後脳におけるこれら病理学的変化の確認にゆだねられている。特にアミロイドβ蛋白の蓄積はアルツハイマー病発症の最も初期段階より始まることから,脳内でβシート構造をとったアミロイドβ蛋白の早期検出は,アルツハイマー病の早期診断につながると考えられる。
こうした背景をもとに,現在,脳内に蓄積した老人斑アミロイドを体外より鋭敏に画像化できる,アミロイドイメージングプローブの開発研究が活発に行われている。重篤な認知症症状が出現する前に,アルツハイマー病の早期診断を可能とする脳内アミロイドイメージング技術の開発は,早期治療の導入により,重度の患者を減少させることが可能になると考えられる2-4)。また,アルツハイマー病と臨床的に類似したほかの認知症性疾患との鑑別診断,病状進行の判定,薬剤の治療効果の判定にもその有用性が期待される。さらに,アルツハイマー病患者とその家族の精神的および経済的負担の軽減にも,早期診断は極めて重要であり,その意義は大きいと考えられる。本稿では,アルツハイマー病の診断を目的とする脳内アミロイドの分子イメージング技術について,アミロイドイメージングプローブの開発状況とともに薬学的視点から概説を行う。
生体内における遺伝子や蛋白質などの分子を,生物が生きたままの状態で画像化する「分子イメージング」は,さまざまな病態に関与する分子を画像化することで,疾患の高度な診断を可能にすると考えられている。分子イメージングによる診断が期待される疾病の1つにアルツハイマー病があり,アルツハイマー病の原因物質であるアミロイドβ蛋白を体外から画像化する,いわゆる「アミロイドイメージング」と呼ばれる分子イメージング技術が注目されている。
現在,アルツハイマー病の生物学的診断マーカーはなく,一般的に問診,脳波測定,CTスキャンなどの方法がその診断に用いられている。しかし,これらの診断方法ではアルツハイマー病を診断するのは困難であり,確定診断には患者剖検脳の病理学的所見が必要である。また,多くの研究から,最初の臨床症状が現れる数十年前には,すでにアルツハイマー病に特徴的な神経変性が始まっていることが明らかとなっており,患者に臨床症状が現れたときには,脳内の病理学的変化はかなり進行した状態になっていると考えられている。このような状況下,アルツハイマー病の早期診断に対する社会的要求は高く,その早急な開発が強く望まれている。
アルツハイマー病の特徴的病理学的変化として,脳内における老人斑の沈着と神経原線維変化の出現が知られている1)。前者の主構成成分はβシート構造をとったアミロイドβ蛋白であり,後者は過剰リン酸化されたタウ蛋白である。アルツハイマー病の確定診断は,患者死後脳におけるこれら病理学的変化の確認にゆだねられている。特にアミロイドβ蛋白の蓄積はアルツハイマー病発症の最も初期段階より始まることから,脳内でβシート構造をとったアミロイドβ蛋白の早期検出は,アルツハイマー病の早期診断につながると考えられる。
こうした背景をもとに,現在,脳内に蓄積した老人斑アミロイドを体外より鋭敏に画像化できる,アミロイドイメージングプローブの開発研究が活発に行われている。重篤な認知症症状が出現する前に,アルツハイマー病の早期診断を可能とする脳内アミロイドイメージング技術の開発は,早期治療の導入により,重度の患者を減少させることが可能になると考えられる2-4)。また,アルツハイマー病と臨床的に類似したほかの認知症性疾患との鑑別診断,病状進行の判定,薬剤の治療効果の判定にもその有用性が期待される。さらに,アルツハイマー病患者とその家族の精神的および経済的負担の軽減にも,早期診断は極めて重要であり,その意義は大きいと考えられる。本稿では,アルツハイマー病の診断を目的とする脳内アミロイドの分子イメージング技術について,アミロイドイメージングプローブの開発状況とともに薬学的視点から概説を行う。
参考文献
1) Selkoe D J: Alzheimer's disease: genes, proteins, and therapy. Physiol Rev 81: 741-766, 2001
2) Selkoe D J: Imaging Alzheimer's amyloid. Nat Biotechnol 18: 823-824, 2000
3) Mathis CA, Wang Y, Klunk WE: Imaging beta-amyloid plaques and neurofibrillary tangles in the aging human brain. Curr Pharm Des 10: 1469-1492, 2004
4) Nordberg A: PET imaging of amyloid in Alzheimer's disease. Lancet Neurol 3: 519-527, 2004
5) Levin VA: Relationship of octanol/water partition coefficient and molecular weight to rat brain capillary permeability. J Med Chem 23: 682-684, 1980
6) Dishino DD, Welch MJ, Kilbourn MR, Raichle ME: Relationship between lipophilicity and brain extraction of C-11-labeled radiopharmaceuticals. J Nucl Med 24: 1030-1038, 1983
7) Kung MP, Hou C, Zhuang ZP, Cross A J, Maier DL, et al: Characterization of IMPY as a potential imaging agent for beta-amyloid plaques in double transgenic PSAPP mice. Eur J Nucl Med Mol Imaging 31: 1136-1145, 2004
8) Klunk WE, Debnath ML, Pettegrew JW: Development of small molecule probes for the beta-amyloid protein of Alzheimer's disease. Neurobiol Aging 15: 691-698, 1994
9) Styren SD, Hamilton RL, Styren GC, Klunk WE: X-34, a fluorescent derivative of Congo red: a novel histochemical stain for Alzheimer's disease pathology. J Histochem Cytochem 48: 1223-1232, 2000
10) Skovronsky DM, Zhang B, Kung MP, Kung HF, Trojanowski J Q, et al: In vivo detection of amyloid plaques in a mouse model of Alzheimer's disease. Proc Natl Acad Sci USA 97: 7609-7614, 2000
11) Zhuang ZP, Kung MP, Hou C, Skovronsky DM, Gur TL, et al: Radioiodinated styrylbenzenes and thioflavins as probes for amyloid aggregates. J Med Chem 44: 1905-1914, 2001
12) Klunk WE, Wang Y, Huang GF, Debnath M L, Holt DP, Mathis CA: Uncharged thioflavin-T derivatives bind to amyloid-beta protein with high affinity and readily enter the brain. Life Sci 69: 1471-1484, 2001
13) Mathis CA, Wang Y, Holt DP, Huang GF, Debnath ML, et al: Synthesis and evaluation of 11C-labeled 6-substituted 2-arylbenzothiazoles as amyloid imaging agents. J Med Chem 46: 2740-2754, 2003
14) Klunk WE, Engler H, Nordberg A, Wang Y, Blomqvist G, et al: Imaging brain amyloid in Alzheimer's disease with Pittsburgh Compound-B. Ann Neurol 55: 306-319, 2004
15) Klunk WE, Lopresti BJ, Ikonomovic MD, Lefterov IM, Koldamova RP, et al: Binding of the positron emission tomography tracer Pittsburgh compound-B reflects the amount of amyloid-beta in Alzheimer's disease brain but not in transgenic mouse brain. J Neurosci 25: 10598-10606, 2005
16) Ono M, Kung MP, Hou C, Kung HF: Benzofuran derivatives as Abeta-aggregate-specific imaging agents for Alzheimer's disease. Nucl Med Biol 29: 633-642, 2002
17) Ono M, Kawashima H, Nonaka A, Kawai T, Nakayama M, et al: Novel benzofuran derivatives for PET imaging of beta-amyloid plaques in Alzheimer's disease brains. J Med Chem 49: 2725-2730, 2006
18) Kung HF, Lee CW, Zhuang ZP, Kung MP, Hou C, et al: Novel stilbenes as probes for amyloid plaques. J Am Chem Soc 123: 12740-12741, 2001
19) Ono M, Wilson A, Nobrega J, Westaway D, Verhoeff P, et al: 11C-labeled stilbene derivatives as Abeta-aggregate-specific PET imaging agents for Alzheimer's disease. Nucl Med Biol 30: 565-571, 2003
20) Verhoeff NP, Wilson AA, Takeshita S, Trop L, Houle S, et al: In-vivo imaging of Alzheimer disease beta-amyloid with [11C]SB-13 PET. Am J Geriatr Psychiatry 12: 584-595, 2004
21) Ono M, Haratake M, Nakayama M, Kaneko Y, Kung HF, et al: Synthesis and biological evaluation of (E)-3-styrylpyridine derivatives as amyloid imaging agents for Alzheimer's disease. Nucl Med Biol 32: 329-335, 2005
22) Agdeppa E D, Kepe V, Liu J, Flores-Torres S, Barrio J R, et al: Binding characteristics of radiofluorinated 6-dialkylamino-2-naphthylethylidene derivatives as positron emission tomography imaging probes for beta-amyloid plaques in Alzheimer's disease. J Neurosci 21: RC189, 2001
23) Shoghi-Jadid K, Small GW, Agdeppa ED, Kepe V, Barrio JR, et al: Localization of neurofibrillary tangles and beta-amyloid plaques in the brains of living patients with Alzheimer disease. Am J Geriatr Psychiatry 10: 24-35, 2002
24) Okamura N, Suemoto T, Shimadzu H, Suzuki M, Sawada T, et al: Styrylbenzoxazole derivatives for in vivo imaging of amyloid plaques in the brain. J Neurosci 24: 2535-2541, 2004
25) Newberg AB, Wintering NA, Clark CM, Plossl K, Kung H F, et al: Use of 123I IMPY SPECT to differentiate Alzheimer's disease from controls. J Nucl Med 47: 78P, 2006
26) Ono M, Yoshida N, Ishibashi K, Haratake M, Nakayama M, et al: Radioiodinated flavones for in vivo imaging of beta-amyloid plaques in the brain. J Med Chem 48: 7253-7260, 2005
27) Ono K, Yoshiike Y, Takashima A, Hasegawa K, Naiki H: Potent anti-amyloidogenic and fibril-destabilizing effects of polyphenols in vitro: implications for the prevention and therapeutics of Alzheimer's disease. J Neurochem 87: 172-181, 2003
28) Lockhart A, Ye L, Judd DB, Merritt AT, Brown J, et al: Evidence for the presence of three distinct binding sites for the thioflavin T class of Alzheimer's disease PET imaging agents on beta-amyloid peptide fibrils. J Biol Chem 280: 7677-7684, 2005
29) Higuchi M, Iwata N, Matsuba Y, Sato K, Sasamoto K, et al: 19F and 1H MRI detection of amyloid beta plaques in vivo. Nature Neurosci 8: 527-533, 2005
30) Hintersteiner M, Enz A, Frey P, Jaton AL, Gremlich HU, et al: In vivo detection of amyloid-beta deposits by near-infrared imaging using an oxazine-derivative probe. Nature Biotechnol 23: 577-583, 2005
31) Okura Y, Miyakoshi A, Kohyama K, Park IK, Matsumoto Y, et al: Nonviral Abeta DNA vaccine therapy against Alzheimer's disease: long-term effects and safety. Proc Natl Acad Sci USA 103: 9619-9624, 2006
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