P21

P21はどのように開発されたのか？

P21はCNTFの低分子ペプチド誘導体である。P21は、エピトープマッピングと呼ばれる、抗体を用いて標的結合部位を認識するプロセスを経て開発された。P21では、まずCNTF受容体活性部位に対する抗体を用いてCNTF結合部位を認識する。次に、どの小さな合成ペプチドがCNTF結合を模倣し、抗体の結合を阻害するかを同定するために使われた。P21は、CNTFの最も活性の高い領域（アミノ酸残基148-151）に由来するテトラペプチドである。P21のC末端には、血液脳関門の透過性を高め、エキソペプチダーゼによる分解を抑えるために、アダマンチル化グリシンが付加されている。

天然のCNTFは大きすぎて血液脳関門を通過できず、血漿安定性が悪く、薬理学的プロファイルも好ましくない。脳脊髄液への直接注射も選択肢の一つではあるが、痛み、感染のリスク、その他の副作用のために通常は避けられる。インタクトのCNTFとは異なり、P21は人工胃液中で30分以上安定であり、ほとんどの場合胃を通過するのに十分である。腸内ではおよそ100%で2時間安定であり、これは吸収されるのに十分な時間である。血漿中では3時間以上安定である。

P21の仕組みは？

P21はCNSにおいて複数の役割を担っているが、主な役割は歯状回であり、顆粒細胞層と顆粒下帯における神経新生と神経細胞の成熟を促進する作用がある。歯状回は脳の側頭葉にある海馬構造の一部であり、新しい環境下で起こる自発的な探索／学習だけでなく、新しい状況記憶の形成にも寄与していると考えられている。歯状回はまた、情報の前処理とパターン分離においても重要な役割を果たしている。基本的に、パターン分離によって哺乳類はある記憶と別の記憶を区別することができる。歯状回が神経科学者にとって非常に興味深いのは、成人の神経新生が顕著であることが知られている数少ない脳領域のひとつだからである。

マウスモデル研究では、P21はCNTFレセプターに結合しないことが示されており、P21がアナログであると主張されているにもかかわらず、CNTFアナログではないことは明らかであろう。P21は、CNTFを中和する抗体や他の分子を阻害するように作用するようである。したがって、P21はP21の作用を直接模倣するわけではないが、この最も強力な神経新生促進剤の濃度を高め、それによってその作用を効果的に模倣している。

マウスを用いた研究では、P21が歯状回におけるBrdU陽性細胞のレベルを増加させることが示されている。これは、生体組織における増殖細胞を検出するために用いられる合成ヌクレオシド（チミジンアナログ）である。この実験では、P21を投与したマウスの歯状回に集中しているが、対照マウスの歯状回には見られないことから、P21がこの領域の細胞増殖を促進することが示唆された。細胞が神経細胞であるかどうかを調べるには、成熟神経細胞のマーカーであるNeuNの発現を測定すればよい。NeuNの発現もまた、P21を投与したマウスやBrdUが増加した領域で有意に増加しており、増殖の増加が実際には神経新生の増加であるという考えを裏付けている。

P21活性のもう一つの要素は、LIF-STATシグナルを阻害することによって産生されるようである。これはLeukemia Inhibitory Factor（白血病抑制因子）の頭文字をとったもので、胚発生において重要な役割を果たすインターロイキン6に似たサイトカインである。LIF-STATシグナルは、分化を抑制し、細胞増殖を制御された方法で停止させる役割を担っており、このプロセスは、増殖の減少という犠牲を払ってでも、組織の成熟を促進するために重要である。LIFを阻害することで、P21は神経新生の障壁の一つを取り除き、それによって脳が神経細胞の成長にとってより好ましい胚の状態になることを可能にする。

アルツハイマー病（AD）では、傷害（すなわち神経細胞やシナプスの喪失）に対する脳の自然な反応は、歯状回の活動を増加させることである。残念なことに、多くの老化脳には神経新生をサポートする能力がないため、代替的な努力は失敗に終わる。P21 歯状回活動の亢進は、この制限を克服し、神経栄養因子のバランスを神経新生へとシフトさせるのに十分である。したがって、脳内のアミロイド沈着を抑制することだけが、ADの影響に対処する唯一の方法ではないのかもしれない。このことは、プラークの沈着がADの早期から始まっているにもかかわらず、神経栄養因子のホメオスタシスが神経新生からシフトする後期まで、沈着の影響が顕在化しない理由を説明できるかもしれない。P21による神経栄養支持は、脳由来神経栄養因子と神経栄養タンパク質4のレベルを増加させる一方で、線維芽細胞増殖因子2の分裂促進作用を減少させることが示されている。興味深いことに、ADのマウスモデルにおいて、ADの発症前にP21を投与すると、通常起こる認知機能の低下を防ぐことができた。このことは、P21が治療薬としてよりも予防薬として重要であることを示唆している。

また、BDNFは神経新生の亢進だけでなく、AD脳におけるタウタンパク質とアミロイドプラーク形成の原因となる特定の酵素のダウンレギュレーションにも関連していることも重要である。具体的には、BDNFはGSK3-βタンパク質の活性を低下させる。GSK3-βタンパク質は、アミロイド前駆体タンパク質からのアミロイドβの形成とタウタンパク質のリン酸化を触媒する。

GSK-3βの過剰産生は、2型糖尿病、いくつかの異なる形態の癌、双極性障害など、多くの疾患プロセスに関与していることは指摘しておく価値がある。p21や他のGSK-3β阻害剤は、脳卒中、癌、特に双極性障害の治療において役割を果たすと期待されている。

特に、P21は、ADに罹患した脳において、神経細胞間のシナプス成長のマーカーであるMAP2（微小管関連タンパク質2）の発現低下の傾向を救うようである。このタンパク質の減少レベルは、シナプス形成／神経新生の低下を示しており、ADにおける疾患進行のマーカーである。同様に、P21はシナプス形成/神経新生の低下を抑制すると考えられている。

• - シナプスタンパク質Iは、神経細胞間のシナプス伝達における重要なタンパク質である。
• - GluR1（AMPA受容体）は、シナプス伝達を素早く行う受容体である。
• - シナプス可塑性と学習に関連するグルタミン酸受容体NR1。

シナプス蛋白質I、GluR1、NR1に対するP21の作用で最も興味深いのは、P21が、病気の脳でも健康な脳でも、これらの物質を生理的レベル以上に上昇させることであろう。このことから研究者らは、P21は病気の脳の機能回復に役立つだけでなく、正常な脳の機能増強にも役立つ可能性があると結論づけた。そのため、P21は知的刺激剤として、また認知タスクのパフォーマンス向上剤として有用である可能性がある。この分野の研究は、ヒトでの試験はおろか、動物モデルでもまだ行われていない。実際、P21は神経新生を促進するのに非常に効果的であり、健康な未処置の脳に比べ、疾患脳では神経新生レベルが実際に増加する。