重医薬品（重水素化医薬品, heavy drug）とは重水素(²H, D)で標識された医薬品のことを指す^[1]。医薬分子で代謝を受ける部位の C−H 結合を、より安定な C−D 結合に置換することで代謝を遅らせることができる。薬が安定して効く時間が延びるため、薬をのむ回数を減らし、副作用も抑えることができる。そのため、患者に負担をかけない、安全な治療法を提供できる。

薬の成分は体内でさまざまな効果を発揮するが、肝臓などで徐々に分解されて効果が薄まってゆく。効果を維持するために薬をたくさん飲めば、コストもかかる上に副作用のリスクも高くなる。しかも肝臓などでの分解には個人差があるので、副作用をコントロールするために患者一人一人に合わせて投与量を調節する必要がある場合がある。この問題を解決する一つの戦略が医薬品の重水素化である。

重水素化された有機物質に含まれる炭素–重水素結合 (C–D 結合) は、通常の水素化合物に含まれる C–H 結合より化学結合が強い。そのため、代謝部位に C–D 結合を導入すれば、薬が体内で分解される際に通常よりも時間がかかる。つまり、通常の医薬品と同じ効果が、通常よりも安定して長く続く。そのため医者や患者にとって薬を飲む量や回数を減らし、副作用をコントロールしやすくなるというメリットがある（図1）。重水素化は単純に代謝を遅くするだけではなく、代謝経路を変更するための戦略として利用されることもある。

図1。従来の医薬品と重水素化医薬品のイメージ。薬は主に肝臓で分解されて効果が薄まっていくが、重水素化医薬品は分解に時間がかかるため、同量でも薬効が長時間持続する。（出典：ほとんど0円大学 ）

2017年に重水素化した医薬品 deutetrabenazine （ハンチントン舞踏病における不随意運動の抑制）が、アメリカFDA（Food and Drug Administration）に初めて認可された(図2)^[2]。この薬は tetrabenazine に含まれる二つのメチル基を重水素化したものである。

図2

deutetrabenazine はまずカルボニル基がアルコールへと代謝される (図3左)。このアルコールは活性代謝物である。さらにシトクローム P450 (CYP 2D6) によってメトキシ基が脱メチル化される(図3右)。脱メチル化体はいずれも不活性であるため、この脱メチル化によって薬効が失われてしまう。

図3

P450 による脱メチル化は水素引き抜きによって進行する。メチル基の重水素化は、この脱メチル化を速度論的重水素同位体効果（KDIE）によって遅くすることで、薬効の持続に寄与する。例えば肝ミクロソーム (P450) によるアニソール（メトキシベンゼン）の脱メチル化反応 (図4)では、上式と比べて下式の重水素化アニソールの脱メチル化が 5–8 倍遅いと報告されている^[3]。

図4

2021年には中国で重医薬品 donafenib が認可された (抗がん剤、キナーゼ阻害剤, 図5)^[4]。この薬は sorafenib に含まれるメチル基を重水素化したものである。2022年現在、各国で臨床試験に入っている重医薬品が複数存在する。

図5

参考文献

1. Pirali, T.; Serafini, M.; Cargnin, S.; Genazzani, A. A. Applications of Deuterium in Medicinal Chemistry. J. Med. Chem. 2019, 62, 5276−5297. DOI:10.1021/acs.jmedchem.8b01808

2. Dean, M.; Sung, V. W. Review of Deutetrabenazine: a Novel Treatment for Chorea Associated with Huntington’s Disease. Drug Des. Devel. Ther. 2018, 12, 313−319. DOI:10.2147/DDDT.S138828

3. Smith, J. R. L.; Sleath, P. R. Model systems for cytochrome P450 dependent mono-oxygenases. Part 2. Kinetic isotope effects for the oxidative demethylation of anisole and [Me-²H₃]anisole by cytochrome P450 dependent mono-oxygenases and model systems. JCS Perkin Trans. II 1983, 621–628. DOI: 10.1039/P29830000621

4. Qin, S. et al. Donafenib Versus Sorafenib in First-Line Treatment of Unresectable or Metastatic Hepatocellular Carcinoma: A Randomized, Open-Label, Parallel-Controlled Phase II-III Trial. J. Clin. Oncol. 2021, 39, 3002−3011. DOI: 10.1200/JCO.21.00163

関連リンク

• 「重医薬品 (heavy drug)」（学術変革領域研究(B)重水素学 用語集）
• 「Dで世界を変えよう」 (学術変革領域研究(B) 重水素学)
• 「新しい学問、重水素学に迫る」（ほとんど0円大学）
• 第二回ケムステVプレミアレクチャー「重水素標識法の進歩と未来」を開催します！（ケムステ）
• 重水素標識反応 Deuterium Labeling Reaction（ケムステ）
• 身近な元素の話～重水素 (TCI化学よもやま話)