「グレリン」の版間の差分

{{box|text=　グレリン（ghrelin）は、成長ホルモン分泌促進因子受容体（growth hormone secretagogue receptor, GHS-R）の内因性リガンドとして胃から発見されたペプチドホルモンである<ref name=Kojima1999><pubmed>10604470</pubmed></ref>(1)。N末端から3番目のセリン残基の側鎖は、中鎖脂肪酸であるn-オクタン酸によって修飾されている。この修飾は、生理活性の発現に不可欠である。グレリンのペプチド部分に脂肪酸を付加する特異的な酵素として、グレリン-O-アシルトランスフェラーゼ（ghrelin O-acyltransferase, GOAT）が同定されている<ref name=Yang2008><pubmed>18267071</pubmed></ref>(2)。グレリンは主に胃粘膜のX/A-like細胞から分泌され、成長ホルモン（growth hormone , GH）の分泌促進や摂食行動の亢進といった生理作用を持つ<ref name=Date2000><pubmed>11089560</pubmed></ref>(3)。この特性を活用し、グレリン様化合物ががん悪液質に伴う食欲不振および体重減少の改善を目的とした治療薬として開発されている。}}

　グレリンはGHS-Rの内因性リガンドとして同定されたペプチドホルモンである<ref name=Kojima1999><pubmed>10604470</pubmed></ref>(1)。その発見は、GH分泌を促進する因子の探索研究から始まり、GHS-Rのクローニングとともに進展した。本章では、グレリンの発見に至る経緯と、その同定の過程を概説する。

=== 背景と成長ホルモン分泌促進因子（GHS）の発展 ===

　GHは、成長、代謝、エネルギー恒常性の維持に重要な役割を果たすホルモンであり、その分泌は視床下部から分泌される成長ホルモン放出ホルモン（growth hormone-releasing hormone, GHRH）とソマトスタチン（somatostatin, SST）によって制御される。1970年代後半になって、成長ホルモン分泌促進活性を持つ化合物として、さまざまな成長ホルモン分泌促進因子（growth hormone secretagogue, GHS）が開発された<ref name=Bowers1980><pubmed>7353536</pubmed></ref>(4)。この探索の契機となったのは、1975年にHughesらによって発見されたオピオイドペプチドの研究である。Bowersらは、メチオニンエンケファリンおよびロイシンエンケファリンの構造を基に、オピオイド誘導体（Tyr-D-Trp-Gly-Phe-Met-NH₂）を合成し、これがGH分泌を弱く促進することを示した<ref name=Bowers1980><pubmed>7353536</pubmed></ref>(4)。その後、さらなる改良が重ねられ、より強力な作用を持つ成長ホルモン放出ペプチド（growth hormone-releasing peptide 6， GHRP-6）（His-D-Trp-Ala-D-Trp-Phe-Lys-NH₂）が開発された。

=== GHS-Rのクローニングと内因性リガンドの探索 ===

　1993年、メルク社のSmithらは、経口投与可能な非ペプチド性低分子GHS（L-692,429）を開発し、GHSが特定の受容体を介してGH分泌を促進することを示した<ref name=Smith1993><pubmed>8503009</pubmed></ref>(5)。この研究を契機に、GHSが作用する受容体の同定が進められた。1996年、メルク社の研究チームは発現クローニング法を用いて、GHSが特異的に結合するGタンパク質共役受容体（G protein-coupled receptor，GPCR）を単離し、これをGHS-Rと命名した<ref name=Howard1996><pubmed>8688086</pubmed></ref>(6)。GHS-Rは視床下部、下垂体、海馬などに分布しており、GHSが典型的なGPCRシグナル伝達を介して作用することが確認された。この受容体の発見により生体内にはGHS-Rに結合する内因性リガンドが存在すると考えられ、その同定を目指した研究が本格化した。

　児島将康、細田洋司、伊達紫、中里雅光、松尾壽之、寒川賢治の研究グループは、GHS-R発現細胞株を樹立し、細胞内カルシウムイオン濃度の上昇活性を指標としてリガンド探索を行った。その結果、ラットの胃粘膜から28アミノ酸残基を有するペプチドが単離され、これがGHS-Rの内因性リガンドであることが確認された。この新規ペプチドは、1999年に「グレリン（ghrelin）」と命名された<ref name=Kojima1999><pubmed>10604470</pubmed></ref>(1)。この名称は、インド・ヨーロッパ基語の ghre-（成長を意味する語）に由来し、さらにこのペプチドがGHの分泌を促進することから"GH release" という意味も込められている。

[[ファイル:Kojima Ghrelin Fig2.png|サムネイル|'''図2. 哺乳類グレリン前駆体のアミノ酸配列'''<br>哺乳類グレリン前駆体間の配列比較を示す。同一アミノ酸は色分けされている。アスタリスクはアシル修飾されるSer3の位置を示す。哺乳類のグレリン前駆体のアミノ酸配列はよく保存されており、特に、アシル修飾されるセリンを含む活性グレリンペプチドのNH2末端の10アミノ酸はすべて同一である。<ref name=Kojima2005><pubmed>15788704</pubmed></ref>より改変。]]

[[ファイル:Kojima Ghrelin Fig3.png|サムネイル|'''図3. 脊椎動物グレリンのアミノ酸配列比較'''<br>グレリンは脊椎動物一般に存在して、N 末端の活性に必要な部分のアミノ酸配列が非常によく保存されている。特に3番目のアミノ酸は両生類を除いてセリン残基であり、この部位が脂肪酸（主としてn-オクタン酸）によって修飾されている。両生類のグレリンは現在２種明らかになっており、3番目のアミノ酸はどちらもトレオニンである。セリンとトレオニンはともに側鎖にOH 基を持つ同族のアミノ酸で、両生類グレリンのトレオニンも脂肪酸によって修飾されている。魚類のグレリンはC 末端がアミド構造になっている。<ref name=Kojima2005><pubmed>15788704</pubmed></ref>より改変。]]

　グレリンはmRNAから、まずプレプログレリン（preproghrelin） と呼ばれる117アミノ酸残基（ヒトの場合）からなる前駆体タンパク質として合成される。そのN末端にはシグナルペプチドが存在する。このシグナルペプチドは、シグナルペプチダーゼにより切断されることで プログレリン（proghrelin, 94残基） が生成される。プログレリンはさらに酵素的切断を受け、グレリンとなる。

<ref name=Kojima1999><pubmed>10604470</pubmed></ref>(1)（'''図1'''）。この脂肪酸修飾（アシル化）はGHS-Rとの結合および生理活性の発現に必須であり、グレリンの特異的な生理機能を決定する重要な要素である。通常、ペプチドホルモンの活性はアミノ酸配列によって決定されるが、グレリンは受容体への結合と活性発現に脂肪酸修飾が不可欠である。

　グレリンには、アシルグレリン（acylated ghrelin）とデスアシルグレリン（desacyl-ghrelin）の2つの主要な分子形態が存在する。アシルグレリンはSer3にオクタノイル基が付加された活性型のグレリンであり、GHS-Rを介して成長ホルモン分泌促進などの生理作用を発揮する。一方、デスアシルグレリンはアシル化を受けていないグレリンであり、GHS-Rに対する親和性を持たないが、血中ではアシルグレリンよりも高濃度で循環している<ref name=Hosoda2000><pubmed>11162448</pubmed></ref>(7)。その生理的役割は未だ完全には解明されていないが、デスアシルグレリンが骨格筋由来のC2C12細胞の増殖を抑制しつつ分化を促進して多核の筋管細胞に変化させることや<ref name=Filigheddu2007><pubmed>17202410</pubmed></ref>(8)、膵臓や皮膚、副腎などの細胞株において細胞増殖の促進やアポトーシスの抑制作用を示すことが報告されている<ref name=Granata2007><pubmed>17068144</pubmed></ref>(9)。以下，特に記載のない場合、“グレリン”はオクタン酸で修飾されたグレリンを指す。

　オベスタチンは、2005年にHsuehらにより報告されたペプチドで、グレリン前駆体から切り出され、グレリンとは逆に摂食抑制作用を示すとされた<ref name=Zhang2005><pubmed>16284174</pubmed></ref>(20)。オーファン受容体GPR39の内因性リガンドとも提唱され、同一前駆体に由来する対照的な作用を持つペプチドとして注目された。一方で、脊椎動物全体ではアミノ酸配列の保存性が低く、またC末端のアミド構造やプロセシング部位の不確かさ、グレリンとは異なる分泌動態などが報告されている<ref name=Chartrel2007><pubmed>17289961</pubmed></ref>(21)。さらに、GPR39との結合や摂食抑制作用については他の研究で再現が難しく<ref name=Zizzari2011><pubmed>21530598</pubmed></ref><ref name=Holst2007><pubmed>16959833</pubmed></ref><ref name=Zizzari2007><pubmed>17204551</pubmed></ref><ref name=Nogueiras2007><pubmed>17008393</pubmed></ref>(22–25)、現時点ではその内因性生理活性ペプチドとしての位置づけには慎重な見解が多く示されている。

　ヒトのグレリン遺伝子は第3染色体（3p25–26）に位置し、5つのエキソンから構成される<ref name=Smith1997><pubmed>9331545</pubmed></ref><ref name=Tanaka2001><pubmed>11459820</pubmed></ref><ref name=Kanamoto2004><pubmed>15142980</pubmed></ref>(26–28)。グレリン遺伝子には2種類の転写開始部位があり、それぞれ開始コドン（ATG）の上流-80および-555の位置に存在する。これにより、異なる転写産物が生成される。-80の転写開始部位から産生されるmRNAは、第2エキソン以下の4つのエキソンから構成され、28アミノ酸残基からなるグレリンをコードする主要なmRNAである。一方、-555の転写開始部位から産生されるmRNAは、第1エキソンを含む5つのエキソンから構成される。ラットおよびマウスのグレリン遺伝子では、第14アミノ酸であるグルタミン（Gln）のコドンCAGが選択的スプライシングのシグナルとして機能し、2種類の成熟mRNAが生成される<ref name=Hosoda2000b><pubmed>10801861</pubmed></ref>(29)。一方は28アミノ酸のグレリンであり、もう一方は14番目のGlnが欠失した27アミノ酸型のdes-Gln14-グレリンである。

　グレリンの発現は栄養状態やホルモン環境に応じて調節される。特に、空腹時に転写が促進され、食後には抑制されるという特徴がある<ref name=Asakawa2001><pubmed>11159873</pubmed></ref>(30)。一方、レプチン投与が血漿中の胃グレリン濃度を迅速に低下させることから<ref name=Ueno2004><pubmed>15155574</pubmed></ref>(31)、グレリンとレプチンの拮抗作用によってエネルギーバランスは維持されている。

[[ファイル:Kojima Ghrelin Fig4.png|サムネイル|'''図4. (A) グレリン受容体 (B) リガンド結合ポケット'''<br>グレリン受容体とアンタゴニスト化合物21との複合体の切断面を見ると、リガンド結合ポケットが分岐していることがわかる<ref name=Shiimura2020><pubmed>32814772</pubmed></ref>(34)。]]

=== GHS-Rの構造とアイソフォーム ===

=== GHS-Rのシグナル伝達機構 ===

　GHS-R1aは主にGq/11タンパク質を介してホスホリパーゼC（phospholipase C，PLC）経路を活性化する。これによりイノシトール三リン酸（inositol 1,4,5-trisphosphate，IP3）とジアシルグリセロール（diacylglycerol，DAG）が生成され、細胞内Ca²⁺濃度が上昇し、成長ホルモン分泌が促進される。また、GHS-Rは細胞外シグナル調節キナーゼ（extracellular signal-regulated kinase，ERK）経路やAMP活性化プロテインキナーゼ（5' adenosine monophosphate-activated protein kinase，AMPK）経路も活性化し、代謝調節や細胞の生存維持に関与する。

2020年には、アンタゴニストCompound 21が結合した不活性型GHS-RのX線結晶構造が解明され、受容体のリガンド結合ポケットがE124³·³³とR283⁶·⁵⁵ (上付の数字はBallesteros-Weinstein numberingによる) のイオン結合により二股構造（Cavity IとCavity II）を形成していることが示された（'''図4'''）

　グレリンは、主に胃底腺のX/A-like細胞で合成・分泌されるが

また、グレリンは腹内側核（Ventromedial hyptothalamus, VMH）において食欲抑制シグナルを抑制することで、摂食行動をさらに増強する

GHS-R1aに結合すると、Gqタンパク質を介してホスホリパーゼC（PLC）経路が活性化され、イノシトール三リン酸（IP₃）を介して細胞内Ca²⁺濃度が上昇する。これによりGH分泌細胞が脱分極し、GHが分泌される。また、グレリンは脳室内に投与することで、血中投与よりもはるかに少ない10 pmolという量からGH分泌促進作用を示す

　グレリンは中脳腹側被蓋野（VTA）に存在するドーパミン作動性ニューロンを活性化し、側坐核（Nucleus accumbens, NAcc）へのドーパミン放出を促進する。この作用は快感や報酬行動と密接に関係し、摂食行動の動機づけに関与する。空腹時に食物をより魅力的に感じるのは、こうした神経機構に基づくと考えられている

　神経性食欲不振症（anorexia nervosa , AN）は、やせ、異常な食行動、体型認識のゆがみ、無月経などを特徴とする疾患である。AN患者ではやせの重症度と血中グレリン濃度が相関し、症状の改善に伴いグレリン濃度も正常化することから、グレリンとANの病態との深い関連が示唆される

しかし、ANに対するグレリンの臨床試験では十分な治療効果が得られず、摂食量が逆に減少する例もみられ、この疾患の治療の難しさが浮き彫りとなった。一方で、がん悪液質への応用研究は進展した。がん悪液質はがん、後天性免疫不全症候群（Acquired Immunodeficiency Syndrome , AIDS）、慢性心不全、慢性閉塞性肺疾患（chronic obstructive pulmonary disease, COPD）などに伴い発症し、特にがん患者の約90%が悪液質を呈する。従来、有効な治療薬がなかったが、GHSとしてアナモレリンが開発され、経口投与可能な治療薬として日本で2021年、「エドルミズ」の名称で正式に承認された