The histamine H₄ receptor was first reported over ten years ago and has become an attractive target for the development of drugs for the treatment of inflammation, pruritus, allergy and asthma. The H₄ receptor mediates chemotaxis and cytokine release of mast cells, eosinophils, monocytes, dendritic cells and T cells. In addition, histamine released from mast cells or from other cell types can influence T cell polarization via activation of the H₄ receptor. The receptor also mediates T cell activity in vivo and has a proinflammatory effect not only in models of the innate immune response, but also in models of asthma and contact dermatitis, where it mainly affects T cell responses. Extensive medicinal chemistry and pharmacology efforts have led to the development of modulators with excellent potency and selectivity for the H₄ receptor. This has enabled exploration of the role of the receptor in human disease and provided candidates for clinical investigation. Several compounds have reached the clinic including JNJ 39758979 that has progressed into phase II clinical trials. This talk will highlight recent clinical and preclinical data supporting a role for the H₄ receptor in human disease, as well as some of the obstacles encountered when advancing compounds with a novel mechanism into clinical studies.

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PEBBLE nanoplatforms are self-assembled, fluorescent probes with conserved cores that contain multiple elements for the selective localization and measurement of single analytes in a living cell. Biocompatible matrices are hydrophobic or hydrophilic and include plasticized polyvinyl chloride, decylmethacrylate, polyacrylamide or sol gels with diameters of 20?200 nm. Elements that may be embedded within the co-polymer matrix include a fluorescent sensing molecule, enzymes, sensitizers, antioxidants, dendrimeric antenna supermolecules, and magnetic/superparamagnetic chelates or nanoparticles. These possible combinations provide for a wide variety of probe functions in a range of biological specimens. Available probes include sensors for Ca2+, Mg²⁺, Zn²⁺, K⁺, Na⁺, pH, Cl^-, O₂, glucose, NO and E-fields. Incorporation of sensing and other elements into the biocompatible matrix provides for separation of the sensor chemistry from the biological environment, permitting the use of highly toxic, but selective sensor molecules. PEBBLE and other related nano-scale optical sensors provide for analysis of physiological processes in living cells and biological media in real time. More recent advancements in PEBBLE nanoplatforms (Dynamic NanoPlatforms: DNPs) have enabled MR imaging of orthotopic experimental brain tumors and for enhancement of visual contrast for neurosurgical resection. Data will be presented on the pharmacokinetics and the role of the reticulo-endothelial system in clearing nanomaterials from the circulation.

Acknowledgments: This work was supported by grants from the National Cancer Institute, the WM Keck Foundation, the Department of Defense and the National Institute of Environmental Health Sciences.

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Systems biology provides a means to extend classical hypothesis-driven experiments from a focus on a small number of events to a more integrated understanding of the holistic response of a cell or tissue to any type of perturbation. The application of systems biology approaches requires global data sets such as those obtained from metabolomic or transcriptomic analyses. In this regard, transcriptional changes have been more widely evaluated than metabolomic profiles following toxicant exposure. However, metabolomic data ultimately reflect on the likely phenotypic consequence of altered gene expression, and represent important complementary data for determining the relevance of induction or repression of specific gene pathways. The integration of metabolomic and transcriptomic data can facilitate how we generate hypotheses, determine mechanisms of toxicity and translate the human relevance of data obtained from laboratory animals. Efforts to integrate these platforms indicate that each can inform the other, and collectively, they augment the identification of the major systemic effects of a xenobiotic or disease process. To this end, several examples will be provided of integrating data sets that lead to better definition of major biochemical events or toxic mechanisms. A very simple example is the urinary excretion of trimethylamine (TMA) and trimethylamine N-oxide (TMAO) which differs markedly between male and female mice. TMAO is a major metabolite in females but not in males, an outcome directly attributed to expression levels of flavin monooxygenases (FMO) that form this metabolite. As another example, integrating transcriptomic and metabolomic profiling from genetically-modified models is particularly helpful in establishing the phenotype of these models (usually mice). Organic anion transporting polypeptides (Oatp) are major hepatic anion uptake transporters, and Oatp1a1 null mice are viable, fertile, and appear to have minimal alterations in hepatic gene expression patterns. However, metabolomic data indicate significant perturbations in major urinary metabolites consistent with changes in resident intestinal microflora from wildtypes. Follow up studies confirmed substantive changes in constitutive abundance of Lactobacillus species in Oatp1a1 null mice, a phenotype that may contribute to alterations in bile acid homeostasis and sensitivity to toxicants in this model. Additional examples will illustrate how metabolomic data have been used to probe transcriptional changes (or vice versa) to integrate these platforms into holistic analyses of a toxic responses.

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The discovery of x-rays in 1895 initiated revolutionary advances that joined physics, biology and medicine forever. This was further emphasized with discovery in 1939 of nuclear fission which provided the basis for development of nuclear weapons and, most importantly, many peaceful applications of nuclear technology, including generation of electricity and numerous advances in medicine. Three quarters of a century of research on how external radiation exposure and internally-deposited radionuclides affect biological systems has resulted in extensive knowledge on the health effects of ionizing radiation that greatly exceeds that available on any other toxicant or class of toxicants. The core knowledge on these effects is rooted in human misfortune, detailed studies of the A-Bomb survivors by the Radiation Effects Research Foundation and other human populations that received excessive exposure to external radiation or internally-deposited radionuclides. That knowledge obtained from studying human populations has been complemented and extended by controlled exposure studies with laboratory animals and in vitro cellular and molecular studies. Extensive information has been acquired about how different radionuclides move in the environment from various sources and reach humans. An elaborate science-based system for estimation of human health risks of exposure to ionizing radiation has evolved and serves as the basis of an internationally accepted radiation protection system based on energy deposition in specific organs. This presentation will review from a historical perspective how this body of knowledge on radiation toxicology has been acquired and used to assess accidents such as occurred at the Fukushima nuclear station. Special attention will be given to the critical agricultural pathways for fallout ¹³¹I and ^134-137Cs to reach humans via consumption of contaminated agricultural products principally milk and meat. The relative importance of external radiation versus irradiation from internally-deposited radionuclides entering the body via ingestion or inhalation for nuclear workers and the general population will be discussed. The nature of the relationship between radiation dose, delivered at different dose rates, and increased excess risk of cancer and other diseases will be discussed in the context of the background incidence of these diseases. The presentation will close by emphasizing the role of scientists in risk communication based on the scientific knowledge acquired over the past three-quarters of a century on the human health hazards of radiation exposure.

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Drug transporters are expressed in many tissues, such as the intestine, liver, kidney, and the brain, and play key roles in drug absorption, distribution and excretion. In this presentation, I will summarize the significant role played by drug transporters in drug disposition, focusing particularly on their roles in the adverse reactions of drugs. The use of transporter function offers the possibility of delivering a drug to the target organ, avoiding distribution to other organs (thereby reducing the chance of toxic side-effects), controlling the elimination process, and/or improving oral bioavailability. It is useful to select a lead compound that may or may not interact with transporters, depending on whether such an interaction is desirable. The expression system of transporters is an efficient tool for screening the activity of individual transport processes. The changes in pharmacokinetics due to genetic polymorphisms and drug-drug interactions involving transporters can often have an adverse effect on the therapeutic safety and efficacy of many important drugs.
For drugs, the target molecule of which is inside the cells, the efflux transporter is the determinant for their pharmacological effect or adverse reactions even though it had negligible impact in the plasma concentrations. Because of difficulty in quantitative evaluation of the subsequent efflux process, the transporters playing key roles in the efflux process remains unclear in humans. Development of probe substrates applicable to the PET imaging will elucidate the quantitative relationship between the transport activities and drug response. Drug transporters are also important for the disposition of endogenous and food derived compounds. Metabonomic analysis has succeeded in identifying such compounds both in animals and human, which could be a good biomarker for the transporter function in vivo.References:
1) Giacomini KM and Sugiyama Y. Membrane transporters and drug response, in “Goodman & Gilman’s The Pharmacological Basis of Therapeutics 12^th Edition”, (Brunton LL, Chabner BA, Knollman B, eds) Chapter 5, McGraw-Hill Companies, New York, NY, pp 89-122 (2011).
2) Kusuhara H, Maeda K and Sugiyama Y “Impact of Drug Transporters in the Pharmacological and Adverse Reactions of Drugs” pp563-598 In New Horizons in Predictive Toxicology: Current Status and Application, Ed. by Wilson AGE (2011)
3) Yoshida K, Maeda K, Sugiyama Y. Hepatic and Intestinal Drug Transporters: Prediction of Pharmacokinetic Effects Caused by Drug-Drug Interactions and Ge etic Polymorphisms. Annu Rev Pharmacol Toxicol. 53: 581-612 (2013)

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The current era of ‘big data’, the promise of the sequenced genome, advances in green chemistry-all contribute to unique opportunities to apply innovative science to improve human and environmental health. Traditional scientific disciplinary lines are being replaced with interdisciplinary approaches. As a result, there is a growing interest in collaboration across groups that were once competitive. These collaborations take the form of public-private and private-private partnerships and are creating a new and energized research environment. However, these new approaches must seek to meet challenges of emerging and chronic diseases, growing environmental impacts associated with population growth and industrialization, and economic and resource limitations for novel research.
HESI, a global scientific foundation based in Washington, DC, has initiated a new program called CITE (Combining Interdisciplinary and Translational Expertise). This effort has engaged participants from a broad range of disciplines (agricultural sciences, environmental sciences, drug development and safety, chemical development and safety, economics, foundation management, entrepreneurship, regulatory science, philanthropy, and academic research management among others) to identify opportunities to move science from discovery to application more efficiently. This presentation will identify some of the opportunities for improving this process that were identified through the HESI CITE initiative and the next steps that will be taken to address these recommendations. The discussion will also include examples of how HESI’s current scientific portfolio and process help to optimize the flow and management of knowledge as part of translational science implementation.

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The FDA’s new initiative on advancing regulatory science embraces the increased adoption of emerging technologies such as pharmacogenomics (PGx) and bioinformatics in regulatory application. These technologies are complex in nature and individual groups often do not have the resources to pursue biological qualification of biomarkers and validation of these technologies individually, thus slowing the realization in regulatory application. The FDA has developed the Voluntary eXploratory Data Submission (VXDS) program as a framework outside traditional regulatory interactions for sponsors and FDA to develop expertise, tools, and processes appropriate for regulatory interpretation of PGx data, and ultimately determine the utility, shortcomings, and needs for development and application of PGx. The program identifies considerable work in progress and controversies to be resolved before consensus is achieved on the most appropriate and valid methods at a refined and advanced level. The VXDS is thus being undertaken in parallel with ongoing research aimed at determining the best scientific practices in using exploratory data. An important parallel research effort is the MicroArray Quality Control (MAQC) project that is an FDA-led, community-wide effort aimed at developing consensus among stakeholders for optimizing the reproducibility of technologies, standardizing data analysis practices, and allowing re-analysis of the data by sharing the results across the research community. Both VXDS and MAQC programs have had to grapple with formidable difficulties in data management, analyses, and interpretation, resulting in the establishment of the new Division of Bioinformatics and Biostatistics at the FDA’s National Center for Toxicological Research (NCTR), which has developed a suite of bioinformatics tools including ArrayTrack as an efficient and adaptable bioinformatics environment to support regulatory science. Realizing that we are entering the 21st century as consumer products are increasingly globalized, regulatory science needs a strategy to develop a global path to expedite the translation of basic science innovation to regulatory application. With this goal in mind, we established the Global Summit on Regulatory Science (GSRS) which fosters the development of sustainable regulatory systems that promote global public health through scientific exchange, training and research collaborations. Importantly, we have developed a Global Coalition of Regulatory Research Scientists (GSRSR); this is an international coalition with an objective of facilitating education, scientific training and scientific exchange in the field of regulatory science. All these aforementioned efforts are designed to enhance our capability to expedite the translation of cutting edge technologies into comprehensive approaches to advance regulatory science and public health.

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薬が薬であるためにはヒト（患者）に対する有効性が発揮されなければならないが，一方どんな薬にも副作用と呼ばれる有害な作用があることも避けられない。ヒトでの副作用につながる毒性を薬の開発の早い段階から検知する科学的努力は長年に渡って続けられて来ているが，常に我々は悩み続けている。すなわち，試験管内で微生物や培養細胞を用いた試験や丸ごと動物を用いた毒性評価のための試験結果が臨床現場で日常的に遭遇する患者に現れる薬の副作用との関連が実に様々である事が非臨床試験成績から臨床的副作用の予測を難しくしている事である。しかし，実際にヒトを実験台にして毒性評価を行う事は出来ないので非臨床試験の方法が様々に工夫されて来ている。
例えば非臨床試験によって比較的短期間にヒトに現れる毒性を評価しようとするために臨床用量よりも極めて高い投与量を試験動物に投与して現れる毒性と考えられる変化を観察する方法は長年採用されて来ているが，そもそも投与量が見かけ上高くても本当に試験動物の体内に十分な量の薬が吸収されて全身に行き渡っているのかどうか，すなわち暴露レベルの評価をきちんと行っていないと，試験結果が何を意味するのか分からないため，トキシコキネティックスがきちんと考慮された毒性試験が当たり前に行われるようになって来たのは大きな進歩と言える。
更に近年登場したiPS細胞を用いた新たな毒性評価の手法はこれまでの様々な工夫とは本質的に異なる画期的な予測性の進歩をもたらす可能性がある。
ヒトから採取した分化した細胞（皮膚や粘膜や血液等由来の細胞）をiPS細胞化し，その上で毒性を評価したい組織の細胞（心筋，肝臓など）に分化誘導してから試験薬に暴露させ，そこに現れる変化，例えば心筋細胞であればIKrの変化等を評価し，精度の良いＱＴ延長症候群の発現予測の可能性が示されつつある。
つまり，ヒトに現れる毒性を直接ヒト由来の生きた細胞や組織で評価する可能性が開かれつつあるのが現在である。特に日本で生まれたiPS細胞の技術を毒性評価，毒性予測に用いる事で飛躍的な進歩が実現出来れば画期的と言える。
新薬の市販後の様々な副作用への対応を担当している立場から新しい技術や手法に寄せる期待をお話させていただきたい。

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Notchシグナル伝達経路は，線虫からヒトに至るまで進化上よく保存された細胞間のシグナル情報伝達経路である。また，神経，血液，免疫系など多くの組織の発生や機能において重要な役割を果たしている。Notchシグナル情報伝達経路は隣接する細胞に発現する膜蛋白質リガンド（Delta,Jagged）と受容体(Notch)の結合により，開始され，Notch発現細胞へ情報伝達が行われる。
Notchシグナルの機能として最もわかりやすい説明は，隣接細胞間のNotchシグナル活性の程度差により，それぞれ異なる2つの運命がもたらされるというものである。すなわちNotchとNotchリガンドの発現（活性）にはフィードバック制御が存在し，ある状況下で生じたNotchシグナル活性の違いが隣接細胞間で増幅され，それぞれ異なった細胞運命結果を生じる。
しかし，Notchシグナルの理解を複雑にしているのは，この二者択一の運命決定が細胞種ごとに異なるからである。例えば，2つの異なる細胞タイプへの分化，細胞増殖か分化，生存かアポトーシス，などがある。その多様性の要因として，複数のNotchリガンド・受容体が存在すること，それらの発現場所・時期・活性が複雑な調節を受けていること，他の細胞内シグナルと協調して働き，シグナル下流標的遺伝子が細胞種ごとに異なること，などが考えられている。このため，Notchシグナルの機能と調節機構にはコンテクスト依存性が高いという特徴がある。
Notchシグナルは，前述の通り，種々の細胞で重要な働きを持つ。そのため，活性異常や遺伝子変異は，それら細胞運命制御の不全をもたらし，がん化を起こす場合がある。
Notchシグナルによる細胞運命決定経路を標的としたがん治療は新しい治療法の確立の可能性をもつが，このように進化上保存され，広く浸透している重要経路の調節により，副作用を生む可能性もある。よって，臨床的に重要な毒性の同定とそれを防ぐ方法の開発が望まれるが，普遍的あるいは細胞種固有のNotchシグナル制御メカニズムには，未解明の点が多く残されている。我々は，基礎研究の立場から，Notchシグナルの機能とその調節の分子機構の解明に取り組んでいる。リガンドのユビキチン化やNotchのリン酸化といった翻訳後修飾がNotchシグナル活性制御に重要であることを明らかにしたので，紹介したい。

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High failure rates, rising costs of drug development, and patent expiration has forced the pharmaceutical industry to transform its business model. One area that has made significant progress in this transformation is how toxicology is applied within the pharmaceutical industry. Within Pfizer, survival rates at the start of the 21^st century were as low as 50% with the majority of failures due to safety. Moving toxicology into the discovery space, referred to as “Discovery Toxicology”, has enabled Pfizer to currently reach preclinical survival rates approaching 90%. This required new thinking, new assays and a new approach to how targets and compounds are selected. Attrition due to genetic toxicology or QT prolongation has been eliminated entirely. Case studies will be provided that outline how attrition has been moved from regulatory toxicology studies to early stages of the discovery process. Examples will include how to leverage toxicological data to prioritize new targets in the early discovery phases, development of novel in vitro assays for structure activity relationship and how novel in vivo paradigms are used to nominate lead molecules. In addition, a case study related to de-risking a kinase program will demonstrate how to differentiate cardiac toxicities deemed a class effect. Although attrition still remains a concern for the pharmaceutical industry, attrition related to safety has been significantly reduced within Pfizer, thus saving the organization millions of dollars and the ability to focus resources on successful programs.

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医薬品の有効性と安全性の評価では統計解析結果に基づく判断が重要な役割を演じる。しかし，統計的方法が適切でなければ重大な判断の誤りにつながることがある。医薬品の臨床開発では，第一相で安全な用量範囲を推定し，第二相で有効な用法・用量，有効な患者層を推定する。この段階は探索研究の段階と呼ばれる。有効性の十分な根拠は，探索研究の結果に基づき有効性を決定づけるための評価方法を定め，被験薬の効果がプラセボを上回るか，標準治療の効果に非劣性または上回ることを統計的に示すことで与えられる。そのための試験を有効性の検証試験という。
有効性を証明するための評価変数について，平均値が大きいほど有効であるとする。被験薬の真の平均値は対照薬の真の平均値以下であるとの仮説（帰無仮説）をより大きいという仮説（対立仮説）に対して検定し，有意であるときに被験薬は有効と結論する。真には被験薬が無効なとき検定が有意となり有効と結論する誤りを第一種の過誤，真には有効なときに帰無仮説を棄却できず有効と結論できないと判断する誤りを第二種の誤りという。検証試験では確認すべき仮説（検証仮説）と検定方法，許容する第一種の過誤確率の上限値（有意水準，通常は片側で2.5%）と被験者数，被験者数の設定根拠を実施計画書に明示する。被験者数は，想定した大きさ以上の効果があれば第二種の過誤が指定した値以下になるように定める。検証試験から結論を導くときに重要なことは，有効性の判断に用いる評価項目がいくつあろうとも，誤って有効と結論する誤りの確率を有意水準以下に制御すること（検定の多重性の制御）である。データ解析では検証仮説の検定以外にも，得られたデータから種々の情報を引き出すための探索的解析が行われるが，結果の報告では検証仮説に基づく結論と探索解析の結果を峻別する必要がある。
安全性に関しては，評価すべき有害事象や確認すべき検証仮説を予め定めることはできず，通常は，探索的な立場で行われる。即ち有害事象と臨床検査の網羅的な観察と統計的評価に基づき可能性のある有害作用を抽出するが，発見される有害事象の種類は発生確率と調査対象者数に強く依存し，第一種の過誤と第二種の過誤の確率の制御が困難なため，確定的な結論はだせない。検証研究と探索研究では試験デザインや統計的方法の適用の仕方，得られる結論の述べ方が異なる。この講演では検証と探索という概念を軸にして，統計的検定と推定の適用とそれに基づく判断における留意点を，例をあげて解説する。

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【はじめに】細胞の変化を顕微鏡下で見ながら，見たい瞬間の細胞内分子変動をダイレクトかつ網羅的に追跡できたら・・・，これはライフサイエンスの夢かもしれない。
我々は，それを世界で初めて，顕微観察下の細胞1ヶ生きたままの状態で，見たい瞬間に細胞成分を吸引補足し，ダイレクトに質量分析で網羅的に分子検出できる手法「1細胞質量分析法」を開発し，現在様々な応用を展開している。
【手法の概要】ナノスプレーチップという金コートしたガラス細管で細胞成分（細胞質，小器官，膜など）を吸引捕捉し，次にチップ先端に補足した細胞成分の後方にチップ後端からイオン化補助溶媒（アセトニトリル＋ギ酸など）を導入し，電場をかけると質量スペクトルに主に低分子ピークが数百―千分子ピーク検出できることを発見した。検出まで数分であり，その後これらピークを細胞の状態間や細胞内の局所間でのスペクトル同士でt―検定により，状態あるいは部位特異的な分子を抽出し，その変動を追跡することができる。
【創薬応用】創薬分野での応用は広く，1）1細胞薬物代謝追跡，2）1細胞毒性評価，3）1細胞内薬物到達・局在確認，4）1細胞リピドーシス解析，5）組織内細胞レベルでの薬物代謝分布検出などを進めている。ヒト肝臓初代培養を用いた1）1細胞薬物代謝追跡では，LC-MSで追跡できる代謝物近くまで検出でき，細胞1ヶで，数分でサーベイできることは，今後の低コスト高速代謝評価法としての可能性を持つ。また，細胞毎に膜上代謝酵素の大きな活性の違いがあることも発見，それが，細胞が身を守る術として用意しているものか興味深い。2）は本年会で大日本住友様より，その成果が発表されるので，ご覧下さい。3）1細胞内薬物の到達では，この手法が，細胞質や小器官，細胞膜を取り分けられるので，これを利用して，候補薬物の標的細胞内への到達の可否（同時に代謝も）や到達しない場合は，膜に留まっているかなどが分かり，合成段階でのスクリーニングなどに利用すると有用ではと考えている。4）リピドーシスの際に形成される小さな脂肪滴も捕捉でき，その中の薬物を検出することができた。代謝物は無く，未変化体をまず取り込む細胞の保身術の様に見え，液泡との役割分担もあると考えた。5）組織レベルでは現在手法開発中で，凍結切片での細胞補足法の高感度化に取り組んでいる。
【一細胞診断そして一細胞医療へ】この様な様々な分子エビデンスを蓄積し，病変組織などのデータを積み上げた先に一細胞診断があり，その先に再生医療を絡めた一細胞医療があると考えている。特にこの手法では，細胞分化とともに低分子変動が追跡できる為，低分子誘導でのiPS細胞の作成や，分化誘導などが可能となるのではと期待しつつ，研究を進めている。日本発の本手法が，これらの様々な分野で有用となることを願ってやまない。

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高齢化社会を迎えた現代において，健康長寿の獲得は社会全体にとって急務と言える。そのためには，骨関節疾患の病態を解明し，様々な治療法の開発へとつなげる必要がある。代表的な骨関節疾患には，骨粗鬆症や関節リウマチが挙げられる。これらの疾患において病態の進行・増悪に関与する細胞として，骨吸収を担う破骨細胞が挙げられる。破骨細胞は造血系幹細胞から，M-CSF, RANKLの刺激により誘導・活性化されたAP-1やNFATc1などの転写因子群の作用により分化する多核巨細胞である。破骨細胞分化過程に寄与するサイトカインや転写因子などは，近年の研究により明らかになりつつあるが，その際に生じるエピゲノム制御機構については，未だその大部分が不明である。我々は，ヒストン脱メチル化酵素ドメインとして知られるJmjCドメインを有するタンパクのうち，Jmjd5について，破骨細胞分化過程における機能を探索した。その結果，Jmjd5は他のJmjCタンパクと異なり，ヒストン脱メチル化活性は有さないものの，主要転写因子であるNFATc1を水酸化する事で分解を促進し，破骨細胞分化を負に制御する事を明らかにした。 一方で，代表的なエピジェネティック制御である様々なヒストン修飾は，最終的なクロマチン構造変換に連動していると考えられる。そこで，実際のクロマチン構造変換が，破骨細胞分化過程でどのように起こっているかを理解する事を目的として，RANKL投与前後のRAW264細胞株から抽出したゲノムDNAを用いてクロマチン構造が緩んだ部位（DHS）をゲノムワイドに同定するDNase-seqを施行し，解析した。その結果，RANKL投与細胞特異的なDHSを5411サイト同定し，RANKL投与により発現上昇する遺伝子の転写開始点上流500bp以内に存在するDHSを選択し，DNAモチーフ解析ソフトSeqPosを用いて解析した結果，既知の転写因子であるFosやJun，JunDを同定することができた。さらに，これまで破骨細胞分化との関連が知られていない転写因子群も同定された。以上より，破骨細胞分化過程におけるエピゲノム変化を様々な角度から解析する事で，骨関節疾患におけるエピジェネティック制御機構の理解が進むと考えられ，新規治療法開発への一助となる事が期待される。

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神経幹細胞及びそれから分化・産生されるニューロン，アストロサイト，オリゴデンドロサイトは，脳神経系を形成する主要な細胞種である。近年，DNAメチル化やアセチル化を含むヒストン修飾などによるエピジェネティクス機構が，これら細胞の機能発現に重要であることが明らかにされつつある。我々は以前に，抗てんかん薬かつヒストンアセチル化酵素阻害剤であるバルプロ酸が，神経幹細胞からニューロンへの分化を促進できることを示した。またこの作用を利用して，神経幹細胞移植とバルプロ酸投与の併用により，新しくニューロンを補充することで，損傷脊髄の機能を改善させる新規治療法の報告も行った。しかし我々は最近，マウス胎仔がバルプロ酸に曝露されると，神経幹細胞からニューロンへの分化が過度に促進された結果，本来ならば維持されているべき神経幹細胞数が減少し，成体海馬におけるニューロン新生が減少することを見出した。その結果，バルプロ酸曝露マウスでは，成長後に学習記憶障害が観察されるが，この障害を離乳後の自発的運動によって一部改善できることを見出したので紹介したい。

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様々な環境ストレスに対する適応の中で，栄養・酸素供給等の環境に対する代謝適応は生命維持において極めて重要である。特に，脂肪組織，筋肉，肝臓等においてエネルギー恒常性に関わる細胞では，栄養摂取状況に応じてエネルギー源の同化・異化のバランスを調整しているが，その制御異常は肥満をはじめとするメタボリックシンドローム発症と強く結びついている。この背景には，エピジェネティックな機序による長期的な遺伝子発現変化が関与していると推察されるが，その分子機序はあまりわかっていない。
LSD1は，フラビンアデニンジヌクレオチド（FAD）依存性のアミン酸化酵素であり，ヒストンH3リジン4を脱メチル化することで，抑制型クロマチン形成に寄与する。FADは，主にミトコンドリアで合成・利用されるエネルギー代謝における重要な補酵素であることから，ミトコンドリア呼吸を中心とした細胞内代謝状況がLSD1機能に影響を与え，また逆にLSD1により代謝エピゲノムが制御される可能性が考えられる。
我々はこれまでの研究において，LSD1が脂肪細胞や肝細胞といったエネルギー貯蔵を担う細胞においてエネルギー消費やミトコンドリア呼吸遺伝子を抑制することが明らかにした。LSD1による代謝遺伝子制御は，栄養等の細胞外環境や細胞内代謝の影響を強く受けることから，代謝-LSD1クロストークが細胞のエネルギー恒常性に寄与することが示唆された。
我々は，癌細胞の代謝戦略においてもLSD1が重要な役割を果たすことを見出しており，LSD1による代謝エピゲノム制御が様々な生物学的局面で機能していることが予想される。

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発がんには環境要因による影響が深く関与していると考えられている。例えば遺伝毒性発がん物質は遺伝子（ゲノム）損傷を介した遺伝子変異を誘導する。興味深いことに，最近の大規模遺伝子解析から，がん細胞では，予測されたように増殖や生存に関わる遺伝子変異が存在していたが，予想以上にエピゲノム制御遺伝子に変異が蓄積していることがわかってきた。これらの事実から，発がんにはゲノム異常によって誘導されるエピゲノム異常も重要であることが推測される。一方で環境要因のひとつとして，感染症による慢性炎症も発がんの原因となる。日本では肝細胞がんは主にB型，C型肝炎ウイルス(HBV, HCV)による慢性肝炎を母地として発生する。慢性肝炎の状態で，ゲノムワイドにエピゲノム異常を蓄積しており，既に前がん状態を形成していると考える。しかしHBVやHCVが感染後，どのような機序でエピゲノム異常を誘導するかについては，in vivoでは解析がなされていない。我々の研究室では，HBVおよび HCVが感染可能なヒト肝細胞キメラマウスを用いて解析を行った。その結果，ウイルス感染後NK細胞を中心とした自然免疫系が，IFNγの産生を介して，肝細胞にDNAメチル化異常を誘導することを見出した。DNAメチル化異常は，感染日数の経過とともにより高度に蓄積し，とりわけ加齢関連DNAメチル化異常の亢進が顕著であった。不活化抗体を用いてNK細胞の機能抑制することでDNAメチル化異常の誘導は抑制された。すなわち慢性炎症に伴うエピゲノム異常はゲノム異常のみならず種々の原因で誘導されており，遺伝子の制御異常を介して発がんに関与している可能性が高い。今後，発がんに関わるエピジェネティクスの分子機構の解明から，がんの個別化診断・治療に向けた新たな可能性を探りたい。

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変異を伴わない，ゲノムDNAやヒストンの後天的な修飾による転写制御機構であるエピジェネティック制御は，化学物質の影響をゲノムに刻み込む仕組みとしても注目を集めている。これまでに，2011年，2012年の関連する2回のシンポジウムにおいて，化学物質がエピジェネティクス制御に関わり生体影響を及ぼす現象を「エピジェネティック毒性」と定義し，今後の毒性研究における重要性を強調すると共に，基礎研究の進展と化学物質影響におけるエピジェネティック制御メカニズム研究を紹介してきた。3回目にあたる本シンポジウムではまず，骨，神経発達，代謝，がんなどの疾患や化学物質影響におけるエピゲノム変化の関与について，その分野をリードする専門家から事例を紹介して頂く。トピックとして，胎生期のバルプロ酸曝露による成体期の脳機能障害とその改善策，骨疾患の病態進行・増悪に関与する破骨細胞分化におけるエピジェネティック制御，肥満をはじめとするメタボリックシンドローム発症につながり得る代謝エピゲノム制御，肝炎ウィルスによる慢性肝炎において慢性炎症によるDNAメチル化異常が肝細胞がんの前がん状態を形成する可能性，など興味深い現象を取り上げる。それにより，エピジェネティック制御が様々な生命現象にいかに深く関わっているかを実感して頂きたい。それを受け，私の方からは現状及び将来のエピジェネティクス解析技術を整理して紹介し，エピジェネティクス研究をいかに毒性評価へ展開していくかについて議論する場としたい。

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薬物代謝酵素に加えて，薬物トランスポーターにおける薬物相互作用が薬物の体内動態と副作用に関与する証拠が蓄積しつつある。国際トランスポーター・コンソーシアム(ITC)は2012年にITCワークショップ(ITCW2)を開催し，その内容に基づいて白書をClinical Pharmacology & Therapeuticsから発表する計画である。本シンポジウムではその白書の内容を簡潔に紹介する。
薬物トランスポーターを介した薬物相互作用と安全性評価ならびに遺伝子多型の臨床的インパクトに関しては，具体的に症例を蓄積していく必要があると考えられる。さらに薬物相互作用を予測する定量的構造活性相関（QSAR）解析とDecision treeは，製薬企業にとって副作用を回避する新規開発候補化合物をノミネートしていく上で重要なツール（またはガイド）となるであろう。病的条件下における肝臓および腎臓の薬物排出トランスポーター発現低下は，薬物のクリアランスに大きな影響を与えると考えられるので，今後の研究の発展を期待する。
なお，薬物トランスポーターの遺伝子多型と臨床的インパクトを包括的にまとめたテキスト本が世界で初めて出版されるので，その本を大いに参考にしていただきたい。
Pharmacogenomics of HumanDrug Transporters: Clinical Impacts (Ishikawa T, Kim RB, and Konig J, eds.) John Wiley & Sons, 2013

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2012年にFDAおよびEMAより，薬物間相互作用の評価に関するガイダンス（案）およびガイドラインが出された。評価の対象とされたトランスポーターは，FDAではP-gp/BCRP, OATP1B1, 1B3, OCT2, OAT1, OAT3の7種，EMAではこれに加えてBSEP, MATE,OCT1が考慮するべきトランスポーターとして挙げられている。必須の7種は，過去にDDIの事例が報告されているもので，P-gp/BCRPの阻害や機能（発現量)低下は吸収率を上昇させることによって，また，OATPs, OATs, OCT2の阻害は体内からの消失を低下させることによって，血中濃度を上昇させ薬効や毒性臓器への薬物の曝露を増大する。安全性の観点からは，PKの変化で捉えられるDDIだけでなく，臓器中の薬物濃度が血中濃度と異なる挙動をとる可能性に留意する必要がある。例えば，トランスポーターにより胆汁に排泄される薬物の場合，当該トランスポーターが阻害されると，血中濃度はほとんど変化せずに肝臓中濃度のみが増加するケースがあり得る。小さい臓器の場合は，血中濃度の変化としては検出できないことが多く，特に注意が必要である。
トランスポーターの関与は，トランスポーターが発現している細胞を用いた取り込み実験や透過実験などで検討され，現在DDIガイダンスに対応して，探索段階から検討が開始される。一方，トランスポーター基質であることがin vitro試験で示された場合でも，脂溶性薬物では主に受動拡散で組織に満遍なく取り込まれるため，トランスポーターも働くが相互作用の観点からの重要性は低いことが多い。オートラジオグラムなどの組織分布データや，ADMEデータ，物理化学的パラメータを総合的に判断して，開発化合物の動態，薬効，毒性におけるトランスポーターの寄与を考察することが重要である。

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トランスポーターは薬物の消化管吸収、肝・腎排泄、血液脳関門における能動的関門機構として機能している。市販の医薬品の中には、トランスポーター機能を阻害するものがあり、薬物間相互作用として被相互作用薬の体内動態に影響を与え、その結果、薬効・副作用発現に影響を与える。肝胆系輸送や腎尿細管分泌において、組織内への取り込みおよび胆汁・尿中への排出の両輸送過程にトランスポーターが関連する場合、取り込み過程の相互作用は血漿中濃度の強く影響を与えるのに対して、排出過程における相互作用が血液中に与える影響は、薬物の律速段階に依存する。取り込み律速となる場合、血中に与える影響は小さいものの、組織中濃度は排出輸送の低下に応じて増加する。カチオン性薬物ｎ腎尿細管分泌において、こうした事例を見いだした。Pyrimethamineやcimetidineは、H⁺/有機カチオン交換輸送体（MATE）を阻害するが、基底膜側トランスポーターに対する阻害定数は大きく、in vivoでの相互作用は小さいことが期待される。実際、マウスでは、これら薬物の投与により、腎組織中濃度の増加が観察される。特にpyrimethamineでは、metforminの作用（乳酸アシドーシス）やcisplatinの腎毒性が増強される。こうした排出輸送過程の相互作用を検出するため、PETなどイメージング技術が不可欠である。pyrimethamine投与時の血漿・尿検体で変動する化合物を探索した結果、N-methylnicotinamideをはじめ複数の化合物を同定した。一部は、基底膜側トランスポーターOCT2基質ともなることから、尿細管分泌の相互作用評価に利用することができる。内在的に存在する化合物を利用することで、プローブ薬を投与することなく、相互作用リスクを評価することが可能である。

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輸送体上での相互作用は薬物の作用・安全性に多様な影響を及ぼす。本発表では我々が行った，相互作用に関する多様な(1)メカニズム，(2)評価法，(3)薬物療法への応用について述べる。(1)薬物の消化管吸収に働く輸送体OATP2B1は，管腔内の多様な飲食物にさらされるため相互作用も受けやすい。その中で果物ジュース(FJ) 併用時に観測される薬物吸収の低下は，FJ中成分によるOATP2B1阻害が一因となる。しかし，その相互作用は単純ではなく，基質薬物と相互作用物質の組み合わせで変化する。その原因としてOATP2B1 上には複数の活性部位が存在し，各活性部位が基質・阻害物質選択性を有すること，また一つの薬物でも薬物吸収性を決める活性部位が濃度／投与量に異なることがわかった。さらに，FJの作用は単純な競合的阻害と相互作用物質が消失後も継続する持続的阻害作用があり，後者のメカニズムは輸送体タンパク質の内在化が一因と考えられた。(2)肝胆管腔側ではABC輸送体が胆汁酸や薬物・代謝物の胆汁中排泄に働く。相互作用は肝細胞内で生じるため，in vitro試験で得られたIC50からの相互作用予測は単純ではなく，肝細胞内で生成した代謝物が相互作用する可能性もある。本問題の克服を意図し，サンドイッチ培養肝細と輸送体基質となる蛍光プローブを組み合わせた胆管腔側ABC輸送体活性評価手法(QTLI法)を考案した¹⁾。本手法では代謝物による相互作用も含め，得られた未変化体濃度基準のIC50と血漿中濃度から相互作用予測が可能であることが示された。(3)輸送体上での相互作用を，副作用発現部位への薬物移行抑制による薬物療法の改善に利用できる。Oxaliplatinの神経毒性を左右する正常神経組織への蓄積性がOCTN輸送体に依存することから，OCTN阻害により本薬物の投与量規定因子となる神経毒性の影響を低下させ，化学療法の改善に役立つ可能性がある²⁾。1)TAAP, 263:244 (2012). 2)JPET, 338:537 (2011).

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毒性試験に関するガイドラインは諸外国ともに各国で独自に制定されていたが，医薬品開発のグローバル化とともに国際的に新薬申請資料の調和を図る必要性から，ICH（日・米・EU医薬品規制調和国際会議）において標準化が進められている。依存性に関する毒性試験についても同様であり，ICH-M3（R2）（2010年）の「薬物乱用に関する非臨床試験について」の項において依存性についての基本的な評価方法が示されることとなったが，その具体的な試験実施については，各規制当局の薬物乱用に関する非臨床ガイダンスを参考に検討することとされている。参考とすべきガイダンスとして，本邦においては，「薬物依存性に関する動物実験と臨床観察の適用範囲と実施要領について」（昭和50年薬麻第113号）等が通知されており，欧州EMAにおいてはGuideline on the Non-clinical Investigation of the Dependence Potential of Medicinal Products（2006年），米国FDAにおいてはガイダンス案ではあるが，Guidance for Industry: Assessment of abuse potential of drugs （2010年）が発出されている。これらの通知では共通して，薬物の乱用の可能性及び乱用による医薬品の開発や臨床使用でのリスクを最小化することを目的として，新規中枢神経作用を有する薬物について実施を検討すべき非臨床試験について概説されているが，その内容についてはそれぞれ特色がある。本発表では，各規制当局から公表されているこれらの依存性ガイダンスにおける依存性評価方法や試験実施方法等の比較を通じ，本邦における医薬品の依存性の毒性評価の基本的な考え方について，本邦における承認審査に関わる事項もあわせて概説したい。

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精神依存には，薬物を摂取しようとする試み，摂取による薬物の感覚効果，さらには，摂取時の環境要因が密接な関わりを持っている。そこで，薬物の感覚効果を指標にする薬物弁別試験，薬物による強化効果を指標にする薬物自己投与試験，さらに薬物摂取時の効果と環境要因を条件づけする条件づけ場所嗜好試験が薬物依存形成能の評価や作用機序の解明に現在までに広く用いられてきた。非常に強い精神依存を引き起こす薬物としてメタンフェタミン，コカインならびにモルヒネなどが知られている。これらの依存性薬物の精神依存の機序として，中脳辺縁ドパミン神経系の活性化が重要であることが明らかにされてきた。メタンフェタミンおよびコカインは，中脳辺縁ドパミン神経系の投射先である側坐核におけるドパミンの放出ならびに再取り込みを阻害することにより，精神依存を発現する。モルヒネは，中脳辺縁ドパミン神経系の細胞体である腹側被蓋野のGABA神経上に分布するμ-オピオイド受容体に作用し，脱抑制機構を介して，側坐核からドパミンを遊離することがよく知られている。また，アルコールの依存にも側坐核からのドパミンの遊離が関与していると考えられている。一方，クラブドラックとして乱用されてきたフェンサイクリジンおよびMDMAなどは，セロトニンおよびドパミン受容体作動作用ならびにNMDA受容体拮抗作用が精神依存の形成に関与していることが示唆されている。さらに，大麻の作用には，主成分であるテトラヒドロカンナビノールが脳内のカンナビノイド受容体に作用することにより幻覚を発現する。最近では，MDMAおよびカンナビノイド誘導体が続々と合成され，「違法ドラッグ」として嗜好品の如く販売されている物も多いが，これらの依存形成機序はほとんど明らかにされていない。

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依存性試験については，日・米・欧のガイドラインあるいは指針，また，ICH M3(R2)ガイドラインにおいて試験法が記載されている．薬物依存の形成は中枢神経作用によることが分かっていることから，それらのガイドラインでは，まず初めに被験物質の受容体結合能や薬力学的プロフィール，行動薬理学的所見などを総合し，その結果，中枢神経作用を有すると考えられる場合には，精神依存性に関しては薬物自己投与試験，薬物弁別試験あるいは条件付け場所嗜好性試験などを，また，身体依存性に関しては退薬症候の観察試験を行うことが推奨されている．薬物自己投与試験では，レバー押しによる被験物質の自己投与回数から強化効果を検索する．薬物弁別試験では，被験物質の投与時に生じる内部感覚効果（弁別刺激効果）の類似性を代表的依存性薬物と検索する．場所嗜好性試験では，被験物質の投与時の効果と環境を条件付けたのち，その環境における滞在時間を媒体投与と比較することで被験物質の報酬効果を検索する．身体依存性試験では，被験物質を反復投与した後に休薬し，退薬症候を観察する．薬物自己投与試験ではアカゲザルとラットが，また，その他の試験では主としてラットが用いられる．薬物自己投与試験では，これまでアカゲザルが多用されてきたが，ICH M3(R2)ガイドラインではサルを用いる特別の事情が無い限りラットを用いるべきとする記載がみられることから，今後，精神依存性に関する試験ではラットの使用が増えると予測される．退薬症候観察では，これまでは主として体重及び一般状態の変化を観察してきたが，今後は，行動実験法による情動性の観察など，より詳細な退薬症候観察が求められる情勢にある．

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新薬の承認審査では，対象となる疾患領域と化合物の作用機序の特性に応じて，依存性や乱用のリスク評価が行われ，注意喚起の必要性や製造販売後の安全性確保策等についても検討される。依存性及び乱用のリスク評価は，非臨床試験（効力を裏付ける試験，安全性薬理試験，依存性・乱用に関する非臨床試験，薬物動態試験等）と臨床試験の成績，そして市販後データ等をもとに総合的に行われる。非臨床試験成績及び化合物の作用機序から依存性・乱用のリスクが懸念される場合は，臨床試験でリスク評価を行うための試験デザインが採用され，VAS（visual analogue scale）や評価尺度等を用いた化合物に対する希求性が検討される。また臨床試験成績の審査では，これらの安全性評価項目に加え，効果の持続性，治験薬投与中の有害事象，治験薬の中止に関連した有害事象等も評価^1）2）される。依存性・乱用のリスクが懸念される化合物の審査では，リスク評価のみでなく製造販売後の適正使用の方策についても検討されるが，この際には類似作用機序の医薬品の使用実態についても参考とすることがある。
本シンポジウムでは，承認審査において依存性や乱用のリスクが評価された既承認薬を具体例として，審査で行われる臨床評価の方法概要と評価を行う上での課題について説明する。
引用文献
1）　厚生労働省医薬食品局審査管理課長: 「抗うつ薬の臨床評価方法に関するガイドライン」について. 薬食審査発1116第1号, 平成22年11月16日.
2）　厚生労働省医薬食品局審査管理課長: 「睡眠薬の臨床評価方法に関するガイドライン」について. 薬食審査発1213第1号, 平成23年12月13日.

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内閣府の資料によると，本邦における平成23年の薬物事犯による検挙者数は，14,200人であったと報告されている。その8割以上（12,083人）を占める覚醒剤事犯の検挙者は，再犯者の割合が5割を超えていることや，大麻事犯では検挙者の半数以上が20歳代以下であり，若年層を中心とした乱用実態が伺えることなど，本邦における薬物乱用・薬物依存を取り巻く環境は，依然として深刻な状況にあると言える。
また，覚醒剤等を初めとする薬物に加え，最近では，「合法ハーブ」等と称して販売されている違法ドラッグ（いわゆる脱法ドラッグ）についても，その使用に起因すると疑われる健康被害や他害事例等が社会問題となっており，多様化する薬物乱用の実態に応じた効果的な対策を講じることが急務である。
一方，中枢神経系に作用する薬物は，医療用麻薬や抗精神病薬に代表されるように，有効かつ安全な使用方法が確立され，かつ法令等に基づく一定の管理下で適切に使用される場合には，医療分野の進展に多大な貢献をもたらす医薬品としての可能性を有しており，その有効活用や積極的な研究開発が期待されている。
本シンポジウムでは，麻薬，覚醒剤，大麻等の薬物や違法ドラッグに関する法令・規制体系，現時点での主な課題や取組み等を説明するとともに，中枢神経系に作用する薬物の有害性と有益性という相反する性質を踏まえて実施している，薬物乱用防止のための啓発活動や，医薬品（医療用麻薬）の適正使用推進を目的とした施策についても紹介したい。

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ナノテクノロジーは，並行して発展してきた分子生物学との融合を通じ新しい学術分野と革新的な技術を生み出すことが期待されている。ナノテクノロジー全体の中で，工業ナノマテリアルはその第一段階を形成するものである。一方，工業ナノマテリアルの健康，環境への影響，安全性についての研究は十分とは言えない。なかでもヒト健康へのリスク評価は優先順位の高い課題である。暴露評価はハザード評価と統合され，リスクを評価するために用いられる。工業ナノマテリアルに暴露された労働者を対象とした疫学コホート研究を立ち上げる構想が国際的にも議論されているが，その基盤としても暴露評価は重要な課題となっている。暴露評価におけるナノマテリアルに特異的な問題の一つは用量計測基準として何を選ぶかということである。この問題に関して国際的なコンセンサスはまだ得られていない。ナノマテリアルの個数，表面積が生体分子との反応性に貢献していると考えられていることから，従来の重量濃度に基づく計測基準が，ナノマテリアルの暴露を定義する上で十分かどうか疑問がある。走査式モビリティーパーティクルサイザー（SMPS）によりナノ領域を含む粒子を分級し連続的にモニターすることが可能であるが，高価で可動性に問題があり，労働現場でより簡易にナノ粒子を測定する機器の開発の必要性が唱えられてきた。米国国立労働安全衛生研究所は凝集粒子カウンター（CPC）と光散乱粒子計測装置（OPC）の併用を提案している。また，比較的安価で小型化されたSMPS，あるいは新しい小型計測機器も開発されている。長期の累積的な暴露の評価には多くの困難が伴う場合があることも指摘しなければならない。生体試料を用いた内部暴露評価のためにバイオロジカルモニタリング法の開発も求められ，そのためには様々な分野の研究者の共同が必要である。

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サンスクリーン製品は既に成熟していると言われる化粧品市場においても成長を続けるアイテムの一つであり，紫外線の肌への影響の認識，紫外線防御と対策法への関心及び美白意識の高まりによるものと考えられる。サンスクリーン剤には紫外線散乱剤としてナノサイズの酸化チタンや酸化亜鉛粒子が添加されており，その粒子径や形状によって製品の紫外線遮蔽能や使用感（肌感触のよさ，塗布時の透明感）が大きく変化することが知られている。化粧品及び医薬部外品は日常的に使用していることから，これに含まれる酸化チタン等は現状ヒトが最も曝露されているナノマテリアルと考えられ，その曝露経路は経皮が主となる。そのため，ナノマテリアルのサイズに依存した皮膚透過性の有無とそれに伴う健康影響が懸念されている。ナノマテリアルは原料製剤あるいは上記製品中では凝集しサイズ変化している可能性がある。したがって，経皮曝露試験におけるナノマテリアルのサイズと反応性との関係を評価するには，動物あるいは細胞に適用時に調製した懸濁液の粒子径や安定性を調べておく必要がある。また，経皮以外の曝露経路を極力排除することが重要である。我々は，酸化チタンのナノサイズの影響を評価できるような試験懸濁液を調製し，その粒度分布を実際に使用されている原料製剤と比較した。これを用いてラットへの連続経皮塗布試験を実施し，各種毒性項目の評価とナノマテリアルの体内分布について定量的解析を行った。本講では，この酸化チタンナノ粒子の皮膚塗布試験の結果を紹介し，経皮曝露評価における課題を考察する。

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近年，ウイルスと同等サイズのナノマテリアル（NM：粒子径100 nm以下）に加え，蛋白質と同等サイズのサブナノマテリアル（sNM：1〜10 nm範囲）までもが開発・実用化され，工業用製品・電化製品・日常生活用品・医薬品・食品など，様々な製品として我々の生活の質的向上に寄与している。そのため我々は，これらNM・sNMに対する意図的・非意図的な曝露を避け得ない状況にある。しかし未だ，NM・sNMの安全性については，ハザード情報でさえ不十分であり，リスク解析に必須の曝露実態（動態［ADME］：吸収性，その後の分布，代謝，蓄積・排泄といった細胞内・体内挙動）情報に至っては皆無に等しい。従って，NM・sNMの安全性評価（ADMETの理解）と安全なNM・sNMの利用促進，さらには，我が国の圧倒的な強みである「NM・sNMの開発技術」を活かし，安全性に懸念が残るものは安全なもの仕立てあげていくことが，まさにキーポイントとなっており，ヒトの健康確保と社会受容の促進（ナノテクの社会還元）の両方が急がれている。本観点から我々は，Sustainable Nanotechnology（安全・安心に持続的に社会受容されるナノテク）研究の一環として，種々NM・sNMの物性・品質を解析すると共に，リスク解析基盤となる細胞内・体内動態と一般毒性・特殊毒性を定性・定量解析し，物性-動態-安全性の連関評価に資するナノ安全科学（Nano-Safety Science）研究を推進してきた。これら情報は，別の視点から眺めると，安全なNM・sNMを粒子設計するためのNano-Safety Design（ナノ最適デザイン）研究にもインパクトを与えるものである。本発表では，以上についての我々の取組についてオムニバス形式で，時間の許す限り，ご紹介させて頂き，ご批判，ご意見を賜りたい。

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1981年以降，日本人死因の第1位はがんである。喫煙や特定の感染症が発がんリスクとして同定された。しかし，産業・経済を重視するあまり，リスク評価が十分になされず，ナノマテリアルが社会に多量に持ち込まれ，がんの原因となったことも忘れてはならない。それが繊維状鉱物のアスベストであり白石綿・青石綿・茶石綿が使用された。日本では2006年に禁止となったが，アジアの諸国やロシアなどでは今も使用されている。日本の中皮腫発生ピークは2025年で今後40年間に10万人以上の方が中皮腫で死亡すると試算されている。ラットを使用して上記３種の石綿で，腹腔内10mg投与により中皮腫発がん実験を行った。2年の経過でほぼ全動物に中皮腫が発生した。石綿投与に伴い，同部の中皮細胞や貪食細胞に著明な鉄沈着を認め，Fenton反応促進性のニトリロ三酢酸の追加投与でどの石綿でも中皮腫発生が早くなった。93％の腫瘍でCdkn2A/2Bのホモ欠損を認めた。アスベスト発がんでは局所の過剰鉄病態が重要なことが示唆された。このような背景のもと，すでに中皮腫の危険性の報告のあった多層カーボンナノチューブ（CNT）の評価を行った。CNTは軽量・高強度で熱伝導性が高く導体・半導体になることからすでに電池・液晶パネルのマテリアルとして使用されているが，形状は石綿に酷似している。直径が15/50/115/150nmのCNTを使用し中皮細胞毒性実験と上記と同様のラットを使用した発がん実験を行った。中皮細胞への毒性と発がん性はほぼ一致し，50nmの発がん性が最も高かった。Cdkn2A/2Bのホモ欠損をほぼ全例で認めた。このことは，剛性が高い50nm直径のCNTは特に注意して扱うべきことを示唆している。一方，石綿はendocytosisで中皮細胞に取り込まれるが，CNTは突き刺さり入ることも明らかになった。ヒトで体腔に繊維が到達することはそう簡単ではないと考えられるが，ますます長寿化が進む現在，十分なリスク評価が必要と考えられる。 

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線維状ナノマテリアルのMWCNT-M，MWCNT-N（MWCNTs）および青アスベストCrocidolite（CRO）を気道より肺内に噴霧投与し，肺，胸膜病変とマクロファージ（MP）の関与を観察した。 方法：1）10週齢の雌SDラットに，0.1％Tween含有生食に検体を20または500micro-g/mLに懸濁し，0.5mLを肺内に9日間に5回噴霧し（計0.05または1.25mg/ラット），最終投与6時間に開腹後，横隔膜経由でDMEM液10mLを胸腔に注入後洗浄液を採取した。洗浄液の細胞数ならびに洗浄液円沈細胞ペレットを固定したパラフィンブロック，肺，肝，腎，脾，脳，等の切片の偏光顕微鏡と電顕観察を行った。2）胸腔洗浄液および，チオグリコレートにて誘導して単離した初代培養正常ラット肺MPにMWCNTsとCROを加えた培養上清について，ヒト中皮腫細胞の増殖活性を調べた。 結果：1）肺胞ではMPがMWCNTsとCROを同様に貪食していた。胸膜洗浄液には主としてMPからなる炎症細胞が浸出し，対照群で7.35/10⁴mlに対して，MWCNT-Nは11.20，MWCNT-Mは13.95，CROは12.13で有意に（p<0.001～0.05）増加した。胸腔洗浄液ペレットと各臓器ではいずれの検体もM<P内に観察され，また縦隔リンパ節，肝，腎，脳にも少数見出された。さらに，臓（肺）側胸膜中皮細胞の過形成増殖巣が発生し，中皮８個以上からなる過形成巣数のPCNA値が9～10倍（p<0.001）に増加した。2）MP初代培養上清と胸腔洗浄液上清はヒト中皮腫細胞に対する増殖活性（1.2～1.4倍）を示した。 まとめ： MWCNTとCROと同様に肺から胸腔，全身に移動して，とくに胸膜腔では中皮の増殖活性を示すことが明らかとなった。この変化は悪性中皮腫発生の初期変化とも考えられる。

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人がナノマテリアルに暴露される際の侵入経路の一つは吸入である。当研究部では，多層カーボンナノチューブ（MWCNT）がp53+/-マウス腹腔内投与モデルにおいて中皮腫を誘発することを示す一方，小規模全身吸入暴露装置の開発を進めてきた。その際，検体の分散の問題を解決する必要があった。即ち，人の環境は実験動物暴露チャンバー内に比較して，一般に風速が遅く，かつ空間が広いことから，粒子の滞留時間が長く，凝集体が先に落下し，高度に分散されたものが優先的に吸入されること，また，人の上気道はげっ歯類に比較して長いことから，凝集体が効果的に取り除かれ，肺胞レベルには高度に分散されたものが届くことが想定された事から，実験動物の肺胞レベルに高度に分散されたもののみを到達させることが重要となると考えた。そこで，まず，米国National Institute for Occupational Safety and Health（NIOSH）が考案した音響式ダスト発生装置を導入した。更に，MWCNTの凝集体を除去した上で，気相への分散性を高める検体調製方法（Taquann法，特許申請中）を独自に開発した。同時に，検体を切り替える際の除染の問題を回避するために，検体が触れる部品を全てディスポーザブルとした小型暴露チャンバー（マウス16匹/チャンバー）を開発した（特許申請中）。さらに，Taquann法処理検体に適した新たなダスト発生装置を開発し，性能試験を開始した。Taquann処理したMWCNTによる腹腔内投与モデル実験から，生体影響における高分散繊維と凝集体との相違が明らかとなり，特に中皮腫誘発はもっぱら前者によることが示唆された。これらの新たな検体分散法と全身吸入暴露装置によりヒト肺を標的とした外挿性の高い毒性データを得ることが期待される。（厚生労働科学研究費補助金等による）

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分子標的薬の登場により，がんの薬物療法の治療成績は飛躍的な進歩を遂げている。例えば，EGFR遺伝子変異陽性肺癌に対してEGFRチロシンキナーゼ阻害剤を使用すれば，従来の抗がん剤治療と比較して，がんの増悪までの期間が2倍に延長することが報告されている。しかし残念ながら治癒することは非常に稀であるため，がんを抱えながら生活する時間が長くなることになる。必然的に抗がん剤の投与期間も長くなるため，抗がん剤に対する副作用対策は以前よりもより重要な役割を持ってきている。また，分子標的薬は従来の抗がん剤とは異なる副作用プロファイル（皮疹，薬剤性肺炎，高血圧等）を有するため，その対処について新たな工夫が求められる。さらに上述のように分子標的薬剤で治癒するわけではないため従来型（殺細胞性）の抗がん剤治療もいまだに重要であり，それらに対する副作用対策も必用である。すなわち，がん薬物療法の進歩にも関わらず，未だに副作用の無い抗がん剤は開発されておらず，逆に，10年前と比較してより複雑で長期間にわたる副作用対策が必要になってきている。

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タキサン系抗がん剤であるパクリタキセルや白金系抗がん剤であるオキサリプラチンは末梢神経障害を非常に発現しやすい。これらの抗がん剤による末梢神経障害は，患者のQOLを著しく低下させるだけでなく，がん化学療法の変更や中止に至ることから，臨床上大きな問題となっている。しかし，これらの抗がん剤による末梢神経障害の発現機序は明らかになっておらず，有効な予防・治療法も国内外において未だに確立されていないため，症状が強くなった場合には休薬，減量，他薬への切り替えが行われているのが現状である。そのため，基礎研究により，発現機序を解明し，それに基づいた有効な予防・治療法を早期に確立することが重要である。我々は末梢神経障害モデル動物を作製し，パクリタキセルが坐骨神経の軸索変性に伴い機械的アロディニアと冷感過敏を発現することを明らかにした。一方，オキサリプラチンは急性期より冷感過敏，その後遅発的に機械的アロディニアを起こし，冷感過敏の発現には，オキサレート基によるNa⁺チャネル/Ca²⁺チャネル/ nuclear factor of activated T-cell（NFAT）経路を介したtransient receptor potential melastatin 8（TRPM8）の発現増加が，機械的アロディニアの発現には，白金を含有する部分によるNMDA受容体NR2Bサブユニットを介したnitric oxide（NO）の合成酵素（NOS）やCa²⁺/calmodulin dependent protein kinase II（CaMKII）の活性化がそれぞれ関与していることを明らかにした。さらに，その発現機序に基づいた予防・治療候補薬をいくつか見出した。本シンポジウムでは我々のこれまでの研究成果を紹介する。

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分子標的薬は予期せぬ副作用を有する場合もある。これらの副作用に関しては，標的分子以外の分子を阻害することにより生ずる，いわゆるoff-target効果に基づく例が報告されている。演者らは，toxico-dynamics解析により，分子標的薬の副作用発症原因となるキナーゼを同定してきた。本シンポジウムではエルロチニブによる皮膚毒性について述べる（Yamamoto et al., Mol Pharmacol 80: 466-75, 2011）。
エルロチニブはEGFRチロシンキナーゼを標的とし，非小細胞肺癌治療薬として用いられるが，皮膚障害が発症する。演者らは，同じくEGFRチロシンキナーゼ阻害剤となるゲフィチニブとの比較検討を進めた。臨床濃度におけるキナーゼ阻害率を，Karamanら（Nat Biotech 26: 127-32, 2008）によるKd値をもとに算出したところ，エルロチニブにより強く阻害されるものの，ゲフィチニブによる阻害が弱いキナーゼとしてSTK10（serine/threonine kinase 10）が同定された。STK10はリンパ球に発現し，IL-2分泌抑制効果，リンパ球遊走抑制効果を有する。種々検討により，エルロチニブによりSTK10が阻害された結果，IL-2分泌およびリンパ球遊走が促進され，これらの効果がEGFRチロシンキナーゼ阻害による皮膚障害発症を増強する可能性が示された。
エルロチニブのSTK10とEGFRチロシンキナーゼに対するKd値の間には乖離があり，適切な投与設計により副作用を軽減しながらの治療が可能となるものと考えられた。また医薬品開発段階におけるtoxico-dynamics解析により，off-target分子の同定，副作用予測が可能となることが示唆された。

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抗がん剤治療においては副作用発現はほぼ必至であり，その中でも悪心，嘔吐，食欲不振は最も高頻度に発現し，患者が辛いと訴える代表的な副作用の1つである。抗がん剤による悪心・嘔吐は投与直後から発現し，24時間以内に治まる急性症状と24時間以降に発現する遅発症状，さらには，かつて嘔吐を経験した場合によく見られる予測性悪心・嘔吐がある。抗がん剤投与時における制吐対策として重要なことは，適切な薬剤を用いて急性ならびに遅発性の悪心・嘔吐を予防することである。近年，抗がん剤投与時における制吐対策に関するガイドラインが国内外の学会から報告されている。抗がん剤は催吐性リスクから高度，中等度，軽度および最小度の4つのカテゴリーに分類されており，高度ならびに中等度催吐性リスク抗がん剤投与時においては適切な制吐対策が特に必要となる。悪心・嘔吐の発現機序として，急性症状には抗がん剤により腸管クロム親和性細胞から遊離された5-HTおよびサブスタンスPによるそれぞれ5-HT₃受容体およびNK₁受容体の刺激，サイトカインの誘導が関与し，遅発性症状にはNK₁受容体刺激およびサイトカインの誘導が主に関係すると考えられている。このため，催吐性リスクが高い抗がん剤が投与される場合の急性症状の予防として，5-HT₃受容体拮抗薬，NK₁受容体拮抗薬のアプレピタントもしくはそのプロドラッグのホスアプレピタントおよびデキサメタゾンが使用され，遅発性症状の予防としてデキサメタゾンおよびアプレピタントが使用される。一方，5-HT₃受容体拮抗薬の一部には推奨用量が国内外で大きく異なるものがある。本シンポジウムでは5-HT₃受容体拮抗薬の至適用量について，5-HT₃受容体結合占有理論の観点から考察する。さらに，遊離された5-HTによる5-HT₃受容体以外の5-HT受容体（5-HT_2Bおよび5-HT_2C）の関与についても報告する。

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環境中に放出されたヒトの医薬品や動物用医薬品が，実際に生態系，特に高次の脊椎野生動物に及ぼす実際の影響については，あまり報告がなく，その実態は不明な点が多い。ウシやブタなどに処方する抗生物質によって土壌や水圏が汚染され，耐性菌が出現した例や，ウシなど家畜に処方されたジクロフェナクによって，その死体を餌とする野生動物（鳥類）に実際にmass-deathの被害が報告された例もある。しかし，環境中に拡散したPPCPsの多くは非常に低濃度の医薬品・動物用医薬品であり，比較的高次の生態系にどのような被害が起こり得るのかに関しては，今後のデータの蓄積を必要としている。また，PPCPsの生態系への影響の推測には，各種生物相の医薬品・動物用医薬品に対する解毒機構や，感受性の種差に関する情報も必要である。高次生態系を構成する魚類，両棲類，爬虫類，鳥類では，哺乳類ほど医薬品・動物用医薬品の代謝排泄に関する研究データの蓄積がないが，これまでの研究で，各々のシトクロムP450や第II相抱合酵素には，interspeciesおよびintraspeciesで明らかな種差があることが分かっており，また，代表的な実験動物種であるアフリカツメガエルやニワトリがそれぞれ両棲類や鳥類の異物代謝能を反映していない例が多々あることも分かりつつある。

そこで、現在報告されている医薬品、特に獣医学領域の動物医薬品の生態系の汚染やそれに対する考えられうる毒性学的な影響、また医薬品・動物医薬品に対する野生動物の感受性の種差に関して、これまでの研究や国内外の報告も交えて紹介したい。

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獣医療及び畜水産現場において用いられる動物用医薬品は，人用医薬品と同じ薬事法によって規制されており，薬事法第83条により読み替えられて，農林水産省が所掌しています。そのため動物用医薬品に関連する規制については企画・立案から承認審査，薬事監視に至るまで，農林水産省が独自に行っています。動物用医薬品の使用形態は伴侶動物と畜水産動物で異なりますが，畜産現場で投薬する場合の形態としては注射剤あるいは強制経口投与による個別動物単位の投薬と，飼料あるいは飲水に添加して群単位で投薬する形態があります。それぞれ特徴がありますが，例えば牛の場合にはほとんどが個別動物単位での投薬であるのに対し，養鶏・水産では群単位の投薬が主流です。豚にはどちらも用いられます。近年は我が国の畜産農家は規模を拡大し，特に養鶏では1鶏舎の飼養羽数が数千から数万羽が普通です。一方，施設数は減少の一途をたどっています。加えて牛や豚の体格は人よりも大きく1頭あたりの投薬量は多くなります。このようなことから，人用医薬品と比較すると，畜水産用動物用医薬品はピンポイントの限られた場所で，大量に使われるという特徴があります。これらの特徴を考慮し，動物用医薬品の環境影響評価については日米欧三極の「動物用医薬品の承認審査資料の国際調和(VICH)」において各極規制当局及び業界と議論を重ねてきました。その成果はVICHガイドラインとして合意され，その内容は国内において社団法人日本動物用医薬品協会の「動物用医薬品環境影響評価ガイドラインの自主基準」として，平成24年1月27日に会員向けに通知され，同時に動物医薬品検査所よりVICHガイドラインの解説書が出されました。現在，新有効成分含有動物用医薬品の承認申請には，多くの場合環境影響に対する考察がされています。シンポジウムではガイドラインの概要と，承認審査の現場から現状をご報告します。

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ヒト用医薬品の成分として用いられる化学物質は，医薬品が本来の目的により使用された後や，未使用の医薬品として廃棄されることにともない，環境中に排出された際には，医薬品成分としてもつ生理作用に加えて，化学物質としての化学的，物理的，生物学的な性状に由来して，生態系に影響をおよぼす可能性がある。とりわけ，新規に承認されるヒト用新有効成分含有医薬品の上市にともない，ヒト用新有効成分含有医薬品の有効成分原体又はプロドラッグの活性代謝物が有する化学物質としての化学的，物理的，生物学的な性状に由来する直接及び間接的に生じる環境に対する負荷を推定し，影響を評価して，人の健康と生態系へのリスク軽減を図ることは重要な課題である。これらのヒト用新有効成分含有医薬品の有効成分原体又はプロドラッグの活性代謝物に対する環境リスク評価は，段階的な評価手法を用いることを提案する。最初の段階（第I相）では，物理化学的性質を考慮した上で，ヒト用の医薬品の成分として用いられている物質による環境に対する曝露を，科学的な情報に基づき，想定値と設定値より予測環境濃度(PEC)_表層水値を求める。PEC_表層水値が一定値未満の場合には，環境リスクは考慮しなくともよいと判断して，リスク評価を終了する。PEC_表層水値が一定値以上になる場合には次の段階の評価（第II相）を実施する。第II相では，環境における運命及び影響に関する情報を収集して評価を実施する。必要な場合は，藻類，甲殻類及び魚類を用いた短期慢性毒性を評価できる試験法により予測無影響濃度（PNEC）を求め，PNECに対するPEC_表層水値の比を求める。PNECに対するPEC_表層水値の比の値が1を超える場合は，PEC_表層水値及びPNEC値を精緻化するため，追加試験を実施する。以上のような手順に従い，科学的な情報と手法に基づき，リスク評価を実施することを検討している。

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全国の河川で多くの種類の医薬品の検出が報告されている。主に，排泄物や風呂排水を介して排出される使用後医薬品や不適切な形で廃棄される未使用医薬品，更には農・水・畜産業で使用される医薬品が主な起源であるとされている。河川での検出濃度は，医薬品の種類や季節・場所等により異なるが，多くは ng/L（ppt）のオーダーであり，一般的な薬効・毒性発現濃度と比較するとかなり低い。しかし，このように低濃度で環境中に存在する医薬品が人の健康や生態系に対してどのような影響を及ぼすかに関しては，詳しいことはわかっていない。欧米では，新薬の承認申請の際に環境影響評価の成績を提出することが義務づけられ，そのためのガイドラインも制定されており，現時点で未対応であるわが国の規制動向が注目されている。環境中に多くの医薬品が極めて微量ながら検出されることは事実であるが，これが生態系や人の健康に悪影響を及ぼしうるレベルに達しているかどうかの見極めが肝要である。いたずらに社会不安が煽られる事態を避けるためにも，まずは適切なリスク評価の実施が求められる。また，医薬品が有する医学的・社会的便益の大きさを考えると，リスク管理のあり方をめぐる議論も慎重になされるべきである。海外における最近の関連動向に目を向けると，social perception（社会として問題を正しく認識・理解すること），shared responsibility（責任の共有・分担），或いは collaborative problem solving（協働的な問題解決の努力）といった概念が今後のリスク管理を考える上でのキーワードであろうことが読取れる。今日の我々の生活が医薬品の恩恵なしには成り立たないことを考えると，環境影響を心配することなく，必要な医薬品を安心して使うことができるような科学的・社会的枠組の策定を目指し，関係者の英知と努力を結集し協働していくことが望まれている。

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従来WHO，ILO，UNEPが担ってきた化学物質管理の論議に，1970年代半ばからOECD(経済協力開発機構)が健康や環境とともに貿易や経済への影響を未然防止することを目指して参画した。OECDは先ず，テストガイドライン（TG）や優良試験所規範（GLP）に加えて製品を市場に出す前に最低限必要な試験評価項目として上市前最小評価項目（MPD）を確立した。
世界の学界が論じた社会のための科学や政策のための科学に連なる規範科学（Regulatory Science）という概念と軌を一にするこのOECDの活動を通して，労働者，消費者，市民に環境生物も含めて包括的に評価する化学物質総合管理の概念が確立した。　この概念とそれに基づく制度や方法論は，1992年の国連環境開発会議や2002年の持続可能な発展に関する世界首脳会議， 2006年の国際化学物質管理会議などを通して世界に広まった。そして工業用や農業用の化学物質のみならず食品や医薬品も化学物質総合管理の対象範囲に含まれることで合意した。
米国は1980年代に欧州は2000年代に，そして近年，韓国，中国，台湾，フィリピンなども，化学物質総合管理の概念のもと分立する規制法群を整理して化学物質のリスクを包括的に管理する法律を整備するとともに，これを一元的に統括する行政体制を整備してワンストップサービスを実現した。
欧州が包括法 (REACH規則) を競争力委員会で審議したことで明白な通り，化学物質総合管理は健康や環境のみならず全ての産業の競争力に直結する。包括法の未整備な日本にリスク未確認の製品が流入し，国民の健康や環境に脅威を与えつつ悪貨が良貨を駆逐するが如く国内産業を苦境に追い込む。分立する規制官庁への対応に多くの経費と時間を費やすうちに事業機会を喪失する。
貿易立国である日本は今や貿易赤字に直面している。世界の潮流に呼応して早急に化学物質総合管理のための包括的な法律を整備しつつ一元的な行政体制を構築し，付加価値を創出する総合管理の総合経営への進化を促すことが必須である。

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システムバイオロジー的アプローチで毒性学を推進することに対する期待が高まっている。 環境中や食品中に存在する毒性物質のみならず，医薬品の副作用に関してもシステム的な理解が必須である。本講演では，我々が米国食品医薬品局(U.S. Food and Drug Administration: FDA)と行っている抗がん剤における心毒性と肝毒性の計算機予測のプロジェクトならびにそこで利用されているソフトウエアプラットフォームに関して紹介する。本プロジェクトでは，我々が提唱して推進しているGaruda Platformが採用され，CellDesignerやPhysioDesignerなどの一連のソフトウエアが有機的に連動して利用されている。これらのソフトウエア群を利用して，詳細な心筋細胞ならびに肝細胞の分子間相互作用マップを構築して，これを基盤に実験データの解析，モデルの精緻化，ネットワーク解析，動的シミュレーションなどの手法を組み合わせることで，抗がん剤の副作用の理解と計算機予測を行う。
関連論文：
Ghosh, S.; Matsuoka, Y.; Asai, Y.; Hsin, KY.; Kitano, H. Software for systems biology: from tools to integrated platforms. Nature Reviews Genetics, 12(12), 821-832, Dec. 2011.Kitano, H. A robustness-based approach to systems-oriented drug design. Nature Reviews Drug Discovery, 6(3), 202-210, March 2007.

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毒性学も他の生物学同様に生体内で引き起こされる反応の分子レベルから形態レベルまでのメカニズム記述を基礎とするものへと変貌しつつある。Transcriptome dataの効率的な取得・解析法を考察した結果，それを形質発現に非依存的（Phenotype-independent）に解析せざるを得ないという前提のもとに，形質発現の前段階に於けるtranscriptome dataを独立に扱いつつ生体内で生じている遺伝子発現ネットワークを描出することが直近の研究課題となる。
その目的の為に開発したPercellome手法が軌道に乗り，網羅的定量的遺伝子発現データベース作出に関わるプロジェクトを推進する機会を得，現在まで，マウス肝を主標的とした約140化合物の単回暴露時（平均2臓器について）の延べ5億8千万余のプローブセットデータの蓄積を得，また，同等規模のラットプロジェクトデータの統合も開始した。反復暴露や多臓器間の関連の解析研究を加える一方，生物学的意義を確認しつつ蓄積データをインフォマティクスに組み込み，化学物質が誘発する反応の解析から，見落としの無い網羅的な遺伝子発現ネットワークの動的な描出を目指している。Percellome法によるmRNA の絶対量化が可能とした，情報の3次元可視化（surface data）は，インフォマティクス処理過程での生物学者によるデータ追跡を容易にし，時間と用量を一体化したデータ処理法の開発の基礎となっている。PharmacogenomicsとToxicogenomicsとは，原理的に一枚のコインの裏表の関係にあるとの認識の元，両者を不可分なものとして検討を進めている。
最近の医学・生物学には多因子疾患・多因子形質発現制御の概念が導入され，この様な多因子概念の世界に於いては，生体反応の既述は「有(100％)」「無(0％)」の組み合わせではなく，「70％」「50％」「90％」といった半端な数の組み合わせによることになる。その際の網羅的トランスクリプトームデータにとって，定量化と標準化は必須の要件であり，その確保は，これから更に進むであろうproteomics等の基盤としても重要となると考える。（本研究は厚生労働科学研究費補助金等による）
Key words: Percellome, Toxicogenomics

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患者間における薬物応答性の違いは，その人の生活習慣に加えて，ゲノム配列の個人差 (遺伝子多型・発現レベル) によるものと考えられる。遺伝子多型に基づく効果的な医療「個別化医療」の実現が求められているが，それを実現するためには遺伝子多型と薬効および副作用の関係を明らかにする必要がある。薬物の副作用に関係する遺伝子多型や遺伝子発現ネットワークを解析し，薬物療法の安全性を向上させるためのインフラ整備が求められている。
薬物の代謝は，薬物の細胞内への取り込み（第0相：仮名称）から始まり，第１相系におけるチトクロームP450などによる酸化的代謝反応，第2相おける抱合反応，第3相のトランスポーターによる代謝物の排出などから構成される。その過程において，反応性の高い中間体が生合成されて，細胞内成分と反応してadductを生成したり，あるいは核内受容体と結合して多くの遺伝子の発現上昇または低下を引き起こす。近年質量分析技術の発展によって，反応性の高い中間体をグルタチオンadductとして測定することが可能になった。さらにDNAチップや定量的PCR法によって遺伝子発現プロファイルを解析することができるようになった。
一方，理化学研究所（理研）においてcap-analysis gene expression (CAGE)法が開発されて，mRNAおよび non-coding RNA (ncRNAs)の5’-末端を包括的に解析して，遺伝子発現プロファイルと共に発現遺伝子の転写開始点を正確に解析できるようになった。CAGE法は，臓器特異的または薬物特異的な多数の転写開始点を解析することができる点で優れている。また理研が開発した等温核酸増幅法によって遺伝子多型を迅速に測定することも可能になった。本シンポジウムで当該新規技術と応用例（転写因子Nrf2遺伝子多型と薬物トランスポーターの発現解析）を紹介する。

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　ニュートリゲノミクスは，食品や食品中の成分，食事内容，食習慣など，「食」に関連する様々な要因が生体に及ぼす影響をオミクスにより解明することを目的とする。食品は，栄養，嗜好，生体調節といった多面的な機能を介して，生命を維持し，健康を支え，生活に潤いを与える。栄養素の摂取においては，不足と過剰の両面のリスクを考慮する必要がある。また，栄養素以外の食品中の機能性成分に関しても，効果が期待できる摂取量に対して過剰摂取の影響も問題となる。
演者らのニュートリゲノミクス研究の試みのうち，本日は主に以下の２つの取り組みについて紹介する。まず特定の食品の機能性研究の例として，コーヒー摂取の抗肥満・抗糖尿病作用を取り上げる。こうしたコーヒーの効果は疫学的な研究から既に示されている。その背景にある分子メカニズムに迫る目的で，高脂肪食摂取マウスにおいて，トランスクリプトミクス，プロテオミクス，メタボロミクスを組み合わせて統合的な解析を行った。それぞれのオミクスの特徴を活かして，包括的情報を得ることができた。一方，食の安全に関わるトピックとして，単一アミノ酸の過剰摂取の影響についての検討例を共有させていただきたい。アミノ酸は比較的過剰に摂取しても生体にとって影響は小さいが，ひとつのアミノ酸だけを大量に摂取すると，特にタンパク質の摂取量が低めの場合に成長阻害等の悪影響が生じる。ロイシンを過剰量摂取させたラットにおいて，肝臓や血液のトランスクリプトミクス，メタボロミクスから，毒性のマーカーとなる遺伝子や代謝物の検索，上限摂取量に関する情報の取得などを試みた。
通常，食品や食品由来の成分などが生体に及ぼす作用は，穏やかなものである場合が多い。従って，効果の検出が困難であったり，ごくわずかな実験条件の違いにより得られる結果が左右されやすかったりする。それに対する工夫など含めて紹介したい。

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21世紀に入り，哺乳動物の生体システムの研究分野では，ゲノム情報を基礎としたアプローチが急速に日常化してきた。ご存知のように，この潮流はDNA塩基配列技術の著しい進歩によって支えられており，その結果我々の生体システムとの向き合い方は10年前とは大きく様変わりをしている。「次世代シーケンシング」というよく意味の分からない呼び名で呼ばれる事の多い大規模並列シーケンシング技術は，生体分子の定量計測の主流をアナログからデジタルに変換し，それによって計測データの質とそれに続くデータ解析手法にまでも大きな変革をもたらしつつある。この講演では，まず遺伝子，タンパク質，低分子の網羅的な定量計測を統合的に進めるアプローチ（これまた奇妙な呼び名であるが「マルチオミックス」と称される場合が少なくない）の技術的な現状を概説させていただき，その上でこうしたアプローチが今後の生体システムのダイナミクスの理解にどのように貢献しうるかについて議論させていただきたい。毒性学に特異的な話題提供ではないが，外界からの摂動が生体システム全体にどのような影響を与えるかを如何にして予測可能とするかという生命科学の広い領域に共通のテーマについて，特に統合的なゲノミクス解析の技術的な視点から考えてみたい。

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創薬の開発段階において，in vitro試験によるスクリーニングの必要性が増している。作用機構に立脚した試験法は，低コストかつ短期間に薬効や毒性を評価できると期待できる。さらに，iPS細胞の利用においても，再生医療よりも創薬開発が容易との意見もあり，その開発には社会的な追い風も吹いていると想像できる。本シンポジムでは，そのような最先端の創薬スクリーニング試験法をご紹介頂くことになった。　試験法については，その方法が一企業・一国・一地域での認知ではなく，世界的に受け入れられる方法として位置づけられることが重要であるとの見解がある。確かに行政的な受入れに必要なガイドラインではそうかもしれないが，ある企業がスクリーニングに用いるものにそれが当てはまるとは思えない。行政的な受けがなされるまでには，バリデーションが必要であり，それを当てはめようとするとバリデーションラグにより，in vitro試験の垣根が高くなり過ぎる。　ただし，in vitro試験の利用をむやみに増やせばよい訳ではなく，科学的な裏付けもなく，再現性が乏しい方法は相応しくない。できれば，in vitro試験の導入にあたっては，同業他社との共同研究を通して，プロトコルが開発者の思い込みで作られていないか，施設間の再現性は良いか，予測性も十分かを確認しておくことをお薦めする。In vitro試験は使い方により，その高い偽陽性率から誤って有用な候補物質を脱落させてしまうか，または，高い偽陰性率から重大な安全性上の懸念を見落とす可能性を持っている。これを十分に念頭において利用すべきと考えている。

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医薬品の前臨床における安全性評価は，動物実験により行われているが，ヒトとの種差が認められる場合もあり，ヒト細胞を用いたin vitro評価系の確立は重要である。また，多くの化合物を少量で評価できるスループットの高い系は，創薬早期の医薬品候補化合物の評価には不可欠である。心筋細胞毒性評価のin vitro系として，従来からラットなど動物の細胞を用いたin vitro評価は行われてきたが，ヒトのprimary心筋細胞を入手することは難しく，ヒト細胞を用いたin vitro評価はあまり行われていなかった。また，薬剤誘発性QT延長リスクのin vitro評価として，ヒトのhERG channelの遺伝子を導入した細胞株でのパッチクランプ法による評価が行われてきたが，hERG以外のchannelや心筋としての機能を発現していないために，必ずしもin vivoでのQT延長リスクを反映できていなかった。
2007年に京大の山中教授らにより作製されたヒトiPS細胞は，心筋をはじめ多くの臓器の細胞に分化誘導できる多能性幹細胞として脚光を集め，創薬の前臨床in vitro評価への応用について多くの研究が行われている。多くの臓器の中でも心筋細胞は，その分化誘導法についての情報が比較的多いこともあり，他の臓器に先駆けてin vitro心毒性評価系への応用が行われようとしている。ヒトiPS細胞から分化誘導した心筋細胞 (hiPS-CMs) がヒトprimary心筋細胞と同等であるかについては確認が必要で，ヒトin vivoへの外挿性についてvalidationが必要である。また，hiPS-CMsの遺伝子発現や機能は作製法や培養期間などにより変化し，一定の機能をもったhiPS-CMsを得るための条件検討も必要である。本講演では，ラットprimary心筋細胞，hiPS-CMsを用いたin vitro心毒性評価系の現状について紹介する。

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　薬物の体内動態は代謝の受けやすさに大きく影響されるため，多くの製薬企業においては創薬の初期段階で代謝安定性試験を導入している．一般に代謝安定性試験には肝ミクロソーム系や単離肝細胞が用いられる．肝ミクロソーム系はCYPなどのPhaseⅠ活性およびグルクロン酸抱合などのPhase Ⅱ活性を同時に測定することは困難であるが，いずれの種についても実験材料を容易に入手でき，HTS化にも向いていることから汎用されている．肝細胞系はPhaseⅠ活性およびPhase Ⅱ活性，さらにさまざまなトランスポーターを保持していることからよりvivo に近い結果が期待できるが，ヒト肝細胞の場合コストが高く，またロット間の代謝活性のばらつきが大きいこと，HTS化に不向きなどの点が短所として挙げられる．最近ではこれらの点を補うために，HTS化に対応したスフェロイド系などの肝細胞３次元培養系も提案されている．いずれの系についても，試験材料のロット差，施設内・施設間差などを補正するために，常に標準となるコントロール基質を含めて試験することが肝要である．なお，最近では小腸における代謝も薬物の生物学的利用能に大きく影響することが知られてきており，ヒトの小腸初代培養細胞系を用いた試験系も報告されている．代謝安定性を一定のクライテリアで満たした薬物については，必要に応じて代謝酵素の同定，代謝酵素への阻害や誘導試験などが実施される．またこれらの試験の他にも，物性試験やin silico による代謝試験，探索的な毒性試験が行われている．特に脂溶性パラメータについては構造式から計算によって見積もることが可能であり，代謝安定性のみならず，代謝酵素の誘導や各種毒性のパラメータと相関することも多い．本講演では，毒性研究者の知っておくべき最低限の「in vitro による薬物代謝スクリーニング」について，国内外の製薬企業の状況も含めて紹介する．多くの毒性研究者の研究の一助となれば幸いである．

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現在，慢性腎臓病の患者は日本国民の8人に一人の割合で存在すると考えられており，新たな国民病と考えられてきている。また，腎臓は体内恒常性を維持する臓器であり，現在増え続ける化学物質なども腎臓から代謝されることが多い。そのような現代の環境下で，多種多様な化学物質に対し，腎臓毒性を的確にスクリーニングを行い評価する新たな手法の開発が求められている。我々はそのような腎臓に対し，成体腎臓幹細胞を使用した臓器形態再構築技術の開発を行ってきた。再生とは細胞・成長因子（再生因子）・足場（微小環境）の三要素からなると言われている。我々は，以前より成体腎臓の再生能に着目し，成体腎臓から自己複製能，多分化能，再生能をもった成体腎臓幹/前駆細胞様細胞（rKS56）の樹立を行い，再生治療の可能性を模索してきた（Kitamura S at el. FASEB J. 2005）。そのKS細胞に適正な成長因子，足場を与えることにより，腎臓構造の再構築開発を行い，三次元的な臓器再構築に成功した。その構造は糸球体から近位尿細管～ヘンレのループ，遠位尿細管，集合管といった腎臓構造最小構成単位であるネフロン構造の再構築を確認でき，腎臓構造に類似していた。本構造は，光顕レベル，電子顕微鏡レベル，染色レベルにおいて，腎臓構造類似であることが確認された。
本構造体を使用した新たな腎臓障害評価法の可能性が示唆され，現在，経済産業省　細胞プロジェクト（Tox-In Vitro）において，腎障害に対しハイスループットスクリーニング（HTS）が可能になる方法を検討している。KS細胞に鳥取大学との共同研究の元，人工染色体を用いた安定でかつ大容量の遺伝子導入を行い，障害をHTPで感知しうる評価法の開発を進めており，本セッションにおいて，その方向性などを発表したい。

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