ノイラミニダーゼは、インフルエンザウイルス表面にキノコ型の突出部として存在する糖蛋白質で、共通平面上の4つのほぼ球形のサブユニットから構成される頭部と、ウイルス膜内に埋め込まれる疎水部を持っています。この酵素の活性中心には6つの極性アミノ酸残基が保存されており、シアル酸の切断に必要な触媒機能を担っています。
参考）https://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%8E%E3%82%A4%E3%83%A9%E3%83%9F%E3%83%8B%E3%83%80%E3%83%BC%E3%82%BC
ノイラミニダーゼの作用機構は4段階のプロセスで構成されます。第1段階では、シアロシドがノイラミニダーゼに結合すると、α-シアロシドが歪み、安定な椅子型構造から擬舟型構造へと変化します。第2段階でオキソカルボカチオン中間体（シアロシルカチオン）が形成され、第3段階で最初はα-アノマーとして形成されたNeu5Acが、最終的により熱安定性を持つβ-Neu5Acとして放出されます。
酵素の二次構造においては、βシートが支配的な構造を形成しており、これがシアル酸残基の切断に最適化された立体配置を提供しています。近年の構造生物学的研究により、活性部位周辺の分子間相互作用の詳細が明らかになり、より効果的な阻害薬の設計指針が得られています。
ノイラミニダーゼ阻害薬は、ウイルスの表面糖蛋白質であるノイラミニダーゼを選択的に阻害することで、インフルエンザウイルスの増殖を抑制します。具体的には、感染細胞からのウイルス放出過程において、ヘマグルチニンと宿主細胞表面のシアル酸の結合を維持することで、ウイルスが細胞から出て行くのを阻害します。これにより、複製されたウイルスは細胞表面に留まり、結果として体内でのウイルス拡散が抑制されます。
参考）http://shimada-clinic.tokyo/blog/2019/01/31/%E3%82%A4%E3%83%B3%E3%83%95%E3%83%AB%E3%82%A8%E3%83%B3%E3%82%B6%E6%B2%BB%E7%99%82%E8%96%AC%E3%81%AB%E3%81%A4%E3%81%84%E3%81%A6/
現在臨床で使用されている主要なノイラミニダーゼ阻害薬には、オセルタミビル（タミフル）、ザナミビル（リレンザ）、ペラミビル、ラニナミビルがあり、これらはすべてA型・B型インフルエンザウイルスに対して有効性を示します。これらの薬剤のIC50値はナノモルレベルの低値を示し、高いノイラミニダーゼ阻害活性を有していることが確認されています。
参考）https://passmed.co.jp/di/archives/3074
重要な点は、これらの薬剤の効果は発症から48時間以内の投与で最大となることです。この時間制限は、ウイルスの増殖と放出が発症後48時間以内にピークに達するためで、増殖したウイルスが細胞から放出してしまった後では薬剤効果が期待できないからです。
参考）https://kango-oshigoto.jp/media/article/69764/
ノイラミニダーゼ阻害薬に対する耐性獲得には、主として2つのメカニズムが知られています。第1のメカニズムは、シアリダーゼ活性部位のアミノ酸変異により、薬剤が適切に作用できなくなることです。第2のメカニズムは、シアル酸と結合するHA蛋白質の変異により、シアル酸との結合親和性が減弱し、ウイルス遊離に必要なシアル酸除去プロセスへの依存度が低下することです。
参考）https://www.jstage.jst.go.jp/article/naika/98/7/98_1733/_pdf
実際のヒト由来耐性ウイルスでは、HAの変異を伴わずNAの変異のみで耐性を獲得しているケースが大多数を占めています。耐性を規定するアミノ酸変異は、シアル酸や阻害薬が結合するNA蛋白質のポケット内、特に活性部位近傍に存在します。活性中心に変異が生じると非常に高度な耐性となりますが、ウイルス自体のノイラミニダーゼ活性も低下するため、伝播力は弱くなる特徴があります。
参考）https://www.jstage.jst.go.jp/article/jibiinkoka/115/7/115_663/_pdf
興味深いことに、A/H1N1、A/H3N2、B型の各ウイルス型で耐性となるアミノ酸部位が異なっており、これは3つの型でNA構造が少しずつ違うことに起因しています。また、薬剤によっても耐性となる部位や耐性の程度が異なるため、耐性監視と治療薬選択において重要な考慮事項となっています。
最新の構造生物学的研究により、ノイラミニダーゼの詳細な分子構造が解明され、より効果的な阻害薬設計への道筋が示されています。X線結晶構造解析では、Neu5Ac2enとノイラミニダーゼの複合体構造において、4位のヒドロキシ基周辺に3つの酸性残基が特異的な環境を形成していることが明らかになりました。この構造情報は、既存薬剤の作用機序理解と新規阻害薬の分子設計に重要な知見を提供しています。
参考）https://www.jstage.jst.go.jp/article/kenbikyo/54/3/54_131/_pdf/-char/en
研究者たちは、PDBに登録されている結晶構造データを活用して、ノイラミニダーゼの活性部位への分子結合を詳細に研究し、酵素の天然基質を模倣した新たな薬剤分子の設計を実現しています。具体的には、1918年の大流行を引き起こした「スペインかぜ」ウイルスから得られたノイラミニダーゼとザナミビルの結合構造や、鳥インフルエンザウイルス由来ノイラミニダーゼとオセルタミビルの結合構造が詳細に解析されています。
参考）https://numon.pdbj.org/mom/113?l=ja
ネズミチフス菌由来ノイラミニダーゼのX線・中性子結晶構造解析も実施されており、酵素反応に重要な役割を果たすアミノ酸残基の同定が進んでいます。これらの基礎研究は、インフルエンザウイルス以外のノイラミニダーゼに対する阻害薬開発にも応用可能な知見を提供しています。
参考）https://kaken.nii.ac.jp/en/file/KAKENHI-PROJECT-20K06572/20K06572seika.pdf
現在の臨床現場では、ノイラミニダーゼ阻害薬の適応は合併症のないインフルエンザ感染症患者における48時間以内の投与となっており、症状緩和の目的で軽症の外来患者から投与されています。この早期治療アプローチは、重症化や入院の必要性の抑制、下気道感染症合併防止に有効であることが報告されています。
参考）https://www.kansensho.or.jp/modules/guidelines/index.php?content_id=37
ハイリスク患者に対する治療では、48時間を超えても有効性が認められているコホート研究結果があり、重症例における治療戦略の柔軟性が示されています。また、特殊なケースとして短期間の予防的投与も考慮される場合があり、例えば家族内感染の予防などで限定的に使用されることがあります。
参考）https://www.igaku-shoin.co.jp/paper/archive/old/old_article/n2000dir/n2403dir/n2403_01.htm
H5N6高病原性鳥インフルエンザウイルスに対する非ヒト霊長類モデルでの研究では、既存のノイラミニダーゼ阻害薬（オセルタミビルとペラミビル）が有効であることが確認されており、パンデミック対策における有用性が示されています。世界的なノイラミニダーゼ阻害剤市場は、インフルエンザウイルス感染例の増加とともに大幅な成長が見込まれており、新薬開発への投資も活発化しています。
参考）https://www.databridgemarketresearch.com/jp/reports/global-neuraminidase-inhibitors-market
将来的には、RNAポリメラーゼ阻害剤のような新たな作用機序を持つ薬剤との併用療法や、耐性ウイルスに対応した次世代ノイラミニダーゼ阻害薬の開発が期待されており、より効果的なインフルエンザ治療戦略の確立に向けた研究が継続されています。
参考）https://www.jstage.jst.go.jp/article/naika/99/11/99_2735/_pdf