夏季オリンピックは、勝利、決意、そして驚異的な身体能力の物語を私たちに伝えてくれます。アスリートは常に、食事療法から高気圧酸素カプセル、クライオセラピーに至るまで、ルールの範囲内で優位に立とうと模索していますが、パフォーマンス向上薬（PED）は決して越えてはならない一線です。パフォーマンス向上薬は、国際オリンピック委員会、米国アンチ・ドーピング機関、そして世界アンチ・ドーピング機関によって常に監視、追跡、検査の対象となっています。薬物や手法は進化していますが、アナボリック・アンドロジェニック・ステロイド（AAS）は、オリンピックからツール・ド・フランス、アイアンマン・トライアスロン、さらにはクロスフィット・ゲームズのようなニッチなスポーツに至るまで、依然として主要なパフォーマンス向上手段となっています。本ブログでは、一般的なパフォーマンス向上薬の詳細と、それらを検出するための対策について解説します。
パフォーマンス向上薬とは何か？
ステロイド、その代謝物、およびテストステロンの構造を理解することは、それらを検出するための分析プロトコルを開発する上で不可欠です。テストステロン（T）は体内で自然に生成されるホルモンであり、アンドロゲン受容体の本来のリガンドです。この受容体がテストステロンや合成ステロイドなどのアンドロゲンと結合すると活性化し、筋力増強、骨密度向上、赤血球産生促進といったパフォーマンス向上に寄与する望ましい効果がもたらされます。筋肉や骨の強化はアスリートにとって明白な利点ですが、赤血球産生の増加は筋肉や臓器への酸素供給を増やし、エネルギー産生と回復を促進します。したがって、テストステロン（合成・天然を問わず）は、アナボリックステロイドの基礎となっています。
アナボリックステロイドは主に3つのカテゴリーに分類されます（下図1参照）。
- テストステロン誘導体
- 5α-ジヒドロテストステロン（DHT）誘導体
- 19-ノルテストステロン誘導体
図1：テストステロンと、一般的なアナボリック・アンドロジェニック・テストステロン誘導体、5α-ジヒドロテストステロン誘導体、および19-ノルテストステロン誘導体の構造比較。
構造、基質活性、半減期の違いは、これらアナボリック・アンドロジェニック・テストステロン誘導体の生物学的プロファイルに影響を与えます。私たちは誰もが自然にテストステロンを保有しているため、これらの化合物を検出する手法を設計する上で、こうした違いが重要な基盤となります。
パフォーマンス向上薬はどのように検出されるのか？
各薬物について、その主要な代謝物を特定することが、尿、血液、または唾液を用いた直接的な診断検査を開発する第一歩となります。人体は天然（内因性）のテストステロン（T）とエピテストステロン（E）を約0.4〜2の比率で生成します（図2A）1。初期の検出手法の一つは、単に尿サンプル中のテストステロンとエピテストステロンの比率を測定するものでした。T/E比が4を超えると、外因性テストステロン製品によるドーピングが疑われます。外因性Tの存在を確認するため、研究室ではT中の13C:12Cの同位体比を測定します。これは、人工的に製造されたTは、内因性のTよりも13C:12C比がわずかに低いためです2。この手法は、2006年のツール・ド・フランスにおけるフロイド・ランディスのパフォーマンスを巡る訴追で使用され、彼が実際に外因性テストステロンを使用していたことが証明されました。
図2。アナボリック・アンドロジェニック・ステロイド検出のための検査パラメータ。A：テストステロン（T）とエピテストステロン（E）の構造。人体内では0.4〜2の比率で生成される。T/E値が4を超えるとAASドーピングの証拠とみなされる。B：尿検査によるスタノゾロール検出に必要な代謝および分析手順。
ステロイド薬が競技の世界に初めて登場した際、その検出と分析のために特性や代謝を解明する責任は規制当局に課せられます。1988年のソウルオリンピックで、短距離走者のベン・ジョンソンが100m走で世界記録を樹立しながらも、スタノゾロールの陽性反応により金メダルを剥奪されたケースがこれに該当します。この薬物の検出法を開発するため、研究者はスタノゾロールの代謝と、最も感度高く検出する方法を理解する必要がありました。スタノゾロールの主要な代謝経路は図2Bの垂直方向の経路に示されており、実績のあるガスクロマトグラフィー質量分析法（GC-MS）で代謝物を検出するために必要なサンプル処理も併記されています3。しかし、スタノゾロールは図2Bの水平方向の経路に示すように、17-エピ-スタノゾロール-N-グルクロニドという別の代謝物を少量生成します。この代謝物は寿命が長く、投与後28日間検出可能です！この代謝物からスタノゾロールを検出するため、近年ではエレクトロスプレーイオン化法（ESI）と液体クロマトグラフィー質量分析法（LC-MS）を組み合わせた複雑な手法が開発されました。簡単に言えば、これらの技術はイオンを生成し、その質量に基づいて分離・特定することで、存在する代謝物を特徴づけ、識別するものです。
なぜパフォーマンス向上薬の問題は絶えないのか？
2000年代初頭、科学者たちが既知のアナボリック・アンドロジェニック・ステロイドを検出する技術の向上に追われている間、バリー・ボンズはホームランを量産していました。MLBは、ボンズや他のアスリートたちが、強力なアナボリック効果を目的とし、かつアンチ・ドーピング検査のプロトコルを回避するように設計された、新しく合成されたステロイド「テトラヒドロゲストリノン（THG）」を使用していたことをほとんど知りませんでした。「ザ・クリア」と呼ばれたTHGは、アンチ・ドーピングプログラムがその存在や代謝物を把握していなかったため、当初は尿検査で検出できませんでした。調査の過程で、使用済みの注射器の残留物からTHGのサンプルが抽出・特定され、その後、スクリーニングのためのLC-MS/MS法が容易に開発されました4。
この野球界のスキャンダルは、アンチ・ドーピングプログラムにおけるAASの直接検出を取り巻くいくつかの問題を象徴しています。第一に、スクリーニングプロセスは既知の物質の既知の代謝物を探すものであるため、十分な設備を持つ組織であれば、検出を避けるために未発見の「デザイナー・ステロイド」を合成することが理論上可能です。検査プロトコルが存在する場合でも、検査頻度が低い（MLBのように年2回など）とステロイドの使用が見過ごされる可能性があります。検査間隔が長ければ、ステロイド代謝物の濃度が検出限界以下に低下しやすくなるためです。また、アスリートが検出を避けるためにマスキング剤や利尿剤を使用することも可能であり5、これが検査運営側にさらなる負担を強いています。
アンチ・ドーピング機関は、こうした問題や、それらを抑制する努力にもかかわらず続くパフォーマンス向上薬の使用を認識していました。1990年代初頭には、外因性物質が存在しない場合、テストステロン、その前駆体、および代謝物の濃度と比率は 極めて安定している ことが研究で示されており、アナボリック・アンドロジェニック・ステロイドは、本来安定しているこれらの値に永続的な影響を及ぼします。しかし、研究者が ベイズ推定 を採用して、これらの比率における異常値の検出を正式に導入したのは2007年のことでした。これらの比率は血液学的プロファイルとともに、アスリート・バイオロジカル・パスポート（ABP）を構成します。このパスポートは、パフォーマンス向上薬を検出する能力を高めるための強力なベンチマークツールです。
パフォーマンス向上薬モニタリングの今後の展開
インビトロ（試験管内）バイオアッセイは、アンドロゲンを検出するためのもう一つの有望な非標的型アプローチです。アンドロゲン応答配列の制御下にあるレポータータンパク質で細胞を改変することで、これらのアッセイは、その供給源にかかわらずアンドロゲン受容体の活性化を検出できます6。これにより、バイオアッセイは、近年アスリートが意図せず禁止物質を摂取する原因となっている栄養補助食品など、組成が不明なサンプル中のアンドロゲンを検出するのに有用となります。非標的型のバイオ活性ベースの検出手法がさらに発展すれば、ステロイド性のものであれ、テストステロンと構造的な類似性がなく代謝的理解も進んでいない新たなクラスの選択的アンドロゲン受容体モジュレーター（SARM）であれ、新たに出現するアンドロゲンを特定する上で研究者の助けとなるでしょう7（図3）。
図3。乱用される一般的な選択的アンドロゲン受容体モジュレーター（SARM）の化学構造。
まとめ
オリンピックやその先を見据えると、個人による、時には組織の指示によるドーピングスキャンダルが今後も発生することは疑いようがありません。それがエリートスポーツの明白な性質です。検出を回避するためにデザイナー薬が使用される場合、そのような化合物は本質的に安全性に関する臨床試験を経ておらず、アスリートの健康にリスクをもたらすことになります。しかし、スポーツ組織が展開する薬理学的手法が巧妙化し続ける一方で、科学はアンチ・ドーピング当局に対し、パフォーマンス向上薬を検出するために必要な知識と分析能力を提供し続けます。これらの能力を最大化することは、ドーピングを最小限に抑え、スポーツにおける健康を促進し、公平性を維持するための抑止力となるでしょう。
参考文献
1. Donike, M., Nachweis von exogenem Testosteron. Dt. Ärzte-Verl.: Köln, 1983; p S. 293-298.
2. Polet, M.; Van Eenoo, P., GC-C-IRMS in routine doping control practice: 3 years of drug testing data, quality control and evolution of the method. Anal Bioanal Chem 2015, 407 (15), 4397-409.
3. Schänzer, W.; Opfermann, G.; Donike, M., Metabolism of stanozolol: identification and synthesis of urinary metabolites. J Steroid Biochem 1990, 36 (1-2), 153-74.
4. Catlin, D. H.; Sekera, M. H.; Ahrens, B. D.; Starcevic, B.; Chang, Y. C.; Hatton, C. K., Tetrahydrogestrinone: discovery, synthesis, and detection in urine. Rapid Commun Mass Spectrom 2004, 18 (12), 1245-049.
5. Alquraini, H.; Auchus, R. J., Strategies that athletes use to avoid detection of androgenic-anabolic steroid doping and sanctions. Molecular and Cellular Endocrinology 2018, 464, 28-33.
6. Lund, R. A.; Cooper, E. R.; Wang, H.; Ashley, Z.; Cawley, A. T.; Heather, A. K., Nontargeted detection of designer androgens: Underestimated role of in vitro bioassays. Drug Testing and Analysis 2021, 13 (5), 894-902.
7.Thevis, M.; Schänzer, W., Detection of SARMs in doping control analysis. Molecular and Cellular Endocrinology 2018, 464, 34-45.
