上皮成長因子受容体

上皮成長因子受容体（じょうひせいちょういんしじゅようたい、Epidermal Growth Factor Receptor; EGFR）は、細胞の増殖や成長を制御する上皮成長因子 (EGF) を認識し、シグナル伝達を行う受容体であるGschwind A, Fischer OM, Ullrich A. "The discovery of receptor tyrosine kinases: targets for cancer therapy." Nature Reviews of Cancer, Vol.4, No.5, 2004, p.361-370. 。チロシンキナーゼ型受容体で、細胞膜を貫通して存在する分子量170 kDa（キロダルトン）の糖タンパクである。HER1、ErbB1とも呼ばれる。

EGFRの発現は上皮系、間葉系、神経系起源の多様な細胞でみられる。細胞膜上にあるこの受容体に上皮成長因子 (EGF) が結合すると、受容体は活性化し、細胞を分化、増殖させる。正常組織において細胞の分化、発達、増殖、維持の調節に重要な役割を演じているが、このEGFRに遺伝子増幅や遺伝子変異、構造変化が起きると、発癌、および癌の増殖、浸潤、転移などに関与するようになる。 300px|thumb|right|細胞表面のEGFRにEGFなどのリガンドが結合すると、EGFRはリン酸化（赤）され、引き続きMAPK経路（緑）、JAK-STAT経路（ピンク）、PI3K-AKT経路（黄）などの細胞内経路が活性化して核内にシグナルを伝達する。その結果、細胞増殖、アポトーシス抑制、血管新生、浸潤・転移などがおこる。

発見の歴史 1975年線維芽細胞表面上にEGF特異的受容体の存在が報告されCarpenter G, Lembach KJ, Morrison MM, Cohen S. "Characterization of the binding of 125I-labeled epidermal growth factor to human fibroblasts." Journal of Biological Chemistry, Vol.250, No.11, 1975, p.4297-4304. 、その後1978年にA431ヒト癌細胞株において170 kDaのタンパクとして同定されたCarpenter G, King L Jr, Cohen S. Epidermal growth factor stimulates phosphorylation in membrane preparations in vitro. Nature, Vol.276, No.5686, 1978, p.409-410. 。1984年、トリ赤芽球症ウイルス avian erythroblastic leukemia virus のもつがん遺伝子 v-erbB Yamamoto T, Hihara H, Nishida T, et al. "A new avian erythroblastosis virus, AEV-H, carries erbB gene responsible for the induction of both erythroblastosis and sarcomas." Cell, Vol.34, No.1, 1983, p.225-232.の配列とEGFRの配列が非常に似通っていることが報告されDownward J, Yarden Y, Mayes E, et al. "Close similarity of epidermal growth factor receptor and v-erb-B oncogene protein sequences." Nature, Vol.307, No.5951, 1984, p.521-527. 、がん遺伝子 erbB の遺伝子産物とEGFRが同一のものであることが判明した。その後、v-erbB に相当するヒト遺伝子にはEGFR遺伝子だけでなくHER2遺伝子もあることが判明しSemba K, Kamata N, Toyoshima K, et al. "A v-erbB-related protooncogene, c-erbB-2, is distinct from the c-erbB-1/epidermal growth factor-receptor gene and is amplified in a human salivary gland adenocarcinoma." Proceedings of National Academy of Science of United States of America, Vol.82, No.19, 1985, p.6497-6501. 、EGFR遺伝子は erbB1、HER2遺伝子は erbB2 と呼ばれるようになった。

構造 EGFRはチロシンキナーゼ型受容体の中でも、構造上の類似性から、ErbBファミリーとよばれる型の受容体に属する。 ErbBファミリーには、ErbB1 (= EGFR)、ErbB2 (= HER2)、ErbB3 (= HER3)、ErbB4 (= HER4) の4つが属する。これらは共通した構造をもち、3つの領域（ドメイン）、つまり、細胞外領域、細胞膜貫通領域、細胞内領域からなる。細胞外領域はリガンド結合部位をもち、ここにリガンドが結合すると、受容体が活性化する。 EGFRは621アミノ酸の細胞外領域、23アミノ酸の膜貫通領域、542アミノ酸の細胞内領域を持ちGullick WJ, Downward J, Parker PJ, et al. "The structure and function of the epidermal growth factor receptor studied by using antisynthetic peptide antibodies." Proceedings of the Royal Society of London. Series B, Containing papers of a Biological character. Royal Society (Great Britain), Vol.226, No.1242, 1985, p.127-134. 、リガンドとして上皮成長因子 (EGF) のほか、TGF-α、アンフィレギュリン (amphiregulin)、ヘパリン結合EGF様増殖因子 (Heparin-binding EGF-like Growth Factor; HB-EGF)Higashiyama S, Abraham JA, Miller J, et al. "A heparin-binding growth factor secreted by macrophage-like cells that is related to EGF." Science, Vol.251, No.4996, 1991, p.936-939. などと結合する。

受容体が活性化すると受容体は細胞膜上を移動し、他の受容体に結合して二量体を形成する。EGFRはEGFR同士、あるいは他のErbBファミリー受容体と二量体を形成する。二量体を形成すると、細胞内領域にあるチロシンキナーゼ部位は、アデノシン三リン酸 (ATP) を利用して、受容体細胞内領域にあるチロシン残基をリン酸化する。チロシンがリン酸化されると、細胞内のさまざまなタンパク質がつぎつぎと活性化していき（シグナル伝達）、細胞の機能や構造に変化を与える。

EGFRは、上皮細胞の角化層、重層扁平上皮細胞、線維芽細胞、血管内皮細胞の各所に存在する。皮膚表面において、EGFRが最も顕著に発現する層は基底層である。基底層より浅い層では発現量が減る（しかし、発現自体は見られる）Epidermal ADAM17 maintains the skin barrier by regulating EGFR ligand–dependent terminal keratinocyte differentiation - JEM。

シグナル伝達

EGFRをはじめとする受容体型チロシンキナーゼは、細胞外（血液や体液中）にある成長因子による刺激を細胞内に伝え、その刺激をシグナル伝達により核にまで伝えていく。その結果、核内では転写活性が高まってタンパクが合成されたり細胞の機能や構造を変化させる。

EGFRのシグナル伝達経路として、Ras/Raf/MAPK（Mitogen-Activated Protein Kinase、マイトジェン活性化プロテインキナーゼ）経路、PI3K（Phosphoinositide-3 Kinase、ホスホイノシトール3キナーゼ）/Akt経路、Jak/STAT経路の3つが重要である。このシグナル伝達の結果、細胞は分化、増殖の方向にむかう。Ras/Raf/MAPK経路は、主に細胞増殖 prolifiration と生存 survival に関与し、PI3K/Akt経路は主に細胞成長 cell growth や抗アポトーシス、浸潤、遊走に関与するScaltriti M, Baselga J. "The epidermal growth factor receptor pathway. a model for targeted therapy." Clinical Cancer Research, Vol.12, No.18, 2006, p.5268-5272. 。

機能 EGFRは体内のさまざまな細胞の増殖、臓器の発達・形成に重要な働きを示す。EGFR遺伝子を人為的に欠損させたマウス（ノックアウトマウス）は胎生期に死亡するThreadgill DW, Dlugosz AA, Hansen LA, et al. "Targeted disruption of mouse EGF receptor: effect of genetic background on mutant phenotype." Science, Vol.269, No.5221, 1995, p.230-234. か、あるいは皮膚、肺、消化管といった臓器の上皮に重度の発達障害を起こすMiettinen PJ, Berger JE, Meneses J, et al. "Epithelial immaturity and multiorgan failure in mice lacking epidermal growth factor receptor." Nature, Vol.376, No.6538, 1995, p.337-341. Sibilia M, Wagner EF. "Strain-dependent epithelial defects in mice lacking the EGF receptor." Science, Vol.269, No.5221, 1995, p.234-238. 。一方、EGFRのリガンドであるEGFやアンフィレギュリンLuetteke NC, Qiu TH, Fenton SE, et al. "Targeted inactivation of the EGF and amphiregulin genes reveals distinct roles for EGF receptor ligands in mouse mammary gland development." Development, Vol.126, No.12, 1999, p.2739-2750. 、TGF-αLuetteke NC, Qiu TH, Peiffer RL, et al. "TGF alpha deficiency results in hair follicle and eye abnormalities in targeted and waved-1 mice." Cell, Vol.73, No.2, 1993, p.263-278. Mann GB, et al. "Mice with a null mutation of the TGFα gene have abnormal skin architecture, wavy hair, and curly whiskers and often develop corneal inflammation." Cell, Vol.73, No.2, 1993, p.249-261. 、HB-EGFのノックアウトマウスは、角膜や皮膚、毛髪などに軽度の発達障害を起こすのみであることから、上皮細胞の発達には、EGFなどリガンドよりも受容体の方が重要であるとされる。

また、EGFRは細菌に対する皮膚の防御機構にも関与する。ヒトの皮膚は、天然の抗生物質であるディフェンシンを産生して細菌、特にグラム陽性球菌から生体を防御しているが、皮膚の細胞のEGFRは、HB-EGFの受容体としてこのディフェンシン産生に関与しているSorensen OE, Thapa DR, Roupe KM, et al. "Injury-induced innate immune response in human skin mediated by transactivation of the epidermal growth factor receptor." Journal of Clinical Investion, Vol.116, No.7, 2006, p.1878-1885. 。

動物実験では、視床下部の室傍核下部領域 hypothalamic subparaventricular zone のEGFRは、視交叉上核の産生するTGF-αの受容体として、概日リズムつまり体内時計の調節や、行動の活発さの調節にも関与している。EGFRの機能が低下した夜行性マウスは、日中の行動が活発となり、光にさらされても行動が抑制されなかったKramer A, Yang FC, Snodgrass P, et al. "Regulation of daily locomotor activity and sleep by hypothalamic EGF receptor signaling.", Science, Vol.294, No.5551, 2001, p.2511-2515. 。

遺伝子 ヒトEGFR遺伝子は7番染色体短腕 (7p12) に存在するEntrez Gene。EGFR遺伝子は全長約200 kbで、28のエクソンと27のイントロンからなるReiter JL, Threadgill DW, Eley GD, et al. "Comparative genomic sequence analysis and isolation of human and mouse alternative EGFR transcripts encoding truncated receptor isoforms." Genomics, Vol.71, No.1, 2001, p.1-20. 。 エクソン1 - 16は細胞外領域をコードし、エクソン17は膜貫通領域を、エクソン18-28は細胞内領域をコードする。細胞内領域のうち、チロシンキナーゼ部位はエクソン18-24にコードされ、C末端領域はエクソン25-28にコードされる。

悪性腫瘍におけるEGFR 過剰発現 EGFRはさまざまな悪性腫瘍で過剰発現がみられる。腎癌の50-90%、非小細胞肺癌の40-80%、前立腺癌の40-80%、頭頸部癌の36-100%、卵巣癌の35-70%、胃癌の33-74%、大腸癌の25-77%、乳癌の14-91%等で過剰発現がみられるNormanno N, Maiello MR, De Luca A, et al. "Review. Epidermal growth factor tyrosine kinase inhibitors (EGFR-TKIs): simple drugs with a complex mechanism of action?", Journal of Cellular Physiology, Vol.194, No.1, 2003, p.13-19. 。癌のEGFR過剰発現は予後不良因子であるSelvaggi G, Novello S, Torri V, et al. "Epidermal growth factor receptor overexpression correlates with a poor prognosis in completely resected non-small-cell lung cancer." Annals of Oncology, Vol.15, No.1, 2004, p.28-32. Hirsch FR, Varella-Garcia M, Bunn PA Jr, et al. "Epidermal growth factor receptor in non-small cell lung carcinomas: correlation between gene copy number and protein expression and impact on prognosis." Journal of Clinical Oncology, Vol.21, No.20, 2003, p.3798-3807. 。

また、下記に示すようなEGFRの構造異常がいくつか知られている。これらの変異は、EGFRの過剰発現を伴うことが多いが、伴わないこともある。

細胞外領域の変異 1988年ヒト多型性神経膠芽腫細胞から、細胞外領域が欠損した140 kDaのEGFRが発見されたYamazaki H, Fukui Y, Ueyama Y, et al. "Amplification of the structurally and functionally altered epidermal growth factor receptor gene (c-erbB) in human brain tumors." Molecular and cellular biology, 8, 1988, p.1816-1820. 。細胞外領域のうち、エクソン2から7までの部分がないこの変異型は、3型EGFR (type 3 EGFR)、EGFRvIII、de2-7 EGFR、ΔEGFRなどと呼ばれる。リガンド結合部位がなく、リガンドが結合しなくても恒常的に活性化するBatra SK, Castelino-Prabhu S, Wikstrand CJ, et al. "Epidermal growth factor ligand-independent, unregulated, cell- transforming potential of a naturally occurring human mutant EGFRvIII gene." Cell Growth and Differentiation, Vol.6, No.10, 1995, p.1251-1259. 。乳癌、小細胞癌、脳腫瘍（グリオーマ）、前立腺癌、口腔癌などで細胞増殖、悪性化にかかわっているPedersen MW, Meltorn M, Damstrup L, Poulsen HS. "The type III epidermal growth factor receptor mutation." Annals of Oncology, Vol.12, No.6, 2001, p.745-760. 。

細胞内領域の変異 ゲフィチニブ感受性変異 thumb|270px|変異型EGFRのチロシンキナーゼドメインとゲフェチニブの複合体構造。G719Sの変異は赤色で、T790Mの変異は黄色で示した。棒状の分子はゲフェチニブである。 2004年、ゲフィチニブにより腫瘍縮小がみられた非小細胞肺癌から発見されたLynch TJ, Bell DW, Sordella R, et al. "Activating mutations in the epidermal growth factor receptor underlying responsiveness of non-small-cell lung cancer to gefitinib." NEJM., Vol.350, No.21, 2004, p.2129-2139. Paez JG, Janne PA, Lee JC, et al. "EGFR mutations in lung cancer: correlation with clinical response to gefitinib therapy." Science, Vol.304, No.5676, 2004, p.1497-1500. 。EGFRをコードする遺伝子のうち、エクソン19にコードされるDNA15塩基（アミノ酸5残基）が欠損したもの（いくつかの亜型がある）、エクソン21にコードされる858番めのアミノ酸であるロイシンがアルギニンへ置換されたもの (L858R)、エクソン20にコードされる719番めのグリシン(G)がセリン(S)、アラニン(A)あるいはシステイン(C)へ置換されたもの (G719X: X = S, AまたはC) の3つ、特に前者2つの変異が存在すると、ゲフィチニブが腫瘍縮小効果を示す。

この変異EGFRは、EGFRのATP結合部位に構造変化を起こす結果、リガンドの刺激がなくても恒常的に活性化するようになり、細胞の悪性化に関わる一方、ゲフィチニブへの親和性も高まり、ゲフィチニブにより癌細胞がアポトーシスを起こし、腫瘍縮小効果を示すChoi SH, Mendrola JM, Lemmon MA. "EGF-independent activation of cell surface EGF receptor harboring mutations found in gefitinib-sensitive lung cancer." Oncogene, 2006. 。この変異EGFRは肺癌の存在する周囲の正常肺にもみられることTang X, Shigematsu H, Bekele BN, et al. "EGFR tyrosine kinase domain mutations are detected in histologically normal respiratory epithelium in lung cancer patients." Cancer Research, Vol.65, No.17, 2005, p.7568-7572. 、変異EGFRを遺伝子導入したマウスが肺癌を発生するPoliti K, Zakowski MF, Fan PD, et al. http://www.genesdev.org/cgi/content/full/20/11/1496 "Lung adenocarcinomas induced in mice by mutant EGF receptors found in human lung cancers respond to a tyrosine kinase inhibitor or to down-regulation of the receptors."] Genes Dev., Vol.20, No.11, 2006 p.1496-1510. Ji H, Li D, Chen L, et al. "The impact of human EGFR kinase domain mutations on lung tumorigenesis and in vivo sensitivity to EGFR-targeted therapies." Cancer Cell, Vol.9, No.6, 2006, p.485-495. ことなどから、肺癌の発生の早い段階に関与している可能性が考えられている。この型の変異EGFRは、非小細胞肺癌の10%程度に存在し、また非喫煙者、女性、腺癌、東洋人に多く存在するPao W, Miller V, Zakowski M, et al. "EGF receptor gene mutations are common in lung cancers from "never smokers" and are associated with sensitivity of tumors to gefitinib and erlotinib." Proceedings of the National Academy of Sciences, Vol.101, No.36, 2004, p.13306-13311. 。肺癌以外では、大腸癌の293例中1例Barber TD, Vogelstein B, Kinzler KW, Velculescu VE. "Somatic mutations of EGFR in colorectal cancers and glioblastomas." NEJM., Vol.351, No.27, 2004, p.2883. 、食道癌の50例中1例Sudo T, Mimori K, Nagahara H, et al. "Identification of EGFR mutations in esophageal cancer." European Journal of Surgical Oncology, 2006. に検出されたと報告されたが、それ以外にはみられていないNagahara H, Mimori K, Ohta M, et al. "Somatic mutations of epidermal growth factor receptor in colorectal carcinoma." Clinical Cancer Research, Vol.11, No.4, 2005, p.1368-1371. Leone F, Cavalloni G, Pignochino Y, et al. "Somatic mutations of epidermal growth factor receptor in bile duct and gallbladder carcinoma." Clinical Cancer Research, Vol.12, No.6, 2006, p.1680-1685. Lee JW, Soung YH, Kim SY, et al. "Absence of EGFR mutation in the kinase domain in common human cancers besides non-small cell lung cancer." International Journal of Cancer, 113, 2005, p.510-511. 。またこれらEGFRのATP結合部位の変異の内訳をみると、エクソン19の欠失変異が44%、L858Rが41%を占め、その他G719Xや稀な変異が15%程度を占めるShigematsu H, Gazdar AF. "Mini review. Somatic mutations of epidermal growth factor receptor signaling pathway in lung cancer" International Journal of Cancer, 118, 2006, p.257-262. 。