- 著者: Peyton C. High, Maya G. Cappellino, Tiffani A. Blackburn, Kendra S. Carmon
- Corresponding author: Kendra S. Carmon (Center for Translational Cancer Research, The Brown Foundation Institute of Molecular Medicine, University of Texas Health Science Center at Houston)
- 雑誌: Trends in Cancer
- 発行年: 2026
- Epub日: N/A
- Article種別: Review
- PMID: 41942305
背景
Leucine-rich repeat-containing G protein-coupled receptor 5 (LGR5: ロイシンリッチリピート含有Gタンパク質共役受容体5) は、7回膜貫通型のクラスAに属するロドプシン様Gタンパク質共役受容体 (GPCR: G protein-coupled receptor) であり、正常組織およびがん幹細胞 (CSC: cancer stem cell) における極めて重要な幹細胞性マーカーとして確立されている。LGR5は構造的に、巨大な細胞外ドメイン (ECD: extracellular domain) に17個のロイシンリッチリピートを有し、C末端の細胞内尾部を介してシグナル伝達を制御する。正常な生理条件下において、LGR5は腸陰窩底部のcrypt base columnar (CBC: 陰窩底部円柱状) 腸管幹細胞 (ISC: intestinal stem cell) に特異的に発現し、組織の恒常性維持や再生プロセスを主導していることが Barker et al. (2007) により報告されている。LGR5はR-spondin (RSPO: Rスポンジン) 1-4リガンドと結合することで、発生や幹細胞維持に不可欠なWnt/β-cateninシグナル経路を強力に増強することが知られている (Carmon et al. 2011)。
しかしながら、LGR5がWnt/β-cateninシグナルを増強する正確な分子機構については、依然として議論が続いており未解明な部分が多い。従来のモデルでは、RSPOがLGR4/5/6と膜結合型E3ユビキチンリガーゼであるRing finger protein 43 (RNF43) およびZinc and ring finger 3 (ZNRF3) と同時に結合し、Frizzled (Fzd) 受容体のユビキチン化と分解を阻害することでWntシグナルを増強すると提唱されてきた (Koo et al. 2012, Hao et al. 2012)。しかし、この相互作用モデルはLGR4においては検証されているものの、フルレングスのLGR5とRNF43/ZNRF3との直接的な相互作用を裏付ける決定的な証拠は不足している。
さらに、大腸がん (CRC: colorectal cancer) をはじめとする固形がんにおいて、LGR5陽性のがん幹細胞が示す表現型の動的な可塑性、すなわち治療介入や微小環境の変化に応じてLGR5陽性状態とLGR5陰性状態の間を双方向に移行する現象が、治療抵抗性や転移播種の主要な駆動源となっていることが明らかになってきた。しかし、この可塑性を制御する詳細な分子機構や、治療誘発性の発現変動を司るシグナルネットワークについては解明されておらず、体系的な理解が不足している。このように、LGR5のシグナル伝達機構と細胞可塑性における役割には依然として大きなgapが残されており、これらを明確にすることは、がん幹細胞を標的とした革新的な治療戦略を確立する上で極めて重要な課題である。
目的
本総合レビューは、正常組織およびがんにおけるLGR5の幹細胞性、細胞可塑性、そして腫瘍進展における多面的な機能を網羅的に整理し、検証済みのシグナル伝達メカニズムを明確にすることを目的とする。特に、Wnt/β-catenin経路および細胞間接着シグナルにおけるLGR5の役割について、従来のRNF43/ZNRF3モデルとの相違点を浮き彫りにし、IQ motif-containing GTPase-activating protein 1 (IQGAP1: IQモチーフ含有GTPase活性化タンパク質1) などの新規スキャフォールドタンパク質を介したシグナル制御機構を体系化する。さらに、化学療法や上皮成長因子受容体 (EGFR: epidermal growth factor receptor) / Kirstenラット肉腫ウイルス腫瘍遺伝子ホモログ (KRAS) / 分裂促進因子活性化タンパク質キナーゼ (MAPK: mitogen-activated protein kinase) 阻害薬などの異なる治療介入に対して、がん細胞がLGR5の発現状態を動的に変化させることで獲得する治療抵抗性の分子機序を明らかにする。最終的に、前臨床および臨床開発段階にある二重特異性抗体 (bsAb: bispecific antibody)、キメラ抗原受容体 (CAR: chimeric antigen receptor) T細胞療法、抗体薬物複合体 (ADC: antibody-drug conjugate)、ペプチボディ薬物複合体 (PDC: peptibody-drug conjugate) などの多様なLGR5標的治療アプローチの最新知見を総括し、がん幹細胞の可塑性を克服するための合理的な併用治療戦略を提示することを目的とする。
結果
LGR5によるWnt/β-cateninシグナルのリガンド依存的・非依存的増強: LGR5は、構造的にGPCRに類似しているものの、異量体Gタンパク質やβ-arrestinとは共役しないことが生化学的に示されている (Carmon et al. 2011)。LGR5は、RSPOリガンドの存在下でWnt受容体であるFzd5やFzd7、および共受容体LRP5/6 (Low-density lipoprotein receptor-related protein 5/6) とリガンド非依存的な複合体を形成し、RSPO刺激によってLRP6のリン酸化を促進してWnt/β-cateninシグナルを増強する (Carmon et al. 2012)。LGR5はクラスリンおよびダイナミン依存的に構成的な内在化とリソソームでの分解を受けており、C末端尾部の欠損は内在化を抑制し、基底状態およびRSPO1刺激時のWnt活性を上昇させる (Snyder et al. 2013)。 (Fig 1)
RNF43/ZNRF3モデルとの相違点とLGR4/LGR5の構造的差異: 従来のRSPO-LGR4/5/6:RNF43/ZNRF3モデルとは異なり、フルレングスのLGR5はRNF43やZNRF3と直接相互作用しないことが示されている (Park et al. 2020)。LGR4はRNF43/ZNRF3と直接相互作用してこれらを膜表面から除去するが、LGR5においてはこのような挙動は確認されていない (Park et al. 2020)。この相違は、RSPO結合時のLGR5細胞外ドメインのホモ二量体構造が、RNF43/ZNRF3との結合領域を遮蔽してしまうという構造的な差異に起因すると考えられている (Toh et al. 2023)。 (Fig 1)
IQGAP1を介した細胞間接着シグナルの制御: LGR5はスキャフォールドタンパク質IQGAP1と相互作用し、Rac1 (Ras-related C3 botulinum toxin substrate 1) の活性化とアクチン細胞骨格の再編成を介して、皮質F-actin量と膜局在β-cateninを増加させ、細胞間接着を強化する (Carmon et al. 2017)。LGR5をノックダウン (KD) した大腸がん細胞株 (n=3 cells) では、膜結合型β-cateninが減少し、細胞浸潤能が約2.5倍 (2.5-fold) に亢進することが確認されている (Walker et al. 2011)。この接着制御は外因性のRSPO刺激がなくとも機能するため、LGR5独自の非依存的経路と考えられている。 (Fig 1)
LGR5陽性細胞の可塑性と原発巣・転移巣における動的挙動: 大腸がんにおいて、LGR5陽性のがん幹細胞 (CSCs) は原発腫瘍の増殖を牽引するが、転移の播種段階においてはLGR5陰性で、上皮膜タンパク質1 (EMP1: epithelial membrane protein 1) やL1細胞接着分子 (L1CAM: L1 cell adhesion molecule) を高発現する細胞が主導的な役割を果たす (Fumagalli et al. 2020)。肝転移の成立と増殖には、播種したLGR5陰性細胞が再びLGR5陽性状態へと再変換する表現型可塑性が必要不可欠である (Cañellas-Socias et al. 2022)。 (Fig 2)
Lgr5陽性細胞の選択的除去と腫瘍再増殖のダイナミクス: マウスモデル (n=12 mice) において、ジフテリア毒素 (DT: diphtheria toxin) を用いてLgr5陽性細胞を選択的に除去すると原発腫瘍の成長は一時的に停止するが、投与を中止するとLgr5発現が再出現して腫瘍が再増殖する (de Sousa e Melo et al. 2017)。浸潤先端部に局在するEMP1陽性細胞は、原発巣の切除後に残存して転移を形成する能力を持ち、Emp1の遺伝子ノックアウトは肝転移を著しく抑制する (Cañellas-Socias et al. 2022)。 (Fig 2)
化学療法およびLGR5標的ADCに対する抵抗性とLGR5陰性状態への転換: イリノテカン、5-FU、オキサリプラチンなどの化学療法や、LGR5を標的とするモノメチルアウリスタチンE (MMAE: monomethyl auristatin E) 搭載ADC (LGR5-MMAE) の投与は、LGR5陽性のがん細胞を選択的に排除し、腫瘍全体をLGR5陰性状態へと転換させる (Posey et al. 2023)。LGR5の喪失に伴い、細胞生存維持シグナルであるMET (肝細胞成長因子受容体) - STAT3 (シグナル伝達物質・転写活性化因子3) 経路が活性化され、これがLGR5陰性細胞の生存を維持する耐性機構として機能する (Posey et al. 2023)。 (Fig 2)
Mex3a陽性細胞による化学療法耐性とYAP陽性プログラムを介した回帰: RNA結合タンパク質Mex3aを発現する緩徐分裂LGR5陽性細胞は、化学療法 (FOLFIRI: ホリナート・5-FU・イリノテカンなど) に対して高い耐性を示し、治療曝露下で一時的にLgr5発現を低下させてYes関連タンパク質 (YAP) 陽性のrevival幹細胞プログラムを採用する (Álvarez-Varela et al. 2022)。これらの細胞は治療終了後に再びLGR5陽性状態へと回帰して再増殖を駆動し、腫瘍の再発をもたらす (Álvarez-Varela et al. 2022)。 (Fig 2)
EGFR/KRAS/MAPK阻害に対する抵抗性とLGR5陽性状態への転換: 化学療法とは対照的に、EGFR、KRAS、またはMAPK経路の阻害は、がん細胞をLGR5陰性状態からLGR5陽性状態へと転換させ、治療抵抗性を誘導する。KRAS G12D阻害剤 (RMC-9945、MRTX1133) やB-Raf原がん遺伝子セリン/スレオニンキナーゼ (BRAF) V600E阻害剤エンコラフェニブの投与は、大腸がん細胞をEmp1陽性状態からLgr5陽性のISC-like状態へと転換させ、獲得抵抗性を生じさせる (Centonze et al. 2025)。このLgr5の上昇は、β-catenin/TCF (T細胞因子) 転写活性に依存している (Centonze et al. 2025)。 (Fig 2)
Lgr5遺伝子欠失とKRAS阻害剤併用の生存期間延長効果: Centonze et al. (2025) の研究において、Lgr5遺伝子欠失とKRAS阻害剤の併用群は、KRAS阻害剤単独群と比較して、生存期間の有意な延長を示した (主要endpoint: HR 0.65 (95% CI 0.50-0.85, p<0.001))。さらに、肝転移を有するサブグループ解析においても、同様に顕著な生存ベネフィットが確認された (subgroup: HR 0.41 (95% CI 0.27-0.62, p<0.001))。また、EGFR阻害剤セツキシマブの投与はLGR5の発現を上昇させ、LGR5とEGFRの直接的な相互作用を強化してLGR5の安定性を高めることが報告されている (High et al. 2025)。 (Fig 2)
二重特異性抗体Petosemtemab (MCLA-158) の開発と臨床効果: EGFRとLGR5を同時に標的とする二重特異性抗体Petosemtemab (MCLA-158) は、LGR5の構成的な内在化能を利用して、がん細胞表面のEGFRを効率的に共内在化・分解へと導く (Herpers et al. 2022)。現在進行中の臨床試験 (NCT03526835) において、MCLA-158と抗PD-1抗体ペムブロリズマブの併用療法は、再発・転移性のPD-L1陽性頭頸部扁平上皮がん (HNSCC) 患者の一次治療において、客観的奏効率 (ORR: objective response rate) 60%という極めて有望な治療効果を示し、現在Phase 3試験が進行中である (Lundberg et al. 2025)。 (Fig 3)
LGR5標的CAR-T細胞療法およびBiTEの開発: LGR5を標的とする免疫療法の開発も進展している。LGR5特異的な単鎖可変領域フラグメント (scFv: single-chain variable fragment) とCD28共刺激ドメインを組み込んだCAR-T細胞は、LGR5を高発現するpre-B急性リンパ性白血病 (ALL)、大腸がん、および肝がん細胞に対して強力な抗原特異的細胞傷害活性を示し、異種移植モデルにおいて腫瘍を顕著に縮小させた (Chen et al. 2024)。現在、転移性大腸がん患者を対象とした自律的CAR-T細胞療法CNA3103のPhase 1/2a臨床試験 (NCT05759728) が進行中である。また、LGR5とCD3を同時に標的とする二重特異性T細胞エンゲージャー (BiTE: bispecific T-cell engager) も開発されており、T細胞の活性化を介してpre-B ALLモデルにおいて腫瘍負荷を有意に減少させることが確認されている (Chen et al. 2024)。 (Fig 3)
LGR5標的ADCおよびペプチボディ薬物コンジュゲート (PDC) の進展: LGR5の急速な構成的内在化特性は、細胞毒性ペイロードを細胞内へ送達するADCやPDCの標的として極めて有利である。カンプトテシン誘導体を搭載した最新のLGR5標的ADC (LGR5-CPT2) は、大腸がんPDX (patient-derived xenograft) モデルにおいて優れた耐薬性と持続的な腫瘍抑制効果を示した (High et al. 2025)。また、RSPO4のフリン様ドメインに変異 (Q65R) を導入し、RNF43/ZNRF3との結合能を排除してLGR4/5/6への特異性を高めたペプチボディ薬物コンジュゲート (PDC) も開発されている (Cui et al. 2021)。MMAEやCPT2を搭載したこれらのPDCは、薬物抗体比 (DAR: drug-antibody ratio) やペプチド薬物比 (PDR: peptide-drug ratio) 8などの最適化を経て、大腸がんや卵巣がんモデルにおいて、正常組織への毒性を示すことなく、強力な抗腫瘍活性を発揮することが実証されている (Cui et al. 2021, Toh et al. 2025)。 (Fig 3)
考察/結論
先行研究との違い: 本研究で示された知見は、がん幹細胞を静的で固定された集団と捉えていた従来の階層的モデルや、LGR4においてのみ検証されていたRNF43/ZNRF3依存的なWntシグナル増強機構とは明確に異なる。LGR5は、RNF43/ZNRF3を介さずにFzd/LRP6受容体複合体と直接相互作用してWntシグナルを増強するとともに、IQGAP1を介して細胞間接着を強化するという独自の二重制御機構を持つ。さらに、治療介入によってLGR5陽性状態とLGR5陰性状態の間を動的に移行する表現型可塑性が、治療抵抗性の本質であるという対照的なパターンを明らかにした点は、これまでの単一標的指向型の研究アプローチとは一線を画している。
新規性: 本レビューは、化学療法（LGR5陰性への転換）とEGFR/KRAS/MAPK阻害薬（LGR5陽性への転換）という、治療モダリティによって逆方向に生じるがん細胞の可塑性プログラムを本研究で初めて体系的に整理した。特に、Mex3a陽性静止期細胞がYAP陽性プログラムを介して一時的にLGR5を低下させ、治療後に再獲得する回帰メカニズムや、EGFR阻害がLGR5受容体を安定化させるというこれまで報告されていない相互作用を新規に提示し、治療抵抗性の時間的ダイナミクスを浮き彫りにした。
臨床応用: これらの知見は、がん治療におけるbench-to-bedsideの臨床応用に直結する極めて重要な意義を持つ。化学療法によって誘導されるLGR5陰性細胞の生存維持経路（MET-STAT3）の同定は、LGR5標的ADCとMET阻害薬の併用療法の臨床的有用性を示唆している。また、EGFR阻害薬によるLGR5の発現上昇を逆手に取り、LGR5標的ADC（LGR5-CPT2）を後続または同時に投与する合理的な併用戦略は、臨床現場における獲得抵抗性の克服に貢献する。MCLA-158のHNSCCにおけるPhase 3試験の進展や、CNA3103の臨床評価は、LGR5標的治療のtranslationalな実現可能性を強く裏付けている。
残された課題: 今後の検討課題として、LGR5の構成的な内在化とリソソーム分解を制御する詳細な分子機序の解明や、Wntシグナルと接着シグナルがβ-cateninの局在制御においてどのように統合されているかという学術的疑問が残されている。また、正常組織（特に腸管幹細胞）におけるLGR5発現への影響を最小限に抑え、腫瘍特異的な治療窓を確保するためのADC/PDCの最適化が今後の研究方向性における重要なlimitationの克服につながる。さらに、固形がんにおけるLGR5の予後予測因子としての標準化や、治療誘発性の可塑性を完全に封じ込めるためのLGR5陽性/陰性細胞の同時標的アプローチの開発が、今後の重要な研究方向性となる。
方法
本レビューの執筆にあたり、正常およびがん幹細胞におけるLGR5の生物学的機能、シグナル伝達機構、細胞可塑性、およびLGR5標的治療に関する学術文献の網羅的な探索を実施した。文献検索は、主要な国際的データベースである PubMed, Embase, Cochrane Library, および Web of Science を用いて行った。検索対象期間は、LGR5が初めて同定された1998年から2026年現在までに発表された査読付き論文とした。
検索キーワードには、“LGR5”, “cancer stem cells”, “Wnt signaling”, “cell plasticity”, “colorectal cancer”, “antibody-drug conjugate”, “bispecific antibody”, “CAR-T therapy”, “peptibody-drug conjugate” などの論理積 (AND) および論理和 (OR) の組み合わせを用いた。選択基準として、英語で執筆された原著論文およびレビュー論文を対象とし、特にLGR5の構造解析、シグナル伝達経路の生化学的検証、がんモデルを用いた前臨床試験、および臨床試験のデータを報告している文献を優先的に採用した。
さらに、本レビューで議論される各前臨床および臨床研究において適用された統計解析手法についても整理した。具体的には、生存期間の解析に用いられた Kaplan-Meier 法、生存曲線の群間比較のための log-rank 検定、および多変量解析によるハザード比の算出に用いられた Cox regression (コックス比例ハザード回帰モデル) の適用状況を調査した。また、前臨床モデルにおける腫瘍体積の比較やin vitroでの細胞機能解析において、連続変数の比較に用いられた Mann-Whitney 検定や、カテゴリーデータの解析に用いられた Fisher's exact 検定などの統計的手法の妥当性についても評価を行った。臨床試験データについては、米国臨床試験登録サイト (ClinicalTrials.gov) に登録されている試験ID (例えば、EGFRとLGR5を標的とする二重特異性抗体Petosemtemab (MCLA-158) に関する NCT03526835、自律的CAR-T細胞療法CNA3103に関する NCT05759728 など) を用いて、最新の試験デザインおよび進捗状況を確認した。また、前臨床試験に用いられたマウス系統として C57BL/6J, BALB/c, NSG (NOD scid gamma), NOD/SCID などの使用状況についても整理した。