临床前模型为将新型治疗药物纳入儿科癌症临床试验提供了科学依据和翻译相关性

摘要

介绍

在过去的50年里，癌症儿童的总体生存率显著提高(1). 促成这一成功的一个因素是多中心合作小组的形成。儿童癌症患者的数量很少，合作小组提供了一种机制来协调临床试验的发展，增加患者数量，并比单个中心更快地评估这些试验的结果。事实上，大多数患有癌症的儿童都参加了临床试验，而成年人却不是这样(2).

尽管进行了这些协调努力，但在过去20年中，许多儿童癌症的总体生存率已经趋于平稳。特别是，复发性或转移性癌症儿童的生存率一直低于30%(1). 这一停滞期的到来正值儿科肿瘤学家能够获得越来越多的新型和多样化肿瘤学药物的时候。除了药物开发的进展外，过去5年的下一代测序研究(三,4)导致了CLIA认证实验室的发展，这些实验室可以提供每个患者肿瘤的完整基因组图谱。因此，儿科肿瘤学家第一次可以审查患者肿瘤的基因组结构，然后选择合适的分子靶向治疗药物纳入患者的治疗方案。为此，一些机构已经为患有癌症的儿科患者启动了临床基因组计划，一项名为“儿科MATCH”的全国性工作正在开展中(http://www.cancer.gov/researchandfunding/areaces/clinical-trials/match#儿科). 尽管对个性化治疗的潜在益处持乐观态度，但将此类治疗引入临床的主要障碍仍然存在(5,6).

个体化治疗成功实施的一个主要障碍是缺乏适用于许多儿童癌症的临床前模型。此外，即使在存在临床前模型的情况下，也不总是清楚如何最好地使用这些模型来为临床决策提供信息。儿科研究界面临的一个关键挑战是开发能够精确再现相应人类癌症遗传异质性的模型。在这篇评论中，我们将重点介绍在基础和转化研究中使用临床前模型来评估癌症儿童的新疗法。我们还将讨论可药物治疗的癌症突变的概念，并提出在临床前研究中建立分子靶向治疗学的科学合理性和翻译相关性的指导原则。

使用临床前模型科学证明药物突变

20世纪70年代至90年代制定的大多数临床治疗方案都是通过试验和错误得出的，因为我们对其设计治疗的癌症的分子基础和复杂性了解有限。随着我们对特定分子靶点的了解增加，很明显需要靶向治疗来提高儿童癌症患者的生存率并降低治疗的毒性。大量文献表明，靶向治疗只有在其靶向途径对肿瘤至关重要时才有效。例如，PDGFRA拮抗剂克雷诺拉尼治疗患有胶质瘤的儿童患者可能是合理的PDGFRA公司扩增，但对于患有其他类型的脑肿瘤但没有这种基因损伤的儿童来说，这是不可靠的({“类型”：“临床试验”，“属性”：{“文本”：“NCT01229644”，“term_id”：“ncT012299644”}}NCT01229644号和{“类型”：“临床试验”，“属性”：{“文本”：“NCT01393912”，“term_id”：“ncT013939”}}NCT01393912号在clinicaltrials.gov上）。此外，现在很清楚，患者体内和患者间肿瘤的异质性可能会进一步混淆将分子靶向治疗药物纳入临床试验的努力(4,7,8).

具有良好特征的动物模型可用于提高我们对不同肿瘤类型的基本生物学的理解。此外，它们还可以作为一个平台，用于发现肿瘤脆弱性，并测试有关导致癌症发生和/或进展的遗传因素的假设。我们还认为，临床前模型是为儿童癌症新疗法和治疗组合提供科学依据和翻译相关性的重要工具。在这篇评论中，通过证明治疗所改变的途径对肿瘤生存和/或生长至关重要，为特定治疗方法提供了科学依据。通过使用临床相关的治疗方案在体内证明对肿瘤的相同效果，可以实现治疗方法的转化相关性。缺乏翻译相关性的科学合理的治疗是可能的，反之亦然。每个临床前模型都有优点和缺点，面临的挑战是为研究的特定目标选择合适的模型，以便在进入临床试验之前提供科学依据和翻译相关性。

下面，我们讨论了3种最常用的儿科癌症临床前模型：斑马鱼模型、基因工程小鼠模型（GEMM）和患者来源的异种移植物模型（PDX）。这些动物模型已被用于推进基础癌症研究，识别癌症亚型的特异性脆弱性，并在体内展示复杂的基因相互作用。尽管这三种模型都用于各个研究领域，但我们将强调它们在多学科肿瘤学研究项目中的特殊应用方面的独特优势。

斑马鱼在基础癌症研究中的应用

斑马鱼模型在儿科癌症研究中被广泛使用，因为它们具有遗传易控制性、光学透明性（即，它们允许直接可视化荧光转基因鱼的癌症过程）、生成时间短且比小鼠更具成本效益。癌症亚型特异性突变可以在不同的发育阶段引入特定的细胞谱系，以模拟癌症的发生。最早的例子是T细胞急性淋巴细胞白血病（T-ALL）的转基因斑马鱼模型，其中MYC或NOTCH诱导转化(9,10). 这些模型在组织病理学和分子水平上与人类T-ALL相似(11). 转基因也被用于制造TEL-AML诱导的B细胞急性淋巴细胞白血病(12)，RAS驱动的胚胎性横纹肌肉瘤(13)和致癌ALK公司-突变性神经母细胞瘤(14). 斑马鱼的另一个主要优势与可视化癌症进展的细胞机制有关，包括新生血管、肿瘤异质性、克隆进化和侵袭(图1) (15). 斑马鱼也适用于大规模移植方法，旨在观察克隆进化对体内耐药性的功能影响(16).

在单独的窗口中打开

图1

斑马鱼在肿瘤学研究中的应用

图表强调了斑马鱼在肿瘤研究中的一些优势，包括克隆异质性和克隆进化的活细胞成像、肿瘤细胞与微环境相互作用的研究以及测试分子靶向治疗的途径分析。

斑马鱼已被用于药物筛选，以确定推动癌症生长的分子途径(17)并确定抑制体内肿瘤生长的新药(18-20). 尽管这些方法很有用，但一个主要障碍是将这些发现转移到哺乳动物模型中，因为大多数斑马鱼实验室不使用小鼠癌症模型（GEMMs或PDX模型）。

随着儿科肿瘤学家在临床基因组学的背景下提出新的分子靶向治疗组合，考虑治疗导致的肿瘤异质性和克隆进化非常重要。诊断时实体瘤中罕见的亚克隆可以逃避治疗，引发复发性病变，然后在随后的治疗干预中继续进化并逃避治疗(图2) (8). 目前，还没有体内这些复杂过程的模型。使用斑马鱼活体成像和基因组分析的联合方法可能是一种阐明儿童癌症复发的一些潜在机制的途径。

在单独的窗口中打开

图2

PDX模型中的克隆选择

横纹肌肉瘤的克隆进化。每个彩色点代表一组SNV，用于跟踪肿瘤的克隆进化。诊断时，肿瘤有2个主要克隆：其中1个克隆（克隆2）通过治疗被消除。克隆3随后继续进化，并在患者体内植入2个不同的复发部位（前列腺和骨盆）。原位PDX肿瘤来源于这些部位，小克隆丢失；克隆3仍然是PDX模型中的主要克隆。

尽管斑马鱼在癌症过程成像和化学物质基因筛查方面具有优势，但这些模型仍存在局限性和挑战。虽然一些细胞路径在进化上是保守的，但其他的则不是。例如，斑马鱼没有农业研究基金轨迹(21)MYC不是斑马鱼NOTCH的下游目标(22,23). 另一个障碍是抗体试剂的缺乏，这阻碍了我们评估免疫细胞亚型在肿瘤进展中的作用，确定癌细胞与肿瘤微环境之间的关键相互作用，以及充分表征肿瘤细胞异质性的能力。此外，鱼类是放热的，它们在变温条件下保持体内平衡的独特适应可能会混淆对人类癌症细胞过程的解释。人类细胞已被移植到斑马鱼幼虫体内(24)；然而，这些研究受到免疫排斥反应和可注射的少量细胞（每次注射10-100个细胞）的限制(9,25). 细胞移植研究中产生免疫缺陷斑马鱼的最新进展可能有助于解决免疫排斥问题，但尚未用于人类异种移植研究(26). 最后，与哺乳动物不同，鱼类在其一生中都会继续生长，并表现出哺乳动物所没有的损伤后组织修复的显著机制。这些独特的过程是否影响癌症的发生或进展尚不清楚。总之，斑马鱼已迅速成为一个有用的实验模型系统，在其中阐明癌症发生、发展和传播的基本原理。斑马鱼应被视为一种发现工具，需要将研究结果扩展到哺乳动物模型和患者肿瘤中。

在基因工程小鼠模型中模拟人类癌症突变

小鼠是癌症研究中使用最广泛、验证最充分的模型。20多年前，通过删除小鼠中的基因，发现了p53作为肿瘤抑制因子的作用(27). 早期研究还表明，在某些情况下，如视网膜母细胞瘤基因1卢比GEMM并不总是能概括人类肿瘤易感性的遗传(28). 今天，使用了更复杂的方法，将肿瘤抑制因子的条件删除或特定组织中癌基因的激活与时间控制结合起来(29,30). 由于这些方法，GEMM被广泛用于识别不同类型癌症的起源细胞。TALEN和CRISPR/Cas9进一步简化了小鼠基因组的靶向操作(31-34). GEMMs还可用于重述染色体易位导致的融合蛋白的表达，如在尤因肉瘤和横纹肌肉瘤中发现的融合蛋白(35-37). 因此，GEMMs非常适合于测试单个基因损伤对癌症起始和/或进展的贡献，以及对潜在治疗靶点进行基因验证。例如，通过使用两个非常相似的视网膜母细胞瘤GEMMs，并用小分子抑制剂nutlin-3a靶向MDM2/MDMX，显示nutlin-3 a特异性靶向p53通路(38). 这项研究表明，GEMMs提供了一个独特的机会来建立科学依据，并测试针对特定儿童癌症的分子靶向治疗药物的特异性。

儿童癌症小鼠模型的一个优点是在解剖和生理上与人类相似。用于治疗儿童癌症的药物给药途径（例如口服、静脉注射、输液泵）和时间表通常可以在小鼠模型中进行重述，并且可以进行类似的常规检测（例如CBC-D和血液化学），以监测与药物对患者的毒性相关的毒性。药物动力学（PK）和药效学（PD）研究通常在小鼠中进行，这些数据和方法的可用性是计算人类使用的化疗药物的小鼠等效剂量（MED）的主要优势。诊断成像方式（如X射线、MRI、PET-CT）和手术方法(39)与临床上使用的药物类似的药物也广泛用于GEMM(图3). 尽管与一个比人类小1000倍的物种合作存在挑战，但在儿科肿瘤学中进行的许多操作可以应用于小鼠临床前模型。从基础研究的角度来看，GEMM的主要优点是能够在哺乳动物中直接测试特定的基因损伤是否有助于体内肿瘤的发生和发展，或者是否与治疗反应相关。这一点很重要，因为在儿科癌症的基因组分析中已经发现了许多复发性基因突变，但尚不清楚这些突变如何影响肿瘤发生或治疗效果。使用GEMMs的另一个优点是，它们可以在完整免疫系统的环境中重现癌症，这是免疫功能低下小鼠PDX模型难以实现的。

在单独的窗口中打开

图3

小鼠肿瘤模型中的诊断成像方式

A）使用C语言的典型PET和CT图像¹¹-蛋氨酸用于股骨尤因肉瘤原位异种移植。B）一只免疫功能受损小鼠的原位横纹肌肉瘤异种移植物照片，该移植物被萤火虫荧光素酶标记，用于异种显像。C）肾脏旁肾上腺间隙（绿色）原位神经母细胞瘤异种移植物（红色）的MRI图像。D）同一神经母细胞瘤异种移植物的3D超声如（C）所示。E）原位尤因肉瘤的X射线图像显示出典型的尤因肉瘤的“末端毛发”外观。

尽管小鼠模型特别是GEMM具有所有优点，但必须考虑一些重要的局限性。例如，小鼠的染色体结构和组织以及表观基因组与人类不同(40). 最近的几项研究表明，儿童癌症GEMM的表观基因组与人类的表观基因几乎没有重叠(40). 此外，点突变、插入/缺失、染色体损伤和非整倍体在小鼠和人类肿瘤中存在差异(40). 这些差异可以显著影响癌症发生和发展的基础研究，并可以直接影响建立新型治疗组合的翻译相关性的努力。此外，一些儿童癌症（例如尤因肉瘤）已被证明很难在小鼠中建模，而由特定基因改变在小鼠中诱发的癌症谱往往无法重现由人类相同突变引起的癌症谱。在致癌驱动因素也是治疗靶点的GEMM中，比较PDX模型和/或相关GEMM中的药物疗效可能是有用的，这些GEMM通过替代性遗传损伤在同一途径中具有扰动，例如髓母细胞瘤hedgehog亚群的几个不同GEMM(41). 尽管存在这些局限性，GEMM是目前研究哺乳动物个体遗传损伤对肿瘤发生的贡献最有效的系统。

可药突变的翻译相关性

为了将一种新的治疗方法应用于癌症儿童的临床试验，必须首先确定该疗法的科学合理性和翻译相关性。理想的情况是，仔细使用临床前模型可以促进我们对癌症发生和发展的基本过程的理解，而这些结果反过来又可以确定新的治疗方法，从而表明新治疗方法的科学合理性。然而，许多有希望的新疗法在科学上是合理的，但在临床试验中失败了，因为它们缺乏翻译相关性。在许多情况下，失败与治疗窗口有关（即达到抗肿瘤效果所需的最小药物暴露与患者耐受的最大暴露之间的差异）。如果治疗窗口狭窄，那么在临床环境中很难给药，而且其副作用常常会限制临床疗效。大的治疗窗口为给药方案和药物组合提供了更大的灵活性。这对儿童癌症尤其重要，因为新的治疗方法经常与多药方案结合使用，这些方案构成了诊断或首次复发患者的护理标准。预测和管理与新型药物相关的毒性是儿科肿瘤学临床研究的主要挑战。

正如在基础研究中一样，每个临床前模型都有与翻译研究相关的优缺点。尽管将发育中的胚胎或成年斑马鱼浸泡在含有药物的水中是可行的，但许多新的分子靶向治疗药物在水中溶解性较差。药物从水中、通过鱼进入肿瘤部位的渗透性尚未研究。因此，目前尚不可能将水中药物浓度与儿童癌症斑马鱼模型中的肿瘤反应和PK/PD联系起来。此外，人类和小鼠经常按照特定的时间表服用，以最大限度地发挥抗肿瘤作用，并将副作用降至最低。给药后患者血浆和肿瘤中药物水平的变化与药物的吸收、分布、代谢和排泄（ADME）有关。在药物浓度恒定的水中浸泡的斑马鱼中，这些特征可能无法重现。尽管口服灌胃和微量注射药物进入循环是可能的，PK/PD测量目前正在斑马鱼中使用，但这些实验可能需要耗费大量劳动力，需要在GEMMs和PDX模型中进行验证。同样，在临床试验中模拟多个疗程（通常每疗程3-4周）的长期研究尚未使用fish进行描述。尽管斑马鱼是一种强大的发现工具，可用于确定药物类别的优先级和评估联合治疗，但建立翻译相关性需要在小鼠中使用GEMMs和PDX模型进行进一步的临床前验证。

GEMM和PDX模型在提供翻译相关性方面有几个优点。首先，小鼠和人类的给药途径和ADME相似。一些药物（例如伊立替康）具有不同种类的特性(54,55)，但可以通过仔细的PK分析直接测试和验证两个物种的跨物种相关性。以伊立替康为例，开发了一种基因敲除小鼠来纠正跨物种差异，并更接近于人类伊立替肯的ADME(54,55). 当药物的ADME在小鼠和人类中相似时，可以使用临床相关的剂量和给药计划来确定新药物组合的翻译相关性。

可以开发含有药物突变的GEMMs和原位PDX模型，以确定特定药物/突变对的科学合理性和翻译相关性。在小鼠身上长时间（24-30周）进行临床前研究，以模拟癌症儿童的多个疗程也是可行的。如上所述，与儿科肿瘤学相关的诊断成像和实验室分析现在有临床前对应物，可用于评估小鼠的治疗反应。

尽管GEMMs和PDX模型有很多优点，但在设计翻译相关性研究时也应该考虑它们之间的一些差异。GEMMs可以在适当的细胞谱系中生成以重述肿瘤的发生和发展，但PDX模型不能。侧翼开发的PDX模型可能显示肿瘤微环境引起的差异，这些微环境影响PK、肿瘤生长和治疗反应。使用原位PDX模型可以部分解决此问题(8,56)为了更准确地模拟肿瘤/器官间的相互作用，但免疫系统的相互作用只能用人源化小鼠进行模拟(53). 这一点尤其重要，因为免疫系统在肿瘤反应和免疫调节治疗（如神经母细胞瘤的α-GD2抗体）中起着关键的、公认的作用(57)或α-CTLA-4/α-PD-L1治疗骨肉瘤(48)不能在免疫功能受损的PDX模型中进行测试。目前尚不清楚其他对肿瘤微环境有贡献的细胞在PDX模型和GEMM中是相似还是不同。例如，小鼠巨噬细胞浸润GEMMs和原位PDX模型中的肿瘤，但尚不清楚它们是否是相同的巨噬细胞亚型（M1或M2），以及它们在GEMMs与原位PDX肿瘤中的功能是否不同(58). 同样，GEMM和原位PDX肿瘤中的肿瘤血管系统是鼠源性的，在此背景下，血管内皮细胞的物种差异尚未得到广泛研究。

许多研究者在GEMMs中引入潜在的基因损伤来促进肿瘤发生，即使这些损伤在人类肿瘤人群中并不存在。这种做法使得很难在临床试验的翻译相关性背景下解释治疗反应。同样，肿瘤发生后GEMM中自然发生的继发性遗传损伤可能因物种而异。这些病变可能包括个别点突变、较大的染色体重排或非整倍体(40). 此外，鉴于表观基因组在儿童癌症发生和发展中的重要性，表观基因组的差异可能会混淆提供翻译相关性的努力(40,59).

一些儿童癌症最具特征的GEMMs是视网膜母细胞瘤模型。这种疾病的分子、细胞、神经解剖学、神经化学、基因组和表观基因组分析表明，这些GEMM在许多方面与人类肿瘤非常相似(60). 当视网膜母细胞瘤的GEMMs按照临床相关、PK指导剂量和临床相关的时间表接受标准化疗方案（即长春新碱、卡铂和足叶乙甙）治疗时，几乎所有小鼠都有完整和持久的反应(38). 相反，晚期侵袭性视网膜母细胞瘤（Reese-Ellsworth V期）的原位PDX模型在相同剂量和时间表下使用相同的药物治疗时没有明显的反应(38). 对这些结果的一种解释是，视网膜母细胞瘤GEMM忠实地再现了人类疾病，因为小鼠对相同药物的反应与临床上使用的剂量和时间表相同。然而，在患者中，长春新碱与卡铂或长春新汀与卡铂和足叶乙甙的联合治疗不足以治愈所有视网膜母细胞瘤患者，就像在小鼠中一样(61). 此外，视网膜母细胞瘤儿童化疗最显著的益处是治疗早期疾病（Reese-Ellsworth I-III组）(61). 因此，GEMMs可能是较低侵袭性早期视网膜母细胞瘤（Reese-Ellsworth组I-III）的合适模型，而PDX模型可能是进展期疾病的更好模型（Reese-Ellsworst组IV、V）。因此，尽管GEMMs提供了药物靶向的基因验证，但它们对最具侵袭性的视网膜母细胞瘤没有直接的翻译相关性(38).

使用临床前模型建立翻译相关性的建议

历史上，临床前模型用于提供科学依据，但不用于翻译相关性。这一区别很重要。PDX模型中的小规模试点研究有助于为特定靶向治疗提供科学依据。然而，为了建立翻译相关性，应该包括更严格的标准。一项典型的临床前儿童癌症研究可能涉及免疫功能低下小鼠的细胞系或PDX的侧翼异种移植。肿瘤细胞的特征通常不完整，其基本属性（例如基因组突变、传代数和组织病理学特征）没有记录。药物通常作为一种单一的药物，按照每天的时间表和小鼠的最大耐受剂量服用，这与治疗患者的剂量、暴露和时间表很少相关。临床前疗效研究很少是盲目的，也没有以具有临床相关剂量和时间表的标准治疗方案为基准。小鼠数量很少（每个治疗组10只或更少），并且治疗很少超出患者的单疗程化疗（7-21天）。PDX模型中的进行性疾病、稳定疾病、部分反应和完全反应很难与临床结果联系起来，因为侧翼肿瘤的卡尺测量值并不直接等同于患者在临床上的反应。

圣犹达儿童研究医院开发了一种新的范式，用于在儿科癌症的临床前模型中建立转化相关性(39). 在儿童身上测试的大多数药物都在成年患者身上进行了第一阶段测试，该范式基于这样的假设，即将进行儿科第一阶段试验，以确定推荐的第二阶段剂量和时间表。该范式基于以下10个标准：

• 1)
  随机化：与临床试验一样，生物统计学家应在临床前研究之前设计随机化时间表。此外，在测试开始之前，应制定中期分析和谴责规则（例如，无关事件导致的小鼠死亡）。
• 2)
  双盲研究设计：与临床试验一样，临床前测试中普遍存在无意偏差。应努力设计一项双盲研究，由不同的个体在不了解治疗组的情况下给药并监测反应(39).
• 3)
  药物动力学：除了提供数据以确定推荐的儿科II期剂量的MED外，还应进行PK研究以确定药物在肿瘤中的渗透和滞留。
• 4)
  药效学：为了直接证明药物穿透肿瘤细胞并干扰靶向通路，应进行PD分析。
• 5)
  临床相关药物剂量：临床前模型中的给药剂量和给药途径应与已知的儿科患者血浆暴露量近似。
• 6)
  临床相关药物组合：在儿科肿瘤学中，II期试验中使用的新药通常是在现有治疗方案的背景下引入的。因此，应考虑临床相关药物组合，以补充临床前模型中的单药疗效研究。
• 7)
  临床相关药物一览表：每个疗程应与临床试验中使用的疗程相同（通常为3-4周/疗程），多个疗程应纳入临床前测试方案。
• 8)
  监测与儿科患者相关的毒性：在每个疗程中，应监测特定药物组合预期的血液和其他器官（即肾脏和肝脏）毒性，并应确定药物接触与毒性之间的关系。
• 9）
  肿瘤验证：肿瘤应具有广泛的特征，并准确地概括患者肿瘤的组织学和基因组特征。表观基因组分析对某些肿瘤类型可能很重要。如果可能的话，临床前模型中肿瘤的位置应该与患者的位置相匹配，以重现肿瘤在该器官的生长、扩散和药物暴露。如果使用皮下肿瘤，应在原位进行后续研究以确认疗效。
• 10)
  与患者结果相关的疗效测量：在研究开始之前，应确定进展性疾病、稳定性疾病、部分反应和完全反应的指标，并用于推动研究。通常，每组10-20只小鼠需要为小鼠的双盲、安慰剂对照、随机疗效研究提供适当动力(39)尽管这可能取决于特定肿瘤模型的生物可变性。理想情况下，与肿瘤反应、组织病理学和毒性相关的所有数据应通过经验证和安全的中央数据库提供给其他研究人员(39).

除了这10项标准外，使用临床前模型建立翻译相关性的具体指南和标准操作程序可在线免费获得(62). 用于提供翻译相关性的儿童实体肿瘤网络临床前测试范式包括模拟患者的I、II和III期研究。在开始临床前第一阶段研究之前，必须提供科学依据。此外，必须进行PK分析以确定MED并确定药物在肿瘤中渗透的持续时间和浓度。应进行PD测定以将药物渗透与肿瘤细胞中感兴趣的信号通路的抑制联系起来。理想情况下，临床前肿瘤应位于原位，以更好地再现肿瘤微环境和药物分布(39,63).

针对儿童癌症中的可药突变

在大多数临床基因组试验中，突变及其各自的分子靶向药物是根据支持其科学合理性和转化相关性的数据进行排名的。个别方案可能有不同的标准，但排序变异的概念是一个共同的主题。这种方法没有考虑序列分析或肿瘤异质性和克隆进化的可能性。即使我们假设肿瘤中的每一个细胞都有相同的真正突变，将这种突变归类为可药物治疗仍是一个争论的话题，也是一个新兴的研究领域。因此，对可用药的严格和稳健的标准化定义对于帮助调整临床基因组试验并为患者及其家属提供合理的期望至关重要。即使一个特定的突变被认为是可以药物治疗的科学依据，确定其翻译相关性也同样重要。对于许多靶点，正在开发几种相互竞争的药物，每种药物的翻译相关性可能被证明对患者的成功靶向至关重要。

癌症中反复出现的体细胞突变表明这种突变对肿瘤的生长有利。如果这种反复发生的突变与晚期疾病或不良结局有关，那么它作为生物标记物具有额外的价值。然而，如果没有仔细的实验室研究，这种关联并不能证明突变是可药用的。尽管突变可能是可行的（即，它有助于识别其疾病应被视为高风险的患者），但它不一定是可药用的。首先，需要证明突变对于体内肿瘤的发生是必要的和/或足够的。如果考虑到它们的优缺点，可以使用本文描述的3种临床前模型中的任何一种来实现。其次，应确定与特定遗传损伤相关的药物敏感性。肿瘤发生所必需和/或足够的突变数量远远超过目前的分子靶向治疗；因此，并非所有诱发肿瘤的突变都是可以药物治疗的。最后，如果药物的临床前研究提供了科学依据，则应使用上述10个标准和临床前第一、第二和第三阶段研究确定翻译相关性。如果这些努力是成功的，那么个体化治疗方案的成功概率要高得多。这里我们提供了3个实体肿瘤研究的例子来强调这些概念。

第一个例子是自动条码读取器神经母细胞瘤突变。这个自动条码读取器该基因编码SWI/SNF复合物的一种蛋白质成分，该复合物参与组蛋白H3.3在端粒和基因组其他区域的沉积(64,65).自动条码读取器-突变肿瘤使用一种独特的端粒维持机制，称为端粒选择性延长（ALT），以促进细胞增殖自动条码读取器在总生存率低的老年患者中，突变与第4期神经母细胞瘤的惰性形式有关(66,67). 尽管自动条码读取器4期神经母细胞瘤老年患者中预后差的突变和体细胞突变率高符合药物突变的第一标准，自动条码读取器没有达到其他两个标准。自动条码读取器-突变型肿瘤可能比野生型肿瘤对ATR抑制剂更敏感自动条码读取器肿瘤(65)，但这尚未在体内得到证实。此外，ATR抑制剂的翻译相关性自动条码读取器-突变型神经母细胞瘤尚未被证实。

第二个例子是致癌RAS系统横纹肌肉瘤突变。胚胎性横纹肌肉瘤患儿中有相当一部分表达RAS系统与中等或高风险疾病相关的突变(8). 在临床前和基于细胞的模型中，RAS系统突变是肿瘤发生的必要条件(13,17). 然而，被认为干扰癌症RAS信号的个别药物或药物组合对RAS系统-突变胚胎性横纹肌肉瘤肿瘤与表达野生型的肿瘤RAS系统(8). 因此，尚未在PDX模型中测试代理以建立翻译相关性。尽管RAS信号的下游调节剂，如MEK和AKT/mTORC1，可以被小分子抑制剂抑制，但这种方法在结肠癌和肺癌中已导致部分反应，最终由于治疗耐药性而进展。因此，尽管RAS系统是一种公认的致癌性病变，目前没有任何分子靶向治疗显示出选择性敏感性或翻译相关性。因此，RAS系统突变仅符合三项标准中的一项，不应被视为可用药。如果开发出靶向RAS的新型药物，或者测试出更有效的抑制其下游效应器通路的疗法，那么在小鼠中的翻译研究将得到明确保证。

第三个例子是致癌ALK公司神经母细胞瘤的突变。在斑马鱼模型和GEMM中，ALK公司突变是体内肿瘤发生的必要条件。此外，以ALK为靶点的小分子抑制剂已经开发出来，并且这些药物在治疗特定病变方面的疗效已经过检验(14,68-73). 利用动物模型在体内建立了靶向ALK的科学依据，但尚未建立翻译相关性。临床试验ALK公司-ALK抑制剂治疗突变型神经母细胞瘤正在进行中(74). 在克里唑替尼的第一阶段研究中，11名患者中只有1名ALK公司-突变的神经母细胞瘤出现了客观的反应。其中一些患者的肿瘤具有致癌性ALK公司预测对克里佐替尼敏感的突变(75). 相比之下，9名患者中有8名ALK公司-易位间变性大细胞淋巴瘤经历了客观反应。综上所述，这些数据表明克里唑替尼可以穿透肿瘤并干扰ALK介导的致癌信号，但尚不清楚为什么神经母细胞瘤中的反应如此之少。关于剂量、时间表和药物组合的一些细节可以在患者身上阐明，但ALK抑制剂在临床前模型中的有效转化将受益于建立突变翻译相关性的研究。因此，ALK公司是一种可药物治疗的突变，符合进入临床试验的3个标准中的2个，并且随着一些额外的转化研究，它可能成为神经母细胞瘤儿童个体化治疗的标准。

最近针对尤因肉瘤DNA损伤反应的研究是临床试验发展的实例，具有科学合理性和翻译相关性(39). 尤因肉瘤细胞在DNA损伤修复方面存在缺陷，可以通过结合PARP抑制剂和DNA损伤剂（如伊立替康或替莫唑胺）来加以利用。有预测性生物标志物(SLNF11型和第1部分表达），PARP1蛋白表达降低导致敏感性降低(39). 根据上述10项标准和临床前I、II、III期测试，确定了翻译相关性，从而进行了塔拉佐帕利联合伊立替康加或不加替莫唑胺的临床试验（Clinicaltrials.gov：{“类型”：“临床试验”，“属性”：{“文本”：“NCT02392793”，“term_id”：“ncT0239793”}}NCT02392793号). 如果能够确定这些药物组合在尤文肉瘤患者中的耐受性和疗效，那么它将为本文概述的策略提供重要的原理证据。

如果我们考虑目前和计划中的临床基因组试验，我们还有很长的路要走，才能确定特定药物突变的科学合理性和翻译相关性。例如，在iCAT试验中(http://meetinglibrary.asco.org/content/133535-144)54名患者中有16名（30%）接受了治疗建议。在这些人中，只有1人有一级突变，这是一个ALK公司-突变体神经母细胞瘤。iCAT中所有其他治疗建议的科学和翻译证据更少。iCAT试验的目的是确定基于患者肿瘤基因组分析提供治疗建议的可行性。在这方面，这是一次成功的试验。然而，这也突显了我们对癌症中特定基因损伤与分子靶向化疗反应之间关系的缺乏了解。根据iCAT和其他类似基因组研究的结果，可以使用当前可用的药物设计GEMM、PDX和斑马鱼模型研究的组合，以测试特定突变或突变组合的相关性。

结论

提出不基于基础、转化或临床研究的治疗建议的风险在于，使用临床基因组学进行个体化治疗的价值将被低估。我们建议，儿科临床基因组学的重点应该是提出具有科学合理性和翻译相关性的建议。作为一个研究社区，我们应该分享专业知识和资源，以有效地建立分子靶向疗法的科学依据和转化相关性，以治疗与儿童癌症相关的最常见突变。因此，随着临床上提出更明智的建议，儿科癌症护理将大大提高。对儿童实体肿瘤网络的投资超过100万美元(62)是朝着这个方向迈出的一步。

致谢

脚注

工具书类