协和神外 | GBM化疗放疗还是联合治疗 美发现预测疗效的分子标志物
协和神经肿瘤周刊
第17期
神外前沿-协和神经肿瘤周刊讯，化疗、放疗和放化疗联合治疗，对那部分GBM（胶质母细胞瘤）患者更有疗效，现在已经发现了提示预后的分子标志物。
2019年5月23日，美国密歇根大学Danial R Wahl团队在SCI医学1区杂志Neuro-Oncology（2018-IF：10.091）上发表名为“Xenograft-based platform-independent gene signatures to predict response to alkylating chemotherapy, radiation, and combination therapy for glioblastoma”的文章。
研究区分了GBM烷基化化疗、放疗以及二者联合治疗临床受益人群的基因标志物，采用患者来源异种移植动物（PDX）模型合并高通量基因表达谱分析的方法，并以临床患者经治效果作为验证集。一定程度上克服GBM病例数小，研究样本少的劣势，绘制出与三种治疗疗效特异相关的基因标志谱（Gene signatures, GS）。
胶质母细胞瘤（GBM）是脑肿瘤中发病率较高且预后较差的一类，临床上首选治疗方案为手术缓解症状、延缓进展，术后的常用辅助治疗方式为化疗和放疗以及二者的联合治疗，但是并没有明确的研究及指南推荐某种特定治疗的适应人群。
目前对于GBM术后最常用的化疗药为替莫唑胺（TMZ），已有研究证实GBM中MGMT启动子的甲基化水平可以预测TMZ疗效，但是对于放疗和联合治疗来讲并没有明确提示预后的分子标志物。而在其他样本量更大的癌种如乳腺癌及前列腺癌中已分别有治疗相关分子标志物的研究，样本量是限制GBM标志物研究的一项主要因素。
PDX模型通过直接将患者来源的肿瘤组织直接种植在小鼠相关位置构建原位肿瘤模型，可以模拟肿瘤在体内的生长环境和理化性质，用于模拟体内药效反应。
本文提出了一种克服GBM样本量限制的研究方法，统计PDX模型接受不同治疗后产生的基因特征，并以临床患者作为验证组筛选及验证有效基因信息，得到与治疗疗效相关的特异性基因表达谱。
图1. 本文研究方案（PDX模型->动物实验->临床验证）
1）PDX模型
具有基线RNAseq数据的31只原位GBM PDX模型来源于Mayo Clinic PDX National Resource(https://www.mayo.edu/research/labs/translational-neurooncology/mayo-clinic-brain-tumor-patient-derived-xenograft-national-resource)；构建PDX模型的患者临床信息和基因数据从以下数据库中获取（http://www.mayo.edu/research/documents/7-mayo-pdx-clinical-data/doc-20339608)和(http://www.mayo.edu/research/documents/1-mayo-pdx-genotype/doc-20339599)。PDX模型被用于评估放疗(RT,n=67次试验），替莫唑胺（TMZ,n=137次试验）及联合治疗（RT+TMZ,n=79次试验）；
2）临床验证
临床数据来源为TCGA GBM数据库，库中具有大量患者临床信息、基因表达谱和治疗方案及转归。从USCS cancer browser下载基因表达信息，并使用Affymetrix U133A微阵列信息用于进一步分析。共收入502例患者信息，按照化疗组（Chemo-GS，TMZ或其他烷基化试剂），放疗组（RT-GS）以及联合治疗组（ChemoRT-GS）进行划分。
3）基因标志
主要观察指标为治疗组生存时间与未经治疗组生存时间之比，将与治疗关联性最强的基因表达特征进行平均化得到一组评分标准，并进行基因富集分析（Gene Set Enrichment Analysis, GSEA），揭示其背后可能的生物学机制。
结果
表1.PDX来源患者信息
详见原文附表
1）烷基化化疗反应基因特征
前两位相关基因特征：GPRASP1、MGMT，综合二者得到Chemo-GS评分，比单一MGMT基因的预测效果更好，在接受化疗的患者中Chemo-GS评分和疗效相关（p<0.0001，HR=0.66 [0.55-0.8]），而在未接受化疗的患者中则关联并不显著（p=0.14，HR=0.81 [0.62-1.07]）。
图2. Chemo-GS评分与GBM化疗疗效相关性
2）放疗反应基因特征
两个主要特征基因：CHGA、MAPK8，综合得到RT-GS评分，只在接受放疗的患者中与生存时间显著相关（p=0.0031，HR=0.78 [0.66-0.92]），在未接受放疗的患者中则不具有显著相关性（p=0.28，HR=1.28 [0.82-2.0]）。RT-GS与放疗患者的生存期呈正相关趋势。
图3. RT-GS评分与GBM放疗疗效相关性
3）放化疗反应基因特征
RT-GS和Chemo-GS的特征基因对ChemoRT的反应也有影响，用同样的方式发现两个最相关的基因（ATP6V0A2，FGF7），联合上面Chemo-GS和RT-GS的4个基因得到一个6基因的评分标准ChemoRT-GS，进行预后验证：只在经过放化疗治疗的患者中与生存时间显著相关（p=0.0001，HR=0.54 [0.4-0.74]），而在非放化联合治疗的患者中与生存期相关性不显著（p=0.26，HR=0.8 [0.54-1.18]）
1） PDX模型在长时间（几年）对治疗的试验中可能产生特异性进化；
图4. ChemoRT-GS评分与GBM放化联合治疗疗效相关性
文章限制
2）在PDX模型上的治疗试验次数不同，产生偏差；
3）免疫抑制小鼠的体内环境与人体的差异；
4）验证集患者非随机对照试验分组，非前瞻性研究；
本文通过PDX模型中的初步筛选以及在临床中的进一步验证，获得与烷基化试剂化疗、放疗以及二者联合治疗相关的基因特征谱，并计算得到与治疗效果相关的特异性评分。
1）一方面作者通过分析得到了与三种治疗特异的评分指标和基因特征，在为只耐受单一治疗方案的患者制定个体化治疗方案时显得尤其重要；
2）另一方面提出一种能应用于如GBM等相对罕见肿瘤的高通量研究方法，即利用PDX模型经过针对性治疗与对照组对比，获得量化的与治疗预后相关的基因水平，再通过临床患者信息进行验证，得到临床相关标志物信息；
3）本研究通过对不同治疗方式的基因特征进行分析，同样具有挖掘治疗抗性机制的潜力，如文章所述和化疗抗性相关的MGMT、RAS/MAPK信号通路；与放疗抗性相关的上皮间质转化通路；与TMZ+RT治疗抗性相关的DNA延长及复制通路。
原始文献链接：
https://academic.oup.com/neuro-oncology/advance-article-abstract/doi/10.1093/neuonc/noz090/5497946?redirectedFrom=fulltext
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北京协和医院神经外科、北京协和医学院临床医学八年制2014级博士生 刘芃昊
北京协和医院神经外科副主任医师王裕 副教授，医学博士、留美博士后
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马文斌主任医师 周四上午特需门诊。
王裕副主任医师 周四下午特需门诊。
（建议想进行治疗方案咨询或参加临床试验咨询的患者选择上述门诊时间进行面诊。）
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