儿童急性淋巴细胞白血病（ALL）的治疗选择取决于危险分层，指导分层的特征包括临床特征、基因组特征和微小残留病灶（MRD）。然而，影响预后的药效学基础尚未被阐明；因此全球的化疗都是采用的相同的方案、强度、时间，并没有根据患儿对药物的潜在敏感性去采取个体化的方案。在这个精准医学的时代，需要更好地理解患儿对药物的反应，或许能进一步改善预后。MRD反映了化疗的效果，并且是ALL治疗的最重要预后指标。然而，在组合方案化疗中，MRD的结果不能提示是哪种化疗药物起了作用。原发或者获得性的耐药是诱导化疗失败的重要原因。既往一些小规模的研究分析了基因型和临床特征与药物反应的关系，但是这些研究受限于基因改变类型的有限和化疗药物类型的有限。近年来，随着精准医学的发展，靶向药在特定基因组改变的ALL中的使用越来越多。但靶向药的响应率并不像人们期待的那么高，这提示了白血病生物学上的高度复杂性。因此，近年来个体化癌症治疗领域对功能精准医学的兴趣越来越大，比如基因测序和利用患者肿瘤样本体外直接测试其对化疗药物的反应。例如，EXALT实验就测试了体外药物反应来指导治疗，并且显示出临床应用的可行性，患者预后相比于传统治疗得到了改善。近日，Shawn H. R. Lee 等人在 Nature Medicine 发表题为 Pharmacotypes across the genomic landscape of pediatric acute lymphoblastic leukemia and impact on treatment response 的文章，针对多种基因型和多种化疗药物，分析了体外药物活性和治疗早期诱导缓解情况（MRD）的关系，以及与长期预后的关系。
作者通过分析来自在圣裘德医院进行的三项临床试验的805名初诊ALL的患儿的病灶标本，鉴定了23种基因型的原代白血病细胞对18种药物的反应（图1）。体外药物活性用LC50（半数致死浓度）来表示，LC50值越高，说明在体外测试中白血病细胞对药物越不敏感，越不容易被杀死；而LC50越低，说明白血病细胞对药物越敏感，越容易被该药物杀灭。此外，对白血病细胞进行RNA测序，将细胞分成了23种亚型。
图1 研究流程图，体外鉴定白血病原代细胞对药物的反应，RNA-seq确定原代细胞表达谱特征，结合临床的MRD和预后数据，分析化疗药物敏感性及基因组特征对儿童ALL的早期疗效和远期预后的影响纳入的患儿的临床和基因组特征如表1所示。作者首先分析了临床特征和LC50值的关系，发现相对于10岁以下患儿的病灶，10岁以上患儿的病灶对L-门冬酰胺酶具有更高的IC50值。按照NCI的ALL危险分层（年龄＞10岁或者白细胞计数小于50x10^9/L为高危，其余为标准风险）进行分组，高危组比标准风险组对L-门冬酰胺酶更不敏感。
接下来，作者根据基因组特征对白血病细胞进行分组，并表征了白血病细胞系对各种药物的敏感性（图2）。18种药物中，除了帕比司他、芦可替尼、硼替佐米和多柔比星外，其他14种药物对不同基因组特征的白血病的杀伤力有明显差异。ETV6-RUNX1重排和超二倍体的ALL对四种常用于诱导缓解的药物（PVDL）高度敏感；这一发现与这些亚型的临床特征相符，即它们对化疗的反应好。而对于预后更差的亚型，如BCR-ABL1，BCR-ABL1-like和KMT2A重排，其对PVDL的LC50就更高。此外，超二倍体型对于维奈托克敏感，而T-ALL、TCF3-PBX1和BCR-ABL1对于达沙替尼敏感。BCR-ABL1亦对伊布替尼敏感。此外，RNA表达谱相似的亚型，对药物的敏感性特征可能不同。
图2 根据基因组特征对白血病细胞进行分组并表征白血病细胞系对各种药物的敏感性作者分析了白血病细胞对于药物的体外敏感性与临床治疗反应的相关性（图3）；值得注意的是，实际治疗环境下，患儿接受治疗以标准化疗为主，并不一定采用了这些药物。临床治疗反应用MRD表示，MRD越低，临床治疗反应越好。B-ALL中，L-门冬酰胺酶、泼尼松、地塞米松和巯嘌呤的体外敏感性和15日及42日的治疗反应正相关；而在T-ALL中，帕比司他和达沙替尼的体外敏感性与15日治疗反应正相关，奈拉滨的体外敏感性与42日治疗反应正相关。值得注意的是，维奈托克的体外敏感性与15日治疗反映呈负相关，这提示或许可以用维奈托克治疗这些对传统化疗反应不佳的患儿。疗效反应的差异性很大，预后良好ALL亚型对L-门冬酰胺酶和糖皮质激素反应最好。对这两种药物的反应与MRD情况高度相关，但仅在B-ALL中出现（图3c)。
图3 白血病细胞对于药物的体外敏感性（LC50）与早期临床治疗反应（MRD）的相关性作者利用无监督等级聚类分析，根据ALL病灶对药物的体外敏感性，将病灶分成了6个群（图4）。群1的特点是对达沙替尼和伊布替尼敏感，群2的特点是对维奈托克和曲美替尼敏感，群3的特点是对L-门冬酰胺酶、泼尼松敏感，群4对泼尼松敏感但对L-门冬酰胺酶耐药，群5极度耐药，群6呈现异质性的药物敏感性反应。各个群的组成病灶都呈现了表型和基因组多样性。群1中BCR-ABL1（27%）和T-ALL（50%）占比大，这两个类型已知对达沙替尼敏感。群2中超二倍体（41%）占比大。群3中ETV6-RUNX1（41%）和超二倍体 （23%）占比大，可能代表一组低危的、对化疗反应好的ALL。群4具有高度异质性，有19个亚型，占比较高的有DUX4（9%）和KMT2A（6%）。群5具有较高的T-ALL（31.6%）和ETP ALL（10.5%）。群6也具有高度异质性，主要与一些预后不良相关的表型有关。各群的MRD反应也有所不同，群1、2、3都有部分患儿在早期实现快速的MRD清除，但群1中也具有一群对治疗抵抗的患者。
图4 利用无监督等级聚类分析，根据ALL病灶对药物的体外敏感性，将病灶分成了6个群，并描述了各群的特点最后，生存分析显示，群1的预后较差；分析个体患者的数据发现，较差的预后出现在对达沙替尼敏感的T-ALL患儿中。若以达沙替尼体外敏感性将T-ALL患儿分组，也可以获得类似的结论，达沙替尼体外敏感性与不良预后有关（图5）。值得注意的是，在实际治疗过程中，这97名患儿中无一人接受了达沙替尼治疗，因此这些预后较差的患儿或可从达沙替尼治疗中获益。
图5 无监督聚类得出的分群与远期预后的关系，显示一组对达沙替尼敏感的T-ALL预后较差通过本研究，作者为儿童ALL的个体化和精准治疗提供了新工具和新见解，期待相关药物的再定位（如维奈托克、达沙替尼）可以帮助改善ALL患儿的治疗和预后。撰文
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*本文由深圳市拾玉儿童公益基金会“儿童肿瘤前沿”团队编译或约稿，文中图表均源引自文献原文。本文著作权归文章作者所有，欢迎个人转发分享，未经允许禁止转载，作者拥有所有法定权利，违者必究。如需转载，请留言或联系[email protected]。本文旨在分享儿童肿瘤科研前沿成果，不是治疗方案推荐。如需获得疾病治疗方案指导，请前往正规医院就诊。
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Contemporary chemotherapy for childhood acute lymphoblastic leukemia (ALL) is risk-adapted based on clinical features, leukemia genomics and minimal residual disease (MRD); however, the pharmacological basis of these prognostic variables remains unclear. Analyzing samples from 805 children with newly diagnosed ALL from three consecutive clinical trials, we determined the ex vivo sensitivity of primary leukemia cells to 18 therapeutic agents across 23 molecular subtypes defined by leukemia genomics. There was wide variability in drug response, with favorable ALL subtypes exhibiting the greatest sensitivity to L-asparaginase and glucocorticoids. Leukemia sensitivity to these two agents was highly associated with MRD although with distinct patterns and only in B cell ALL. We identified six patient clusters based on ALL pharmacotypes, which were associated with event-free survival, even after adjusting for MRD. Pharmacotyping identified a T cell ALL subset with a poor prognosis that was sensitive to targeted agents, pointing to alternative therapeutic strategies. Our study comprehensively described the pharmacological heterogeneity of ALL, highlighting opportunities for further individualizing therapy for this most common childhood cancer.
DOI:10.1038/s41591-022-02112-7
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